Xây dựng hệ thống điều khiển mới dựa trên nền mô hình của hệ thống điều khiển cưa hệ thống điều khiển điều hoà không khí công suất lớn làm lạnh kiểu water chiller tại viện vệ sinh dịch tễ trung ương

Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

MỞ ĐẦU
Chương 4: Các phương pháp xác định tham số làm việc của hệ thống điều chỉnh. Chương

Ngày nay, điều hoà không khí là một phần rất quan trọng trong cuộc sống sinh hoạt cũng
nàysản
sẽ xuất.
giới thiệu
tổng khi
quan
về ta
một
phápthành
xác định
số làmViệc
việccảicủa
hệ
như trong
Đặc biệt
nước
đã sốtrởphương
thành một
viên tham
của WTO.
thiện
điều kiện
làmđiều
việcchỉnh,

cho công
nhân
là các
một
yêusố.cầu gần như bắt buộc của các doanh nghiệp khi
thống
cách xác
định
tham
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 quanChương
trọng. 5: Xây dựng hệ thống điều khiển mới dựa trên nền mô hình của hệ thống điều
khiển
cưa của
hệ thống
điềuđiều
khiển
không
công
lạnhhệ kiểu
Một phần
hệ thống
hoàđiều
là hệhoà
thống
điềukhí
khiển
củasuất
nó. lớn

Điềulàm
khiển
thốngWater
điều
hoà không
khí
không
phái
là
một
lĩnh
vực
mới,
nhưng
luôn
chiếm
vị
trí
rất
quan
trọng
trong
quá
Chiller tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.
trình thiết kế một hệ thống điều hoà. Dù hệ thống điều hoà là lớn hay nhỏ thì hệ thống điều khiển
Kết đóng
luận. vai trò quyết định đến chất lượng làm việc của hệ thống. Hiện nay, với sự tiến bộ
của nó đều
về công nghệ và thiết bị điều khiển ( ví dụ công nghệ SCADA, DCS, PLC/ HMI, bus trường...)
Trên

khái thuận
quát về
ántrong
tốt nghiệp,
trongcao
cácchất
chương
sẽ nêu
thể khiển
từng vấn
ngày càng
tạođây
điềulà kiện
lợiđồ
hơn
việc nâng
lượngsau
củatôiquá
trìnhcụđiều
nói
chung và hệ thống điều khiển hệ thống điều hoà không khí nói riêng.
đề dể đi dến đích là một hệ thống điều khiển mới thoả mãn các yêu cầu dặt ra của bài toán điều
Trong dồ án này, tôi xin đưa ra một thiết kế mới dựa trên nền mô hình của hệ thống diều
khiển cũng như ưu điểm của nó đối với hệ thống cũ.
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 ương. 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 chương:

Chương ỉ: Giới thiệu về hệ thống điều hoà không khí tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung

ương. Chương này giới thiệu: vị trí địa lý, khí hậu và đặc điểm của không gian diều hoà;
cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hoà và hệ diều khiển của nó.

Chương 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 chương 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.

Chương 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 dược sử dụng trong đồ án.

Đinh Mạnh Cường

21

-

--


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỂ HỆ THốNG ĐlỂU HOÀ TẠI VIỆN VỆ SINH
DỊCH TỄ TRUNG ƯƠNG
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 được đó là tìm hiểu vê đối tượng điều khiển của hệ
thống. Cũng với mục đích đó, trong chương 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 ương 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 ương: 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 hằng nước của hãng Century - Hàn Quốc.
> Hệ thống điều khiển được sử dụng tại đây: Được chia thành hai hệ thống chính là hệ
thống điều chỉnh nhiệt độ tại các AHU và OAH; hệ thống điều chỉnh năm> suất lạnh.
Ngoài ra, hệ thống bảo vệ và các hộ cảm hiến đo lường cũng là phần không thể thiếu
của hệ điều khiển.
1.1. Vi trí đỉa lý, khí hâu và đăc điểm của không gian cần điều hoà:
Đối với việc sản xuất và bảo quản các loại hàng hoá đặc biệt như thuốc, vác xin, dụng cụ y
tế thì các yêu cầu về điều kiện vi khí hậu là rất khắt khe. Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa
nên để điều kiện vi khí hậu trong phòng sản xuất cũng như bảo quản đạt yêu cầu thì không thể
thiếu được hệ thống điều hoà không khí. Cũng vì lý do này mà một trong trung tâm sản xuất vác
xin lớn ở nước ta như Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương — sô 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 dưới 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 được chia thành nhiều khu vực khác nhau phụ thuộc vào chức năng của từng khu hay từng
phòng. Riêng khu nhà sản xuất dược đề cập trong đề tài này dã có diện tích mặt bằng lên đến

Đinh Mạnh Cường

3

-

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

7000m2 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.
Như trên đã nói, không gian điều hoà được 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 chưng, tại đây, yêu cầu chưng về áp suất trong các phòng
phải đảm báo đạt 1,3 mmH20 để tránh không khí bên ngoài lọt vào phòng (trừ một số phòng chứa
các chất độc hại cho môi trường thì cần để áp suất thấp hơn áp suất môi trường), 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/ m3 không khí. Cấp độ sạch được chia thành ba cấp độ khác nhau:
Cấp độ:

10.000 có 10.000 hạt bụi/m3 không khí
100.0

có 100.000 hạt bụi/m3 không khí

300.0

có 300.000hạt bụi/m3 không khí.

Từ các cấp độ sạch, không gian điều hoà sẽ được chia thành các vùng khác nhau với cấp độ sạch
giống nhau để thuận lợi cho công việc điều hoà không khí. Được thể hiện như hình vẽ M -103
Nói chung, do dặc điểm đặc trưng Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương là nơi sản xuất, bảo
quản thuốc, vác xin - một loại hàng hoá đặc biệt có ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ cộng đồng,
nên các công đoạn sản xuất và bảo quản cẩn 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.

