nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống đhkk trung tâm water chiller tại xưởng nhiệt điện lạnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG CHO HỆ THỐNG ĐHKK TRUNG TÂM
WATER - CHILLER TẠI XƯỞNG NHIỆT - ĐIỆN LẠNH
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T69 - 2007

S KC 0 0 1 8 7 9

Tp. Hồ Chí Minh, 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM



ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG
MÃ SỐ: T69-2007
Đề tài :
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CHO HỆ THỐNG ĐHKK TRUNG TÂM WATER-CHILLER
TẠI XƯỞNG NHIỆT-ĐIỆN LẠNH

Chủ nhiệm đề tài :Lại Hoài Nam

Tp. HCM: 04/ 2008


KS. Lại Hoài Nam

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU
Trong hệ thống lạnh mỗi hệ thống có một yêu cầu và đặc thù riêng,
tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng, chế độ vận hành và yêu cầu của người sử
dụng... Chính vì vậy, hệ thống điều khiển về nguyên tắc cũng dựa trên
nguyên lý chung của hệ thống nhằm đảm bảo được yếu tố an toàn khi hệ
thống hoạt động. Nhưng đối với từng hệ thống riêng biệt, đặc biệt là yếu tố

chủ quan của nhà cung cấp, lắp đặt thiết bò, nên mỗi hệ thống điều khiển sẽ
có những khác biệt nhất đònh. Chính từ những yếu tố trên, xuất phát từ thực
tiễn vận hành của hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh thì vấn
đề cải tiến lại hệ thống điện điều khiển cho hệ thống Điều hoà không khí
Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh là yêu cầu cần thiết.

1


KS. Lại Hoài Nam

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
2.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
Đề tài “Nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống
ĐHKK trung tâm Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh” nhằm mục đích
nâng cao khả năng bảo vệ, hiển thò, thông báo cho hệ thống khi vận hành
cũng như khi xảy ra sự cố. Nhằm giúp cho người vận hành có thể nhận đònh
sự cố một cách chính xác để có biện pháp xử lý kòp thời khi có sự cố xảy ra.
Đề tài trên cũng giúp cho sinh viên chuyên ngành Nhiệt-Điện lạnh có
một cách nhìn thực tế hơn khi trực tiếp vận hành trên hệ thống trong quá
trình thực tập tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh. Từ đó các em có thể chủ động,
sáng tạo để có thể thiết kế những mạch điện điều khiển cho các hệ thống
khác khi các em trực tiếp thực hiện công việc.
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU – CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Dựa trên lý thuyết về tự động hoá điều khiển hệ thống lạnh, kết hợp
với những thiết bò điều khiển đặc thù trong hệ thống nhiệt lạnh, trong hệ
thống dẫn nước và các khí cụ điện nhằm thi công mạch điện điều khiển ứng
dung cho hệ thống.
2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
2.3.1 Những vấn đề còn hạn chế trong hệ thống điều khiển cũ của hệ thống

Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh.

2


KS. Lại Hoài Nam

Tủ điện củ của hệ thống

Về cơ bản, hệ thống cũng đã được trang bò đầy đủ về cơ chế bảo vệ hệ
thống khi có sự cố xảy ra vế áp suất cao, áp suất thấp. Nhưng về cơ chế hiển
thò các sự cố xảy ra thì hệ thống vẫn không đáp ứng được yêu cầu khi chỉ đưa
ra tín hiệu đèn và còi chung cho mọi sự cố của hệ thống. Điều này sẽ gây
khó khăn cho người vận hành khi phải mất thời gian cho người vận hành khi
phải mất thời gian chẩn đoán sự cố của hệ thống để khắc phục, vấn đề này
sẽ gây ra những ảnh hưởng dây chuyền khác khi hệ thống ngừng hoạt động
quá lâu để khắc phục sự cố. Ngoài ra, khả năng tự động hoá của hệ thống
chưa cao khi chỉ hoạt động được ở chế độ manual (chế độ vận hành thủ
công), không đáp ứng được yêu cầu tự động hoá hoạt động của hệ thống.
2.3.2 Thi công mạch điện điều khiển cải tiến cho hệ thống.
2.3.2.1 Giới thiệu các thiết bò chính sử dụng trong hệ thống điều khiển.
a) Relay nhiệt.
* Công dụng

3


KS. Lại Hoài Nam

Relay nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi

quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, contactor. Nó được dùng ở điện
áp xoay chiều đến 500V, điện áp một chiều đến 440V.
Thông thường dùng relay nhiệt để bảo vệ quá tải, người ta phải đặt
kèm với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch.

