nghiên cứu thiết kế xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.36 MB, 67 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b> Sinh viên: NGUYỄN TIẾN VƯỢNG </b>

<i><b> Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Hệ: Chính quy </b></i>

<b> Giảng viên hướng dẫn:ThS. Nguyễn Thị Thanh Vân </b>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b> Sinh viên: NGUYỄN TIẾN VƯỢNG </b>

<i><b> Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Hệ: Chính quy </b></i>

<b> Giảng viên hướng dẫn:ThS. Nguyễn Thị Thanh Vân </b>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<i><b>Tóm tắt ĐAKLTN </b></i>

Trong đồ án “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi”, phần mềm Solidworks được sử dụng để thiết kế mơ hình, phần mềm Eplan để vẽ mạch điện và phần mêm Tia Portal lập trình cho PLC S7-1200.

Để mơ hình có kích thước đúng với bản vẽ, máy CNC được sử dụng để cắt các phần của mơ hình rồi dùng keo để gắn và cố định chúng lại với nhau. Hệ thống điện bao gồm Aptomat để bảo vệ thiết bị điện. Nguồn tổ ong để cấp nguồn cho PLC và thiết bị điện khác như relay, mạch hạ áp 24V xuống 12V, mạch điều khiển động cơ DC, module nhiệt độ NTC…

Hệ thống bàng điều khiển bao gồm 7 nút nhấn trong đó có 3 nút nhấn điều khiển chạy, dừng và chạy lại. 4 nút nhấn còn lại sẽ điều khiển on/off bơm và động cơ. 1 cơng tác chủn mạch 3 vị trí để chuyển chế độ điều khiển của hệ thống.

Quá trình thu thấp dữ liệu của cảm biến nhiệt độ được truyền tới PLC 1200 qua module truyền thông CM 1241. Đầu ra của PLC có thêm Relay để điều khiển bơm, động cơ on/off khi hệ thống trong chế độ điều khiển bằng tay. Trong công nghiệp hệ thống thường được sử dụng động cơ 3 pha nhưng mà với mơ hình nhỏ thì động cơ 3 pha lại q lớn hơn so với mơ hình nên tác giả đã thay thế động cơ 3 pha bằng động cơ DC.

S7-Bên cạnh đó, bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ được sử dụng để điều khiển động cơ, sau đó so sánh kết quả với nhau để tìm ra bộ điều khiển nào hiệu

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Tên tôi là: NGUYỄN TIẾN VƯỢNG

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Tơi đã thực hiện đồ án/khóa luận tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của: ThS. Nguyễn Thị Thanh Vân

Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa được các tác giả khác cơng bố dưới bất kỳ hình thức nào. Nếu phát hiện có bất kỳ hình thức gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

<b>GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Thanh Vân là giảng viên trường Đại học Phenikaa cũng là giáo viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp của em. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Điện – Điện Tử, các thầy cô đã giảng dạy cho chúng em những kiến thức từ cơ bản đến chuyên ngành, từ lý thuyết cho đến áp dụng thực hành và ứng dụng thực tế. Nhờ giúp đỡ tận tình của các thầy cơ, em đã có được nền tảng kiến thức vững chắc để thực hiện đồ án này.

Hiện tại thì đồ án cũng đã hoàn thành, với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên sẽ khơng tránh khỏi sai sót trong q trình thực hiện đồ án. Em rất mong nhận sự góp ý, nhận xét của các thầy cô để đồ án được hồn thiện và đó chính là tiền đề giúp em phát triển sự nghiệp sắp tới.

Em xin chân thành cảm ơn!

