Thiết kế hệ điều khiển hệ thống điều hoà không khí công suất lớn dùng máy lạnh kiểu water chiller

Mở đầu
Ngày nay, điều hoà không khí là một phần rất quan trọng trong cuộc sống sinh hoạt cũng
nh trong sản xuất. Đặc biệt khi nớc ta đã trở thành một thành viên của WTO. Việc cải thiện điều
kiện làm việc cho công nhân là một yêu cầu gần nh bắt buộc của các doanh nghiệp khi muốn xuất
khẩu sản phẩm, thêm vào đó là các điều kiện nghiêm ngặt cần phải tuân thủ khi sản xuất, bảo
quản hàng hoá xuất khẩu nên điều hoà không khí trong công nghiệp ngày càng có vai trò quan
trọng.
Một phần của hệ thống điều hoà là hệ thống điều khiển của nó. Điều khiển hệ thống điều
hoà không khí không phải là một lĩnh vực mới, nhng luôn chiếm vị trí rất quan trọng trong quá
trình thiết kế một hệ thống điều hoà. Dù hệ thống điều hoà là lớn hay nhỏ thì hệ thống điều khiển
của nó đều đóng vai trò quyết định đến chất lợng làm việc của hệ thống. Hiện nay, với sự tiến bộ
về công nghệ và thiết bị điều khiển ( ví dụ công nghệ SCADA, DCS, PLC/ HMI, bus trờng)
ngày càng tạo điều kiện thuận lợi hơn trong việc nâng cao chất lợng của quá trình điều khiển nói
chung và hệ thống điều khiển hệ thống điều hoà không khí nói riêng.
Trong đồ án này, tôi xin đa ra một thiết kế mới dựa trên nền mô hình của hệ thống điều
khiển của hệ thống điều khiển điều hoà không khí công suất lớn làm lạnh kiểu Water Chiller tại
Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng. Thiết kế mới này dựa trên cơ sở điều khiển quá trình và các bộ
điều khiển khả lập trình PLC của Siemens.
Đồ án bao gồm 5 chơng:
Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống điều hoà không khí tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng.
Chơng này giới thiệu: vị trí địa lý, khí hậu và đặc điểm của không gian điều hoà; cấu tạo,
nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hoà và hệ điều khiển của nó.
Chơng 2: Khái niệm chung về điều khiển quá trình và các hệ thống điều khiển cho một số
hệ thống điều hoà không khí. Nội dung chính của chơng 2 đề cập đến: các khái niệm điều
khiển quá trình, các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình và giới thiệu
về hệ thống điều khiển cho một số hệ thống Nhiệt - Lạnh.
Chơng 3: Bộ điều khiển khả lập trình PLC, Giới thiệu thiết bị PLC S7 300 của hãng
Siemens. Bao gồm 2 phần chính: phần một giới thiệu tổng quan về bộ điều khiển lập trình
- PLC, phần 2 giới thiệu về thiết bị điều khiển PLC S7 300 của hãng Siemens là thiết
bị sẽ đợc sử dụng trong đồ án.

Chơng 4: Các phơng pháp xác định tham số làm việc của hệ thống điều chỉnh. Chơng này
sẽ giới thiệu tổng quan về một số phơng pháp xác định tham số làm việc của hệ thống điều
chỉnh, cách xác định các tham số.
Chơng 5: Xây dựng hệ thống điều khiển mới dựa trên nền mô hình của hệ thống điều
khiển của hệ thống điều khiển điều hoà không khí công suất lớn làm lạnh kiểu Water
Chiller tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng.
Kết luận.
- 1 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Trên đây là khái quát về đồ án tốt nghiệp, trong các chơng sau tôi sẽ nêu cụ thể từng vấn
đề để đi đến đích là một hệ thống điều khiển mới thoả mãn các yêu cầu đặt ra của bài toán điều
khiển cũng nh u điểm của nó đối với hệ thống cũ.
Chơng 1
giới thiệu tổng quan về hệ thống điều hoà tại viện vệ sinh
dịch tễ trung ơng
Khi thiết kế một hệ thống điều khiển nói chung hay hệ thống điều khiển cho hệ thống điều
hoà nói riêng, một công việc không thể thiếu đợc đó là tìm hiểu về đối tợng điều khiển của hệ
thống. Cũng với mục đích đó, trong chơng đầu tiên này, tôi sẽ giới thiệu chung về các vấn đề
chính sau:
Vị trí địa lý, khí hậu và đặc điểm không gian cần điều hoà: Giới thiệu tổng quan về
Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng với các đặc điểm riêng của không gian điều hoà tại
đây.
Hệ thống điều hoà sử dụng tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng: Giới thiệu về cấu tạo
và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hoà không khí dùng máy lạnh kiểu Water
Chiller làm mát bằng nớc của hãng Century Hàn Quốc.
Đinh Mạnh Cờng - 2 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Hệ thống điều khiển đợc sử dụng tại đây: Đợc chia thành hai hệ thống chính là hệ

thống điều chỉnh nhiệt độ tại các AHU và OAH; hệ thống điều chỉnh năng suất lạnh.
Ngoài ra, hệ thống bảo vệ và các bộ cảm biến đo lờng cũng là phần không thể thiếu
của hệ điều khiển.
1.1. Vị trí địa lý, khí hậu và đặc điểm của không gian cần điều hoà:
Đối với việc sản xuất và bảo quản các loại hàng hoá đặc biệt nh thuốc, vác xin, dụng cụ y
tế thì các yêu cầu về điều kiện vi khí hậu là rất khắt khe. Nớc ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên
để điều kiện vi khí hậu trong phòng sản xuất cũng nh bảo quản đạt yêu cầu thì không thể thiếu đ-
ợc hệ thống điều hoà không khí. Cũng vì lý do này mà một trong trung tâm sản xuất vác xin lớn ở
nớc ta nh Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng số 1 Y. Ec. Xanh Hà Nội đã lắp đặt một hệ thống
điều hoà không khí rất lớn, hiện đại, đảm bảo hoạt động hoàn toàn tự động dới sự giám sát vận
hành của bộ phận kỹ thuật.
Không gian cần điều hoà ở tại nơi sản xuất và bảo quản của Viện Vệ Sinh Dịch Tễ là rất
lớn do tính chất của một địa điểm sản xuất và bảo quản vác xin mang tầm cỡ quốc gia. Không
gian đợc chia thành nhiều khu vực khác nhau phụ thuộc vào chức năng của từng khu hay từng
phòng. Riêng khu nhà sản xuất đợc đề cập trong đề tài này đã có diện tích mặt bằng lên đến
7000m
2
trong đó có khoảng 5000m
2
diện tích là không gian điều hoà, phần còn lại là phòng máy
và kho lạnh chứa sản phẩm cuối cùng.
Nh trên đã nói, không gian điều hoà đợc chia thành từng khu, từng phòng phụ thuộc vào
chức năng của nó. Do chức năng khác nhau sẽ có điều kiện vi khí hậu khác nhau ở mỗi phòng.
Điều kiện vi khí hậu tại đây phải đảm bảo cho việc sản xuất thuốc, vác xin đúng theo tiêu chuẩn
của từng công đoạn sản xuất thuốc. Nói chung, tại đây, yêu cầu chung về áp suất trong các phòng
phải đảm bảo đạt 1,3 mmH
2
O để tránh không khí bên ngoài lọt vào phòng (trừ một số phòng chứa
các chất độc hại cho môi trờng thì cần để áp suất thấp hơn áp suất môi trờng), thêm vào đó là yêu
cầu rất khắt khe về độ sạch của không gian cần điều hoà, cấp độ sạch của phòng đánh giá thông

