Nghiên cứu về hệ thống điều khiển từ xa diesel lai chân vịt hãng NABTESCO

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.42 MB, 48 trang )

LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam là một quốc gia nằm ở ven biển, có bờ biển dài 3260 Km, nằm
ở vị trí rất thuận lợi là nơi có tuyến hàng hải quốc tế đi qua. Chính vì vậy mà
những năm gần đây ngành hàng hải nói chung và ngành đóng tàu nói riêng ở
nước ta phát triển mạnh mẽ, đã có nhiều đơn đặt hàng đóng những con tàu lớn
và bạn hàng trên thế giới đã biết đến ngành đóng tàu của Việt Nam.
Là một sinh viên học tập tại khoa Điện - Điện tử của trường Đại Học
Hàng Hải Việt Nam. Sau hơn 4 năm học tập và rèn luyện, em đó được trang bị
tương đối đầy đủ các kiến thức cơ bản về những hệ thống điện năng trên tàu
thuỷ và còn được tiếp cận với những trang thiết bị, công nghệ điều khiển hiện
đại đó và đang được áp dụng trên nhiều con tàu vận tải hiện nay trên thế giới
cũng như tại Việt Nam. Với thời gian thực tập tại công ty TNHH Vanderlun Việt
Nam và được sự nhất trí của ban chủ nhiệm khoa, em được giao đề tài thiết kế
tốt nghiệp: “Nghiên cứu về hệ thống điều khiển từ xa diesel lai chân vịt hãng
NABTESCO ”
Qua quá trình tổng hợp, nghiên cứu sơ đồ thu thập được và sự nỗ lực phấn
đấu của bản thân cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn Th.s
Hứa Xuân Long và các thầy giáo trong khoa Điện - Điện tử trường Đại Học
Hàng Hải Việt Nam, em cố gắng hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt
nhất.Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp của em không thể
tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong được được sự chỉ bảo của các thầy, cô để đồ
án của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hải Phòng, ngày 25 tháng 11 năm 2015
Sinh viên: Ngô Duy Mạnh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án này là của riêng tôi. Các kết quả và số liệu trong
đề tài là trung thực, chưa được đăng trên bất kì tài liệu nào. Ngoài ra đề tài còn
tham khảo thêm một số phần trong cuốn bài giảng hệ thống tự động tàu thủy.
1

Hải Phòng, ngày 25 tháng 11 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Ngô Duy Mạnh

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
MỤC LỤC 2
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DIESEL LAI
CHÂN VỊT HÃNG NABTESCO 14
3.2.3.4 Chức năng đảo chiều quay Diesel. 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

DANH SÁCH CÁC HÌNH
- Hình 1.1 Cấu trúc diesel lai chân vịt có bước cố định.
- Hình 1.2 Cấu trúc diesel lai chân vịt có bước thay đổi.
2

- Hình 1.3 Thuật toán hâm máy.
- Hình 1.4 Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ.
- Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống tự động điều khiển từ xa diesel tàu thuỷ.
- Hình 2.2 Cảm biến nhiệt độ Pt100.
- Hình 2.3 Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt.
- Hình 2.4 Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ.
- Hình 2.5 Cảm biến nhiệt kiểu cặp nhiệt.
- Hình 2.6 Sơ đồ khối cảm biến áp suất.
- Hình 2.7 Cảm biến áp suất sen-3991.
- Hình 2.8 Cảm biến áp suất.

- Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến kiểu áp trở.
- Hình 2.10 Cảm biến áp suất kiểu áp trở.
- Hình 2.11 Cấu tạo cảm biến áp suất tụ.
- Hình 2.12: Cảm biến lưu lượng chênh lệch áp suất kiểu lỗ tròn (orifice).
- Hình 2.13: Cảm biến lưu lượng điện từ.

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ
XA MÁY CHÍNH
1.1 Khái niệm chung :
* Hệ thống điều khiển từ xa diesel là hệ thống cho phép người khai thác
điều khiển tại một vị trí cách xa động cơ (buồng lái hay trung tâm điều khiển) để
thực hiện quá trình: khởi động, dừng máy, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều quay, …
của Diesel.
Tuỳ theo mức độ tự động hoá mà người ta có thể phân ra: Hệ thống điều
khiển từ xa và hệ thống tự động điều khiển từ xa.
- Hệ thống điều khiển từ xa diesel có thể xem như các chức năng điều
khiển từ xa được con người thực hiện rời rạc theo lệnh đơn. Với hệ thống loại
này người khai thác sẽ phải thao tác tuần tự theo thuật điều khiển gần như là tại
chỗ.
3

- Hệ thống tự động điều khiển từ xa diesel là hệ thống cho phép dùng một
tay điều khiển tích hợp nhiều chức năng ở từ xa (đặt ở buồng lái hay trung tâm
điều khiển ở buồng máy) để thực hiện quá trình: khởi động, dừng máy, điều
chỉnh tốc độ, đảo chiều quay, … của diesel với một thao tác điều khiển duy nhất.
Ở hệ thống này người thao tác chỉ cần thực hiện lệnh đơn sau đó hệ thống sẽ
thực hiện tuần tự các chức năng điều khiển động cơ một cách tự động.
1.2. Ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển từ xa diesel.
1.2.1. Ưu điểm

Ưu điểm chung:
- Cải thiện điều kiện lao động của con người.
- Tập trung điều khiển tại một trung tâm điều khiển các hệ thống là tiền đề
tiến tới tự động hóa toàn bộ con tàu.
- Sỹ quan lái có thể trực tiếp điều khiển máy chính khi chọn vị trí điều
khiển trên buồng lái
- Đảm bảo quá trình thay đổi tốc độ và đảo chiều không bị nhảy bậc do
thao tác người điều khiển không chuẩn, tránh được sự thay đổi tốc độ của diesel
một cách đột ngột, giảm ứng suất xung lực, nâng cao độ tin cậy và tính an toàn.
- Giảm thiểu được số người phục vụ trên tàu
- Thực hiện lệnh nhanh chóng, chính xác
- Đảm bảo máy chính luôn sẵn sàng hoạt động (khi điều khiển tại chỗ
người điều khiển máy có thể rời vị trí điều khiển hay mất tập trung).
1.2.2. Nhược điểm:
- Do có kết cấu phức tạp nên giá thành đầu tư cao, việc sửa chữa, bảo
dưỡng khó khăn cần phải có chuyên gia
- Cũng từ nhược điểm trên mà người vận hành cũng cần phải có trình độ
chuyên môn về hệ thống này để có thể giải quyết các sự cố nếu xẩy ra
1.3. Những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển từ xa diesel
* Yêu cầu chung đối với hệ thống điều khiển từ xa:
- Các cơ cấu điều khiển đối với đối tượng phải điều khiển từ xa được: Ví
dụ phải có secvo motor, hay thiết bị đẩy kéo đóng mở nhiên liệu thì mới điều
khiên tốc độ từ xa được; muốn mở gió khởi động thì phải có van điện từ điều
khiển mở gió khởi động.
- Với hệ điều khiển từ xa tại buồng lái thì phải thiết được thiết kế hợp lý
nhằm có thể giảm tới mức tối thiểu số lượng các thao tác điều khiển để tránh
nhầm lẫn, việc vận hành các thiết bị phải thật đơn giản không đòi hỏi sự tập
trung cao độ khi thao tác điều khiển.
4