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

1.4 Lí thuyết về đấu nối ... 24

1.5 Lí thuyết về điều khiển ... 27

1.5.4 Điều khiển Logic mờ qua phần mềm Tia Portal ... 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 55

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hình 1. 7: Sơ đồ mạch điện của biến tần ... 15

Hình 1. 8: Hình ảnh biến đổi điện áp/tần số qua biến tần ... 16

Hình 1. 17: Đấu nối nguồn PLC ... 25

Hình 1. 18: Đấu nối đầu vào PLC ... 25

Hình 1. 19: Đấu nối đầu ra PLC ... 26

Hình 1. 20: Lí thuyết đấu nối Mạch cảm biến NTC với module truyền thơng CM 1241 ... 27

Hình 1. 21: Cấu trúc PID... 27

Hình 1. 22: Khối PID_Compact ... 29

Hình 1. 23: Diễn dải giá trị đầu ra của điều khiển mờ ... 32

Hình 1. 24: Khối điểu khiển mờ tự tạo ... 33

Hình 1. 25: Khối CTRL_PWM ... 33

Hình 2. 1: Phần mềm Solidworks ... 35

Hình 2. 2: Hình vẽ cắt mặt sau của mơ hình ... 36

Hình 2. 3: Hình vẽ cắt mặt trước của mơ hình ... 36

Hình 2. 4: Hình cắt hai mặt bên của mơ hình ... 37

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Hình 2. 5: Hình cắt 2 mặt trên dưới của mơ hình ... 37

Hình 2. 6: Hình anh quạt sử dụng thư viện grapcad[21] ... 38

Hình 2. 7: Hình ảnh tấm làm mát sử dụng thư viện grapcad[21] ... 38

Hình 2. 8: Hình ảnh của mơ hình ... 38

Hình 2. 9: Hình ảnh mơ hình khi nhìn từ trên xuống ... 39

Hình 2. 10: Hình ảnh Mơ hình khi nhìn từ bên trái sang ... 39

Hình 2. 11: Hình ảnh mơ hình khi nhìn từ phía trước ... 39

Hình 2. 12: Hình ảnh mơ hình nhìn từ phía sau ... 40

Hình 2. 13: Hình ảnh mơ hình thực thế ... 41

Hình 2. 14: Hình ảnh phần mềm eplan ... 42

Hình 2. 15: Bản vẽ sơ đồ 1 sợi ... 43

Hình 2. 16: Bản vẽ sơ đồ cấp cấp nguồn chi tiết... 44

Hình 2. 17: Bản vẽ cấp nguồn cho PLC và module ... 44

Hình 2. 18: Bản vẽ đấu nối đầu vào PLC ... 45

Hình 2. 19: Bản vẽ đấu nối đầu ra của PLC ... 45

Hình 2. 20: Bản vẽ đấu nối Mạch cảm biến nhiệt độ và Module truyền thông ... 46

Hình 2. 21: Bản vẽ đấu nối với module analog với biến tần và động cơ 3 pha ... 46

Hình 2. 22: Bảng hệ thống điện thực thế ... 48

Hình 3. 1: PLC và module sử dụng ... 49

Hình 3. 2: Cấu hình địa chỉ cho PLC ... 49

Hình 3. 3: Cấu hình xung PWM ... 50

Hình 3. 4: Màn hình đăng nhập ... 52

Hình 3. 5 Màn hình đăng nhập của kĩ thuật ... 52

Hình 3. 6: Màn hình đăng nhập của người sử dụng ... 53

Hình 3. 7: Màn hình cảnh báo người dùng ... 53

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Bảng 1. 1: Bảng so sánh các dùng plc S7-1200 ... 12

Bảng 1. 2: Bảng tham số đầu vào khối PID_Compact ... 30

Bảng 1. 3: Bảng tham số đầu ra của khối PID_Compact ... 31

Bảng 1. 4: Bảng tham số điều đỉnh Kp, Ki,Kd ... 31

Bảng 1. 5: Bảng tham số đầu vào của khối CTRL_PWM ... 34

Bảng 1. 6: Bảng tham số đầu ra của khối CTRL_PWM ... 34

Bảng 2. 1: Danh sách thiết bị đã mua để làm mơ hình ... 40

Bảng 2. 2: Danh sách thiết bị mua để làm hệ thống điện ... 48

Bảng 3. 1: Đầu vào PLC ... 51

Bảng 3. 2: Đầu ra PLC ... 51

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

PLC: Programmable Logic Controller HMI: Human Machine Interface VDC: Volts Direct Current DC:Direct Current