qua: mật độ hạt bụi/ m
3
không khí. Cấp độ sạch đợc chia thành ba cấp độ khác nhau:
Cấp độ: 10.000 có 10.000 hạt bụi/m
3
không khí
100.000 có 100.000 hạt bụi/m
3
không khí
300.000 có 300.000hạt bụi/m
3
không khí.
Từ các cấp độ sạch, không gian điều hoà sẽ đợc chia thành các vùng khác nhau với cấp độ sạch
giống nhau để thuận lợi cho công việc điều hoà không khí. Đợc thể hiện nh hình vẽ M -103
Nói chung, do đặc điểm đặc trng Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng là nơi sản xuất, bảo
quản thuốc, vác xin một loại hàng hoá đặc biệt có ảnh hởng rất lớn đến sức khoẻ cộng đồng,
nên các công đoạn sản xuất và bảo quản cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn. Vì vậy
việc đảm bảo điều kiện vi khí hậu theo tiêu chuẩn định ra và duy trì các thông số ổn định là một
yêu cầu bắt buộc của việc thiết kế hệ thống điều hoà không khí và hệ thống điều khiển cho hệ
thống này.
Đinh Mạnh Cờng - 3 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

1.2. Các đặc điểm của hệ thống điều hoà không khí lớn dùng máy lạnh Water Chiller
tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng
Để đáp ứng các yêu cầu đã đặt ra ở trên, một hệ thống điều hoà không khí lớn dùng máy
lạnh kiểu Water Chiller giải nhiệt nớc đã đợc thiết kế và lắp đặt tại đây. Tổ hợp máy lạnh này bao
gồm hai máy lạnh giống nhau của hãng Century đợc lắp đặt theo kiểu song song, tức là một trong
hai máy có nhiệm vụ làm máy dự phòng. Do công suất lạnh của không gian cần điều hoà là rất
lớn nên mỗi máy lạnh đợc lắp đặt có công suất lạnh rất lớn: 450 USRT (1USRT = 12.000Btu/h =

3516 W). Mỗi máy hoạt động nhờ nguồn điện 3 pha- 3300V-50Hz, với cờng độ dòng điện khi vận
hành là 72,5A và khi khởi động là 225,5A. Nh hình 1.1
Đinh Mạnh Cờng - 4 -
§å ¸n tèt nghiÖp TTBL&N-K43

H×nh 1.1 – H×nh ¶nh mét m¸y chiller t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ¬ng
§inh M¹nh Cêng - 5 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Mỗi máy lạnh gồm bộ phận chính là máy nén ly tâm(Centrifugal Compressor) (số 1 -bản
vẽ số 1), bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập (Flooded Shell and Tube Evaporator ) (số 2) và
bình ngng dạng ống vỏ nằm ngang (số 3) (Shell- and-Tube), và một hệ thống điều khiển kèm
theo. Các đờng ống nớc làm mát bình ngng, đờng ống nớc lạnh ra, vào cụm máy đợc miêu tả nh
hình vẽ dới. Trong máy lạnh này ngời ta sử dụng môi chất lạnh là CHCl
2
CF
3
hay R-123.

Bình ngng ống vỏ (số 3) có môi chất lạnh đi ngoài ống, đợc làm mát bởi nớc đi trong ống
và môi chất giảm nhiệt độ, ngng tụ hoàn toàn sau khi ra khỏi bình ngng. Nớc làm mát phải thoả
mãn điều kiện nhiệt độ cao nhất của nớc ra khỏi bình ngng không quá 37
o
C, trong điều kiện vận
hành bình thờng nhiệt độ nớc ra khỏi bình ngng là 30
o
C khi nớc vào có nhiệt độ là 23
o
C. Nớc sau
khi đã nhận nhiệt ở bình ngng sẽ đợc bơm của hệ thống nớc làm mát (số 5) đẩy đến tháp giải

nhiệt (số 4) nhằm giảm nhiệt độ để tiếp tục vòng tuần hoàn làm mát bình ngng tiếp theo. Tại đây,
tháp giải nhiệt (số 4) đợc lắp đặt gồm 2 tổ hợp loại hộp nằm ngang ứng với hai máy lạnh với công
suất làm mát mỗi tháp lên đến 2.340.000 Kcal/h mỗi tổ hợp đợc lắp 3 quạt rất lớn, đờng kính quạt
2000x3, động cơ quạt đợc vận hành bởi hệ thống điện 3 pha /380V/ 50Hz và quay với duy nhất
một cấp tốc độ: 460 vòng/phút. Lu lợng nớc qua tháp giải nhiệt có thể đạt 9760 lít/phút (hình 1.2).
Nh vậy nớc làm mát sau khi qua tháp giải nhiệt sẽ giảm nhiệt độ xuống để khi quay trở lại bình
Đinh Mạnh Cờng - 6 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

ngng đạt khoảng 23
O
C. Trong quá trình hoạt động lợng nớc thất thoát trong quá trình làm mát nớc
sẽ đợc bổ sung nớc ngay tại tháp bởi nguồn nớc thành phố thông qua bơm cấp nớc thành phố.
Hình 1.2 Cụm tháp giải nhiệt đợc sủ dụng tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng
Bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập (số 2) có môi chất đi ngập xung quanh các đờng ống chứa nớc
lạnh, môi chất (R123) nhận nhiệt từ nớc lạnh và bay hơi. Lúc đó nhiệt độ của nớc lạnh giảm
xuống từ 15
o
C xuống 8
0
C. Nớc đợc tuần hoàn trong quá trình nhờ bơm nớc lạnh (số 7) với lu lợng
nớc qua bình bay hơi là 272,2 m
3
/h. Sau khi đi qua bình bay hơi, nớc đợc bơm đẩy đến ống phân
phối nớc lạnh rồi nớc đợc chia theo các đờng khác nhau để đi đến các AHU (số 11) (Air Handling
Unit) hoặc OAH (số 10) (Out door Air Handling unit Làm lạnh khí tơi) để trao đổi nhiệt với
không khí. Các đờng ống nớc đến OAH, các AHU là song song với nhau và có đờng kính là 80.
Đến đây nhiệt độ của nớc lạnh là 8
o
C và đi vào giàn trao đổi nhiệt của AHU hoặc OAH, nớc lạnh