Relay nhiệt

* Nguyên tắc cấu tạo
Nguyên lý cấu tạo của một loại relay nhiệt được trình bày như hình
2.2

Hình – Nguyên lý cấu tạo của relay nhiệt
a) Trạng thái đóng; b) Trạng thái cắt
1 – phần tử đốt nóng; 2 – băng kép; 3 – đòn xoay;
4 – tiếp điểm tónh; 5 – nút reset; 6 – lò xo; 7 – tiếp điểm động
4


KS. Lại Hoài Nam

* Nguyên tắc hoạt động
Khi dòng điện phụ tải chạy qua, phần tử đốt nóng (1) sẽ nóng lên và
tỏa nhiệt ra xung quanh. Băng kép (2) bò hơ nóng sẽ cong lên trên. Nếu
trong phạm vi nhiệt độ cho phép ứng với dòng phụ tải nào đó thì đòn xoay
(3) vẫn tì đầu trên vào băng kép (2) và mạch làm việc bình thường. Nếu
phụ tải bò quá tải, sau một thời gian bò hơ nóng cao hơn, băng kép (2) sẽ
cong lên nữa và rời khỏi đầu trên của đòn xoay (3). Lò xo (6) sẽ kéo đòn
xoay (3) quay ngược chiều kim đồng hồ. Đầu dưới đòn xoay (3) sẽ quay
sang phải và kéo theo thanh kéo cách điện (7). Tiếp điểm thường đóng 4
mở ra, cắt mạch điều khiển và từ đó mạch động lực bò cắt (hình b).

Khi relay đã cắt sự cố quá tải, không còn dòng điện qua phần tử đốt
nóng (1) nên băng kép (2) nguội dần và cong xuống nhưng chỉ tì lên đầu
trên của đòn xoay (3) (hình b), vì vậy tiếp điểm (4) không tự đóng lại
được. Muốn relay trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục nhiệm vụ bảo vệ
quá tải, phải ấn nút phục hồi (5) để đẩy đòn xoay (3) thuận chiều kim đồng
hồ. Đầu tự do của băng kép sẽ tụt xuống, chèn giữa đòn xoay (3) ở vò trí
đóng tiếp điểm (4) (hình a).
Relay nhiệt có quán tính nhiệt lớn vì khi dòng tải qua phần tử đốt
nóng tăng lên thì cần phải có một thời gian để nhiệt truyền tới băng kép,
làm băng kép cong lên. Vì thế mà relay nhiệt không có tác dụng cắt mạch
tức thời khi dòng điện tăng lên mạnh nghóa là không bảo vệ được sự cố
ngắn mạch.

5


KS. Lại Hoài Nam

b) Contactor.
* Công dụng.
Contactor là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa tự động hoặc
bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải, điện áp đến 500V, dòng điện đến
600A.

* Nguyên tắc cấu tạo

Contactor

Nguyên tắc cấu tạo của một contactor được trình bày trên hình 2.6.

Hình – Nguyên tắc cấu tạo contactor
LX – lò xo; Fe – lõi sắt; K – cuộn hút;
C – cần; a,b,c – tiếp điểm động lực
1,2 – tiếp điểm mạch điều khiển

6


KS. Lại Hoài Nam

* Nguyên lý làm việc
Phần chính của một contactor là cuộn hút điện từ K (hình), và hệ
thống các tiếp điểm. Khi cuộn K không có điện, lò xo LX kéo cần C mở
các tiếp điểm thường mở (gồm các tiếp điểm động lực a, b, c và tiếp điểm
điều khiển 1), đồng thời đóng tiếp điểm thường đóng (tiếp điểm 2). Khi cấp
điện cho cuộn K, lõi sắt Fe bò hút, kéo căng lò xo LX và cần C đóng các
tiếp điểm thường mở (tiếp điểm 1, a, b, c) và cắt tiếp điểm thường đóng
(tiếp điểm 2). Tùy theo mục đích sử dụng mà các tiếp điểm được nối vào
mạch lực hay mạch điều khiển một cách thích hợp.
c) Relay trung gian.

Relay trung gian

Nhiệm vụ của relay trung gian là khuếch đại các tín hiệu điều khiển,
liên kết giữa các phần tử điều khiển khác nhau.
Relay trung gian thường là relay điện từ. Số lượng tiếp điểm của relay
trung gian thường nhiều hơn các loại relay khác. Relay trung gian có độ
phân cách về điện tốt giữa mạch cuộn hút và mạch tiếp điểm.
d) Relay áp suất.
Relay áp suất là dụng cụ chuyển đổi các tín hiệu áp suất và hiệu áp suất

thành tín hiệu đóng cắt của tiếp điểm điện (ON/OFF).
7


KS. Lại Hoài Nam

*Relay áp suất kép (Relay áp suất hai block).

Relay áp suất hai block

Nếu relay áp suất đơn chỉ nhận một tín hiệu áp suất thì relay áp suất
kép nhận hai tín hiệu áp suất, khống chế đồng thời hai áp suất nhưng chỉ
tác động lên một tiếp điểm chung. Như vậy, relay áp suất kép gồm relay
áp suất cao và relay áp suất thấp được tổ hợp chung lại trong một vỏ thực
hiện chức năng của hai relay, ngắt điện cho máy nén khi áp suất cao vượt
quá mức cho phép và khi áp suất thấp hạ xuống dưới mức cho phép. Hình
2.26 giới thiệu cấu tạo của một relay áp suất kép của Danfoss.

1 – Vít đặt áp thấp
2 – Vít vi sai áp thấp
3 – Tay đòn chính phía hạ áp
4 – Khóa vít điều chỉnh
5 – Vít đặt áp cao
6 – Lối luồn dây điện
7 – Nút reset
Hình – Cấu tạo relay áp suất
kép của Danfoss
8

KS. Lại Hoài Nam

Về nguyên tắc làm việc đóng ngắt tiếp điểm cũng giống như loại
relay áp suất đơn nhưng với loại kép thì khi relay ngắt tiếp điểm bởi tác
động của áp suất cao thì dù áp suất thấp là bao nhiêu mạch cũng không
đóng lại, có nghóa là tác động của phía cao áp không phụ thuộc vào phía hạ
áp. Điều này giúp đảm bảo an toàn cho phía áp cao.
Khi lắp đặt các loại relay áp suất cần lưu ý ống nối từ ống hút hoặc
ống đẩy vào relay nên ở vò trí phía trên ống để ngăn dầu lọt vào hộp xếp,
vì nếu để dầu lọt vào hộp xếp lâu ngày có thể hộp xếp bò bó không hoạt
động được một cách hoàn hảo và cũng không đảm bảo cho các tiếp điểm
làm việc bình thường.
2.3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển.
* Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống.

9


KS. Lại Hoài Nam

Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển hệ thống Water – Chiller
tại xưởng Nhiệt – Điện lạnh
10