AC: Alternating Current NO: Normally Open NC: Normally Closed

CNC: Computer Numerical Control PWM: Pulse Width Modulation CO2: Carbon dioxide

RTU: Remote Terminal Unit

NTC: Negative temperature coefficient RCCB :Residual Current Circuit Breaker

RCBO :Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection ELCB :Earth Leakage Circuit Breaker

LAD: Ladder Diagram

FBD: Function Block Diagram SCL: Structured Control Language ERP: Enterprise Resource Planning PLM: Product Lifecycle Management)

<b>CAD: Computer-Aided Design </b>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Hiện nay tự động hóa rất là phổ biến trong mọi ngành nghề bởi những lợi ích to lớn của tự động hóa mang lại. Điển hình là đảm bảo an toàn cho con người, tăng năng suất lao động. Ngồi ra, máy móc có thể thay thế hoạt động của con người và hoạt động 24/24 để giúp tiếp kiệm thời gian, sức lao động của con người. Đối với các trang trại chăn nuôi thì tự động hóa giúp tăng cường kỹ thuật chăn ni nhằm tối ưu hoạt động, tinh gọn quy trình chăn nuôi để tăng sức cạnh tranh, tăng sức đề kháng cho gia cầm trước mọi biến động của môi trường bên ngồi. Hệ thống chăn ni gồm các phần chính như là: hệ thống cho ăn tự động, hệ thống chiếu sáng, hệ thống làm mát, bên cạnh đó thì cũng có hệ thống theo dõi sức khỏe của vật nuôi. Các hệ thống chăn nuôi tự động tự động vận hành việc cho ăn, làm mát, chiếu sáng theo các cài đặt đã được định trước về định lượng thức ăn, điều kiện môi trường để ngăn chặn các mầm bệnh phát triển, đảm bảo nhiệt độ và ánh sáng phù hợp theo từng giai đoạn phát triển của gia súc, gia cầm.

Đối với hệ thống làm mát trong trang trại chăn ni thì hiện nay đa số các trang trại sử dụng quạt, máy bơm… để làm mát cho trang trại. Nhìn chung, những hệ thống này đều chưa hoàn thiện. Chính vì thế em quyết định áp dụng một số bộ

<i><b>điều khiển vào hệ thống để hoàn thiện khâu làm mát và lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi.” </b></i>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan hệ thống làm mát </b>

Trong ngành chăn nuôi và trồng trọt, việc duy trì mơi trường thoải mái và lành mạnh cho động vật là yếu tố quan trọng đối với sự thành công của một trang trại. Một trong những công nghệ quan trọng giúp đạt được mục tiêu này là hệ thống

Hệ thống làm mát trong trang trại là một bộ phận không thể thiếu, đặc biệt là trong những khu vực có điều kiện khí hậu nóng ẩm. Chúng giúp kiểm sốt nhiệt độ, độ ẩm và sự lưu thơng khơng khí trong các khu vực nuôi điều kiện sống tốt

<b>nhất cho động vật và cây trồng. </b>

Có nhiều phương pháp khác nhau để làm mát trong trang trại, từ hệ thống thơng gió đơn giản đến các hệ thống tiên tiến sử dụng công nghệ mới như phun sương hoặc điều hịa khơng khí. Nhưng phố biến nhất là hệ thống làm mát bằng