trao đổi nhiệt với không khí, nhận nhiệt và tăng nhiệt độ lên 15
o
C (dải nhiệt độ của nớc lạnh từ
bình bay hơi ra là 8
0
C đến 15
0
C, nớc sau khi qua AHU là 12
0
C đến 19
0
C). Sau quá trình này nớc
tiếp tục vòng tuần hoàn (quay về ống góp nớc lạnh, quay trở lại bình bay hơi). Ngoài giàn lạnh, tại
AHU còn đợc lắp thêm giàn nóng, nó rất ít khi đợc sử dụng do điều kiện khí hậu của nớc ta, chỉ
đợc sử dụng trong mùa đông khi nhiệt độ ngoài trời rất thấp (dới 0
0
C) (vì vậy trong giới hạn của
đồ án chỉ đề cập đến hệ thống nớc lạnh và các giàn lạnh). Nớc nóng do các lò hơi cung cấp sẽ đi
Đinh Mạnh Cờng - 7 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

qua giàn nóng và cấp nhiệt thêm cho không khí, để đạt yêu cầu đặt ra về nhiệt độ. Nh vậy, hệ
thống đờng ống nớc lắp đặt trong hệ thống điều hoà không khí này là hệ thống 4 đờng ống, trong
đó có 2 đờng ống lạnh và 2 đờng ống nóng.
Trong vòng tuần hoàn của nớc lạnh đối với hệ thống kín không thể thiếu đợc một thiết bị
rất quan trọng đó là bình giãn nở. Bình giãn nở có nhiệm vụ điều tiết sự dãn nở nhiệt của nớc
trong hệ thống nớc lạnh khi có thay đổi nhiệt độ hoặc khi toàn hệ thống ngừng làm việc. Ngoài ra,
nó còn có nhiệm vụ cấp nớc và bổ sung nớc cho hệ thống.
Các OAH đợc lắp trong hệ thống điều hoà với mục đích giảm nhiệt độ của khí tơi xuống
một nhiệt độ nhất định. Sau đó, khí tơi này đợc hệ thống quạt của OAH đẩy đến các AHU khác

nhau, tuỳ theo độ lớn công suất lạnh của AHU mà lợng khí tơi đợc cấp vào các AHU một cách cố
định. Trong hình 1.3 và 1.4 là hình ảnh về AHU đợc sử dụng tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng.
Tại các AHU, khí hồi từ các phòng đợc một quạt hút về AHU, một phần khí hồi đợc thải
trực tiếp ra ngoài thông qua hệ thống đờng ống thải khí, lợng khí thải ra đúng bằng lợng khí tơi
cấp vào, phần còn lại tiếp tục đợc hoà trộn với khí tơi. Sau khoang hoà trộn, hỗn hợp khí đợc quạt
hút qua các giàn lạnh và giàn nóng (với điều kiện vận hành ở Việt Nam, các giàn nóng rất hiếm
khi phải sử dụng). Tại đây, thông qua các giàn trao đổi nhiệt, nớc lạnh làm cho nhiệt độ của hỗn
hợp khí giảm xuống. AHU có cấu tạo nh hình vẽ 1.5.
Đinh Mạnh Cờng - 8 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Hình 1.3 Hình ảnh của một AHU tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng
Do không gian điều hoà ở Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng là rất lớn nên số lợng AHU lên
đến 16 chiếc. Tuỳ thuộc vào không gian điều hoà mà mỗi AHU có công suất khác nhau, công suất
từ 23.260 Kcal/h (AHU 16) đến 140.179 Kcal/h (AHU 9).
Cột áp của mỗi quạt trong AHU là không giống nhau: quạt hút có cột áp từ 48 mm Aq đến
66 mm Aq(1mmAq = 9,8 Pa 1mmH
2
O), trong khi đó quạt đẩy có cột áp lớn hơn: từ 97mmAq
đến 164mmAq. Các quạt này đều là ly tâm quạt 1 cấp tốc độ, vì vậy lu lợng không khí qua các
giàn lạnh là không đổi. Ngoài ra, tại các AHU còn có các phin lọc nh: phin lọc sơ cấp, phin lọc
trung cấp.
Không khí sau khi qua các giàn lạnh sẽ đợc quạt đẩy thổi đến các phòng khác nhau thông
qua hệ thống đờng ống phân phối gió. Do các điều kiện tiêu chuẩn nghiêm ngặt về cấp độ sạch tại
Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng nên không khí trớc khi đa vào phòng hay khu vực sản xuất và bảo
quản phải đợc lọc sạch lần lợt qua các phin lọc có tên Hepa - một loại phin lọc đặc biệt đợc dùng
trong ngành sản xuất dợc phẩm, loại phin lọc này có khả năng xử lý không khí sạch bụi (phòng
sạch) và sạch khuẩn (phòng vô trùng). Các loại phin lọc này có thể có các dạng khác nhau nh
dạng đĩa, dạng hộp, dạng ô nhỏ.
Đinh Mạnh Cờng - 9 -

Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Hình 1.4 Hình ảnh về một AHU tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng
Với các vùng có cấp độ khác nhau thì việc bố trí lới lọc là khác nhau. Sao cho sau khi
không khí lạnh đi qua lới lọc, nó phải đảm bảo đợc yêu cầu về cấp độ sạch đặt ra trớc đó. Không
khí đi vào phòng sau khi đã trao đổi nhiệt sẽ đợc hút quay trở lại AHU qua đờng ống gió hồi để
tiếp tục vòng tuần hoàn của không khí.
Ngoài ra, trên các đờng ống gió ở tại các phòng còn bố trí một thiết bị tên là Fire Damper
hay van khói. Van này có tác dụng đóng ngay đờng ống gió tại phòng hay khu vực có xảy ra cháy,
ngăn không cho ngọn lửa lan rộng ra khu vực hay phòng khác qua đờng ống gió.
Cách bố trí các thiết bị tại gian máy đợc thể hiện trên bản vẽ số 2.
Đinh Mạnh Cờng - 10 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Hình 1.5 - Cụm AHU trong hệ thống điều hoà
Nhng để hệ thống điều hoà không khí dùng máy lạnh kiểu Water Chiller vận hành trơn
tru, đạt chất lợng yêu cầu và ổn định thì không thể thiếu đợc hệ thống điều khiển đặt trên đó.
1.3. Hệ thống điều khiển của điều hoà không khí tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng
Hệ thống điều khiển dùng trong hệ thống điều hoà không khí ở đây có thể chia thành hai
phần chính sau:
Hệ thống điều chỉnh năng suất lạnh máy nén.
Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ tại OAH và các AHU. (hình 1.6)
Các hệ thống điều khiển, bảo vệ, khởi động động cơ của các quạt AHU, OAH, động cơ
bơm nớc lạnh, động cơ bơm nớc làm mát, động cơ máy nén, động cơ quạt tháp giải
nhiệt và bảo vệ cụm chiller.
Trong các hệ thống điều chỉnh này, luôn bao gồm các bộ cảm biến và đo lờng. Vì vậy, nó
sẽ đợc nói đến đầu tiên.
Đinh Mạnh Cờng - 11 -
§å ¸n tèt nghiÖp TTBL&N-K43