- Hệ thống dừng sự cố (Emergency stop) phải hoạt động độc lập với hệ
thống dừng bình thường.
- Ngoài hệ thống điều khiển từ xa phải có hệ thống điều khiển trực tiếp tại
máy để dự phòng khi hệ thống điều khiênt từ xa bị sự cố. Hệ thống trực tiếp này
phải độc lập hoàn toàn với hệ thống ĐKTX.
- Tại mỗi vị trí điều khiển phải có phương tiện liên lạc trực tiếp với buồng
lái như điện thoại, tay chuông truyền lệnh … thường trực ngay cả khi mất điện
nguồn chính.
- Cần sử dụng bộ điều tốc nhiều chế độ vì ngoài ổn định tốc độ nó cần
phải có các chức năng khác như hạn chế quá tải động cơ, hạn chế đưa nhiên liệu
vào máy khi áp lực Turbin tăng áp giảm. Có khả năng giảm tốc độ động cơ khi
các thông số chính vượt quá giá trị cho phép, có thể ngắt nhanh nhiên liệu khi
dừng hay thực hiện đảo chiều động cơ.
- Việc lựa chọn vị trí điều khiển chỉ thực hiện tại 1 vị trí nhất định (thường
là từ buồng máy E/R hay buồng điều khiển máy C/R) và phải có khoá liên động
để khoá lẫn nhau khi đã chọn xong vị trí điều khiển.
- Hệ thống phải có các thiết bị báo động và bảo vệ sự cố cho diesel và mỗi
một vị trí điều khiển phải có các thiết bị chỉ báo vòng quay và bước chân vịt (với
hệ thống chân vịt biển bước).
- Trụ điều khiển từ xa chỉ nên đặt tối thiểu các đèn báo như báo có nguồn,
báo động cơ quá tải và một số thông số chính về sự cố động cơ. Mục đích là
tránh rườm rà, phức tạp hoá quá trình điều khiển của người điều khiển tạo nên
tâm lý ổn định.
- Hệ thống được xây dựng trên các thiết bị thống nhất, tiêu chuẩn hoá ít
chủng loại để có thể dễ dàng thay thế, lắp lẫn nhau (có thể trang bị thêm hệ điều
khiển dự phòng để tăng tăng độ tin cậy hệ thống).
* Ngoài ra đối với các hệ thống tự động điều khiển từ xa:
- Việc thực hiện điều khiển máy chính bằng một tay điều khiển, có thể đưa
tay điều khiển từ một vị trí bất kỳ nào đó đến vị trí cần thiết mà không cần dừng

lại ở vị trí trung gian, nhưng các thao tác trung gian đó đều do máy thực hiện khi
đó các thao tác hoàn thành lệnh vẫn đảm bảo theo 1 trình tự cho trước.

5

- Tự động điều khiển từ xa phải thay đổi được tốc độ theo yêu cầu khai
thác động cơ, tránh thay đổi đột ngột tốc độ làm ảnh hưởng xấu đến động cơ, trừ
trường hợp điều khiển sự cố.
- Khi tay điều khiển đưa đến vị trí như ý muốn thì phải được giữ cố định
tại vị trí đó. Vị trí tay điều khiển từ xa ở buồng lái hay trung tâm điều khiển máy
phải trùng nhau và trùng với tay chuông tuyền lệnh để khi điều khiển máy sĩ
quan điều khiển không cần thực hiện thêm một thao tác phụ nào.
- Ngoài trung tâm điều khiển chính ở buồng lái hay buồng điều khiển, nên
đặt trạm điều khiển phụ ở hai bên cánh gà buồng lái, trạm điều khiển chính hoạt
động thì các trạm điều khiển phụ cũng hoạt động theo và có thể thực hiện điều
khiển ngay mà không cần chọn vị trí điều khiển khi đã điều khiển tại buồng lái.
- Khi mất nguồn chính hệ thống phải tự động đóng vào nguồn sự cố đồng
thời báo mất nguồn chính.
- Có thể điều khiển tốc độ động cơ theo chương trình:
* Thường có 3 loại chương trình
+ Chương trình bình thường
+ Chương trình chậm: áp dụng khi máy có tốc độ thấp để tránh ứng suất
toả nhiệt cục bộ cho máy
+ Chương trình sự cố: chỉ thực hiện điều khiển khi máy (hoặc tàu) có sự cố.
- Phải đảm bảo diesel vượt nhanh qua vùng tốc độ cộng hưởng. Nếu tay
điều khiển vô tình đặt vào vùng cộng hưởng thì hệ thống phải từ động làm việc
ở chế độ “dưới hoặc trên” vùng tốc độ cộng hưởng (tăng hoặc giảm nhiên liệu
để động cơ vượt nhanh qua vùng cộng hưởng).
- Cần có máy ghi lệnh và hoàn thành lệnh theo tốc độ động cơ và kết nối

với hộp đen.
- Hệ thống có thể khởi động lại khi lần khởi động trước không thành công,
số lần khởi động lại thường từ 3 - 5 lần (hay 5 – 7 lần) và đến lần khởi động cuối
không thành công hệ thống sẽ không cho phép hoạt động nữa và có rơle thời
gian khống chế thời gian giữa các lần khởi động cũng như thời gian khởi động
(bảo đảm phục hồi nguồn ắc qui hay thời gian nạp gió…)
- Cần ngắt gió khởi động khi đã đạt tốc độ nổ thành công để đảm bảo cho
Diesel khởi động lần sau
1.4 Phân loại hệ thống điều khiển từ xa diesel.
1.4.1. Phân loại dựa theo phương pháp điều khiển – dựa vào tính chất đối
tượng chia thành các loại sau:
6

- Hệ thống điều khiển từ xa diesel lai chân vịt có bước cố định với:
+ Loại diesel không đảo chiều quay, muốn đảo chiều quay chân vịt thì
đảo chiều ly hợp (ly hợp tiến và ly hợp lùi)
+ Dùng diesel có khả năng đảo chiều (việc đảo chiều được thực hiện bằng
bộ dịch chuyển cam).

Hình 1.1 Cấu trúc diesel lai chân vịt có bước cố định.
- Hệ thống điều khiển từ xa diesel lai chân vịt có bước thay đổi (chân vịt
biến bước). Hệ thống này diesel không cần đảo chiều quay.Khi muốn đảo chiều
quay chân vịt thì điều khiển hướng chân vịt.

Hình 1.2 Cấu trúc diesel lai chân vịt có bước thay đổi.
- Hệ thống điều khiển từ xa động cơ điện lai chân vịt. Hệ thống này động
cơ diesel chỉ có nhiệm vụ lai máy phát điện việc điều khiển chân vịt là điều
khiển động cơ điện. Nếu hệ thống là 1 chiều thì chỉ cần khởi động diesel còn hệ
xoay chiều thì có thêm điều chỉnh U/f = const.

1.4.2. Phân loại dựa theo năng lượng điều khiển
Chia thành các loại sau:
- Hệ thống điều khiển bằng điện
- Hệ thống điều khiển bằng điện – khí
- Hệ thống điều khiển bằng điện – khí – thuỷ lực
Xu thế hiện nay là dùng năng lượng hỗn hợp điện, khí và thuỷ lực.
1.5. Những chức năng cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa diesel.
Thông thường một hệ thống điều khiển từ xa diesel có 7 chức năng cơ bản sau:
- Chức năng hâm máy.
- Chức năng khởi động máy (có khả năng khởi động lại).
- Chức năng đảo chiều quay.
- Chức năng thay đổi tốc độ.
- Chức năng dừng máy.
- Chức năng đóng mở ly hợp.
- Chưc năng tự động kiểm tra và bảo vệ.
1.5.1. Chức năng hâm máy.
* Mục đích:

7

- Chế độ khởi động là chế độ nặng nề nhất đối với các diesel, vì nó
chuyển từ trạng thái đứng yên sang quay nên các chi tiết bị mài mòn mạnh và
chịu những ứng suất lớn.
Do vậy việc khởi động lần 1 thành công có ý nghĩa rất lớn trong việc
nâng cao tuổi thọ của các diesel.
- Việc khởi động lần 1 thành công còn giải quyết kịp thời nhu cầu cấp tải
liên tục cho các diesel.
Do đó bắt buộc phải hâm nóng máy trước khi khởi động.
* Các phương pháp hâm máy.

+ Dùng năng lượng điện (điện trở sấy).
+ Tận dụng hơi nóng từ nồi hơi
+ Năng lượng khí xả máy đèn.
+ Nước làm mát máy đèn.
*Thuật toán logic của quá trình hâm máy.
Nếu ta gọi Hm là lệnh hâm máy.
t0min là nhiệt độ thấp mà máy cần hâm lại.
t0maxlà nhiệt độ lớn nhất cần ngắt hâm máy.
Hm (t-1) là lệnh hâm trước đó nhớ lại.
Thì ta có phương trình mô tả quá trình hâm máy như sau:

H m (t ) = t

0

min

−
0

+ H m (t − 1). t

max

Theo phương trình: Khi t0≤ t0min thì Hm = 1+ 0.1 =1 hâm máy
Khi t0minhâm máy.
0
0
Khi t = t max thì Hm = 0 +1.0 = 0

ngừng hâm.
0
0
Khi t < t max thì Hm = 0 + 0.1 = 0
vẫn ngừng hâm.

tmax
Hình 1.3: Thuật toán hâm máy
1.5.2. Chức năng khởi động động cơ diesel
Đây là chức năng chính của hệ thống điều khiển từ xa diesel. Để khởi
động thành công với diesel cần thực hiện các bước sau:
* Bước 1: Chuẩn bị khởi động
- Via máy: Nhằm tránh sức ì, chọn thời điểm khởi động thích hợp, kiểm
tra máy có bị kẹt không, bôi trơn một số chi tiết chuyển động. Có tiếp điểm hành

8

trình via máy để khống chế mạch khởi động, không cho phép khởi động khi máy
đang via và có đèn báo máy đang via
- Khởi động bơm dầu bôi trơn nếu bơm dầu bôi trơn hoạt động độc lập.
Còn nếu bơm dầu bôi trơn gắn đồng trục với động cơ thì mạch báo động và bảo
vệ áp lực dầu thấp được ngắt ra khi khởi động.
- Bơm nước làm mát
- Chuẩn bị mạch điện: Bật các công tắc cấp nguồn
- Chuẩn bị mạch gió khởi động và điều khiển
- Chọn trạm điều khiển
*Bước 2: Khởi động máy
+ Nếu diesel đảo chiều thì ta bẻ tay điều khiển theo chiều chuyển động
cần thiết, tiếp điểm hành trình của tay điều khiển sẽ cấp điện cho van đảo cam:

- Dịch trục cam theo chiều tiến
- Dịch trục cam theo chiều lùi
Khi cam nằm đúng vị trí chuyển động cần thiết (tiến hoặc lùi) thì tiếp
điểm hành trình của trục cam đóng lại để ngắt gió dịch trục cam và báo bằng
đèn, trạng thái của vị trí cam nó.
+ Mở gió khởi động đưa gió khởi động (20 - 30 kg/cm2) từ chai gió vào
đĩa chia gió rồi tới xi lanh của động cơ để tiến hành khởi động.
+ Mở khoá bộ điều tốc đưa tham số của máy về vị trí ứng với tốc độ min
(0,2 nđm), hạn chế nhiên liệu đưa vào động cơ lúc khởi động.
+ Kết hợp giữa gió và nhiên liệu dẫn tới quá trình cháy nổ và động cơ
khởi động. Lúc này xẩy ra hai trường hợp là máy khởi động thành công hoặc
không thành công:
- Nếu diesel khởi động thành công, xuất hiện tín hiệu tốc độ, qua rơle tốc
độ phản hồi về ngắt gió khởi động, ngắt thiết bị điều khiển hạn chế nhiên liệu và
đưa tín hiệu bảo vệ áp lực dầu bôi trơn thấp vào hoạt động đồng thời báo khởi
động thành công bằng đèn.
- Nếu diesel khởi động không thành công cũng ngắt gió khởi động và báo
trạng thái bằng đèn: Dùng rơle thời gian, khống chế thời gian khởi động
+ Sau đó tiến hành khởi động lại một số lần 3,4 lần
- Nếu khởi động không thành công báo động bằng đèn.
- Cũng có hệ khởi động không thành công có mạch khống chế thời gian
giữa các lần khởi động để nạp gió.
1.5.3. Chức năng đảo chiều quay.
*Đối với diesel lai chân vịt có bước cố định.