Hệ thống làm mát trong trang trại này hoạt động theo nguyên lí rất cơ bản. Đầu tiên thì một đầu của trang trại được lắp hệ thống quạt hút công nghiệp với công suất lớn để có thể thực hiện được việc hút tồn bộ khí nóng, bụi bẩn ở trong trang trại ra bên ngoài. Đầu còn lại của trang trại được lắp hệ thống trao đổi nhiệt. Hệ thống trao đổi nhiệt được tạo thành từ nhiều tấm làm mát cooling pad và được các máy bơm cung cấp nước lên phía trên của tấm cooling pad để làm ẩm tấm. Nước sẽ được thi về qua các đường ống, máng dẫn nước để thu nước về để tiếp tục vòng tuần hồn mới. Khơng khí nóng và khơ nhờ tác động của hệ thống quạt hút sẽ đi qua qua tấm làm mát và trao đổi trực tiếp với nước được giữ lại một phần

<b>trong tấm làm mát. Do đó nhiệt độ mơi trường trong trang trại sẽ giảm xuống.[1] </b>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Hình 1. 1: Hệ thống làm mát trong trang trại.

<b>Hệ thống được nhiều người sử dụng do có rất nhiều ưu điểm như là [1] : - Dễ dàng lắp đặt, sử dụng, chi phí ít </b>

- Hệ thống hoạt động ổn định, hiệu quả cao và có thể giảm 10° so với ngồi

<b>- Hệ thống có tuổi thọ cao, sử dụng được lâu dài - Hệ thống thân thiện với môi trường, con người </b>

<b>- Hệ thống có thể áp dụng cho các trang trại lớn nhỏ khác nhau </b>

Ngoài ra hệ thống làm mát khơng chỉ có thể làm mát cho trang trại mà nó cịn có thể cung cấp oxy cho vật ni, điều phối khơng khí đều trong trang trại,loại bỏ các khí NH3,CO2 ra bên ngoài, điều khiển nhiệt độ để phụ hợp với từng loại vật nuôi khác nhau, giúp vật ni có mơi trường sống thoải mái, giảm tỉ lệ vật nuôi bệnh tật và tăng hiệu quả chăn nuôi.[1]

<b>1.2 Tổng quan hệ thống </b>

<b>1.2.1 Mô tả hệ thống </b>

Hệ thống làm mát trong trang trại của đồ án này sẽ có một mơt hình được thiết kế dưới dạng thu nhỏ của một trang trại với kích thước là chiều dài, chiều rộng, chiều cao là 50cm, 25cm, 20 cm. Trong hệ thống này thì sẽ sử dụng PLC S7-1214 DC/DC/DC để điều khiển. PLC sẽ được đọc dữ liệu của cảm biến nhiệt độ NTC qua module truyền thông CM 1241 để tiến hành điều khiển. . Tại đây thì

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

tác giác áp dụng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển logic mờ để có thể điều khiển động cơ chạy với nhiệt độ thu được. Tác giả có sử dụng cả 2 động cơ DC và động cơ 3 pha.Với động cơ DC thì sẽ được điều khiển bằng cách xung PWM. Động cơ 3 pha sẽ được điều khiển qua biến tần. Bảng điều khiển của hệ thống gồm các nút nhấn xanh, đỏ, vàng, EMG, chuyển mạch 3 vị trí để điều khiển hệ thống chạy,dừng, chạy lại, dừng khẩn cấp và chuyển các chế độ của hệ thống. Mục đích của việc điều khiển này áp dụng bộ đều khiển PID, điều khiển logic mờ là để tiết kiệm năng lượng điện khi các thiết bị chấp hành hoạt động với công suất mà khơng cần thiết.

<b>1.2.2 Sơ đồ hệ thống </b>

Hình 1. 2 Sơ đồ hệ thống

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>1.3 Lí thuyết về thiết bị </b>

Bộ lập trình PLC S7-1200 Siemens ra đời vào năm 2009 và nó dùng để thay thế dần cho PLC S7-200. So với dòng PLC S7-200 thì PLC S7-1200 có những tính năng mới nổi trội hơn.

PLC S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp với những tập lệnh mạnh giúp giải pháp hoàn hảo hơn cho những ứng dụng sử dụng PLC S7-1200.