H×nh 1.6 – B¶ng hiÖn thÞ cña bé ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é t¹i OAH vµ c¸c AHU
§inh M¹nh Cêng - 12 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

1.3.1. Các bộ cảm biến đo l ờng:
Các cảm biến đo lờng là cấp thấp nhất của hệ thống tự động, cung cấp thông tin đo lờng
cho hệ thống tự động điều chỉnh hoạt động. Ngoài ra còn có thiết bị hiển thị giúp ngời vận hành
xác định rõ ràng thông số của các đại lợng cần đo để đề ra phơng thức vận hành kinh tế và tối u.
Nh vậy yêu cầu các hệ thống đo lờng phải đảm bảo chính xác, nhanh, nhậy, phản ánh kịp thời các
thông số cần đo.
Trong hệ thống điều khiển tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng các đầu đo đợc kết hợp với
các bộ biến đổi tín hiệu đo lờng chuẩn tạo thành các hợp bộ đo lờng để biến đổi các đại lợng
không điện (lu lợng, nhiệt độ, áp suất) thành tín hiệu điện một chiều thống nhất từ 4ữ20mA (kiểu
nguồn dòng) và 0ữ5V (kiểu nguồn điện áp).
a) Đo nhiệt độ:
Tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng, có sử dụng các loại cảm biến sau:
o Các cặp nhiệt ngẫu: Platin Rodi (10%)/Platin Century, đợc lắp tại đờng nớc lạnh
khi ra khỏi bình bay hơi, tín hiệu còn đợc đa về bộ điều chỉnh để điều chỉnh năng suất
lạnh theo tải.
o Các nhiệt điện trở: Platin NPT P100 của Honeywell, đợc lắp tại đờng hồi không khí
của AHU và đờng không khí ra của OAH.
Cặp nhiệt ngẫu: là cảm biến đo nhiệt độ dựa trên hiệu ứng nhiệt điện của cặp nhiệt, chuyển
tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp.[10]
o Hiệu ứng nhiệt điện:
Một vật dẫn đồng chất bao giờ cũng chứa một lợng điện tử nhất định, biểu thị bởi mật độ
điện tử tự do của vật dẫn (hiệu ứng Seebeck). Mật độ điện tử tự do phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.
Gọi N
A
là mật độ điện tử tự do trong vật dẫn A. Giả sử nhiệt độ hai đầu vật là t và t
o

(với t
>t
o
) tơng ứng có N
At
, N
A0
(với N
At
> N
AO
). Xuất hiện sự chuyển dịch của các điện tử tự do từ đầu có
mật độ N
A
lớn sang đầu có mật độ N
A
nhỏ hơn và tạo sự chênh lệch điện thế ở hai đầu, làm xuất
hiện điện trờng chống lại sự chuyển dịch đó. Đến một thời điểm nào đó đạt tới trạng thái cân bằng
động, một sức điện động đợc sinh ra (hiện ứng Thomson). Sức điện động e
A
(t, t
0
):
e
A
(t,t
0
) = u
A
(t) u

A
(t
0
) =

dt
A
với
A
hệ số Thomson của vật liệu A.
Khi có hai dây dẫn A, B khác nhau hai đầu nối với nhau
đặt ở hai nhiệt độ t và t
0
sẽ xuất hiện sức điện động tơng ứng:
Vật A: e
A
(t,t
0
) =

dt
A
=


0
t
t
A
A

dt
dt
)t.N(d
.
N
1
e
k
Đinh Mạnh Cờng - 13 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Vật B: e
B
(t,t
0
) =

dt
B
=


0
t
t
B
B
dt
dt
)t.N(d

.
N
1
e
k
Giả sử N
A
> N
B
dẫn đến có một sức điện động do khuếch tán các điện tử tự do từ A sang B
là e
AB
(t) tại đầu t và e
AB
(t
o
) tại đầu t
o
:
e
AB
(t) =
Bt
At
N
N
ln
e
t.k
e

AB
(t
0
) =
0
0
Bt
At
0
N
N
ln
e
t.k
Khi đó trong hệ tồn tại 4 sức điện động và ta đợc sức điện động tổng là:
E

=
dt
N
N
ln
e
k
t
t
B
A
0

; E
AB
(t, t
0
) = E
AB
(t) - E
AB
(t
0
)
Khi giữ nhiệt độ t
0
không đổi thì E
AB
(t
0
) = const, ta đợc:
E
AB
(t, t
0
) = E
AB
(t) C = F(t)
constt
0
=
- đây là nguyên lý để dùng khắc độ cặp nhiệt độ.
o Cặp nhiệt:

Các cặp thờng đợc dùng: Crômen Kôpen, Crômen Alumen, Bạck kim Rô đi
Bạch kim. ứng với mỗi cặp nhiệt sẽ có khoảng đo khác nhau. Các loại cặp nhiệt này đều có cấu
tạo chung: cặp nhiệt đợc đặt trong sứ cách điện và trang bị thêm một lớp bảo vệ bên ngoài. Việc
bọc vỏ bên ngoài nhằm tránh khí lọt qua và chống thăng giáng nhiệt độ đột ngột.
o Phơng pháp đo:
Suất điện động đo giữa hai đầu của cặp nhiệt sẽ cung cấp thông tin về nhiệt độ cần đo.
Chúng chỉ có thể đợc xác định chính xác nếu nh ta giảm tới mức tối thiểu sự sụt áp do có dòng
chạy trong các phần tử cặp nhiệt và dây dẫn: do rất khó đoán biết điện trở của chúng vì điện trở là
hàm của nhiệt độ môi trờng và của nhiệt độ cần đo. Trên thực tế thờng sử dụng hai phơng pháp đo
suất điện động:
+ Sử dụng milivôn kế có điện trở trong rất lớn để giảm điện thế trên dây dẫn.
+ Sử dụng phơng pháp xung đối để dòng chạy qua cặp nhiệt bằng không.
Nhiệt điện trở: [10]
Điện trở thay đổi theo nhiệt độ, sử dụng trong nhiệt trở kim loại (Resistance Temperature
Detector, RTD) hoặc nhiệt điện trở bán dẫn (Thermistor).
Trong trờng hợp tổng quát, tính giá trị của một điện trở phụ thuộc vào nhiệt:
R(T) = R
o
F(T T
o
)
Với R
o
là điện trở ở nhiệt điện trở T
o
và F là hàm đặc trng cho vật liệu.
Đinh Mạnh Cờng - 14 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Trờng hợp kim loại:

R(T) = R
o
(1 + AT + BT
2
+ CT
3
)
Trong đó T đo bằng
o
C và T
o
= 0
o
C
Trờng hợp nhiệt điện trở (hỗn hợp của các oxit bán dẫn):
R(T) = R
0
. exp[ B(
0
T
1
T
1

)]
Trong đó T là nhiệt độ tuyệt đối
Các hệ số đợc xác định chính xác bằng cách đo những nhiệt độ đã biết trớc. Khi đã biết giá trị của
các hằng số, từ giá trị của R ngời ta xác định đợc nhiệt độ cần đo.
Khi độ biến thiên nhiệt độ T (xung quanh giá trị T) nhỏ, nhiệt độ có thể thay đổi theo hàm tuyến
tính: R(T+T) = R(T). (1+

R
T)

R
=
dT
dR
)T(R
1

R
là hệ số nhiệt độ của điện trở, phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt độ.
b) Đo áp suất: [10]
Trong hệ thống điều khiển tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng, bộ đo áp suất đợc bố trí để
đo áp suất nớc lạnh cũng nh nớc làm mát tại các vị trí nh: đầu đẩy, đầu hút các bơm; đầu vào, đầu
ra của bình bay hơi và bình ngng tụ. Các giá trị này hiển thị giúp ngời vận hành đa ra các phơng
pháp vận hành hợp lý.
Các cảm biến áp suất sử dụng trong hệ thống đa số là loại cảm biến đàn hồi hai phần tử.
Cảm biến đàn hồi hai phần tử: Phần tử cảm biến sơ cấp biến đổi áp suất thành dịch chuyển dựa
trên tính chất lý đàn hồi(ví dụ nh ống Bourdon, màng rung, màng chắn). Phần tử thứ cấp là một
cảm biến dịch chuyển, chuyển đổi độ dịch chuyển thành tín hiệu điện (ví dụ chiết áp, cảm biến
sức căng, cảm biến cảm ứng, cảm biến tụ điện).Loại cảm biến này bao gồm những loại sau:
Cảm biến dùng màng dạng lới: Cảm
biến dùng mạng lới dán lên vật trung
gian thờng đợc dùng để biến đổi trực
tiếp biến dạng do áp suất gây nên
thành biến thiên điện trở R/R. Biến
thiên điện trở đợc đo và thông qua biến
thiên này ta biết đợc chỉ số của áp suất
đo đợc. Vật trung gian có thể là ống

Bourdon với dải đo áp suất rất lớn (một
vài bar đến hàng nghìn bar), hay màng mỏng, màng dạng lới khi đo áp suất thấp hơn 1 bar.
Cảm biến cảm ứng: Cảm biến này hoạt động trên nguyên tắc chuyển đổi tín hiệu áp suất thành
biến thiên độ tự cảm bằng cách sử dụng một mạch từ. Biến thiên này do một hoặc nhiều khe
Đinh Mạnh Cờng - 15 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

từ gây nên. Thờng sử dụng ống Bourdon nối với một mạch từ, bản của mạch từ này nối với
đầu tự do của ống Bourdon, nó có thể xoay quanh một điểm cố định khi có lực áp suất tác
động. Khi bản cực quay sẽ tạo nên biến thiên vi sai các khe từ và kéo theo sự thay đổi độ tự
cảm. Sự thay đổi này sẽ đợc chuyển thành tín hiệu đo thông qua một mạch cầu.
c) L u l ợng kế lá chắn: [10]
Lu lợng kế lá chắn biểu diễn nh hình 1.7. Lá chắn chịu lực tác động của dòng chảy, trọng
lợng và phản lực của lò xo. Vị trí của lá chắn là vị trí mở và đóng ứng với có nớc hay không có n-
ớc qua đờng ống nớc. Vị trí của lá chắn sẽ đợc biết thông qua một công tắc lu lợng kế lá chắn
theo kiểu ON/OFF. Tín hiệu này sẽ đợc gửi tới bộ điều khiển.
Hình 1.7 Lu lợng kế lá chắn
Lu lợng kế này đợc lắp trên đờng ống nớc thành phố cấp cho tháp giải nhiệt, nó giúp bảo
vệ tháp giải nhiệt.
d) Bộ chuyển đổi đo chuẩn (CĐCH):
Chức năng của bộ chuyển đổi đo chuẩn: Các hệ thống thông tin đo lờng điều khiển cùng
một lúc quản lý một số lợng lớn các sensor mắc ở đầu vào. Các sensor đó có thể khác nhau về
nguyên lý hoặc nếu cùng một loại thì khác nhau về giới hạn đo.
Do đó, để đồng bộ tín hiệu giữa nhiều loại sensor và hệ thống ngời ta phải đa vào các bộ
CĐCH tín hiệu để biến các tín ra từ sensor thành một đại lợng duy nhất và một thang đo duy nhất
phù hợp với các tín hiệu đầu vào của hệ thống. Các tín hiệu chuẩn hoá một chiều đó thờng đợc
quy định: Dòng một chiều từ Điện áp 1 chiều
0 ữ 20 mA 0 ữ 1 mV
4 ữ 20 mA - 10 ữ 0 ữ 10 mV
0 ữ 5 mA - 100 ữ 0 ữ 100 mV

- 5 ữ 5 mA - 1 ữ 0 ữ1 V
- 20 ữ 20 mA 0 ữ 5V; 0 ữ 10 V
hoặc tín hiệu bus trờng
Đinh Mạnh Cờng - 16 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Nh vậy giữa các sensor và hệ thống nhất thiết phải có bộ CĐCH. Các bộ CĐCH có thể lấy
tín hiệu riêng cho từng sensor, hoặc cho cả một nhóm các sensor. Sau khi tín hiệu đã đợc xử lý
qua tín hiệu bộ chuyển đổi đo chuẩn, tín hiệu đo sẽ đợc đa đến bộ điều khiển để bộ điều khiển đa
ra các tín hiệu điều khiển tự động đến thiết bị chấp hành.
1.3.2. Hệ thống điều chỉnh năng suất lạnh
Muốn việc điều chỉnh năng suất lạnh máy nén tốt thì phải tìm hiểu kỹ về nguyên lý làm
việc và phơng pháp điều chỉnh năng suất lạnh của máy nén.[13]
Nguyên lý làm việc và ph ơng pháp điều chỉnh:
Việc vận hành của máy nén là giống nh đối với quạt hoặc bơm ly tâm. Ga ở thể khí đợc
hút qua lối vào và đi xuyên qua cánh dẫn hớng lối vào (có hình dáng giống chong chóng gió nh
hình 1.9) đi vào trong khoang hoặc các cánh phân tán từ trung tâm của bánh công tác, nh hình 1.8
mô tả hớng của dòng môi chất chuyển động. Bánh công tác quay với tốc độ cao, đẩy ga ra tới
vòng tròn ngoài cùng của bánh công tác bởi lực ly tâm. Điều này sẽ làm tăng tốc độ và áp suất
của ga. Ga sau khi đợc đẩy ra từ bánh công tác sẽ đi vào ống xoắn, tại đây hầu hết vận tốc (động
năng) sẽ biến đổi thành áp suất.[13]
Cánh dẫn hớng đợc đặt ở đầu hút của máy nén, điều chỉnh dòng khí ga bởi các cánh hạn
chế dòng. Khi vị trí cánh dẫn hớng thay đổi, lu lợng môi chất và công suất lạnh của máy nén sẽ
thay đổi theo.
Máy nén ly tâm đợc dẫn động động cơ điện hoặc động cơ đốt trong. Năng suất lạnh có thể
thay đổi nhờ cánh dẫn hớng đặt tại đầu hút hoặc điều khiển tốc độ động cơ. Mỗi phơng pháp có
hiệu suất và đặc tính khác nhau. Sự kết hợp giữa điều khiển tốc độ và điều khiển cánh dẫn hớng sẽ
đa lại hiệu suất vận hành cao nhất.
Hình 1.8 - Hớng dòng môi chất di chuyển
Đinh Mạnh Cờng - 17 -

Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Hình 1.9 - Cụm cánh dẫn hớng và bánh công tác đơn
Hình 1.10 - Cụm cánh dẫn hớng và bánh công tác đôi
Mối quan hệ của lu lợng môi chất và áp suất của một loại máy nén ly tâm tại vận tốc
không đổi với việc điều chỉnh vị trí cánh dẫn hớng đầu vào đợc thể hiện trên hình 1.11.
Hình 1.11 Đờng làm việc của máy nén ly tâm một tầng khi tốc độ vòng quay không đổi
Đờng surge line miêu tả giới hạn làm việc an toàn của máy nén. Surge là do áp suất không
đủ đáp ứng việc tăng áp từ bình bay hơi đến bình ngng tụ. Nếu hoạt động tại trạng thái này, môi
chất lạnh đảo ngợc dòng chảy sẽ gây tiếng kêu lớn, rung động và nóng máy. Nếu tiếp tục tình
trạng này, máy nén sẽ bị nguy hiểm. Nếu sắp đạt đến trạng thái surge thì cần phải giảm áp suất
môi chất lạnh và/hoặc giảm tải lạnh của máy nén sẽ làm máy nén tránh đợc điều kiện hoạt động
nguy hiểm.
Đinh Mạnh Cờng - 18 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Khi sử dụng điều chỉnh năng suất lạnh bằng việc điều khiển tốc độ, điều khiển cánh dẫn
hớng đầu vào vẫn phải sử dụng cho trờng hợp tải quá thấp để tránh trạng thái tại surge. Vì cánh
dẫn hớng đầu vào đóng, tốc độ của máy nén tăng để điều chỉnh áp suất và lu lợng đủ cao để tránh
tình trạng surge. Điều chỉnh tốc độ kết hợp với điều chỉnh cánh dẫn hớng sẽ làm cho việc vận
hành đạt hiệu suất năng lợng rất tốt.
Hệ thống điều chỉnh năng suất lạnh máy nén tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng:
Tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng, hệ thống điều chỉnh năng suất lạnh theo cách điều
chỉnh cánh dẫn hớng nhng tốc độ vòng quay của động cơ hay của bánh công tác là không đổi.
Tín hiệu nhiệt độ nớc lạnh ra sau bình bay hơi là tín hiệu để điều chỉnh vị trí của cánh dẫn
hớng. Tín hiệu nhiệt độ này đợc đa về bộ điều chỉnh bằng một cặp nhiệt, nó đợc so sánh với tín
hiệu nhiệt độ nớc lạnh đặt. Khi giá trị nhiệt độ thay đổi khác so với nhiệt độ đặt, bộ điều chỉnh sẽ
dựa trên sự sai khác đó và đa tín hiệu đến bộ điều khiển của động cơ servo và điều chỉnh vị trí
cánh dẫn hớng.
Một động cơ servo 0,75kW sẽ dẫn động cánh dẫn hớng thay đổi vị trí thông qua một cơ

cấu truyền động. Khi nhận đợc tín hiệu từ bộ điều chỉnh, đến bộ điều khiển của động cơ servo sẽ
làm trục động cơ servo chuyển động đến vị trí tơng ứng với độ lớn của tín hiệu nhận đợc.
Các bộ điều chỉnh này đều hoạt động theo luật điều khiển PID và của hãng Century
Hàn Quốc sản xuất.
Yêu cầu: Điều chỉnh năng suất lạnh của máy nén để đảm bảo nhiệt độ của nớc lạnh tại đầu
ra luôn nằm trong giới hạn cho phép (8
o
C

ữ15
o
C) khi đầu vào là 10
o
C ữ 21
o
C. Điều chỉnh năng
suất lạnh này đợc điều chỉnh thông qua quá trình điều khiển lu lợng môi chất đi qua máy nén tức
là điều chỉnh cánh hớng thay đổi trong khoảng 120
o
. Khi môi chất lạnh qua máy nén thay đổi thì
năng suất lạnh của máy nén cũng thay đổi theo. Bản vẽ số 3 sẽ mô tả về hệ thống điều chỉnh năng
suất lạnh máy nén và điều chỉnh nhiệt độ tại OHA, AHU của hệ thống điều hoà không khí tại
Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng.
Việc bảo vệ máy nén ly tâm sẽ đợc giới thiệu trong phần hệ thống bảo vệ.
1.3.3. Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ tại OAH, AHU:
Cách điều chỉnh nhiệt độ của AHU và OAH tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng là gần
giống nhau. Các damper (van điều chỉnh lu lu gió) đợc cố định tại những vị trí đã định trớc, sao
cho thoả mãn đợc yêu cầu về lu lợng gió tơi, gió thải, áp suất d của từng khu vực, từng phòng, là
hợp lý nhất. Việc thay đổi vị trí của các damper này là do việc điều chỉnh bằng tay, đợc hiệu chỉnh
lần đầu và mỗi năm một lần.

a)Điều chỉnh nhiệt độ không khí t ơi tại OAH:
Đinh Mạnh Cờng - 19 -
CC
M
Bộ điều
khiển
CCV
CWR
OA SA
TD
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Hình 1.12 - Sơ đồ điều khiển của OAH
OA: Out Air CC: Cooling coil CCV: Cooling Control Valve
SA: Supply AirCWR: Chilled Water Return TD: Termperature Detector
Nguyên lý làm việc: Điều chỉnh nhiệt độ không khí tơi đợc điều khiển thông qua lu lợng
nớc lạnh đi qua giàn lạnh (do các van gió đợc giữ là cố định). Lu lợng của nớc lạnh đợc điều
khiển thông qua van điều khiển nớc qua giàn lạnh (Cooling Control Valve CCV). Việc điều
khiển nhiệt độ nh sau: Không khí đợc hút vào với nhiệt độ môi trờng đợc đi qua giàn lạnh, nhiệt
độ của không khí giảm xuống. Tiếp tục quá trình, không khí đợc quạt đẩy vào đờng ống và phân
phối đi các AHU. Cảm biến nhiệt độ trên đờng ống từ OAH đến các AHU sẽ có nhiệm vụ đa tín
hiệu về nhiệt độ không khí sau giàn lạnh về bộ điều chỉnh. Tín hiệu này đa về và đợc so sánh với
tín hiệu nhiệt độ đặt, dựa vào độ chênh lệch nhiệt độ bộ điều chỉnh đa tín hiệu đến van điều khiển
để điều chỉnh nớc qua giàn lạnh sao cho nhiệt độ ra đạt yêu cầu.
Yêu cầu của điều chỉnh là phải duy trì nhiệt độ đầu ra của không khí tơi hút vào nằm trong
khoảng (18
0
C ữ22
0
C) tuỳ thuộc vào điều kiện nhiệt độ môi trờng tránh bị đọng sơng quá nhiều,