1.2. Các đác điểm của hê thống điều hoà không khí lớn dùng má V lanh Water Chiller
tai Viên Vê sinh Dich tễ Trung ưong
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 nước đã được thiết kế và lắp đặt tại đây. Tổ hợp máy lạnh này
bao gồm hai máy lạnh giống nhau của hãng Century được 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 được lắp dặt 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 cường độ
dòng điện khi vận hành là 72,5A và khi khởi động là 225,5A. Như hình 1.1

Đinh Mạnh Cường

-

4

-


TTBL&N-K43

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1 - Hình ảnh một máy chiller tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương

Đinh Mạnh Cường

5


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

Mỗi máy lạnh gồm bộ phận chính là máy nén ly tâm {Centriỷugal Compressor) (số 1 -bản
vẽ số 1), bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập ( Fỉooded Shell - and - Tuhe Evaporator) (số 2) và bình
ngưng dạng ống vỏ nằm ngang (số 3) ( Shell- and-Tuhe), và một hệ thống điều khiển kèm theo.
Các đường ống nước làm mát bình ngưng, đường ống nước lạnh ra, vào cụm máy được miêu tả
như hình vẽ dưới. Trong máy lạnh này người ta sử dụng môi chất lạnh là CHC1 2 - CF3 hay R-123.

1

Ma in motor pov*er sllpply

Cooling water ỉnlet
Chilled ơater inlet

Chilled water olltlet

"A" side

"B" SidB

Bình ngưng ống vỏ (số 3) có môi chất lạnh đi ngoài ống, được làm mát bởi nước đi trong
ống và môi chất giảm nhiệt độ, ngưng tụ hoàn toàn sau khi ra khỏi bình ngưng. Nước làm mát
phải thoả mãn điều kiện nhiệt độ cao nhất của nước ra khỏi bình ngưng không quá 37°c, trong
điều kiện vận hành bình thường nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng là 30°c khi nước vào có nhiệt
độ là 23°c. Nước sau khi đã nhận nhiệt ở bình ngưng sẽ được bơm của hệ thống nước làm mát (số
5) đẩy đến tháp giải nhiệt (số 4) nhằm giảm nhiệt độ để tiếp tục vòng tuần hoàn làm mát bình
ngưng tiếp theo. Tại đây, tháp giải nhiệt (số 4) được lắp đặt gồm 2 tổ họp 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 được lắp 3
quạt rất lớn, đường kính quạt 02000x3, động cơ quạt được vận hành bởi hệ thống điện 3 pha

Đinh Mạnh Cường

-

6

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

/380V/ 50Hz và quay với duy nhất một cấp tốc độ: 460 vòng/phứt. Lưu lượng nước qua tháp giải
nhiệt có thể đạt 9760 lít/phút (hình 1.2). Như vậy nước làm mát sau khi qua tháp giải nhiệt sẽ
giảm nhiệt độ xuống để khi quay trở lại bình ngưng đạt khoảng 23°c. Trong quá trình hoạt động
lượng nước thất thoát trong quá trình làm mát nước sẽ được bổ sung nước ngay tại tháp bởi nguồn
nước thành phố thông qua bơm cấp nước thành phố.

Hình 1.2 - Cụm tháp giải nhiệt được sủ dụng tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương
Bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập (số 2) có môi chất đi ngập xung quanh các đường ống chứa
nước lạnh, môi chất (RI23) nhận nhiệt từ nước lạnh và bay hơi. Lúc đó nhiệt độ của nước lạnh
giảm xuống từ 15°c xuống 8°c. Nước được tuần hoàn trong quá trình nhờ bơm nước lạnh (số 7)
với lưu lượng nước qua bình bay hơi là 272,2 m 3/h. Sau khi đi qua bình bay hơi, nước được bơm
đẩy đến ống phân phối nước lạnh rồi nước được chia theo các đường khác nhau để đi đến các
AHU (sô 11) (Air Handling Unit) hoặc OAH (sô 10) (Oưt door Air Handĩing unit — Làm lạnh khí
tươi) để trao đổi nhiệt với không khí. Các đường ống nước đến OAH, các AHƯ là song song với
nhau và có đường kính là 080. Đến đây nhiệt độ của nước lạnh là 8°c và đi vào giàn trao đổi

Đinh Mạnh Cường

-

7

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

nhiệt của AHU hoặc OAH, nước lạnh trao đổi nhiệt với không khí, nhận nhiệt và tăng nhiệt độ lên
15°c (dải nhiệt độ của nước lạnh từ bình bay hơi ra là 8°c đến 15°c, nước sau khi qua AHU là
12°c đến 19°C). Sau quá trình này nước tiếp tục vòng tuần hoàn (quay về ống góp nước lạnh, quay
trở lại bình bay hơi). Ngoài giàn lạnh, tại AHU còn được lắp thêm giàn nóng, nó rất ít khi được sử
dụng do điều kiện khí hậu của nước ta, chỉ được sử dụng trong mùa đông khi nhiệt độ ngoài trời
rất thấp (dưới 0°C) (vì vậy trong giới hạn của đồ án chỉ dề cập đến hệ thống nước lạnh và các giàn

lạnh). Nước nóng do các lò hơi cưng cấp sẽ đi qua giàn nóng và cấp nhiệt thêm cho không khí, để
đạt yêu cầu đặt ra về nhiệt độ. Như vậy, hệ thống đường ống nước lắp đặt trong hệ thống điều hoà
không khí này là hệ thống 4 đường ống, trong đó có 2 đường ống lạnh và 2 đường ống nóng.
Trong vòng tuần hoàn của nước lạnh đối với hệ thống kín không thể thiếu được một thiết
bị rất quan trọng đó là bình giãn nở. Bình giãn nở có nhiệm vụ diều tiết sự dãn nở nhiệt của nước
trong hệ thống nước lạnh khi có thay dổi nhiệt độ hoặc khi toàn hệ thống ngừng làm việc. Ngoài
ra, nó còn có nhiệm vụ cấp nước và bổ sung nước cho hệ thống.
Các OAH được lắp trong hệ thống điều hoà với mục đích giảm nhiệt độ của khí tươi
xuống một nhiệt độ nhất định. Sau đó, khí tươi này được hệ thống quạt của OAH đẩy đến các
AHƯ khác nhau, tuỳ theo độ lớn công suất lạnh của AHƯ mà lượng khí tươi được cấp vào các
AHƯ một cách cố định. Trong hình 1.3 và 1.4 là hình ảnh về AHƯ được sử dụng tại Viện Vệ sinh
Dịch tễ Trung ương.
Tại các AHU, khí hồi từ các phòng được một quạt hút về AHU, một phần khí hồi được
thải trực tiếp ra ngoài thông qua hệ thống đường ống thải khí, lượng khí thải ra đúng bằng lượng
khí tươi cấp vào, phần còn lại tiếp tục được hoà trộn với khí tươi. Saư khoang hoà trộn, hỗn hợp
khí được 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, nước lạnh làm cho
nhiệt độ của hỗn hợp khí giảm xuống. AHU có cấu tạo như hình vẽ 1.5.