PLC S7-1200 hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP[2].

Hình 1. 3: Hình ảnh PLC S7-1200 và module

Các thành phần của dòng PLC S7-1200 bao gồm[2]:

<i><b>Bộ điều khiển chính CPUs gồm:</b></i>

Bộ lập trình S7-1200 : -CPU 1211C,

-CPU 1212C -CPU 1214C -CPU 1215C -CPU 1217C

<i><b>Mô đun và Signal board mở rộng:</b></i>

+ Board mở rộng cho CPU S7-1200: Signal board Digital (input, outputs, input/output), Signal board Analog (input, outputs)

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

+ Mô đun mở rộng cho CPU S7-1200: Mô đun Digital (input, outputs, input/output), mô đun Analog (input, outputs, input/output)

– Mô đun truyền thông PROFIBUS DP 1200, mô đun Modbus 1200, mô đun GPRS kết nối GSM / GPRS cho điện thoại di động … – Mô đun Switch mở rộng cổng Ethernet cho CPU S7-1200

S7-– Mô đun nguồn PLC S7-1200 PM1207 power supply input 115/230VAC, output 24VDC 2.5A

- Trạm trộn bê tông - Hệ thống rửa xe tự động - Máy sản xuất dược phẩm…

Dưới đây là bảng so sánh các dòng plc S7-1200 [3]:

Tùy chọn

DC/DC/DC, AC/DC/relay, DC/DC/relay

Bộ nhớ work memory

Bộ nhớ woad memory

Thẻ nhớ Tùy chọn thẻ nhớ

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

DI/DO

Ngõ vào Analog tích hợp

Ngõ ra Analog tích hợp

Mơ đun tín hiệu mở rộng

Mơ đun truyền thơng mở rộng

Bảng 1. 1: Bảng so sánh các dùng plc S7-1200

Đồ án sẽ sử dụng PLC S7-1214 DC/DC/DC bởi lí do PLC này có đủ các chức năng để làm những dự án nhỏ hơn thế nữa thì PLC S7-1214 DC/DC/DC này được bán rất nhiều trên thị trường và có thể mua lại để sử dụng mà khơng cần phải đặt hàng mua mới để sử dụng.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>1.3.2 Module truyền thông CM 1241 </b>

Module truyền thồng CM 1241 là module giao tiếp CM 1241 thuộc dòng SIMATIC S7-1200, giúp trao đổi dữ liệu nối tiếp nhanh chóng, cho hiệu suất cao thơng qua dạng kết nối point-to-point (từ điểm đến điểm) [4].

Module giao tiếp CM1241 có các giao thức đã triển khai như: ASCII, giao thức ổ đĩa USS, Modbus RTU, 3964(R). Đồng thời, có thể tải được cả các giao thức bổ sung và tham số hóa đơn giản với STEP 7 Basic.

Hình 1. 4: Module truyền thông CM 1241

Module CM 1241 cũng được sử dụng trong một số linh vực như: - Hệ thống tự động hóa SIMATIC S7 và hệ thống của nhiều nhà sản xuất khác, Máy in, Điều khiển robot, Modem, Máy quét, Đầu đọc mã vạch, v.v.

<b>1.3.3 Module analog SM 1232 </b>

Module analog SM1232 là module mở rộng của PLC S7-1200, module giúp PLC có thêm 4 cổng analog khi PLC khơng có đầu ra analog hoặc là PLC cần thêm cổng analog để sử dụng. Đầu ra có tín hiệu từ -10V đến 10V hoặc từ 0-20mA/4-

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Hình 1. 5: Module analog SM 1232

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được. Biến tần được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp để điều khiển tốc độ động cơ, đảo chiều quay, giảm dòng khởi động, giảm độ rung và tiết kiệm năng lượng [5].