với lu lợng không khí tơi cần là 50070 cm
3
/h.
b)Điều chỉnh nhiệt độ không khí tại AHU:
Nguyên lý làm việc: Tơng tự nh việc điều chỉnh nhiệt độ cho OAH, chỉ khác là cảm biến
nhiệt độ đợc đặt tại đờng hồi của không khí nh hình vẽ 1.13. Tín hiệu của cảm biến đợc gửi về bộ
điều chỉnh, từ đây bộ điều chỉnh sẽ đa tín hiệu điều khiển đến các van điều khiển CCV hoặc HCV
để điều chỉnh nhiệt độ không khí. Còn các quạt hồi và đẩy tại các AHU là quạt một cấp tốc độ, đ -
ợc khởi động và dừng thông qua một tủ điều khiển cấp trờng bởi ngời vận hành.
Nh đã nói ở phần đầu, ở điều kiện khí hậu ở Việt Nam thì giàn nóng rất ít khi đợc sử dụng.
Vì vậy, việc điều chỉnh chủ yếu dành cho điều chỉnh giàn lạnh, nên trong giới hạn của đề tài tôi
chỉ xin đa ra quá trình điều chỉnh cho giàn lạnh.
Yêu cầu: Điều chỉnh nhiệt độ cho các AHU là tơng tự nhau, với lu lợng gió không đổi
trong quá trình vận hành (do quạt đều là một cấp tốc độ, vị trí các damper trong AHU là không
thay đổi), yêu cầu nhiệt độ tại các phòng là thay đổi trong một giới hạn nhất định (18
o
C ữ25
ô
C)
hay xung quanh một giá trị đặt trớc nh 23
o
C, điều chỉnh lu lợng nớc lạnh qua giàn lạnh khi nhiệt
độ của nớc lạnh nằm trong giới hạn (đầu vào: 8
o
C

ữ15
o
C, đầu ra: 12
o

C ữ 19
o
C). Do đó, trong
phần điều khiển AHU tôi chỉ xin đa ra việc thiết kế cho một AHU cụ thể là AHU 1 với các thông
số cụ thể nh sau: nhiệt độ không khí tơi đợc cung cấp từ OAH nằm trong khoảng (18
0
Cữ22
0
C), lu
lợng không khí tơi chiếm 30% hỗn hợp khí cấp, lợng khí hồi là 16400cm
3
/h, lu lợng khí cấp là
18300 cm
3
/h, năng suất lạnh là 64739 Kcal/h.
Đinh Mạnh Cờng - 20 -
Bộ điều
khiển
CC
CCV
CWR
RA
TD
EA
OA
SA
HC
HCV
HWR
M

M
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Hình 1.13 - Sơ đồ điều chỉnh của AHU
Với
RA: Return Air HC: Heating coil HCV: Heating Control Valve
EA: Exhaust Air HWR: Hot Water Return TD: Termperature Detector
Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ ở đây là 17 bộ điều chỉnh nhiệt độ của hãng Honeywell tơng
ứng với một OAH và 16 AHU khác nhau. Các bộ điều khiển này hoạt động theo luật điều khiển
PID. Các bộ điều chỉnh là hoàn toàn độc lập với nhau cả về đờng truyền tín hiệu đến cảm biến
nhiệt độ và van điều khiển.
1.3.4. Các hệ thống bảo vệ:
a) Hệ thống bảo vệ cụm chiller, bơm n ớc làm mát và tháp giải nhiệt:
Bảo vệ cụm chiller: Khi ở tình trạng không an toàn, máy nén có thể dừng hoạt động một cách
tự động. Việc điều khiển cắt máy an toàn có thể đợc đặt chế độ một cách tự động hoặc thủ
công và bao gồm các trờng hợp sau:
o áp suất đầu đẩy không quá cao
o áp suất đầu hút không quá thấp
o Nhiệt độ dầu quá thấp hoặc quá cao
o Quá tải động cơ
Tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng, máy nén đợc bảo vệ nh sau:
o áp suất đầu đẩy không quá cao bằng rơle áp suất cao (giá trị lớn nhất cho phép là 5
at).
o áp suất đầu hút không quá thấp bằng rơle áp suất thấp (giá trị nhỏ nhất cho phép là
-550mmHg).
o Nhiệt độ dầu quá thấp bằng rơle nhiệt độ (giá trị thấp nhất cho phép là 30
o
C).
o Nhiệt độ dầu quá cao bằng rơle nhiệt độ (giá trị lớn nhất cho phép là 55
o

C).
o Bảo vệ thứ tự pha cho động cơ máy nén.
Đinh Mạnh Cờng - 21 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

o Bảo vệ quá tải động cơ: tín hiệu dòng điện quá tải của máy nén đợc một bộ biến dòng
hạ thấp theo tỉ lệ nhất định, đa về cụm bảo vệ và thiết bị hiển thị dòng điện.
Bảo vệ hệ thống bơm nớc làm mát: là bảo vệ động cơ máy bơm khỏi hoạt động trong tình
trạng nguy hiểm:
o Ngắn mạch, lệch pha, mất pha, đảo pha.
o Bảo vệ tránh quá tải động cơ.
o Báo tín hiệu khi động cơ dừng hoạt động.
o Bảo vệ thứ tự pha.
Bảo vệ tháp giải nhiệt: bảo vệ tháp giải nhiệt tránh các tính trạng sau:
o Không có nớc vào đờng ống cấp nớc cho tháp giải nhiệt (làm cho hệ thống nớc
làm mát không đủ nớc làm mát) bằng công tắc lu lợng kế.
o Bảo vệ động cơ các quạt không bị:
Ngắn mạch, lệch pha, mất pha.
Quá tải động cơ.
Báo tín hiệu khi động cơ dừng hoạt động
b) Hệ thống bảo vệ cụm OAH, AHU và các bơm hệ thống n ớc lạnh:
Mục đích chính của cụm này là bảo vệ các động cơ của hệ thống quạt, động cơ bơm tránh
khỏi các trờng hợp:
o Ngắn mạch, lệch pha, mất pha, đảo pha.
o Bảo vệ tránh quá tải động cơ.
o Báo tín hiệu khi động cơ dừng hoạt động.
o Bảo vệ thứ tự pha cho động cơ bơm.
tơng tự nh việc bảo vệ động cơ thuộc phần a).
Việc bảo vệ các động cơ đợc thực hiện thông qua các tủ điều khiển điện cấp trờng. Trong
mỗi cụm bảo vệ của cụm chiller, cụm máy bơm, cụm quạt tháp giải nhiệt, hệ thống quạt OAH,

