Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
1
1/21/2015
BÀI GIẢNG
Nguyễn Thị Huế
Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
2
1/21/2015
NỘI DUNG MÔN HỌC
1
2
5
Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo
và điều khiển công nghiệp
Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp
Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp
3
4
7
Các bộ điều khiển khả trình
Các thiết bị giám sát trong công nghiệp
Một số hệ thống công nghiệp thực tế
6
Các giao thức công nghiệp tiêu biểu
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
3
1/21/2015
Hệ thống trong công nghiệp

 Hình bên là một hệ thống
cân bằng định lượng, trong
đó tổng tích luỷ vật liệu của
băng cân sau thời gian t là:
M (kg) = k.v.m.t
Trong đó
 k là một hệ số tỷ lệ,
 v là vận tốc băng cân
được xác định từ cảm
biến đo tốc độ encoder,
 m khối lượng tức thời từ
cảm biến đo khối lượng
loadcell,
 t là thời gian hoạt động.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
4
1/21/2015
Hệ thống trong công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
5
1/21/2015
2.1.1. Thiết bị đo trong hệ thống tự động
6
1/21/2015
NỘI DUNG CHƯƠNG 2
2.1 Các thiết bị đo lường trong công nghiệp
2.2. Các thiết bị chấp hành trong công nghiệp
Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp
2
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

7
1/21/2015
2.1 CÁC THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG
2.1.1.Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động
2.1.2 Các thiết bị đo các đại lượng điện trong công nghiệp
2.1.3 Các thiết bị đo các đại lượng không điện trong CN
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Nhìn chung các thiết bị đo hiện
trường có thể giao tiếp với
trung tâm xử lí thông qua các
chuẩn truyền 4-20 mA hoặc các
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
8
1/21/2015
2.1.1. Thiết bị đo trong hệ thống tự động
giao thức
số như
profibus,
CAN,
modbus…
hoặc giao
thức lai là
HART
protocol.
 Y
x
có thể là một chỉ thị α
x
(cơ điện) gọi là thiết bị đo tương tự,
có thể là con số N

x
gọi là thiết bị đo số. Ngoài ra còn có các đại
lượng A, B là các yếu tố ảnh hưởng hay là nhiễu tác dụng lên
thiết bị đo và làm ảnh hưởng đến kết quả đo lường.
 Phương trình đặc tính cơ bản của thiết bị đo có thể viết:
Y
x
= F (X,A,B )
9
1/21/2015
Mô hình thiết bị đo
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Độ nhạy của thiết bị đo (S)
 Khoảng đo D
x
= X
max
- X
min
 Ngưỡng nhạy
 Khả năng phân ly của thiết bị đo ,
 Mở rộng thang đo của thiết bị đo
 Độ chính xác của thiết bị đo (sai số)
 Thời gian đo của thiết bị
 Tổn hao công suất của thiết bị
 Cấp chính xác của thiết bị đo.

10
1/21/2015
Đặc tính của thiết bị đo

x
ε
x
R
x
N
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Thiết bị đo áp
 Đo điện áp DC và AC tần số tới hàng MHz
 Điện áp trong dải từ vài mV đến hàng MV
 Dụng cu đo chỉ thị tương tự hoặc số
 Thiết bị đo dòng điện (dùng cơ cấu chỉ thị điện từ và điện động
hoặc số)
 Đo dòng điện DC và AC tần số tới hàng MHz
 dòng điện trong dải từ vài mV đến hàng MV
 Dụng cu đo chỉ thị tương tự hoặc số
11
1/21/2015
2.1.2 Các thiết bị đo các đại lượng điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Thiết bị đo công suất, đo công suất phản kháng
 Chủ yếu đo ở tần số công nghiệp
 Công suất đến hàng ngàn MW hay MVA
 Cos (phi) = 0-1
12
1/21/2015
2.1.2 Thiết bị đo các đại lượng điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Thiết bị đo tần số
 Đo tần số đến hàng trăm GHz

 Chủ yếu đo tần số công nghiệp
 Độ phân giải đến 0.01Hz
13
1/21/2015
2.1.2 Thiết bị đo các đại lượng điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Thiết bị đo các thông số mạch điện RLC
 Đo từng thông số hay đo thông số phức hợp
 Phục vụ cho xác định thông số mạch điện
 Phục vụ cho đo các đại lượng không điện
14
1/21/2015
2.1.2 Thiết bị đo các đại lượng điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Qua các thời kỳ phát triển, thiết bị đo các đại lượng không điện
hiện đại được xây dựng trên cơ sở vi xử lý (micro processor
based) và bắt đầu chuyển sang giai đoạn xây dựng trên cơ sở
vi hệ thống (micro system based).
15
1/21/2015
2.1.3 Các thiết bị đo các đại lượng không điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Đo nhiệt độ
 Đo áp suất
 Đo lưu lượng
 Đo vân tốc
 Đo mức
 Đo khoảng cách

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

16
1/21/2015
2.1.3 Các thiết bị đo các đại lượng không điện
 Đo tiếp xúc
 Đo bằng nhiệt điện trở (Pt100. Pt1000, N, W, )
 Đo bằng cặp nhiệt ngẫu (K, E, J, )