Hình 1. 6: Hình ảnh biến tần của hàng VFD-L

<b> Mỗi loại biến tần có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu </b>

kỹ thuật của hệ thống điều khiển. Các thành phần chính của biến tần được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp. Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các thành phần chính sau:

- Mạch nguồn: cung cấp điện năng cho toàn bộ biến tần.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

- Mạch điều khiển: là trung tâm điều khiển của biến tần, nơi thực hiện chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ.

- Mạch chuyển đổi tần số: là mạch chính của biến tần, thực hiện chức năng biến đổi tần số dòng điện đầu vào 50Hz thành tần số dòng điện đầu ra điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz. Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT.

- Mạch bảo vệ: bao gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, bảo vệ quá dòng, bảo vệ các sự cố điện có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống.

- Màn hình - bàn phím: được sử dụng để thực hiện các thao tác giám sát, cài đặt và điều khiển từ người vận hành.

- Ngồi ra biến tần cịn có thể được tích hợp: module truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),...

Hình 1. 7: Sơ đồ mạch điện của biến tần

<i><b>Nguyên lí hoạt động của biến tần: </b></i>

<b> - Đầu tiên, biến tần nhận nguồn đầu vào từ nguồn cung cấp điện. Tùy từng </b>

loại biến tần, nguồn điện đầu vào có thể là nguồn 1 pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ nguồn đầu vào 3 pha 380V tần số 50Hz). Nguồn điện này được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Tụ điện có chức năng lưu trữ điện năng của biến tần.

- Tiếp theo, điện áp 1 chiều trong tụ điện sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.

- Tần số của tín hiệu đầu ra sẽ tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển và các tham số được lập trình sẵn trong biến tần. Người vận hành có thể cài đặt trước chế độ hoạt động hoặc điều khiển trực tiếp biến tần.

- Trong quá trình hoạt động, biến tần sẽ phát hiện các sự cố như quá tải, quá áp, sụt áp, mất pha,... biến tần đưa ra cảnh báo các lỗi nhẹ và có thể ngừng cấp điện cho động cơ nếu phát hiện các lỗi nghiêm trọng để tránh gây hư hại cho hệ thống.

Hình 1. 8: Hình ảnh biến đổi điện áp/tần số qua biến tần

<i><b>Thông số kĩ thuật Biến tần Delta VFD-L [6]: </b></i>

- Đây là dịng biến tần có kích thước nhỏ gọn công suất chỉ từ 0.1kW - 1.5kW. - Điều chỉnh theo đường cong V/F.

- Bộ xử lý 16bit kiểm soát ngõ ra theo kiểu SVPWM. - Build-in EMI filter.

- Tích hợp giao thức truyền thơng Modbus RS-485. - Ngõ vào tham chiếu 0-10VDC hoặc 4-20mA. - Tần số sóng mang lên đến 10kHz.

- Chức năng nghỉ và tiết kiệm điện năng.

- Tích hợp các chức năng cao cấp như: PLC, Counter, Local/remote, Multi-step speed, Base lbock, AVR, DC braking, Over/Under voltage, Overload,

Overcurrent, over heating, Self-testing, …

- Điều khiển hồn hảo động cơ xoay chiều 3 pha cơng suất từ 0.2kW – 1.5kW. - Chức năng nghỉ và tiết kiệm điện năng.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>Hình 1. 9: Biến tần VFD-L 1.3.5 Nguồn tổ ong </b>

<b> Nguồn tổ ong là cách gọi khác của nguồn xung. Nguồn xung là bộ nguồn </b>

có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng

Hình 1. 10: Nguồn tổ ong

<i>Ưu điểm: Nguồn tổ ong: Giá thành rẻ, gọn, nhẹ dễ tích hợp cho những thiết </i>

bị nhỏ gọn, hiệu suất cao.

<i>Nhược điểm: Chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết kế phức tạp, việc sửa chữa </i>

cũng khó khăn cho những người mới học , ngoài ra tuổi thọ của nó thường khơng cao (do cấu tạo chủ yếu bằng các linh kiện bán dẫn).