KS. Lại Hoài Nam

2.3.3 Kết quả đạt được.
Tủ điện mới của hệ thống sau khi thi công, lắp đặt lại.

2.3.4 Qui trình vận hành hệ thống.
2.3.4.1 Vận hành hệ thống ở chế độ Manual (chế độ vận hành thủ công)
* Khởi động hệ thống:
Thực hiện trình tự theo các bước sau:
- Đặt Contac AUTO-OFF-AUTO ở vò trí OFF.
- Nhấn nút POWER SUPPLY ON để cấp điện cho mạch điện điều
khiển.
- Đặt Contac COMPRESSOR AUTO-OFF-MAN, COND PUMP AUTOOFF-MAN, EVAP PUMP AUTO-OFF-MAN ở vò trí MAN.
- Nhấn nút START EVAP PUMP để khởi động bơm nước lạnh, đèn
EVAP PUMP sáng báo hiệu bơm đã hoạt động.
- Nhấn nút START COND PUMP để khởi động bơm nước giải nhiệt và
quạt giải nhiệt, đèn COND PUMP sáng báo hiệu bơm, quạt đã hoạt
động.

11


KS. Lại Hoài Nam

- Nhấn nút START COMPRESSOR để khởi động máy nén, đèn
COMPRESSOR sáng báo hiệu máy nén đã hoạt động.
* Dừng hệ thống:
Thực hiện trình tự theo các bước sau:
- Nhấn nút STOP COMPRESSOR để dừng máy nén.
- Sau 10 phút nhấn nút STOP COND PUMP để dừng quạt và bơm giải
nhiệt.
- Nhấn nút STOP EVAP PUMP để dừng bơm nước lạnh.
- Đặt Contac COMPRESSOR AUTO-OFF-MAN, COND PUMP AUTOOFF-MAN, EVAP PUMP AUTO-OFF-MAN ở vò trí OFF.
- Nhấn nút POWER SUPPLY OFF để ngừng cấp nguồn cho mạch điểu
khiển.

2.3.4.2 Vận hành hệ thống ở chế độ AUTO (chế độ vận hành tự động).
* Khởi động hệ thống:
Thực hiện trình tự theo các bước sau:
- Đặt Contac AUTO-OFF-AUTO ở vò trí AUTO, đèn TEMP RELAY
sáng, báo hiệu hệ thống đang hoạt động ở chế độ AUTO.
- Nhấn nút POWER SUPPLY ON để cấp điện cho mạch điện điều
khiển.
- Đặt Contac EVAP PUMP AUTO-OFF-MAN ở vò trí AUTO.
- Đặt Contac COND PUMP AUTO-OFF-MAN ở vò trí AUTO
- Đặt Contac COMPRESSOR AUTO-OFF-MAN ở vò trí AUTO
Ở chế độ AUTO hệ thống sẽ tự dừng khi nhiệt độ nước lạnh đã
đạt đến nhiệt độ cài đặt (khoảng 8-12oC).

12


KS. Lại Hoài Nam

2.3.5 Hoạt động của hệ thống khi có sự cố xảy ra.
2.3.5.1 Sự cố áp suất cao.
Khi có sự cố áp suất cao, máy nén sẽ tự động ngắt, còi báo sự cố sẽ
kêu, đèn HP sáng, báo hiệu cho người vận hành biết là hệ thống đang gặp sự
cố áp suất cao. Muốn tắt còi, ta nhấn nút STOP BUZZ, sau khi đã xử lý sự cố
xong, ta nhấn nút RESET PROTECTION để set lại hệ thống bảo vệ về trạng
thái ban đầu.
2.3.5.2 Sự cố áp suất thấp.
Khi có sự cố áp suất thấp, máy nén sẽ tự động ngắt, còi báo sự cố sẽ
kêu, đèn LP sáng, báo hiệu cho người vận hành biết là hệ thống đang gặp sự
cố áp suất thấp. Muốn tắt còi, ta nhấn nút STOP BUZZ, sau khi đã xử lý sự
cố xong, ta nhấn nút RESET PROTECTION để set lại hệ thống bảo vệ về

trạng thái ban đầu.
2.3.5.3 Sự cố áp lực nước.
Khi bơm nước lạnh hoặc nước giải nhiệt có sự cố, nước giải nhiệt và
nước lạnh không tuần hoàn trong hệ thống khi bơm vẫn hoạt động. Khi đó,
máy nén sẽ tự động ngắt, còi báo sự cố sẽ kêu, đèn WP sáng, báo hiệu cho
người vận hành biết là hệ thống đang gặp sự cố áp lực nước. Muốn tắt còi, ta
nhấn nút STOP BUZZ, sau khi đã xử lý sự cố xong, ta nhấn nút RESET
PROTECTION để set lại hệ thống bảo vệ về trạng thái ban đầu.
2.3.5.4 Sự cố quá dòng.
Khi máy nén, bơm giải nhiệt hoặc bơm nước lạnh gặp sự cố quá dòng.
Khi đó, máy nén sẽ tự động ngắt, còi báo sự cố sẽ kêu, đèn OL sáng, báo
13