AHU sẽ có một tủ điều khiển cấp trờng. Thực chất nó là các tủ điều khiển điện động lực của các
động cơ. Trong hình 1.14 là sơ đồ mạch điện của một tử điều khiển điện động lực của máy nén
chiller. Nh vậy, mỗi tủ này sẽ có các khối chính nh: khối khởi động động cơ; khối báo tín hiệu
ngắn mạch, mất pha, lệch pha, báo tín hiệu khi động cơ hỏng; khối báo tín hiệu quá tải động cơ,
một bộ chống đảo pha. Các tín hiệu về sự cố động cơ và dòng điện tại hệ thống bảo vệ cụm
chiller, hệ thống bơm nớc làm mát, tháp giải nhiệt sẽ đợc tủ điều khiển điện cấp trờng đa tín hiệu
về bộ điều khiển. Đây là tín hiệu chính trong việc bảo vệ mạch điện động lực các động cơ.
Đinh Mạnh Cờng - 22 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Hình 1.14 Sơ đồ mạch điện của tủ điều khiển Chiller.
c) Các loại role bảo vệ đ ợc sử dụng:
Rơ le áp suất: có hai loại là rơle áp suất thấp và rơle áp suất cao.
Hình1.15 Rơle tổ hợp áp suất cao và thấp
Hình 1.15 mô tả một cặp rơle tổ hợp của rơle áp suất cao HP và rơle áp suất thấp LP,
chúng hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau, mỗi rơle có ống nối lấy tín hiệu riêng.
Rơle áp suất cao đợc sử dụng để bảo vệ máy nén khi áp suất đầu đẩy cao quá mức quy
định, nó sẽ tác động trớc khi van an toàn mở. Hơi đâu đẩy đợc dẫn vào hộp xếp phía dới của rơle,
tín hiệu áp suất đợc chuyển thành tín hiệu cơ khí và chuyển dịch hệ thống tiếp điểm, qua đó ngắt
mạch điều khiển, tác động đến mạch điện động lực làm tắt máy nén. Sau khi xảy ra sự cố áp suất
và đã tiến hành xử lý, khắc phục xong ấn nút Reset để ngắt mạch duy trì sự cố mới có thể khởi
động lại đợc.
Tơng tự vậy có rơle áp suất thấp LP.
Đinh Mạnh Cờng - 23 -
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Rơle áp suất sử dụng trên máy chiller tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng có nguyên lý
hoạt động hoàn toàn tơng tụ nh loại rơle áp suất trên
d) Vấn đề cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực :
Phơng pháp cách ly giữa mạch điều khiển và mạch điện động lực đợc dùng là sử dụng một

bộ ghép quang (Opto Coupler, Photocoupler ) (hình 1.16). Opto Coupler có ở phía vào là
một diode phát LED mà khi đợc cấp dòng sẽ phát sáng (ánh sáng trông thấy hoặc ánh sáng hồng
ngoại tuỳ loại LED). Phía đầu ra của Opto Coupler là một phần tử cảm quang (Photo Resistor,
Phototransistor, Photothyristor, Phototriac). Khi LED phát sáng, phần tử cảm quang sẽ phản ứng,
dẫn thông và mạch tải đầu ra đợc cấp điện.
Hình 1.16. Cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực bằng Opto Coupler
Chơng 2
Khái niệm về điều khiển quá trình và hệ thống điều khiển cho
một số hệ thống nhiệt lạnh
Để xây dựng bất kỳ một hệ thống điều khiển nào cũng cần phải có một nền tảng kiến thức
về một hệ điều khiển nói chung. Mục đích của đề tài này là xây dựng một hệ thống điều khiển mới
cho quá trình nhiệt tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ơng. Vì vậy, các vấn đề cơ bản của điều khiển
quá trình và hệ thống điều khiển của một số hệ thống nhiệt lạnh nói chung sẽ đợc nêu ra. Nội
dung của chơng này sẽ bao gồm các phần sau:
Khái niệm chung về điều khiển quá trình [2].
Mục đích và chức năng của điều khiển quá trình [2].
Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình [2].
Mô hình hoá đối tợng điều chỉnh
Một số hệ thống điều hoà và phơng pháp điều khiển tơng ứng [6, 7,12].
2.1. Khái niệm chung về điều khiển quá trình :
Đinh Mạnh Cờng - 24 -
Mạch
vào
Trigger
Đầu
vào
Đầu
ra
U
ng

PT
~
Opto Coupler
LED
Photo
transistor
Mạch phát
hiện điện áp
qua O
Đồ án tốt nghiệp TTBL&N-K43

Điều khiển quá trình là lĩnh vực ứng dụng quan trọng của kỹ thuật điều khiển trong các
ngành công nghiệp năng lợng và hoá chất. Trong nội dung của đồ án này, điều khiển quá trình đ-
ợc hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá
trình, điều khiển quá trình nhằm đảm bảo chất lợng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn cho
con ngời, máy móc và môi trờng. Điều khiển quá trình nhiệt cũng không nằm ngoài quy luật đó,
Vì vậy, dựa trên khái niệm chung về điều khiển quá trình ta có thể tìm hiểu đợc về điều khiển quá
trình nhiệt.
Trong đó, quá trình đợc hiểu là một trình tự các diễn biến vật lý, hoá học hoặc sinh học,
trong đó vật chất, năng lợng hoặc thông tin đợc biến đổi, vận chuyển hoặc lu trữ.
Quá trình nhiệt là quá trình mà trạng thái của hệ thống nhiệt động thay đổi trạng thái,
năng lợng của nó có sự biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Tuỳ theo vào điều kiện tiến hành
quá trình mà trạng thái của hệ thay đổi khác nhau và hiệu quả biến hoá năng lợng cũng khác nhau
[9].
Trạng thái hoạt động và biểu diễn của một quá trình thể hiện qua các biến quá trình. Khái
niệm quá trình cùng với sự phân loại các biến quá trình đợc minh hoạ nh hình 2.1. Trong đó một
biến vào là một đại lợng hoặc một điều kiện phản ánh tác động bên ngoài vào quá trình, ví dụ nh
lu lợng dòng, nhiệt độ nớc lạnh, Một biến ra là một đại lợng hoặc một điều kiện thể hiện tác
động của quá trình ra bên ngoài, ví dụ nh nhiệt độ hỗn hợp khí lạnh, lu lợng của hỗn hợp khí này,
Khi các biến vào thể hiện nguyên nhân trong khi các biến ra thể hiện kết quả thì mối quan hệ

giữa hai biến này sẽ thể hiện mối quan hệ nhân - quả. Bên cạnh các biến vào ra, đối với điều khiển
quá trình thì ngời ta rất quan tâm đến các biến trạng thái. Các biến trạng thái mang thông tin về
trạng thái bên trong quá trình, ví dụ nh áp suất, nhiệt độ của nớc lạnh khi ra khỏi Water Chiller,
mức nớc có trong bình dãn nở, tháp giải nhiệt
Hình 2.1 - Quá trình và phân loại biến quá trình
Đinh Mạnh Cờng - 25 -
Biến vào
Biến điều khiển Nhiễu
Vật chất
Năng l ợng
Thông tin
Vật chất
Năng l ợng
Thông tin
Biến trạng thái Biến ra
Biến không cần
điều khiển
Biến không cần
điều khiển
Biến không cần
điều khiển
Quá trình