<i><b>Thông số kĩ thuật : </b></i>

+ Điện áp đầu vào:110V/220V AC (có thể chuyển qua lại 110V và 220V)

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

+ Cường độ dòng điện: 5A

<b>+ Công suất tối đa:120W 1.3.6 Aptomat </b>

<b> Aptomat là tên thường gọi của thiết bị đóng cắt tự động (cầu dao tự động). </b>

Trong tiếng Anh thiết bị đóng cắt là Circuit Breaker (viết tắt là CB). Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện. Một số dịng Aptomat có thêm chức năng bảo vệ chống dịng rò được gọi là aptomat chống rò hay aptomat chống giật [8].

<i><b>Theo cấu tạo, aptomat được phân loại thành : </b></i>

-Aptomat dạng tép - MCB (Miniature Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Aptomat tép (MCB) hay còn gọi là Át cài là loại Aptomat kích thước nhỏ, dịng cắt ngắn mạch thấp chủ yếu được dùng trong dân dụng.

Hình 1. 11: Aptomat dạng tép MCB

- Aptomat dạng khối - MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Aptomat khối (MCCB) cịn được gọi là Át khối có kích thước lớn, dịng cắt ngắn mạch cao chủ yếu dùng trong công nghiệp và trong các hệ thống dân dụng lớn.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Hình 1. 12: Aptomat dạng khối MCCB

<i><b>Theo chức năng, aptomat được phân loại thành : </b></i>

- Aptomat thường (bảo vệ quá tải, ngắn mạch): MCB, MCCB - Aptomat chống rò:

+RCCB (Residual Current Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò dạng tép)

+RCBO (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection - Aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng tép.

+ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng khối)

Ngoài ra cịn có các aptomat 1 pha: 1 cực, aptomat 1 pha + trung tính (1P+N): 2 cực, aptomat 2 pha: 2 cực, aptomat 3 pha: 3 cực, aptomat 3 pha + trung tính (3P+N): 4 cực, aptomat 4 pha: 4 cực…

Theo dịng cắt ngắn mạch, có các loại - Aptomat dịng cắt thấp ( dòng cắt 10kA) -Aptomat dòng cắt trung bình ( dịng cắt 30kA) -Aptomat dịng cắt cao ( dịng cắt 50kA)

Theo khả năng chỉnh dịng, có các loại: -Aptomat có dịng định mức cố định -Aptomat chỉnh dòng định mức.

<b>Aptomat hoạt động dựa trên 2 cơ chế tác động đó là: cơ chế nhiệt và cơ chế </b>

điện từ.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

- Cơ chế nhiệt thì aptomat được thực hiện dựa vào sự giãn nở vì nhiệt của thanh lưỡng kim. Khi dòng điện chạy qua thanh lưỡng kim sẽ sinh nhiệt, 2 mặt của thanh lưỡng kim có độ giãn nở vì nhiệt khác nhau làm cho thanh lưỡng kim bị uốn cong dẫn tới tác động ngắt aptomat. Chức năng bảo vệ quá tải của Aptomat được thực hiện bởi cơ chế tác động nhiệt.

- Cơ chế điện thì aptomat từ dựa trên lực điện trường sinh ra khi có dịng điện rất lớn chạy qua cuộn dây. Chức năng bảo vệ ngắn mạch của Aptomat được thực hiện bởi cơ chế điện từ. Khi hệ thống gặp sự cố như ngắn mạch sẽ sinh ra dòng điện rất lớn lên tới vài chục kA trong thời gian rất ngắn. Lực điện trường sinh ra sẽ tác động ngắt aptomat để bảo vệ cho các thiết bị điện.

Một điều đáng chú ý nữa là khi lựa chọn Aptomat đó là:

- Chọn aptomat có dịng định mức cao hơn so với tải ít nhất 20%.

- Aptomat tổng nên chọn dư so với nhu cầu hiện tại để dự phòng tăng thêm thiết bị trong tương lai.

- Chọn aptomat phải phù hợp với khả năng chịu tải của dây dẫn. Ngoài chức năng bảo vệ cho thiết bị thì aptomat cịn bảo vệ cho dây dẫn khơng để quá tải dẫn tới dây bị phá hủy, bị cháy.

Ở trong hệ thống làm mát này tác giả sẽ nâng cấp và cải tiến thêm nên tác giả sử dụng một con aptomat 220V-25A để vệ toàn bộ hệ thống được lấy nguồn vào là 220V và đầu ra cấp cho nguồn tổ ong.

<b>1.3.7 Relay </b>

<b> Relay hay còn được gọi là rơ – le. Nó là một cơng tắc (khóa K) điện từ và </b>

được vận hành bởi một dòng điện tương đối nhỏ có thể bật hoặc tắt một dịng điện lớn hơn rất nhiều. Bản chất của relay là một nam châm điện và hệ thống các tiếp điểm đóng cắt có thiết kế module hóa giúp dễ dàng lắp đặt. Relay sẽ có hai loại trạng thái là ON (mở) và OFF (tắt). Ở trạng thái hoạt động ON hay OFF sẽ phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay khơng[10].

Trên mỗi Relay sẽ 3 kí hiệu là: NO, NC và COM. Trong đó, NC và NO là hai chân chuyển đổi. Cụ thể:

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Cấu tạo chung của relay bao gồm: -Nam châm điện

-Cần dẫn động -Các ngõ vào ra

Nguyên lí hoạt động của relay là [7]:

-Khi có dịng điện chạy qua mạch thứ nhất thì sẽ kích hoạt nam châm điện. Từ đó, Relay sẽ tạo ra từ trường và hút tiếp điểm đồng thời kích hoạt ln mạch thứ hai. Khi đó tiếp điểm thường đóng NC sẽ khơng cho dịng diện chạy qua và tiếp điểm thưởng mở NO sẽ cho dòng điện chạy qua.

-Khi nguồn điện bị cắt thì tiếp điểm trở về vị trí ban đầu do có lị xo kéo, mạch điện thứ hai bị ngắt.

Chức năng của Relay là :

- Rơ le dùng để chuyển mạch nhiều dòng điện, điện áp sang các tải khác nhau. Bằng cách sử dụng một tín hiệu điều khiển.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

cấp điện DC.

<b>-Relay sẽ theo dõi, giám sát các hệ thống an tồn cơng nghiệp và ngắt </b>

điện cho máy móc nếu đảm bảo độ an tồn.

<b>Relay được phân loại theo ngun lí làm việc đó là : </b>

-Relay trung gian -Relay điện từ -Relay nhiệt

Đối với hệ thống làm mát trong trang trại này thì tác giả sử dụng một con relay để điều khiển bơm hút nước cấp cho tấm làm mát, 1 con relay để điều khiển quạt và 2 con relay dự phòng trong chế độ điều khiển bằng tay của hệ thống.

<b>1.3.8 Mạch cảm biến nhiệt độ NTC10K RS485 Modbus RTU kết nối PLC </b>

Mạch cảm biến nhiệt độ NTC10K RS485 Modbus RTU kết nối PLC giúp cho PLC đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ NTC10K qua RS485 Modbus RTU [11].

Hình 1. 14: Mạch cảm biến nhiệt độ NTC 10K

Dữ liệu của cảm biến được trả về 2 byte và được chuyển đổi về dạng thập phân. Khi đó chúng ta lấy dữ liệu thu được chia cho 10 thì sẽ thu được giá trị nhiệt độ đo được.

Thông số kĩ thuật của mạch là [11]: - Điện áp hoạt động: DC 6 - 25V.

- Cường độ dòng điện làm việc: 7 - 13 mA.

- Chuẩn giao tiếp: RS485 Modbus RTU (3 read command, 6 write command). - Tốc độ giao tiếp Serial: 9600 baud rate (mặc định), N, 8, 1.