Đinh Mạnh Cường

8

-

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

Hình 1.3 - Hình ảnh của một AHU tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương
Dơ không gian điều hoà ở Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương là rất lớn nên số lượng 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 AHƯ là không giống nhau: quạt hút có cột áp từ 48 mm Aq đến
66 mm Aq(lmmAq = 9,8 Pa « lmmH 20), 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 lưu lượng không khí qua các
giàn lạnh là không đổi. Ngoài ra, tại các AHU còn có các phin lọc như: phin lọc sơ cấp, phin lọc
trung cấp.
Không khí sau khi qua các giàn lạnh sẽ được quạt đẩy thổi đến các phòng khác nhau
thông qua hệ thống đường ống phân phối gió. Do các điều kiện tiêu chuẩn nghiêm ngặt về cấp độ
sạch tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương nên không khí trước khi đưa vào phòng hay khu vực
sản xuất và bảo quản phải được lọc sạch lần lượt qua các phin lọc có tên Hepa - một loại phin lọc
đặc biệt được dùng trong ngành sản xuất dược phẩm, loại phin lọc này có khả năng xử lý không

Đinh Mạnh Cường

-9-


-

-1

Đồ
Đồán
ántốttốtnghiệp
nghiệp

TTBL&N-K43
TTBL&N-K43

khí sạch bụi (phòng sạch) và sạch khuẩn (phòng vô trùng). Các loại phin lọc này có thể có các
dạng khác nhau như dạng đĩa, dạng hộp, dạng ôí nhỏ.
F

Nhưng để hệ thống điều hoà không khí dùng máy lạnh kiểu Water Chiller vận hành trơn
tru, đạt chất lượng yêu cầu và ổn định thì không thể thiếu được hệ thống điều khiển đặt trên đó.

1.3. Hê thông điều khiển của điều hoà khôĩiỉỉ khí tai Viên Vê sinh Dich tễ Trung ương
Hình 1.4 - Hình ảnh về một AHU tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương
Hệ thống điều khiển dùng trong hệ thống điều hoà không khí ở đây có thể chia thành hai
Với các vùng có cấp độ khác nhau thì việc bố trí lưới lọc là khác nhau. Sao cho sau khi
phần chính sau:
không khí lạnh đi qua lưới lọc, nó phải đảm bảo được yêu cầu về cấp độ sạch đặt ra trước đó.
Không khí đi vào phòng sau khi đã trao đổi nhiệt sẽ được hút quay trở lại AHƯ qua đường ống
Hệ thống
điều
chỉnh
năng
lạnh
máy nén.
gió hồi >để tiếp
tục vòng
tuần
hoàn
củasuất
không

khí.
Ngoài ra, trên các đường ống gió ở tại các phòng còn bố trí một thiết bị tên là Fire Damper
> khói.
Hệ thống
độ đóng
tại OAH
và đường
các AHU.
hay van
Van điều
này chỉnh
có tácnhiệt
dụng
ngay
ống(hình
gió 1.6)
tại phòng hay khu vực có xảy ra
cháy, ngăn không cho ngọn lửa lan rộng ra khu vực hay phòng khác qua đường ống gió.
> Các hệ thống điều khiển, bảo vệ, khởi động động cơ của các quạt AHU, OAH, động
Cách bố trí các thiết bị tại gian máy được thể hiện trên bản vẽ số 2.
cơ bơm nước lạnh, động cơ bơm nước làm mát, động cơ máy nén, động cơ quạt tháp
giải nhiệt và bảo vệ cụm chiller.

Đinh
ĐinhMạnh
MạnhCường
Cường

-

1110
-

- -


Đồ án tốt nghiệp

Đinh Mạnh Cường

TTBL&N-K43

-

12

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

1.3.1. Các bô cảm biến đo lưòns:
Các cảm biến đo lường là cấp thấp nhất của hệ thống tự động, cung cấp thông tin đo lường
cho hệ thống tự động điều chỉnh hoạt động. Ngoài ra còn có thiết bị hiển thị giúp người vận hành
xác định rõ ràng thông số của các đại lượng cần đo để đề ra phương thức vận hành kinh tế và tối
ưu. Như vậy yêu cầu các hệ thống đo lường 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 ương các đầu đo được kết hợp

với các bộ biến đổi tín hiệu đo lường chuẩn tạo thành các hợp bộ đo lường để biến đổi các đại
lượng không điện (lưu lượng, nhiệt độ, áp suất) thành tín hiệu điện một chiều thống nhất từ
4-r20mA

(kiểu

nguồn

dòng)

và

0-Ỉ-5V

(kiểu

nguồn

điện

áp).

a) Đo nhiêt đô:
Tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, có sử dụng các loại cảm biến sau:

o Các cặp nhiệt ngẫu: Platin - Rodi (10%)/Platin - Century, được lắp tại đường nước
lạnh khi ra khỏi bình bay hơi, tín hiệu còn được đưa về bộ điều chỉnh để điều chỉnh
năng suất lạnh theo tải.

o Các nhiệt điện trở: Platin NPT P100 của Honeywell, được lắp tại dường hồi không khí

của AHU và đường không khí ra của OAH.
> Căì? nhiêt mẫu: 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 lượng 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 NA là mật độ điện tử tự do trong vật dẫn A. Giả sử nhiệt độ hai đầu vật là t và t 0 (với t
>t0) tương ứng có NAt, NA0(với NAt > Nao). Xuất hiện sự chuyển dịch của các điện tử tự do từ đầu

với ƠA - hệ số Thomson của vật liệu A.
Khi có hai dây dãn A, B khác nhau hai đầu nối với nhau
đặt ở hai nhiệt độ t và to sẽ xuất hiện sức điện động tương ứng:

Đinh Mạnh Cường

-

13

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

Vật A:

Vật B:

Giả sử NA > Ngdẫn đến có một sức điện động do khuếch tán các điện tử tự do từ A sang B
là eAB(t) tại đầu t và eAB(tu) tại đầu t„:

Khi đó trong hệ tồn tại 4 sức diện động và ta dược sức điện động tổng là:

Khi giữ nhiệt độ t0 không đổi thì EAB(t0) = const, ta đuợc:
EAB(t, to) = EAB(t) - c = F(t) t =const - đây là nguyên lý để dùng khắc độ cặp nhiệt độ.
o Cặp nhiệt:
Các cặp thường được dùng: Crômen - Kôpen, Crômen - Alumen, Bạck kim — Rô di - Bạch
kim. úiig với mỗi cặp nhiệt sẽ có khoảng đo khác nhau. Các loại cặp nhiệt này đều có cấu tạo
chung: cặp nhiệt được 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 Phương pháp đo:
Suất điện động do giữa hai đầu của cặp nhiệt sẽ cung cấp thông tin về nhiệt độ cần đo.
Chúng chỉ có thể được xác định chính xác nếu như 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 trường và của nhiệt độ cần đo. Trên thực tế thường sử dụng hai phương
pháp đo suất điện động:

+ Sử dụng milivôn kế có điện trở trong rất lớn để giảm điện thế trên dây dẫn.
+ Sử dụng phương pháp xung đối để dòng chạy qua cặp nhiệt bằng không.

Đinh Mạnh Cường

-

14

-

Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

Nhiêt điên 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 trường hợp tổng quát, tính giá trị của một điện trở phụ thuộc vào nhiệt:
R(T) = R0F(T-T0)
Với R0 là diện trở ở nhiệt điện trở T0 và F là hàm đặc trưng cho vật liệu.
Trường hợp kim loại:
R(T) = R0(l + AT + BT2 + CT3)
Trong

đó

T

đo

bằng

°c và T0 = 0°c

Trường hợp nhiệt điện trở (hỗn hợp của các oxit bán dẫn):
R(T) = R„.exp[B( ị--!-)]
Trong đó T là nhiệt độ tuyệt đối
Các hệ số được xác định chính xác bằng cách đo những nhiệt độ đã biết trước. Khi đã biết giá trị

của các hằng số, từ giá trị của R người ta xác định được nhiệt độ cần đo.
Khi độ biến thiên nhiệt độ AT (xung quanh giá trị T) nhỏ, nhiệt độ có thể thay đổi theo hàm tuyến
tính:

R(T+AT) = R(T). (1 +aRAT)
1 dR
CCR —

—

~~

R(T) dT
là

hệ

số

nhiệt

độ

của

điện

trở,

phụ

thuộc

vào

vật

liệu

và

nhiệt

độ.

b) tìo áy suất: \ 101
Trong hệ thống điều khiển tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, bộ đo áp suất được bố trí
để đo áp suất nước lạnh cũng như nước làm mát tại các vị trí như: đầu đẩy, đầu hút các bơm; đầu
vào, đầu ra của bình bay hơi và bình ngưng tụ. Các giá trị này hiển thị giúp người vận hành đưa ra
các phương pháp vận hành hợp lý.
Các cảm biến áp suất sử dụng trong hệ thống đa số là loại cảm biến đàn hổi 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 như 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

Đinh Mạnh Cường

-

15

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

lò xo lá cứng

> Cảm biến dùng màng dạng lưới: Cảm

áp suất đo

biến dùng mạng lưới dán lên vật trung cô đinh lò xo lá
gian thường được dùng để biến đổi trực
tiếp biến dạng 8 do áp suất gây nên
thành

biến

thiên

điện

trở

AR/R.

Biến

ống Bourdon

thiên điện trở được đo và thông qua biến
thiên này ta biết được chỉ số của áp suất

cố định trên đế
thanh xà (có dán màng lưới)

Bourdon với dải đo áp suất rất lớn (một vài bar đến hàng nghìn bar), hay màng mỏng, màng
dạng lưới 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
từ gây nên. Thường 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 dổi độ tự
cảm. Sự thay dổi này sẽ được chuyển thành tín hiệu đo thông qua một mạch cầu.
c) Lưu lưons kế lá chắn:\ 101
Lưu lượng kế lá chắn biểu diễn như hình 1.7. Lá chắn chịu lực tác động của dòng chảy,
trọng lượng và phản lực của lò xo. Vị trí của lá chắn là vị trí mở và dóng ứng với có nước hay
không có nước qua đường ống nước. Vị trí của lá chắn sẽ được biết thông qua một công tắc lưu
lượng kế lá chắn theo kiểu ON/OFF. Tín hiệu này sẽ được gửi tới bộ điều khiển.

lò xo lá

Hình 1.7- Lưu lượng kế lá chắn
Lưu lượng kế này được lắp trên đường ống nước thành phố cấp cho tháp giải nhiệt, nó giúp
bảo vệ tháp giải nhiệt.

Đinh Mạnh Cường

-

16

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

d) Bô chuyến đổi đo chuẩn (CĐCH):
Chức năng của bộ chuyển đổi đo chuẩn: Các hệ thống thông tin đo lường điều khiển cùng
một lúc quản lý một số lượng 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 người ta phải đưa vào các bộ
CĐCH tín hiệu để biến các tín ra từ sensor thành một đại lượng 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 dó thường
được quy định:
Dòng một chiều từ
Điện áp 1 chiều
0 - 20 mA

0-1 mV

4- 2 0 m A

-1 0- 0 -1 0 m V

0- 5 m A

-1 00 - 0- 10 0 m V

- 1 - 0- 1 V

-5 - 5 m A
-2 0 -2 0 m A

0 - 5V ; 0 - 1 0 V

hoặc tín hiệu bus trường...
Như 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 được xử lý
qua tín hiệu bộ chuyển đổi đo chuẩn, tín hiệu đo sẽ được đưa đến bộ điều khiển để bộ điều khiển
dưa ra các tín hiệu điều khiển tự động đến thiết bị chấp hành.

1.3.2. Hê thống điều chỉnh năns suất lanh
Muốn việc điều chỉnh năng suất lạnh máy nén tốt thì phải tìm hiểu kỹ về nguyên lý làm
việc và phương pháp diều chỉnh năng suất lạnh của máy nén.[l 3]

Nguyên /ý làm viêc và phương pháp điều chỉnh:
Việc vận hành của máy nén là giống như đối với quạt hoặc bơm ly tâm. Ga ở thể khí được
hút qua lối vào và đi xuyên qua cánh dẫn hướng lối vào (có hình dáng giống chong chóng gió như
hình 1.9) đi vào trong khoang hoặc các cánh phân tán từ trung tâm của bánh công tác, như hình
1.8 mô tả hướng 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 được 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]

Đinh Mạnh Cường

-

17

-


1

--------- inlctvancs ----------------I

Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

Cánh dãn hướng được đặt ở đầu hút của máy nén, điềư chỉnh dòng khí ga bởi các cánh hạn
chế dòng. Khi vị trí cánh dẫn hướng thay đổi, lưu lượng môi chất và công suất lạnh của máy nén
sẽ thay đổi theo.
Máy nén ly tâm được dẫn động động cơ điện hoặc động cơ đốt trong. Năng suất lạnh có
thể thay đổi nhờ cánh dẫn hướng đặt tại đầu hút hoặc điều khiển tốc độ động cơ. Mỗi phương
pháp có hiệu suất và đặc tính khác nhau. Sự kết hợp giữa diều khiển tốc độ và điều khiển cánh dẫn
hướng sẽ đưa lại hiệu suất vận hành cao nhất.

Hình 1.8 - Hướng dòng môi chất di chuyển

rtet vancs

Hình 1.9 - Cụm cánh dẫn hướng và bánh công tác đơn

impcllcrs

Hình 1.10 - Cụm cánh dẫn hướng và bánh công tác đôi
Mối quan hệ của lưu lượng môi chất và áp suất của một loại máy nén ly tâm tại vận tốc
không dổi với việc điều chỉnh vị trí cánh dẫn hướng đầu vào được thể hiện trên hình 1 .1 1.

Đinh Mạnh Cường

-

18

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43
0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Hình 1 .1 1 - Đường làm việc của máy nén ly tâm một tầng khi tốc độ vòng quay không đổi
Đường surge line miêu tả giới hạn làm việc an toàn của máy nén. Surge là do áp suất

không đu đáp ứng việc tăng áp từ bình bay hơi đến bình ngưng tụ. Nếu hoạt động tại trạng thái
này, môi chất lạnh đảo ngược 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 được diều kiện
hoạt động nguy hiểm.
Khi sử dụng điều chỉnh năng suất lạnh bằng việc diều khiển tốc độ, điều khiển cánh dãn
hướng đầu vào vẫn phải sử dụng cho trường hợp tải quá thấp để tránh trạng thái tại surge. Vì cánh
dẫn hướng đầu vào đóng, tốc độ của máy nén tăng để điều chỉnh áp suất và lưu lượng đủ cao để
tránh tình trạng surge. Điều chỉnh tốc độ kết hợp với điều chỉnh cánh dẫn hướng sẽ làm cho việc
vận hành đạt hiệu suất năng lượng rất tốt.

Hè thống điều chỉnh năng sucít lanh máy nén tai Viên Vờ sinh Dịch té Trung ương:
Tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, hệ thống điều chỉnh năng suất lạnh theo cách điều
chỉnh cánh dẫn hướng nhưng tốc độ vòng quay của động cơ hay của bánh công tác là không đổi.
Tín hiệu nhiệt độ nước lạnh ra sau bình bay hơi là tín hiệu để điều chỉnh vị trí của cánh
dẫn hướng. Tín hiệu nhiệt độ này được đưa về bộ điều chỉnh bằng một cặp nhiệt, nó được so sánh
với tín hiệu nhiệt độ nước lạnh đặt. Khi giá trị nhiệt độ thay đổi khác so với nhiệt độ đặt, bộ diều
chỉnh sẽ dựa trên sự sai khác đó và đưa tín hiệu đến bộ điéu khiển của đông cơ servo và điều
chỉnh vị trí cánh dẫn hướng.

Đinh Mạnh Cường

-

19

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

Một động cơ servo 0,75kW sẽ dãn động cánh dẫn hướng thay đổi vị trí thông qua một cơ
cấu truyền động. Khi nhận được 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 tương ứng với độ lớn của tín hiệu nhận được.
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 nước lạnh tại
đầu ra luôn nằm trong giới hạn cho phép (8°c -ỉ-15 °C) khi đầu vào là 10 °c -ỉ- 21 °c. Điều chỉnh
năng suất lạnh này được điều chỉnh thông qua quá trình điều khiển lưu lượng môi chất đi qua máy
nén tức là điều chỉnh cánh hướng thay đổi trong khoảng 120°. 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 ương.

Việc bảo vệ máy nén ly tâm sẽ được giới thiệu trong phần hệ thống bảo vệ.

1.3.3.

Hê thốns điều chỉnh nhiêt đô tai OAH, AHU:

Cách điều chỉnh nhiệt độ của AHU và OAH tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương là gần
giống nhau. Các damper (van điều chỉnh lưu lưu gió) được cố định tại những vị trí đã định trước,
sao cho thoả mãn được yêu cầu về lưu lượng gió tươi, gió thải, áp suất dư 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,
được hiệu chỉnh lần đầu và mỗi năm một lần.

a)Điều chỉnh nhiêt đô không khí tươi tai OAH:

OAZ>

TD

1=) SA

#

CWR I

Bộ điều
khiển

Hình 1.12 - Sơ đồ diều khiển của OAH
OA:

Out

Air

SA: Supply Air

Đinh Mạnh Cường

CC: Cooling coil

CCV:

CWR: Chilled Water Return

20

-

-

Cooling

Control

Valve

TD: Termperature Detector


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

Nguyên lý làm viêc: Điều chỉnh nhiệt độ không khí tươi được điều khiển thông qua lưu
lượng nước lạnh đi qua giàn lạnh (do các van gió được giữ là cố định). Lưu lượng của nước lạnh
được điều khiển thông qua van điều khiển nước qua giàn lạnh (Cooling Control Valve - CCV).
Việc điều khiển nhiệt độ như sau: Không khí được hút vào với nhiệt độ môi trường được đi qua
giàn lạnh, nhiệt độ của không khí giảm xuống. Tiếp tục quá trình, không khí được quạt đẩy vào
đường ống và phân phối đi các AHU. Cảm biến nhiệt độ trên đường ống từ OAH đến các AHU sẽ
có nhiệm vụ đưa tín hiệu về nhiệt độ không khí sau giàn lạnh về bộ điều chỉnh. Tín hiệu này đưa
về và được so sánh với tín hiệu nhiệt độ đặt, dựa vào độ chênh lệch nhiệt độ bộ điều chỉnh đưa tín
hiệu đến van điều khiển để điều chỉnh nước 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 tươi hút vào nằm
trong khoảng (18°c -j-22°C) tuỳ thuộc vào điều kiện nhiệt độ môi trường tránh bị dọng sương quá

nhiều, với lưu lượng không khí tươi cần là 50070 cmVh.

b) Điều chính nhiêt đô không khí tai AHU:
Nguyên lý làm việc: Tương tự như việc điều chỉnh nhiệt độ cho OAH, chỉ khác là cảm
biến nhiệt độ được đặt tại đường hồi của không khí như hình vẽ 1 .1 3. Tín hiệu của cảm biến được
gửi về bộ điều chỉnh, từ đây bộ điều chỉnh sẽ đưa 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 AHƯ là quạt một
cấp tốc độ, dược khởi động và dừng thông qua một tủ điều khiển cấp trường bởi người vận hành.
Như đã nói ở phần đầu, ở điều kiện khí hậu ở Việt Nam thì giàn nóng rất ít khi được sử
dụng. VI vậy, việc điều chỉnh chủ yếu dành cho điều chỉnh giàn lạnh, nên trong giới hạn của đề
tài tôi chỉ xin đưa ra quá trình điều chỉnh cho giàn lạnh.

Yêu cầu: Điều chỉnh nhiệt độ cho các AHU là tương tự nhau, với lưu lượng gió không đổi
trong quá trình vận hành (do quạt đều là một cấp tốc dộ, 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°c -j-25'’C)
hay xung quanh một giá trị đặt trước như 23°c, điều chỉnh lưu lượng nước lạnh qua giàn lạnh khi
nhiệt độ của nước lạnh nằm trong giới hạn (đầu vào: 8°C-Ỉ-15 °c, đầu ra: 12 °c -ỉ- 19 °C). Do đó,
trong phần điều khiển AHU tôi chỉ xin đưa ra việc thiết kế cho một AHU cụ thể là AHƯ 1 với các
thông số cụ thể nhu sau: nhiệt độ không khí tươi được cung cấp từ OAH nằm trong khoảng
(180O22°C), lưu lượng không khí tươi chiếm 30% hỗn hợp khí cấp, lượng khí hồi là 16400cm7h,
lưu lượng khí cấp là 18300 cm3/h, năng suất lạnh là 64739 Kcal/h.

Đinh Mạnh Cường

-21

-


Đồ án tốt nghiệp

d RA

TTBL&N-K43

\Ị EA

tr SA

JJ OA

Với
RA: Retum Air

HC: Heating coil

HCV: Heating Control Valve

EA: Exhaust Air

HWR: Hot Water Retum

TD: Termperature Detector

Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ ở đây là 17 bộ điều chỉnh nhiệt độ của hãng Honeywell
tương ứng với một OAH và 16 AHU khác nhau. Các bộ điều khiển này hoạt động theo luật điều
khiển PTD. Các bộ điều chỉnh là hoàn toàn độc lập với nhau cá về đường truyền tín hiệu đến cảm
biến nhiệt độ và van điều khiển.

1.3.4.

Các hề thống bảo vê:

a) Hê thốiiíỉ bảo vê cum chiller, bom nước làm mát và tháp íỉiủi nhiêu

> Bảo vệ cụm chiller: Khi ở tình trạng không an toàn, máy nén có thể dùng hoạt động một cách
tự động. Việc điều khiển cắt máy an toàn có thể được đặt chế độ một cách tự động hoặc thủ
công

và

bao

gồm

các

trường

họp

sau:

không

quá

cao

o

Áp

suất

đầu

đẩy

o

Áp

suất

đầu

hút

o

Nhiệt

độ

dầu

quá

không
thấp

quá

hoặc

thấp

quá

cao

o Quá tải động cơ
Tại

Viện

Vệ

sinh

Dịch

tễ

Trung

ương,

máy

nén

được

bảo

vệ

như

sau:

o Áp suất đầu đẩy không quá cao bằng rơle áp suất cao (giá trị lớn nhất cho phép là 5
at).

Đinh Mạnh Cường

-

22

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

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°C).
o Nhiệt độ dầu quá cao bằng 1'ơle nhiệt độ (giá trị lớn nhất cho phép là 55°C).
o Bảo vệ thứ tự pha cho động cơ máy nén.
o Bảo vệ quá tải động cơ: tín hiệu dòng điện quá tải của máy nén được một bộ biến dòng
hạ thấp theo tỉ lệ nhất định, đưa về cụm bảo vệ và thiết bị hiển thị dòng điện.
>

Bảo vệ hệ thống bơm nước 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 nước vào đường ống cấp nước cho tháp giải nhiệt (làm cho hệ thống
nước làm mát không đủ nước làm mát) bằng công tắc lưu lượng 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) Hê thống bảo vê cum OAH, AHU và các bơm hê thống nước lanh:
Mục đích chính của cụm này là bảo vệ các động cơ của hệ thống quạt, động cơ bơm tránh
khỏi các trường hợp:

o Ngắn mạch, lệch pha, mất pha, đảo pha.
Bảo
vệ
tránh
quá
tải
động
cơ.
Báo tín hiệu khi động cơ dừng hoạt động,
Bảo vệ thứ tự pha cho động cơ bơm.
tương tự như việc bảo vệ động cơ thuộc phần a).
o
o
o

Việc bảo vệ các động cơ được thực hiện thông qua các tủ điều khiển điện cấp trường.
Trong mỗi cụm bảo vệ của cụm chillcr, cụm máy bơm, cụm quạt tháp giải nhiệt, hộ thống quạt
OAH, AHU sẽ có một tủ diều khiển cấp trường. Thực chất nó là các tủ điều khiển điện động lực
của các dộng cơ. Trong hình 1 .1 4 là sơ đồ mạch diện của một tử điều khiển điện động lực của

Đinh Mạnh Cường

-23

-


LED transistc
Đầu
vào

Mạch

J

vào

I'

Mạch
phát
hiện
điện
Đồ án tốt nghiệp
áp qua o

TTBL&N-K43

máy nén chiller. Như vậy, mỗi tủ này sẽ có các khối chính như: khối khởi động động cơ; khối báo
Hình 1 .15 mô tả một cặp rơle tổ hợp của 1'ơle áp suất cao HP và rơle áp suất thấp LP,
tín hiệu ngắn mạch, mất pha, lệch pha, báo tín hiệu khi động cơ hỏng; khối báo tín hiệu quá tải
động cơ,
bộhoàn

chống
đảo
Cácnhau,
tín hiệu
về sự
cơ tín
vàhiệu
dòngriêng.
điện tại hệ thống bảo vệ
chúng
hoạtmột
động
toàn
độcpha.
lập với
mỗi rơle
có cố
ốngđộng
nối lấy
cụm chiller, hệ thống bơm nước làm mát, tháp giải nhiệt sẽ được tủ điều khiển điện cấp trường
đưa tín hiệu về bộ điều khiển. Đây là tín hiệu chính trong việc bảo vệ mạch điện động lực các
động cơ.Rơle áp suất cao được sử dụng để bảo vệ máy nén khi áp suất đầu đẩy cao quá mức quy
định, nó sẽ tác động trước khi van an toàn mở. Hơi đâu đẩy được dẫn vào hộp xếp phía dưới của
rơle, tín hiệu áp suất dược 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 dã tiến hành xử lý, khắc phục xong ấn nút Reset dể ngắt mạch duy trì sự cố mới có thể
khởi động lại được.
Tương tự vậy có rơle áp suất thấp LP.
Rơle áp suất sử dụng trên máy chiller tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương có nguyên lý
hoạt động hoàn toàn tương tụ như loại rơle áp suất trên

d) Vấn đề cách l\ giữa mach điều khiển và mach lưc:
Phương pháp cách ly giữa mạch điều khiển và mạch điện động lực được dùng là sử dụng
một bộ ghép quang (Opto - Coupler, Photocoupler) (hình 1.16). Opto - Coupỉer có ở phía vào là
một diode phát LED mà khi được cấp dòng sẽ phát sáng (ánh sáng trông thấy hoặc ánh sáng hồng
ngoại tuỳ loại LED). Phía đầu ra của Opto - Coupỉer là một phẩn tử cám quang {Photo Resistor,
Photo Hình 1 .1 4 - So đồ mạch điện của tủ điều khiển Chiller.

c)

Các loai role bảo vê đươc sử duns:
Ro le áp suất: có hai loại là rơle áp suất thấp và rơle áp suất cao.

Hình!. 15 - Role tổ hợp áp suất cao và thấp

Đinh Mạnh Cường

24

-

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

CHƯƠNG 2
KHÁI NIỆM VỂ ĐIỂU KHIỂN QUÁ TRÌNH VÀ HỆ THốNG ĐlỂU KHIÊN 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
vê một hệ điều khiển nói chung. Mục đích của đê tài này là xây dựng một hệ thống điều khiển mới
cho quá trình nhiệt tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương. 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 được nêu ra. Nội
dung của chương 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 tượng điều chỉnh
> Một sô hệ thống điều hoà và phương pháp điều khiển tương ứng [6, 7,12].
2.1. Khái niêm chung về điều khiển quá trình:

Điều khiển quá trình là lĩnh vực ứng dụng quan trọng của kỹ thuật điều khiển trong các
ngành công nghiệp năng lượng và hoá chất. Trong nội dung của đồ án này, điều khiển quá trình
dược hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá
trình, diều khiển quá trình nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sán xuất và an toàn cho
con người, máy móc và môi trường. Điều khiển quá trình nhiệt cũng không nằm ngoài quy luật
đó, VI vậy, dựa trên khái niệm chung về điều khiển quá trình ta có thể tìm hiểu được về điều
khiển quá trình nhiệt.
Trong đó, quá trình dược hiểu là một trình tự các diễn biến vật lý, hoá học hoặcE sinh học,
trong đó vật chất, năng lượng hoặc thông tin được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ.
Optolà- Coupler
0- trình nhiệt
Quá
quá trình mà trạng thái của hệ thống nhiệt động thay đổi trạng thái,
năng lượng của nó có sự biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Tuỳ theo vào điều kiện tiến hành
1.16.
Cách
giữa

mạch
khiển
và và
mạch
lựcquả
bằngbiến
Optohoá
- Coupler
quá trình màHình
trạng
thái
củalyhệ
thay
đổiđiều
khác
nhau
hiệu
năng lượng 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 được minh hoạ như hình 2.1. Trong đó
một biến vào là một đại lượng hoặc một điều kiện phản ánh tác động bên ngoài vào quá trình, ví

Đinh Mạnh Cường

25
26

-

-


Bộ điều
điều khiển
khiển

Thiết bị
chấp hành

nghiệp
Tín hiệuĐồ
đo án tốt Thiết
bị

TTBL&N-K43

quá trình là những biến vào tác động lên quá trình nhiệt một cách cố hữu nhưng không can thiệp
dụ như lưu lượng dòng, nhiệt độ nước lạnh,... Một biến ra là một đại lượng hoặc một điều kiện
được, còn nhiễu
đo đo là nhiễu tác động lên phép đo, gây ra sai số trong giá trị đo được.
2.2.
Muc tác
đíchđộng
và chức
điêu khiển
trình:ví dụ như nhiệt độ hỗn hợp khí lạnh, lưu lượng của
thể hiện
của náníỉ
quá trình

ra bênquá
ngoài,
hỗn hợpToàn
khí nbộ
ày,các
.. . chức
Khi các
biến
nguyên
nhân trong
khi các
biếnphân
ra thể
năng
củavào
mộtthểhệhiện
thống
điều khiển
quá trình
có thể
loạihiện
và kết
sắp quả
xếp
nhằm phục vụ các mục đích cơ bản sau:
thì mối quan hệ giữa hai biến này sẽ thể hiện mối quan hệ nhân - quả. Bên cạnh các biến vào ra,
> Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động ổn định tại điểm
đối với điều khiển quá trình thì người ta rất quan tâm đến các biến trạng thái. Các biến trạng thái
làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, đảm báo các điều kiện theo yêu cầu của
độ vận

kéo dài
máyquá
móc,trình,
vận hành
mangchế
thông
tinhành,
về trạng
tháituổi
bênthọ
trong
ví dụthuận
như tiện.
áp suất, nhiệt độ của nước lạnh khi ra
khỏiĐảm
Water
Chiller,
có trong
nở, tháp
i ệ t lượng
. ..
>
bảo
năng mức
suất nước
và chất
lượngbình
sảndãn
phẩm:
Đámgiải

bảon hlưu
sản phẩm theo kế hoạch sản
xuất và duy trì thông số liên quan đến chất lượng sản phẩm trong phạm vi yêu cầu.
Biến vào
> Đảm bảo vận hành hệ thống1 an toàn: Giảm thiểu các nguy cơ xảy ra sự cố cũng như bảo vệ
I--------------------------------1
cho con người, máy
móc, thiết bị
và môi trường trong trường hợp xảy ra sự cố.
>

>

Biến điều khiển
Nhiễu
Bảo vệ môi trường: giảm ô nhiểm môi trường thông qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm
lượng nước sử dụng và nước thải, hạn chế lượng bụi và khói, giảm tiêu thụ nhiên liệu và
nguyên liệu.
Nâng cao hiệu quả kinh tế: Đảm bảo năng suất và chất lượng theo yêu cầu trong khi giảm chi
nhân công, nguyên liệu và nhiên l i ệ u, thích ứng nhanh với yêu cầu thay dổiVật
củachất
thị trường.
Vậtphí
chất

lượngkế một hệ
Năng lượng
Những mục đích điều khiển được phân tích ở trên sẽ quyết định đến Năng
việc thiết
Thông

tin
Thông
tin
thống điều khiển quá trình.

2.3. Các thành phần cơ bản của hê thông điều khiển quá trình:
Tuỳ theo quy mô ứng dụng và mức độ tự động hoá, các hệ thống điều khiển quá trình
nhiệt có thể đơn giản đến tương dối phứcBiến
tạp, trạng
nhưng
chúng đều dựa
thái
Biến trên
ra ba thành phần cơ bán là

thiết bị đo, thiết bị chấp hành và thiết bị điềuI Ikhiển. Chức năng của
11 mỗi thành phần hệ thống và
I-------------quan hệ của chúng được thể hiện như hình
sau: -------------1------------ -----------------1
Biến không
điều khiển

cần

Biến không
điều khiển

cần

Biến

không cần
điều khiển

Hình 2.1 - Quá trình và phân loại biến quá trình

Biến cần điều khiển là một biến ra hoặc một biến trạng thái của quá trình nhiệt được điều
Biến diều
Biến cần
Giá trị đặt
Quá
khiển
khiển/điều chỉnh sao cho gần tới một giá trị mong muốn hay
giá trị đặt hoặc bám theo
điều một
khiểnbiến

trình

chủ đạo/tín hiệu mẫu. Các biến cần diều khiển liên quan hệ trọng dến sự vận hành ổn định, an
toàn của hệ thống hoặc chất lượng sản phẩm.
Đại lượng đo

Biến điều khiển là một biến vào của quá trình nhiệt có thể can thiệp được trực tiếp từ bên
ngoài, qua đó tác động tới biến ra theo ý muốn.
Hình 2.2 - Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình nhiệt
Những biến vào còn lại không can thiệp được một cách trực tiếp hay gián tiếp trong phạm

Đinh Mạnh Cường

28
27

-

-


Đồ án tốt nghiệp

TTBL&N-K43

Trong phần này, các khái niệm về các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển quá
trình được trình bày một cách sơ lược để hiểu rõ hơn về chức năng của từng thành phần trong hệ
thống và quan hệ giữa chúng.

a) Thiết bi đo:
Chức năng của một thiết bị đo là cung cấp một tín hiệu ra tỉ lệ theo một nghĩa nào đó với
đại lượng đo. Một thiết bị đo gồm hai thành phần cơ bản là cảm biến và chuyển đổi đo chuẩn.
Một cảm biến thực hiện chức năng tự động cảm nhận đại lượng quan tâm của quá trình kỹ thuật
và biến đổi thành một tín hiệu. Để có thể truyền đi xa và sử dụng được trong thiết bị điều khiển
hoặc dụng cụ chỉ báo, tín hiệu ra từ cảm biến cần được khuếch đại, điều hoà và chuyển đổi sang
dạng thích hợp. Một bộ chuyển đổi đo chuẩn là một bộ chuyển đổi đo mà cho đầu ra là một tín
hiệu chuẩn.

b) Thiết bi điều khiển:
Thiết bị điều khiển hay bộ điều khiển là một thiết bị tự động thực hiện chức năng điều
khiển, là thành phẩn cốt lõi của một hệ thống điều khiển nhiệt. Trên cơ sở các tín hiệu đo và một
sách lược điều khiển được lựa chọn, bộ điều khiển thực hiện thuật toán điều khiển và đưa ra các
tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại quá trình nhiệt thông qua các thiết bị chấp hành. Tuỳ theo

dạng tín hiệu vào ra và phương pháp thể hiện luật điều khiển, một thiết bị điều khiển có thể là
thiết bị điều khiển tương tự, thiết bị điều khiển logic hoặc thiết bị điều khiển số.

c)

Thiết bi chấy hành:

Một hệ thống/thiết bị chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và thực hiện tác động tới
biến diều khiển. Các thiết bị chấp hành thường dùng trong diều khiển các quá trình nhiệt và các
van điều khiển, động cơ máy nén, máy bơm, quạt gió, động cơ servo. Thông qua các thiết bị chấp
hành mà hệ thống điều khiển có thể can thiệp vào diễn biến của quá trình nhiệt.
Một thiết bị chấp hành bao gồm hai thành phần cơ bản là cơ sở chấp hành hay cơ cấu dẫn
động và phần tử điều khiển. Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điều khiển thành năng
lượng, trong khi phần tử điều khiển can thiệp trực tiếp vào biến điều khiển.
Trên dây dã giới thiệu về các thành phần cơ bản của một hệ thống diều khiển quá trình .
Từ đây, cần phải mô hình hoá đối tượng của các quá trình nhiệt trong hệ thống điều hoà không
khí tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.

Đinh Mạnh Cường

29

-

-