 Đo không tiếp xúc
 Đo bằng phương pháp hỏa quang kế
 Đo bằng hồng ngoại

17
1/21/2015
Đo nhiệt độ
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Nhiệt ngẫu (can nhiệt)
E
T
= K
T
(t
nóng
- t
tự do
) = K
T
t
nóng
– K
T

t
tự do
 E
T
: sức điện động nhiệt ngẫu
 K
T
: độ nhạy của cặp nhiệt (µV/
0
C)
 t
nóng
: nhiệt độ đầu nóng (nhiệt độ cần đo)
 t
tự do
: nhiệt độ đầu tự do
18
1/21/2015
Đo nhiệt độ
0
2
000
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
19
1/21/2015
Giới hạn nhiệt độ đo với các ống bảo vệ khác nhau
0
2
000
Dạng của cặp

nhiệt
Đường kính của dây Giới hạn nhiệt độ làm
việc
Ống bảo vệ
O.D x I.D
Ký hiệu Đường
kính bên
ngoài
Giới hạn
đo chuẩn
Giới hạn đo
trên
Ống bảo vệ
bằng kim
loại
( mm)
Ống bảo vệ
không bằng
kim loại
( mm)
BPtRh 30%
PtRh 6%
L 0.5 1500 C 1700 C - 15 x 11
RPtRh 13% -Pt L 0.5 1400 C 1600 C - 15 x 11
RPtRh 10% -Pt L 0.5 1400 C 1600 C - 15 x 11
K (Chromel -
Alumel)
D 3.2 1000 C 1200 C 21.7x16.1 17 x 13
C 2.3 900 C 1100 C 21.7x16.1 17 x 13
B 1.6 860 C 1050 C 15 x 11 15 x 11

A 1.0 750 C 950 C 12 x 9 15 x 11
H 0.65 650 C 850 C 10 x 7 10 x 6
φφ
0000000000000000000000000000000000000000
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
20
1/21/2015
Giới hạn nhiệt độ đo với các ống bảo vệ khác nhau
0
2
000
Dạng của cặp
nhiệt
Đường kính của dây Giới hạn nhiệt độ làm việc Ống bảo vệ
O.D x I.D
Ký hiệu Đường
kính bên
ngoài
Giới hạn
đo chuẩn
Giới hạn đo
trên
Ống bảo vệ
bằng kim loại
( mm)
Ống bảo vệ
không bằng
kim loại
( mm)
E (Chromel -

Constantan)
B 1.6 550 C 650 C 15 x 11 -
A 1.0 500 C 550 C 12 x 9 -
H 0.65 450 C 500 C 10 x 7 -
T 0.32 300 C 400 C 10 x 7 -
J
(Sắt-Constantan)
C 2.3 550 C 750 C 21.7x16.1 17 x 13
B 1.6 500 C 650 C 15 x 11 15 x 11
A 1.0 450 C 550 C 12 x 9 15 x 11
H 0.65 400 C 500 C 10 x 7 10 x 6
T
(Đồng-
Constantan)
B 1.6 300 C 350 C 15 x 11 -
A 1.0 250 C 300 C 12 x 9 -
H 0.65 200 C 250 C 10 x 7 -
T 0.32 200 C 250 C 10 x 7 -
φ
000000000000000000000000000000000000000
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Transmitter nhiệt ngẫu làm các nhiệm vụ sau:
 Biến điện áp thành dòng thống nhất 4-20 mA.
 Bù nhiệt độ đầu tự do của các nhiệt ngẫu khác nhau
Đầu vào của Transmitter là điện áp.
E
T
= K
T
.(t

nóng
- t
tự do
) = K
T
. t
nóng
- K
T
. t
tự do
E
T
– sức điện động nhiệt ngẫu
K
T
– độ nhạy của cặp nhiệt
t
nóng
– nhiệt độ đầu nóng (nhiệt độ cần đo)
t
tự do
– nhiệt độ đầu tự do
21
1/21/2015
Transmitter nhiệt ngẫu
T
dotu TT
đo
K

.tKE
t
−
=
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Ta phải chỉnh K
T
thế nào để cho 0
0
C ứng với 4 mA và nhiệt độ
định mức ứng với 20 mA. Muốn thế ta phải khuếch đại và phải
bố trí để có thể định hệ số khuếch đại ứng với các K
T
mong
muốn.
22
1/21/2015
Transmitter nhiệt ngẫu
Sơ đồ nguyên lý của transmitter nhiệt ngẫu 7MC1932 của Siemens
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Nhiệt kế nhiệt điện trở thường dùng trong công nghiệp, thường
được chế tạo bằng Pt, dây đồng, dây Ni và có ký hiệu là: Pt-
100, Cu-100, Ni-100
 Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ cho bởi:
23
1/21/2015
Nhiệt kế nhiệt điện trở
(
)
α.t1RR

0t
+
=
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
1- Nhiệt điện trở 2- Modul vào
3- Dòng cung cấp (hằng) 4- Khuếch đại điện áp một chiều
5- Modul ra 6- Điều chỉnh điện áp
24
1/21/2015
Transmitter nhiệt điện trở
Sơ đồ nguyên lý của transmitter nhiệt điện trở; (b) Transmitter nhiệt
điện trở 7MC2932 của Siemens
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
 Để tránh ảnh hưởng của điện trở đường dây ta phải bố trí để
có thể lắp sơ đồ 2 dây, 3 dây, 4 dây.
 Điện áp nhiệt điện trở đưa qua A/D biến thành số. Vi xử lý tính
toán ra nhiệt độ, sau đó qua D/A thành dòng điện ra 4-20 mA
ứng với khoảng đo của nhiệt độ vào. Vi xử lý còn làm nhiệm vụ
tuyến tính hóa nhiệt kế.
25
1/21/2015
Transmitter nhiệt điện trở
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp