Thiết kế cơ khí và gia công mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô giáo trong
trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên nói
chung và các thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ Tự động hóa nói riêng đã tận
tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong
suốt thời gian qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn tới cô giáo ThS. PHẠM THỊ HỒNG
ANH, cô đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt quá trình làm
đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình làm việc với cô, em không ngừng tiếp thu thêm
nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu
khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá
trình học tập và làm việc sau này.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên, góp ý, và
giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Do thời gian hoàn thành đồ án có giới hạn, chắc chắn rằng đồ án không
tránh khỏi những thiếu sót nên em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy
cô và các bạn để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Thái Nguyên, ngày… tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Đặng Văn Tuấn

1


2


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam kết ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP là công trình nghiên cứu của bản
thân em dưới sự hướng dẫn của ThS. PHẠM THỊ HỒNG ANH.

Các kết quả nêu trong ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP là trung thực, không phải là
sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác, nếu sai em xin chịu hoàn toàn
trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật của nhà trường.
Thái Nguyên, tháng 06 năm 2016
Người cam đoan

Đặng Văn Tuấn

3


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN

1

LỜI CAM ĐOAN 2
MỤC LỤC

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU7
LỜI NÓI ĐẦU

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 2
1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu SCADA
2

1.1.1. Khái quát chung về SCADA

2

1.1.2. Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA
1.1.3. Phần cứng hệ thống SCADA.

6

1.1.4. Phần mềm hệ thống SCADA

7

1.1.5. Truyền tin trong hệ SCADA.

8

1.2. Thiết bị điều khiển cấp trường
1.2.1. Cảm biến

5

9

9

1.2.2. Cơ cấu chấp hành 17
1.3. Thiết bị cấp điều khiển 20
1.3.1. Tổng quan 20
1.3.2. Thiết bị logic khả trình

20

1.4. Thiết bị cấp giám sát 25
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ GIA CÔNG MÔ HÌNH
HỆ THỐNG HỒI LƯU NƯỚC NÓNG DÂN DỤNG 27
2.1. Hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng
2.1.1. Tổng quan 27
2.1.2. Sơ đồ hệ thống

29
4

27

27


2.1.3. Nguyên lý hoạt động.

30

2.2. Tính toán và lựa chọn thiết bị 30
2.2.1. Thiết bị cấp giám sát

30

2.2.2. Thiết bị cấp điều khiển

32

2.2.3. Thiết bị cấp chấp hành

37

2.2.4. Các thiết bị khác
2.3. Lắp đặt hệ thống

48
51

2.3.1. Mô hình hệ thống khí đã hoàn thành
2.3.2. Sợ đồ lắp đặt chi tiết

52

KẾT LUẬN 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

5

51


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA.2
Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát 6
Hình 1.3 Cấu trúc phần mềm hệ thống điều khiển và giám sát SCADA.
Hình 1.4. Sơ đồ đo mức theo phương pháp thủy tĩnh.

8

14

Hình 1.5. Cảm biến độ dẫn 15
Hình 1.6. Cảm biến đo mức bằng tia bức xạ.

17

Hình 1.7. Dấu hiệu hoạt động và ký hiệu cảu bơm
Hình 1.8. Cấu trúc bộ điều khiển PLC

21

Hình 1.9. Ghép nối vào/ra với PLC

22

Hình 1.10. Hệ thống điều khiển sử dụng PLC

19

22

Hình 1.11. Mối quan hệ giữa các ngôn ngữ lập trình PLC

24

Hình 2.1. Sơ đồ điều khiển hệ thống hồi nước nóng nhiều trục 28
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống

29

Hình 2.3. Máy tính Dell Vostro 3360

31

Hình 2.4. Giao diện HMI 32
Hình 2.5 PLC SIEMENS S7 1200 CPU1214C 36
Hình 2.6 Cấu tạo của Relay trung gian.

37

Hình 2.7. Relay trung gian 39
Hình 2.8. Sơ đồ khối relay 24V

39

Hình 2.9. Bộ nguồn 12VDC

40

Hình 2.10. Bộ chuyển đổi điện áp 220V sang 24V

40

Hình 2.11 Bơm tại ví trí đường ống cấp nước lạnh vào vào bình nước nóng.41
Hình 2.12 Bơm hôi lưu và bơm tại ví trí cấp nước nóng đến khu vực sử dụng
42
Hình 2.13 Cấu tạo của van điện 1 chiều. 43

Hình 2.14 Van điện 44
6


Hình 2.15. Phao điện RADAR

45

Hình 2.16 Dây đo nhiệt độ NTC MF58 46
Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý của dây cảm biến đo nhiệt độ NTC-MF58

47

Hình 2.18 Mạch hiển thị nhiệt độ 48
Hình 2.19 Bình chứa nước lạnh

48

Hình 2.20 Bình đựng nước nóng 49
Hình 2.21 Ống nhựa 49
Hình 2.22 Ruột ấm inox

50

Hình 2.23 Mô hình hồi lưu nước nóng dân dụng.
Hình 2.24 Đi dây bảng Relay 24V

51

52

Hinh 2.25 Đường ống từ bình nước lạnh tới bơm 1
Hình 2.26 Đường ống từ bơm 1 đến van 1

52

53

Hình 2.29 Đường ống từ van 1 đến bình nước nóng

53

Hình 2.27 Đường ống từ bình nước nóng đưa nước xuống phía dưới để sử dụng
54
Hình 2.28 Đường ống đưa nước còn thừa trong đường ống hồi lưu lại bình nước
nóng 55

7


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các đặc điêm của các loại CPU trong PLC S7- 1200

35

Bảng 2.2. Giá của các loại PLC S7- 1200 36
Bảng 2.3. Thông số kĩ thuật của Relay trung gian.

39

Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật của bơm, bơm tại ví trí đường ống cấp nước lạnh vào
vào bình nước nóng.41
Bảng 2.5. Thông số kĩ thuât của bơm hôi lưu và bơm tại ví trí cấp nước nóng đến
khu vực sử dụng

42

Bảng 2.6 So sánh giữu các thiết bị cảm biến

46

Bảng 2.7 Thông số kĩ thuật của dây cảm biến đo nhiệt độ NTC-MF5 47
Bảng 2.8 Thông số kĩ thuật của ruột ấm inox.
Bảng 2.9 Bảng kí hiệu.tên các thiết bị

50

50

Bảng 2.10 Các thiết bị đầu cuối trong hệ thống 51

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khoa học kĩ thuật phát triển rất mạnh mẽ và được ứng dụng trong
tất cả các lĩnh vực của cuộc sống. Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật để tăng năng
suất lao động, tiết kiệm chi phí, năng lượng và đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao
của con người là rất cần thiết. Hiện nay có rất nhiều ứng dụng đã được ứng dụng
trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong công nghiệp sản xuất và quân sự… Đặc
biệt trong công nghiệp, khoa học kỹ thuật ngày càng được phát triển mạnh mẽ như:
Hệ thống cảm biến, hệ thống chuyển động linh hoạt, hệ thống điều khiển thông
minh…

Xuất phát từ tình hình thực tế việc sử dụng nước nóng trong các tòa nhà cao
tầng, các khách sạn vừa và nhỏ, em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài « Thiết kế
cơ khí và gia công mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng ». Đây chỉ là
một phần trong việc xây dựng hệ thống nước nóng dân dụng, tuy vậy em mong
8


rằng với đề tài này em sẽ củng cố được kiến thức đã học được trong trường và ứng
dụng trong sản xuất.
Trong thời gian làm đồ án, với sự nỗ lực của bản thân, cùng với sự hướng
dẫn tận tình của cô giáo hướng dẫn, sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè, em đã hoàn
thành được cơ bản các yêu cầu đặt ra của đồ án.
Do thời gian làm đồ án và kiến thức của bản thân còn có hạn nên trong đồ
án không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ
bảo của các thầy, cô giáo để có thể hoàn thành đồ án này với kết quả tốt hơn nữa.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn: Th.S PHẠM
THỊ HỒNG ANH, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành
đồ án này.
Thái nguyên tháng6 Năm 2016
Sinh viên

Đặng Văn Tuấn

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu SCADA
1.1.1. Khái quát chung về SCADA

1.1.1.1. Khái niệm chung về SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống điều
khiển, giám sát và thu thập dữ liệu, nói cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người
trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông
thường. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ thống SCADA phải có hệ
thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy (HMI –
Human Machine Interface).

10


Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA.
Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng
không chỉ ở cấp điều khiển, giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao
diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều
khiển cục bộ. Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành
(OP – Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên
11


dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn.
Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống
mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần túy là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và
truyền tải về khu trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền
thông và phần cứng được đặt lên hằng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong
những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp
và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp
mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn
công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống.
1.1.1.2. Chức năng và vai trò của SCADA.

Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp
quản lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên
từng đối tượng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế SCADA cho một hệ thống sản
xuất công nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tùy vào quy mô của
từng cấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA
là phải thực hiện những dịch vụ sau:
 Thu thập số liệu từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất
và tổ chức việc lưu trữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất, về
sự kiện thao tác, về báo động …).
 Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cơ sở các dữ liệu đã thu thập
được.
 Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/ viết
số liệu PLC/ RTU (thiết bị đầu cuối điều khiển từ xa), trả lời các bản tin yêu cầu từ
cấp trên về số liệu, về thao tác hệ).
 Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm
theo một phương thức truyền thông nào đó để tự động hóa việc quản lý giám sát,
điều khiển cho một đối tượng công nghiệp. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động
hóa là một xu thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là
12


một việc làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất. Vai trò của
nó là rất rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể
đưa ra các quyết định đúng đắn về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác
điều khiển và ra quyết định. Việc làm này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề
nhân lực, về vận hành, góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng
sức cạnh tranh.
1.1.1.3. Nguyên lý hoạt động của SCADA.
 Cơ chế thu thập dữ liệu.
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở

quá trình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng.
Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong. Các máy
chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này.
Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó
cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành
thực thi nhiệm vụ.
 Xử lý dữ liệu.
Dữ liệu truyền tải trong SCADA có thể là dạng liên tục (analog), dạng số
(digital) hay dạng xung (pulse).
Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao
diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống
điều khiển, giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu
được hiển thị dưới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng
thay đổi theo.
Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ
SCADA thường hiển thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ
họa (GUI) dưới dạng đồ thị.
Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lý lỗi rất thành công khi hệ
thống xảy ra sựu cố. Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một
13


trong các cách xử lý sau:
Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU
có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu
vào trong bộ nhớ của RTU. Do đó, khi xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ
liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường.
Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều
được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai
đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ … do vậy, các bộ phận dự phòng

này sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có
thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra …).
 Nguyên lý hoạt động.
Khi các thiết bị đang vận hành vi phạm các giới hạn cho phép của các thông
số kỹ thuật hoặc bị sự cố, hệ thống tự động đưa ra các tín hiệu cảnh báo dạng
chuông, còi, hiển thị nội dung cảnh báo bằng những dòng lệnh theo màu sắc và
nhấp nháy, điều này giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống có những hành động
ứng xử kịp thời để đưa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thường hoặc
đưa các thiết bị dự phòng vào hoạt động thay thế nhằm đảm bảo cho hệ thống vẫn
làm việc ở trạng thái ổn định và kinh tế. Tất cả các sự kiện xảy ra đối với các thiết
bị trên hệ thống, các chế độ vận hành hệ thống đều được lưu trữ động theo trật tự
thời gian, có độ chính xác đến từng mili giây (ms), có thể truy xuất khi cần thiết
dưới dạng các bảng biểu, đồ thị giúp cho quá trình xử lý và phân tích sự cố được
chính xác.
1.1.2. Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA
Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ
thống công nghiệp bất kỳ. Việc sử dụng một hệ thống điều khiển trung tâm để đảm
nhiệm tất cả các chức năng giám sát và điều khiển hết sức phức tạp. Chính vì vậy,
tùy theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng giám sát, điều khiển mà
các chức năng giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu được phân phối và phân cấp
14


cho các thiết bị khác nhau.

15


Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát
1.1.3. Phần cứng hệ thống SCADA.

Một hệ thống SCADA bao gồm một số các thiết bị đầu cuối RTUs (Remote
Termote Terminal Units) làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu quay trở lại
trạm chủ thông qua một hệ thống truyền thông. Trạm chủ hiển thị các dữ liệu thu
được và cho phép người vận hành thực hiện các nhiệm vụ điều khiển từ xa.
Các dữ liệu chính xác và kịp thời cho phép tối ưu hóa các hoạt động nhà
máy và quá trình. Lợi ích khác của hệ thống SCADA là hiệu quả hơn, độ tin cậy
cao, chi phí thấp và quan trọng nhất là an toàn hơn trong hoạt động.

16


Một hệ thống SCADA phức tạp có năm cấp độ cơ bản sau:
 Thiết bị đo và thiết bị điều khiển.
 Trạm đầu cuối và thiết bị đầu cuối RTU.
 Hệ thống truyền thông.
 Các trạm thu thập dữ liệu.
 Hệ thống xử lý dữ liệu.
1.1.4. Phần mềm hệ thống SCADA
Phần mềm SCADA có thể được chia thành hai loại, thuộc quyền sở hữu
hoặc nguồn mở. Các phần mềm thuộc quyền sở hữu là các phần mềm SCADA nhà
cung cấp hệ thống SCADA thiết kế ra giao tiếp với phần cứng của họ. Vấn đề
chính với hệ thống này là sự phụ thuộc quá nhiều vào các nhà cung cấp hệ thống.
Vì vậy các phần mềm mở được sử dụng phổ biến hơn vì khả năng tương tác của họ
mang lại cho hệ thống. Thường các phần mềm mở có khả năng trộn các nhà sản
xuất thiết bị khác nhau trên cùng một hệ thống.
Citect và WonderWare chỉ là hai trong số những gói phần mềm mở sẵn trên
thị trường cho các hệ thống SCADA. Một số gói phần mềm hiện nay bao gồm cả
quản lý tài sản tích hợp trong hệ thống SCADA.
Phần mềm SCADA sẽ bao gồm những phần chính sau:
 Giao diện người sử dụng.

 Đồ họa.
 Các cảnh báo (Alarms).
 Các đồ thị (Trends).
 Giao diện cho thiết bị đầu cuối RTU và PLC.
 Khả năng mở rộng.
 Phương thức truy cập dữ liệu.
 Cơ sở dữ liệu.
17


 Mạng truyền thông.
 Lỗi và dự phòng.
 Quá trình phân phối máy chủ/ khách.

Hình 1.3 Cấu trúc phần mềm hệ thống điều khiển và giám sát SCADA.
1.1.5. Truyền tin trong hệ SCADA.
Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các server, thiết bị mạng …
18


ở phòng theo dõi trung tâm. Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ SCADA
là hệ thống truyền tin. Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của hệ thống.
Vì vậy, một hệ truyền tin được chọn trong hệ SCADA phải thỏa mãn các tiêu
chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bộ hay dị bộ,
khoảng cách địa lý … Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích với thiết bị
trường và máy chủ Server. Một số thiết bị có thể sử dụng được để truyền dữ liệu
trong hệ SCADA như sau: Modem RDT (Radio Data Technology) của Anh quốc
có các loại truyền sóng Radio, vô tuyến, các thiết bị thu phát sóng của Motorola,
các bộ RTU, GPS. Tùy theo mô hình, tùy theo phạm vi từng hệ SCADA mà ta áp
dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng của nó.

Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU được thiết kế đặc
biệt. Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng PLC dùng thủ tục truyền tin là Profibus.
 Truyền tin số:
Truyền tin số là truyền đi các bản tin số (mã dưới dạng bit, byte …) tù nơi
phát đến nơi thu có những tín hiệu truyền để đảm bảo truyền số liệu.
Truyền từ ứng dụng này đến một ứng dụng khác, trong truyền tin công
nghiệp thường là: giữa một ứng dụng chủ với ứng dụng slave hay giữa một ứng
dụng khách hàng với ứng dụng server phục vụ hoặc giữa các ứng dụng chủ với các
ứng dụng slave của mỗi master với nhau, hay giữa các master với nhau.
 Truyền tin hiện trường:
Việc truyền tin hiện trường nhằm đảm bảo việc máy chủ thường xuyên
thông tin với các PLC hay RTU.
Các thông tin được thống nhất theo kiểu:
+ Máy chủ gửi từ một bảng tin từng lệnh đến PLC hay RTU trên bus
mutidros.
+ PLC hay RTU liên quan thực hiện mỗi lệnh đó và gửi tin trả lời kết quả.
Các bản tin do máy chủ gửi đi thường là lệnh read các loại số liệu của PLC
hay RTU và một vài lệnh write một số hệ số gán địa chỉ hay đơn vị cho các số đó.
19


Các bản tin tức thời thường được gửi về các số lượng trạng thái đo của PLC
hay RTU hay báo cáo có tình trạng có sai trong bản tin nhận được.
1.2. Thiết bị điều khiển cấp trường
1.2.1. Cảm biến
1.2.1.1. Khái niệm và phân loại cảm biến.
 Khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vât lý và các
đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử
lý được.

Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp
suất… ) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như
điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứ đựng thông tin cho phép xác
định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m):

20


s = F(m)
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là
đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua
đo đạc(s) cho phép nhận biết giá trị của (m).
 Phân loại cảm biến
Các bộ cảm biến được phân loại theo các đặc trưng cơ bản sau đây:
 Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích:
Bảng 1.1. Nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích.
Hiện tượng

Chuyển đổi đáp ứng và kích thích
 Nhiệt điện
 Quang điện

Vật lý

 Điện từ
 Quang đàn hồi
 Từ điện
 Nhiệt điện …

 Biến đổi hóa học

Hóa học

 Biến đổi điện hóa
 Phân tích phổ ..

 Biến đổi sinh lý
Sinh học

 Biến đổi vật lý
 Hiệu ứng trên cơ thể sống ..

21


 Phân loại theo dạng kích thích.
Bảng 1.2. Phân loại theo dạng kích thích.
 Biên pha, phân cực…
Âm thanh

 Phổ
 Tốc độ truyền sóng…

 Điện tích, dòng điện
 Điện thế, điện áp
Điện

 Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ )
 Điện dẫn, hằng số điện môi…

 Từ trường ( biên, pha, phân cực, phổ )

Từ

 Từ thông, cường độ từ trường
 Độ từ thẩm…

 Biên, pha, phân cực, phổ
 Tốc độ truyền
Quang

 Hệ số phát xạ, khúc xạ
 Hệ số hấp thu, hệ số bức xạ…

 Vị trí
 Lực, áp suất
Cơ

 Gia tốc, vận tốc
 Ứng suất, độ cứng
 Mômen
 Khối lượng, tỉ trọng
 Vận tốc chất lưu, độ nhớt…

22


 Nhiệt độ
Nhiệt

 Thông lượng
 Nhiệt dung, tỉ nhiệt…

Bức xạ

 Kiểu
 Năng lượng, - Cường độ

23


 Theo tính năng của bộ cảm biến.
Bảng 1.3. Theo tính năng của bộ cảm biến.
 Độ nhạy

 Khả năng quá tải

 Độ chính xác

 Tốc

 Độ phân giải

độ đáp ứng

 Độ chọn lọc

 Độ ổn định

 Độ tuyến tính

 Tuổi thọ

 Công suất tiêu thụ

 Điều kiện môi trường

 Dải tần

 Kích thước, trọng lượng

 Độ trễ

 Phân loại theo phạm vi sử dụng.
Bảng 1.4. Phân loại theo phạm vi sử dụng.
 Công nghiệp
 Nghiên cứu khoa học
 Môi trường, khí tượng
 Thông tin, viễn thông
 Nông nghiệp
 Dân dụng
 Giao thông
 Vũ trụ
 Quân sự

 Phân loại theo thông số của mô hình mạch thay thế:
+ Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.
+ Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số R, L, C, M …tuyến
24


tính hoặc phi tuyến.

1.2.1.2. Các loại cảm biến
a. Cảm biến nhiệt độ
 Khái niệm cơ bản về nhiệt độ: nhiệt độ là một trong những đại lượng có
ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật chất. Bởi vậy trong nghiên cứu khoa học, trong
công nghiệp cũng như trong đời sống hằng ngày việc đo nhiệt độ là rất cần thiết.
Tuy nhiên việc xác định chính xác một nhiệt độ là một vấn đề không đươn giản.
Đa số các đại lượng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với một
đại lượng cùng bản chất. Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp dựa vào sự
phụ thuộc của tính chất vật liệu vào nhiệt độ.
 Các phương pháp đo nhiệt độ.
Có nhiều cách đo nhiệt độ, trong đó có các phương pháp chính sau đây:
 Phương pháp quan dựa trên sự phân bố phổ bức xạ nhiệt do dao động
nhiệt (hiệu ứng Doppler).
 Phương pháp cơ dựa trên sự dãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc chất
khí (với áp suất không đổi).
 Phương pháp điện đựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.
 Thang đo nhiệt độ.
Nhiệt độ được chia làm 3 thang đo:
 Thang Kelvin: hay còn gọi là thang nhiệt độ động học tuyệt đối, đơn vị °
k. Trong thang Kelvin này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng của 3
trạng thái nước đá- nước- hơi ( rắn- lỏng- khí) một giá trị bằng 273,15°k ( thường
được sử dụng là 273°k). Từ thang Kelvin người ta xác định thêm các thang mới là
thang Celsius và thang Fahrenheit bằng cách dịch chuyển các giá trị nhiệt độ.
 Thang Celsius: đơn vị nhiệt độ là °C, quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và
Kelvin được xác định bởi biểu thức sau:
T(°C)=T(°K) -273

(°C)
25