9

Diesel lai có đảo chiều, thuật toán đảo chiều quay diesel là sự kết hợp hai
quá trình dừng và khởi động động cơ theo chiều ngược lại. Cụ thể, khi ta đưa tay

điều khiển từ vị trí tiến hoặc lùi (hoặc ngựơc lại), thì hệ thống sẽ hoạt động như
sau: Hệ thống sẽ điều khiển ngắt nhiên liệu vào động cơ, làm cho tốc độ động cơ
từ từ giảm xuống, khi tốc độ động cơ còn khoảng (2÷5)%nđm thì hệ thống có tín
hiệu dịch trục cam theo chiều ngược lại. Khi cam đã dịch xong, thì sẽ có tín hiệu
cấp gió khởi động khi động cơ chưa dừng hẳn. Mục đích là để hãm nhanh động
cơ dừng và bắt đầu khởi động theo chiều ngược lại. Khi đảo chiều xong bộ điều
chỉnh tốc độ lại hoạt động theo chiều rời bỏ vị trí 0 và quá trình diễn ra như khi
khởi động ban đầu theo chiều cũ.
*Đối với diesel không đảo chiều ( đảo chiều bằng ly hợp).
Với loại này việc đảo chiều quay chân vịt của con tàu hoàn toàn nhờ vào
hệ thống ly hợp và hộp số, tiến hành qua các bước như sau: Khi có tín hiệu đảo
chiều vào tay điều khiển thì hệ thống sẽ điều khiển đưa bộ điều tốc về vị trí
tương ứng với vòng quay đảo chiều. Khi tốc độ của diesel giảm tới tốc độ cho
phép đảo chiều, thì hệ thống đảo chiều sẽ ngắt ly hợp theo chiều quay cũ và
đóng ly hợp theo chiều quay mới. Khi ly hợp của chiều quay mới đã đóng xong,
thì hệ thống lại tác động vào động cơ secvo của bộ điều tốc để đưa nhiên liệu
vào động cơ, điều khiển tốc độ động cơ tăng tới vị trí điều khiển tương ứng theo
chiều quay mới.
1.5.4. Chức năng điều chỉnh tốc độ
* Yêu cầu:
- Có thể đưa tốc độ của diesel từ bất kỳ chiều quay và tốc độ nào tới tốc
độ theo yêu cầu.
- Có thểđiều chỉnh tốc độ n theo chương trình.
- Ổn định tốc độ với mọi chế độ tải của diesel.
* Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ: Gồm 2 khối: Mạch lặp - Bộ điều tốc

10

α0

α
X

THTG

KĐ

CT

X

TH

KĐ

TR
M

n

Đ

PH

PH
BĐ

SV

Đ0

Mạch lặp

BĐ

Đ0

Bộ điều tốc

Hình 1.4 Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ.
- Để thực hiện quá trình điều khiển tốc độ từ xa diezel ta thực hiện thay
đổi góc quay của tay điều khiển đó. Nếu góc bé tay điều khiển càng lớn tức là
tốc độ của diezel càng cao.
- Mạch lặp:
+ Chức năng của mạch lặp thay đổi tham số cho trước (n 0) của bộ điều tốc
khi góc của tay điều khiển (α0) thay đổi
+ Khi đặt α0: Lệnh phát tín hiệu thì mạch lặp điều khiển tốc độ Diezel
thông qua khâu khuếch đại, khâu thực hiện trung gian đưa tín hiệu đến SV Secvo motor. Giả sử bẻ tay điều khiển từ 0→α0 (lúc đầu SV = 0 và α = 0) thì ta
có ∆α = α0 - α đạt giá trị max. Coi ∆α> 0 bẻ chiều tăng, động cơ secvo quay
theo chiều tăng nhiên liệu. Tức là đặt một tín hiệu α0 tương ứng với một tốc độ
nào đó cho điều tốc, bộ điều tốc cũng là một bộ điều khiển theo độ lệch nhằm tự
động điều chỉnh nhiên liệu qua hệ thống thanh răng nhiên liệu tăng giảm tốc độ
cho động cơ. Nếu có cơ cấu chương trình thì đi qua cơ cấu chương trình và tín
hiệu đặt tốc độ cho bộ điều tốc thay đổi theo chương trình.
Chỉ khi α= α0 thì SV = O và lúc này điều tốc sẽ hoạt động ở tốc độ đó.
Nhìn chung hệ thống điêu khiển lặp điện nói riêng và hệ thống lặp nói
chung được ứng dụng rất nhiều, người ta gọi hệ thống đó là hệ tuỳ động hay truy
theo.
- Bộ điều tốc:

+ Chức năng của bộ điều tốc: giữ cho tốc độ (n) của động cơ diesel không
đổi bằng với tốc độ cho trước (n = n0)
+ Giả sử tải của động cơ diesel tăng làm cho tốc độ động cơ (n) giảm
xuống, qua khối (Đo) và khối biến đổi (BĐ) tốc độ của động cơ được so sánh
với tốc độ cho trước (n0) ,tín hiệu sai lệch ∆n = n0 – n tăng lên, qua khối khuếch
11

đại(KĐ), qua khối thực hiện(TH), làm cho độ mở của thanh răng nhiên
liệu(TRNL) tăng lên, nhiên liệu vào máy tăng lên, tốc độ của động cơ tăng lên
bằng tốc độ cho trước n0. Nếu tải động cơ diesel giảm làm cho tốc độ động cơ
tăng thì quá trình xảy ra ngược lại.
1.5.5. Chức năng dừng máy
*Dừng bình thường
Bẻ tay điều khiển từ vị trí tới bất kỳ về vị trí stop quá trình xảy ra:
+ Giảm dần tốc độ động cơ đến khi n = 0,2ndm bằng cách giảm dần nhiên
liệu vào động cơ do bộ điều chỉnh khống chế tốc độ tác động vào bộ điều tốc.
Thời gian giảm nhiên liệu vào động cơ trong t = (15- 60) s
+ Tự động nhả li hợp khi tốc độ động cơ n = ncp (nếu có li hợp)
+ Cắt toàn bộ nhiên liệu vào động cơ để cho quá trình dừng được thực
hiện
+ Tự động đưa hệ thống về trạng thái đầu, để sẵn sàng cho các lần khởi
động tiếp theo
* Dừng sự cố: Có 2 khả năng
+ Dừng sự cố bằng tay do người điều khiển thực hiện bằng nút ấn
“Emergency Stop – E/S) trên buồng lái hay tại buồng điều khiển máy
+ Tự động dừng khi một số thông số vượt quá giới hạn cho phép như:
- Áp lực dầu bôi trơn quá thấp
- Nhiệt độ nước làm mát quá cao
- Quá tốc ( n ≥ 1,1 nđm )

Quá trình dừng: Khi dừng sự cố phải dừng bằng cách dùng cơ cấu kéo
thanh răng nhiên liệu về “0” ngay tức thì
- Cấp điện cho van điện từ tác động kéo thanh răng nhiên liệu bằng kết
cấu cơ hay gió tức thì về vị trí O
1.5.6. Chức năng đóng mở ly hợp.
Đối với các diesel lai chân vịt qua hệ thống li hợp thì có thêm chức năng
này. Điều kiện để đóng mở ly hợp:
- Tốc độ quay nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ cho phép n ≤ ncp
- Nếu hai diesel làm việc song song với nhau thì điều kiện để đóng ly hợp là:
n1 = n2 ≤ ncp
n1: Tốc độ quay của diesel 1.
n2: Tốc độ quay của diesel2.
ncp: Tốc độ quay trung bình nào đó theo quy định đối với từng diesel.
- Trường hợp là loại ly hợp ma sát thì áp lực gió hoặc áp lực dầu phải đạt
giá trị cho phép.
Điều kiện để nhả ly hợp (mở ly hợp):
- Tốc độ của diesel phải thoả mãn n ≤ ncp.
12

- Phải ấn nút nhả ly hợp.
- Hoặc khi đưa tay điều khiển từ vị trí bất kỳ nào đó về vị trí 0 thì cũng tự
động nhả ly hợp .
Thường có các ly hợp sau:
- Ly hợp kiểu thuỷ lực: Thường dùng ở dạng ly hợp trượt.
- Ly hợp kiểu khí: Thường dùng ở dạng ma sát.
- Ly hợp kiểu điện: Dùng cả hai dạng là kiểu trượt và kiểu ma sát.
1.5.7. Chức năng tự động kiểm tra báo động, bảo vệ diesel và những bộ
phận khác.
1.5.7.1. Mục đích.

- Nhằm đảm bảo kiểm tra các thông số của diesel một cách tin cậy.
- Nâng cao tính an toàn trong khai thác.
- Giúp người vận hành nhanh chóng phát hiện hư hỏng để loại trừ sự cố.
- Bảo vệ diesel với các thông số cần thiết.
1.5.7.2. Các yêu cầu đối với chức năng này.
- Số lượng thông số kiểm tra phải đạt giá trị tối thiểu để hệ thống đơn
giản, mặt khác số lượng thông số đó phải đủ để đánh giá trạng thái của đối
tượng (diesel).
- Hoạt động phải chính xác, không nhầm lẫn, không bỏ sót.
- Hệ thống cần phải phát ra tín hiệu bằng âm thanh và ánh sáng khi thông
số được kiểm tra vượt ra ngoài giới hạn cho phép khi hệ thống hoạt động bảo vệ,
khi hệ thống mất nguồn và chuyển sang nguồn sự cố.
- Tuỳ theo thiết kế tín hiệu ánh sáng phải chỉ rõ nguyên nhân sự cố. Khi
chưa nhận biết thì ánh sáng nhấp nháy, khi con người “nhận biết” sự cố thì ánh
sáng chuyển sang sáng bình thường và tắt chỉ khi loại trừ sự cố và ấn nút reset
hay hệ thống tự động reset.
1.5.7.3. Chức năng tự động kiểm tra, báo động các thông số máy chính
(ALARM )
- Khi một thông số của máy chính vượt ra ngoài giá trị cho phép, có tín
hiệu âm thanh (chuông, còi) và tín hiệu hiển thị (đèn, màn hình) sáng nhấp nháy
báo cho người đi ca biết.
- Nếu đây là thông số quan trọng có thể ảnh hưởng tới sự hoạt động an
toàn của máy chính, sẽ có tín hiệu giảm tốc độ máy chính, hoặc giảm bước chân
vịt đối với chân vịt biến bước (SLOWDOWN).
- Để tắt tín hiệu âm thanh, người đi ca cần ấn nút tắt chuông (còi)
(BUZZER STOP), tín hiệu âm thanh tắt, nhưng tín hiệu hiển thị vẫn sáng nhấp
nháy.
13

- Ấn nút khẳng định sự cố (ACKNOWLEDGE ) tín hiệu hiển thị sáng liên
tục nếu thông số báo động vẫn không đảm bảo, tín hiệu hiển thị sẽ mất nếu
thông số báo động đã trở lại bình thường.
- Trong trường hợp khẩn cấp, nếu tốc độ máy chính hoặc bước chân vịt
giảm xuống ảnh hưởng đến sự an toàn của tàu, người đi ca có thể loại bỏ tín hiệu
SLOWDOWN bằng cách ấn nút SLOWDOWN OVERRIDE.
1.5.7.4. Chức năng bảo vệ máy chính (SHUTDOWN).
- Khi một thông số quan trọng của máy chính không đảm bảo, có tín hiệu
(SHUTDOWN), cơ cấu dừng sự cố sẽ tác động đưa thanh răng nhiên liệu
máy chính về không, máy chính dừng.
- Đồng thời có tín hiệu âm thanh (chuông, còi) và tín hiệu hiển thị (đèn,
màn hình) sáng nhấp nháy báo cho người đi ca biết.
- Để tắt tín hiệu âm thanh, người đi ca cần ấn nút tắt chuông(còi) (tín hiệu
âm thanh tắt, nhưng tín hiệu hiển thị vẫn sáng nhấp nháy.
- Ấn nút khẳng định sự cố tín hiệu hiển thị sáng liên tục.
- Trong trường hợp khẩn cấp, nếu tốc độ máy chính hoặc bước chân vịt
giảm xuống ảnh hưởng đến sự an toàn của tàu, người đi ca có thể loại bỏ tín hiệu
SHUTDOWN bằng cách ấn nút SHUTDOWN OVERRIDE.
- Sau khi kiểm tra và khắc phục sự cố, cần phải hoàn nguyên hệ thống
(RESET) để đưa hệ thống về trạng thái sẵn sàng hoạt động.
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DIESEL LAI
CHÂN VỊT HÃNG NABTESCO
2.1. Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa máy chính.
2.1.1. Các trạng thái làm việc của động cơ diesel
Bản chất của quá trình điều khiển động cơ diesel chính tàu thuỷ là quá
trình chuyển đổi trạng thái làm việc của động cơ. Một động cơ diesel có thể chia
ra 4 trạng thái làm việc như sau:
- Trạng thái làm việc bình thường: Là trạng thái mà các thông số hoạt
động của động cơ nằm trong giới hạn cho phép hoạt động
- Dừng bình thường là trạng thái dừng động cơ mà không có sự cố

- Trạng thái làm việc sự cố: Khi động cơ đang hoạt động mà có 1 hoặc
nhiều hơn các thông số của diesel (như áp suất khí điều khiển, nhiệt độ nước làm
mát, độ chênh lệch nhiệt độ khí xả giữa các xylanh, độ chênh áp suất cháy cực
đại giữa các xy lanh…) vượt qua giới hạn cho phép nhưng chưa làm hư hỏng
14

đến động cơ, hay một vài thiết bị, bộ phận phục vụ động cơ bị hư hỏng mà chưa
thể khắc phục được ngay.
- Trạng thái dừng sự cố: Là trạng thái động cơ dừng khi có sự cố (thường
là các sự cố nghiêm trọng có thể phá hỏng động cơ và các chi tiết) thì hệ thống
sẽ tự động dừng hay con người ấn dừng sự cố nhằm bảo vệ động cơ.
+ Nếu các thao tác để chuyển trạng thái làm việc của động cơ thực hiện
tuần tự do con người thông qua các thiết bị điều khiển thì đó là quá trình điều
khiển không tự động
+ Nếu các thao tác để chuyển trạng thái làm việc của động cơ thực hiện
tuần tự một cách tự động nhờ hệ thống điều khiển thì đó là quá trình điều khiển
tự động.
2.1.2. Cấu trúc của hệ thống tự động điều khiển từ xa diesel
Một hệ thống tự động điều khiển từ xa diesel có cấu trúc bao gồm:
- Nhóm thiết bị điều khiển: Chức năng của nhóm này là thực hiện các lệnh
điều khiển như khởi động, đảo chiều, thay đổi tốc độ động cơ, ra vào li hợp,
dừng …
- Nhóm thiết bị đo để điều khiển và bảo vệ chức năng là xác định thông
tin về trạng thái kỹ thuật và trạng thái làm việc hiện tại của đối tượng để thông
tin về trung tâm xử lý từ đó ra lệnh điều khiển, báo động, bảo vệ
- Nhóm các thiết bị chỉ báo, dự báo hỏng hóc (tự động kiểm tra, giám sát)
nhóm này làm nhiệm vụ xử lý tín hiệu đo được về các thông số từ đối tượng, hệ
thống để phân tích, chỉ báo - nếu vượt qua các thông số chuẩn thì báo động cho
người vận hành biết để sửa chữa hoặc ngăn ngừa hạn chế hỏng hóc và khai thác

15

tốt hệ thống điều khiển và đối tượng.

Thiết bị
hiển thị

Thiết bị ghi nhật
ký tự động

Thiết bị nhận
tín hiệu vào

Trung tân xử lý tín
hiệu và điều khiển

Thiết bị dự
báo hư hỏng

Thiết bị báo
động và bảo vệ

Thiết bị
thực hiện

Động cơ
Diesel

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống tự động điều khiển từ xa diesel tàu thuỷ
2.2. Các cảm biến dùng trong sơ đồ điều khiển diesel lai chân vịt hãng
NABTESCO
2.2.1. Cảm biến nhiệt độ.
- Cảm biến nhiệt độ là thiết bị đo, đếm, cảm nhận… các tín hiệu nhiệt
thành các tín hiệu điện. Tín hiệu nhiệt qua cảm biến nó sẽ trở thành 1 dạng tín
hiệu khác (điện áp, điện trở…). Sau đó các bộ phận xử lí trung tâm sẽ thu nhận
dạng tín hiệu điện trở hay điện áp đó để xử lí.
- Đối với các loại cảm biến nhiệt thì có 2 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến
độ chính xác đó là “Nhiệt độ môi trường cần đo” và “Nhiệt độ cảm nhận của
cảm biến”. Điều đó nghĩa là việc truyền nhiệt từ môi trường vào đầu đo của
cảm biến nhiệt tổn thất càng ít thì cảm biến đo càng chính xác. Điều này phụ
thuộc lớn vào chất liệu cấu tạo nên phần tử cảm biến (cảm biến nhiệt đắt hay rẻ
cũng do nguyên nhân này quyết định). Đồng thời ta cũng rút ra 1 nguyên tắc khi

16

sử dụng cảm biến nhiệt đó là: Phải luôn đảm bảo sự trao đổi nhiệt giữa môi
trường cần đo với phần tử cảm biến.
-Xét về cấu tạo thì cảm biến nhiệt độ có nhiều dạng :
* Cảm biến nhiệt độ PT100 :

Hình 2.2: Cảm biến nhiệt độ Pt100
- Cấu tạo: Pt (Platinum resistance thermometers) có nghĩa là nhiệt điện trở
bạch kim. Vì bạch kim có tính chất thay đổi điện trở theo nhiệt độ tốt hơn các
loại kim loại khác nên chúng được sử dụng rộng rãi trong các nhiệt điện trở.
Pt100 là một đầu dò cảm biến nhiệt bên trong có các lõi được làm bằng bạch
kim. Bên ngoài có bọc một số lớp bảo vệ cho phần lõi bên trong nhưng vẫn
truyền nhiệt tốt cho phần lõi. Cấu tạo cảm biến nhiệt độ Pt-100 không phải hoàn

toàn bằng bạch kim. Việc chế tạo bằng bạch kim là khá tốn kém cho một thiết bị
đo thông dụng. Vì thế chỉ có thành phần cảm biến nhiệt mới thật sự là bạch kim.
- Nguyên lý hoạt động của Pt-100: Nguyên lý hoạt động của Pt100 đơn
giản dựa trên mối quan hệ mật thiết giữa kim loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng,
điện trở của kim loại cũng tăng. Bạch kim cũng tương tự như vậy. Theo tiêu
chuẩn thì khi nhiệt độ là 0 0C điện trở của Pt-100 sẽ là 100Ω. Bạch kim được sử
dụng rộng rãi là do các yếu tố sau trơ về mặt hóa học có nghĩa là nó rất ít hoặc
không tác dụng với những chất ăn mòn hay phá hủy. Điện trở có quan hệ gần
như tuyến tính với nhiệt độ. Hệ số tăng nhiệt độ của điện trở đủ lớn để cho việc
lấy kết quả đo dễ dàng. Có độ ổn định cao. Độ tuyến tính của điện trở Bạch kim
theo nhiệt độ Kết nối và sử dụng. Vì Pt-100 chỉ là một loại điện trở biến đổi theo
nhiệt độ nên ta không thể đọc nhiệt độ trực tiếp trên chúng. Do vậy muốn đọc
17

nhiệt độ ta phải thông qua các bộ chuyển đổi tín hiệu. Pt-100 thường kết nối với
các bộ chuyền đổi tín hiệu qua 2, 3 hoặc 4 sợi dây dẫn. Nhưng vì dây dẫn được
làm bằng đồng, và chúng cũng có điện trở riêng nên dây càng dài thì kết quả đo
càng không chính xác. Vì thế các bộ chuyền đổi tín hiệu thường kết nối với cảm
biến sao cho khoảng cách giữa chúng càng ngắn càng tốt.

Hình 2.3: Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt.
Các Pt-100 thường được tích hợp các bộ chuyển đổi tín hiệu để hiệu suất
của chúng là cao nhất và đơng giản hơn trong việc lắp đặt, vận hành. Các ngõ ra
của bộ chuyển đồi theo tiêu chuẩn công nghiệp là 4mA-20mA và 0V-10V. vì vậy
ta thường dùng Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ Pt-100 sang 4-20ma. Ở đây
mình ví dụ bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ Pt-100-Muesen (Đức) loại gắn ở đầu
cảm biến Pt-100, ngoài ra còn có loại gắn tủ điện nhưng chi phí cao hơn nhiều.

Hình 2.4: Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ

* Cảm biến nhiệt kiểu cặp nhiệt TC.

18

Hình 2.5: Cảm biến nhiệt kiểu cặp nhiệt.
- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.
- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
- Dải đo: 100~18000C
- Ứng dụng: Sản xuất công nghiệp, luyện kim, giáo dục hay gia công vật
liệu…
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại cặp nhiệt điện khác nhau (E, J, K, R, S,
T, B…) đó là vì mỗi loại cặp nhiệt điện đó được cấu tạo bởi 1 chất liệu khác
nhau, từ đó sức điện động tạo ra cũng khác nhau dẫn đến dải đo cũng khác nhau.
Người sử dụng cần chú ý điều này để có thể lựa chọn loại cặp nhiệt phù hợp với
yêu cầu của mình.
- Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới
những điểm sau đây.
+ Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu
truyền đi dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều).
+ Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát
trên đường dây . Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và
môi trường lắp đặt.
+ Không để các đầu dây nối của cặp nhiệt tiếp xúc với môi trường cần đo.
+ Đấu nối đúng chiều âm, dương cho cặp nhiệt điện.
2.2.2. Cảm biến áp suất.
Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín

hiệu điện, thường được dùng để đo áp suất hoặc dùng trong các ứng dụng có liên
quan đến áp suất. Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suấtcũng gần giống như các

19

loại cảm biến khác là cần nguồn tác động (nguồn áp suất, nguồn nhiệt,… nguồn
cần đo của cảm biến loại đó) tác động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị về vi
xử lý, vi xử lý tín hiệu rồi đưa tín hiệu ra.

Hình 2.6. Sơ đồ khối cảm biến áp suất
+ Áp suất: nguồn áp suất cần kiểm tra có thể là áp suất khí, hơi, chất
lỏng …
+ Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối
xử lý. Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang
dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện … về khối xử lý.
+ Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện
các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh
vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA(tín hiệu thường được sử
dụng nhất) , 0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC, 1 ~ 5 VDC …

Hình 2.7. Cảm biến áp suất sen-3991
Tùy vào từng loại cảm biến là cách thức hoạt động cũng khác nhau có đến
hàng chục loại cảm biến, có loại hoạt động dựa trên sự biến dạng vật liệu để làm
sự thay đổi điện trở, loại thì thay đổi điện dung, loại thì sử dụng vật liệu áp điện,
… dạng phổ biến là dạng áp điện trở và kiểu điện dung
* Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở.

20

Hình 2.8 Cảm biến áp suất
Nguyên lý làm việc của cảm biến loại này dựa trên sự biến dạng của cấu
trúc màng (khi có áp suất tác động đến) được chuyển thành tín hiệu điện nhờ cấy
trên đó các phần tử áp điện trở.
Khi lớp màng bị biến dạng uốn cong, các áp điện trở sẽ thay đổi giá trị.
Độ nhạy và tầm đo của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào màng và kích thước,
cấu trúc, vị trí các áp điện trở trên màng.

Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến kiểu áp trở
Màng sử dụng trong cảm biến là màng rất nhạy với tác động của áp suất.
Bốn điện trở được đặt tại 4 trung diểm của các cạnh màng, 2 cặp điện trở song
song với màng và 2 cặp điện trở vuông góc với màng ( để khi màng bị biến đổi
thì 2 cặp điện trở này có chiều biến dạng trái ngược nhau ). Bốn điện trở trên
được ghép lại tạo thành cầu Wheatsone.

21

Hình 2.10 Cảm biến áp suất kiểu áp trở
Khi không có áp suất tác động các điện trở ở trạng thái cân bằng, điện áp
ngõ ra bằng 0. Khi có áp suất tác động màng mỏng bị biến dạng , các giá trị điện
trở thay đổi, cụ thể giá trị các áp điện trở song song với cạnh màng giảm thì giá
trị các áp điện trở vuông góc với cạnh màng tăng và ngược lại khi đó sẽ tạo điện
áp ngõ ra khác 0. Sự thay đổi giá trị điện trở phụ thuộc và độ biến dạng của
màng, vì vậy bằng cách kiểm tra điện áp ngõ ra đó ta có thể tính toán được
áp suất cần đo.
* Cảm biến áp suất kiểu tụ.
- Loại này có nguyên lý hoạt động đơn giản hơn dựa vào giá trị của điện
dung để xác định áp suất. Điện dung của tụ được thay đổi bằng cách thay đổi

khoảng cách của cực tụ.

Hình 2.11 Cấu tạo cảm biến áp suất tụ
- Nguyên lý áp kế điện dung:
Khi có áp suất tác động vào lớp màng làm lớp màng bị biến dạng đẩy bản
cực lại gần với nhau hoặc kéo bản cực ra xa làm giá trị của tụ thay đổi, dựa vào

22

sự thay đổi điện dung này qua hệ thống xử lý người ta có thể xác định được áp
suất cần đo.
2.2.3. Cảm biến lưu lượng.
Lưu lượng kế là cảm biến đo không thể thiếu để đo lưu lượng của chất
khí, chất lỏng, hay hỗn hợp khí-lỏng trong các ứng dụng công nghiệp như thực
phẩm-nước giải khát, dầu mỏ- khí đốt, hóa chất-dược phẩm, sản xuất giấy, điện,
xi măng … Trên thị trường, các loại lưu lượng kế rất đa dạng và luôn sẵn có cho
bất kỳ ứng dụng công nghiệp hay dân dụng nào. Việc chọn lựa cảm biến đo lưu
lương loại nào cho ứng dụng cụ thể thường dựa vào đặc tính chất lỏng (dòng
chảy một hay hai pha, độ nhớt, độ đậm đặc, …), dạng dòng chảy (chảy tầng,
chuyển tiếp, chảy hỗn loạn, …), dải lưu lượng và yêu cầu về độ chính xác phép
đo. Các yếu tố khác như các hạn chế về cơ khí và kết nối đầu ra mở rộng cũng sẽ
ảnh hưởng đến quyết định chọn lựa này. Nói chung, độ chính xác của lưu lượng
kế còn phụ thuộc vào cả môi trường đo xung quanh. Các ảnh hưởng của áp suất,
nhiệt độ, chất lỏng/khí hay bất kỳ tác động bên ngoài nào đều có thể ảnh hưởng
đến kết quả đo.
Cảm biến đo lưu lượng trong công nghiệp được lắp đặt ở môi trường
nhiễu cao và thường bị xung áp. Điều này đòi hỏi các cảm biến đo lưu lượng
phải hoạt động bình thường cả với xung điện áp và bù được nhiễu để đảm bảo
đưa ra tín hiệu đo với độ chính xác cao. Thông thường, trong công nghiệp hay

sử dụng giao diện truyền dẫn tín hiệu 4-20mA giữa bộ truyền tín hiệu đo với
thiết bị điều khiển. Bộ truyền tín hiệu đo gắn với cảm biến đo lưu lượng có thể
được cấp nguồn bởi chính mạch vòng 4-20mA này hoặc bằng nguồn riêng. Bộ
truyền tín hiệu đo sử dụng mạch vòng 4-20mA có yêu cầu rất khắt khe về công
suất: tất cả các thiết bị điện thu thập/xử lý và truyền tin cần phải hoạt động độc
lập với nguồn cấp từ mạch vòng 4-20mA, chỉ những vi xử lý/vi điều khiển tiêu
thụ rất ít điện (ví dụ dòng vi điều khiển DSP) mới được kết hợp dùng chung
nguồn của mạch vòng 4-20mA. Bộ truyền tín hiệu với kết nối truyền số liệu
dạng số như tích hợp giao diện bus trường (Profibus, I/O Link) hoặc kết nối
không dây ngày càng phổ biến, vì chúng làm giảm thời gian khởi động và cho

23

phép giám sát liên tục, cũng như chẩn đoán lỗi. Tất cả các yếu tố này góp phần
cải thiện đáng kể năng suất và hiệu quả của hệ thống tự động hóa.
Các cảm biến lưu lượng được phân làm bốn nhóm chính dựa vào nguyên lý hoạt
động của chúng: cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất, cảm biến lưu
lượng điện từ, cảm biến lưu lượng Coriolis, cảm biến lưu lượng siêu âm. Dưới
đây, bài báo sẽ trình bày tổng quát về nguyên tắc hoạt động, ưu điểm và nhược
điểm, cũng như những đặc tính của cảm biến lưu lượng chất lỏng, chất khí nhằm
giúp người sử dụng chọn đúng cảm biến cho ứng dụng của mình.
* Cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất.
Lưu lượng kế loại này hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli. Tức là sự
chênh lệch áp suất xảy ra tại chỗ thắt ngẫu nhiên nào đó trên đường chảy, dựa
vào sự chênh áp suất này để tính toán ra vận tốc dòng chảy. Cảm biến lưu lượng
loại này thường có dạng lỗ orifice, ống pitot và ống venture. Hình 1 thể hiện loại
cảm biến tâm lỗ orifice, lỗ này tạo ra nút thắt trên dòng chảy. Khi chất lỏng chảy
qua lỗ này, theo định luật bảo toàn khối lượng, vận tốc của chất lỏng ra khỏi lỗ
tròn lớn hơn vận tốc của chất lỏng đến lỗ đó. Theo nguyên lý Bernoulli, điều này

có nghĩ là áp suất ở phía mặt vào cao hơn áp suất mặt ra. Tiến hành đo sự chênh
lệch áp suất này cho phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy. Dựa vào vận tốc
dòng chảy sẽ tính được lưu lượng thể tích dòng chảy.
Khi chọn lựa, lắp đặt thiết bị đo lưu lượng loại này trong ứng dụng công
nghiệp cần lưu ý các điểm sau:
- Cảm biến được chế tạo dựa trên công nghệ cổ điển, hoạt động ổn định,
dễ bảo trì, bảo dưỡng;
- Phù hợp cho dòng chảy hỗn hợp;
- Độ chính xác thấp ở dải lưu lượng nhỏ;
- Sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng chiết tách trong một đoạn ống dẫn, vì vậy
đỏi hỏi phải tiêu hao thêm năng lượng khi chạy bơm;
- Yêu cầu chính xác vị trí lắp đặt tấm lỗ orifice, điểm trích lỗ đo áp suất
đầu nguồn và điểm trích lỗ đo áp suất phía hạ nguồn dòng chảy.

24

Hình 2.12: Cảm biến lưu lượng chênh lệch áp suất kiểu lỗ tròn (orifice):
chênh lệch áp suất trước và sau lỗ tròn Δp=p1-p2; lưu lượng thể tích Q được
xác định từ biểu thức Q2=KΔp, p1 - áp suất trước tấm lỗ, p2 - áp suất sau tấm
lỗ, K - hệ số, phụ thuộc vào tỷ trọng chất lỏng, đường kính ống và lỗ orifice.
* Cảm biến lưu lượng điện từ
Cảm biến lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday
và được dùng để đo dòng chảy của chất lỏng có tính dẫn điện. Hai cuộn dây điện
từ để tạo ra từ trường (B) đủ mạnh cắt ngang mặt ống dẫn chất lỏng (hình 2).
Theo định luật Faraday, khi chất lỏng chảy qua đường ống sẽ sinh ra một điện áp
cảm ứng. Điện áp này được lấy ra bởi hai điện cực đặt ngang đường ống. Tốc độ
của dòng chảy tỷ lệ trực tiếp với biên độ điện áp cảm ứng đo được.
Cuộn dây tạo ra từ trường B có thể được kích hoạt bằng nguồn AC hoặc DC.
Khi kích hoạt bằng nguồn AC - 50Hz, cuộn dây sẽ được kích thích bằng tín hiệu

xoay chiều. Điều này có thuận lợi là dòng tiêu thụ nhỏ hơn so với việc kích hoạt
bằng nguồn DC. Tuy nhiên phương pháp kích hoạt bằng nguồn AC nhạy cảm
với nhiễu. Do đó, nó có thể gây ra sai số tín hiệu đo. Hơn nữa, sự trôi lệch điểm
“không” thường là vấn đề lớn đối với hệ đo được cấp nguồn AC và không thể
căn chỉnh được. Bởi vậy, phương pháp kích hoạt bằng nguồn xung DC cho cuộn
dây từ trường là giải pháp mang lại hiệu quả cao.

Hình 2.13: Cảm biến lưu lượng điện từ: điến áp cảm ứng E=KDBv, B - từ
25

Nghiên cứu về hệ thống điều khiển từ xa diesel lai chân vịt hãng NABTESCO

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về