KS. Lại Hoài Nam

hiệu cho người vận hành biết là hệ thống đang. Muốn tắt còi, ta nhấn nút
STOP BUZZ, sau khi đã xử lý sự cố xong, ta nhấn nút RESET PROTECTION
để set lại hệ thống bảo vệ về trạng thái ban đầu.
2.4 TÍNH KHOA HỌC.
Hệ thống đã đưa ra một số giải pháp hữu ích cho quá trình hoạt động
của hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh phục vụ đặc thù cho
quá trình dạy học thực tập của giáo viên và sinh viên tại xưởng.
2.5 KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀO ỨNG DỤNG THỰC TẾ.
Với mạch điện điều khiển mới của hệ thống, không những áp dụng để
vận hành an toàn cho hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh mà
còn có thể ứng dụng hoặc lắp đặt cho các hệ thống bên ngoài.

14

KS. Lại Hoài Nam

PHẦN 3:

KẾT LUẬN

3.1 KẾT LUẬN.
Đề tài đã hoàn thành về phần nguyên lý cũng như thi công hoàn chỉnh
mạch điện điều khiển hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt_Điện lạnh
theo đúng múc đích của đề tài đặt ra.
3.2 ĐỀ NGHỊ.
Với mạch điện điều khiển mới, có đầy đủ tính năng bảo vệ, hiển thò và
báo sự cố cho hệ thống, có thể ứng dụng trực tiếp để vận hành cho hệ thống
Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh phục vụ cho quá trình giảng day,
học tập của giáo viên và sinh viên tại xưởng.

15


KS. Lại Hoài Nam

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn tuỳ: Máy và thiết bò lạnh, NXB giáo
dục.
[2] Nguyễn Đức Lợi: Tự động hoá hệ thống lạnh, NXB giáo dục.
[3] ASHARE HAND BOOK: REFRIGERATION 2002.

16

KS. Lại Hoài Nam

MỤC LỤC
Trang
Phần 1: Đặt vấn đề

1

1.1 Đối tượng nghiên cứu.

1

Phần 2: Giải quyết vấn đề

2

2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài

2

2.2 Phương pháp nghiên cứu- Cơ sở lý thuyết

2

2.3 Nội dung nghiên cứu

2

2.3.1 Những vấn đề còn hạn chế trong hệ thống điều khiển cũ

2

của hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh.
2.3.2 Thi công mạch điện điều khiển cải tiến cho hệ thống.

3

2.3.2.1 Giới thiệu các thiết bò chính sử dụng trong hệ thống

3

điều khiển.
2.3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển.

9

2.3.3 Kết quả đạt được.

11

2.3.4 Qui trình vận hành hệ thống.

11

2.3.4.1 Vận hành hệ thống ở chế độ Manual

11

2.3.4.2 Vận hành hệ thống ở chế độ AUTO

12

2.3.5 Hoạt động của hệ thống khi có sự cố xảy ra.

12

2.3.5.1 Sự cố áp suất cao.

12

2.3.5.2 Sự cố áp suất thấp.

13

2.3.5.3 Sự cố áp lực nước.

13

2.3.5.4 Sự cố quá dòng.

13

2.4 Tính khoa học.

14
17


KS. Lại Hoài Nam

2.5 Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tế.

14

Phần 3: Kết luận

15

3.1 Kết luận.

15

3.2 Đề nghò.

15

Tài liệu tham khảo

16

18


S

K

L

0

0

2

1

5

4