Nghiên cứu về hệ thống điều khiển từ xa diesel lai máy phát hãng kyosan

Mục Lục
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................3
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
DIESEL LAI MÁY PHÁT.........................................................................................5
1.1. Định nghĩa và phân loại Diesel lai máy phát....................................................5
1.1.1. Định nghĩa:....................................................................................................5
1.1.2. Phân loại:.......................................................................................................6
1.2. Các hình thức điều khiển động cơ Diesel lai máy phát điện............................7
1.2.1. Khởi động từ xa Diesel:.................................................................................7
1.2.2. Dừng máy......................................................................................................8
1.3. Các hình thức bảo vệ cho Diesel lai máy phát điện..........................................9
1.3.1. Tự động dừng máy khi quá tốc......................................................................9
1.3.2. Tự động dừng máy khi áp lực dầu bôi trơn thấp...........................................9
1.4. Các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển từ xa Diesel......................................9
1.5. Chức năng của hệ thống điều khiển từ xa Diesel............................................11
1.5.1. Chức năng tự động hâm nóng động cơ........................................................11
1.5.2. Chức năng tự động kiểm tra, bảo vệ Diesel.................................................11
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DIESEL LAI MÁY
PHÁT HÃNG KYOSAN.........................................................................................14
2.1. Cấu trúc của sơ đồ điều khiển...........................................................................14
2.2. Các cảm biến dùng trong sơ đồ điều khiển.......................................................14
2.2.1. Cảm biến nhiệt độ..........................................................................................14
2.2.2. Cảm biến áp suất............................................................................................21
CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN.............27
3.1. Các thuật toán điều khiển..................................................................................27
3.1.1. Thuật toán khởi động D – G:.........................................................................28
3.1.2. Thuật toán dừng D – G:..................................................................................29
1

3.2.3. Thuật toán báo động và bảo vệ hệ thống D – G.............................................30
3.2. Ngyên lý hoạt động...........................................................................................31
3.2.1. Các phần tử trên bảng diều khiển...................................................................31
3.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.................................................................33
3.3. Các bảo vệ và báo động hệ thống điều khiển từ xa D – G hãng Kyosan..........39
3.3.1. Bảo vệ khi quá tốc..........................................................................................39
3.3.2. Bảo vệ khi áp suất dầu bôi trơn L.O thấp.......................................................40
3.3.3. Bảo vệ khi nhiệt độ nước làm mát cao...........................................................41
KẾT LUẬN..............................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................44
NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN................................45
ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN.................................................................46

2


LỜI NÓI ĐẦU
Giao thông vận tải biển là một ngành có vai trò hết sức quan trọng đối với nền
kinh tế nước nhà. Đặc biệt là trong thời kì đổi mới hội nhập nền kinh tế cần thiết
lập các mối quan hệ để phát triển nền kinh tế mạnh mẽ. Với nhiều lợi thế như vận
chuyển khối lượng hàng hóa lớn cũng như là rút ngắn khoảng cách vận chuyển thì
vận tải biển đóng vai trò hết sức quan trọng. Ngày nay với công nghệ tiên tiến hiện
đại ngành công nghiệp tàu thủy đã và đang đóng vai trò quan trọng với sự phát triển
của đất nước. Để đáp ứng các yêu cầu cũng như là nâng cao độ tin cậy các trang
thiết bị chúng ta cần đổi mới sữa chữa các thiết bị hiện đại để bắt kịp với các nước
trên thế giới. Cũng như là đào tạo các đội ngũ kĩ thuật, thuyền viên để ngành công
nghiệp nước nhà ngày càng phát triển hơn nữa.
Sau hơn 4 năm học tập và rèn luyện tại trường Đại Học Hàng Hải, em đã được
trang bị tương đối đầy đủ các kiến thức cơ bản về các hệ thống điện năng trên tàu
thuỷ cũng như là được tiếp cận với những trang thiết bị, công nghệ điều khiển hiện

đại đã và đang được áp dụng trên nhiều con tàu vận tải hiện nay trên thế giới cũng
như tại Việt Nam. Sau khi thực tập tại công ty đóng tàu Bạch Đằng. Được sự nhất
trí của ban chủ nhiệm khoa, em được chọn đề tài thiết kế tốt nghiệp:
“Nghiên cứu về hệ thống điều khiển từ xa Diesel lai máy phát hãng
Kyosan”
Qua quá trình tổng hợp, nghiên cứu sơ đồ thu thập được và sự nỗ lực tìm hiểu
của bản thân đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Th.s Hứa
Xuân Long cùng các thầy, cô giáo trong khoa Điện - Điện tử, trường Đại Học Hàng
Hải Việt Nam, em có hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất.Tuy nhiên do
những hạn chế về kiến thức cũng như về thời gian, nên đồ án tốt nghiệp của em
không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong được được sự chỉ bảo và góp ý của các
thầy, cô trong khoa Điện- Điện tử để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin
chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Hứa Xuân Long, cùng nhiều thầy cô đã giúp đỡ
em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hải Phòng, ngày...tháng…năm 2015
Sinh viên: Trương Xuân Quỳnh
3


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.

Hải Phòng, ngày 25 tháng 11 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Trương Xuân Quỳnh

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
DIESEL LAI MÁY PHÁT

1.1. Định nghĩa và phân loại Diesel lai máy phát
1.1.1. Định nghĩa:
4


- Trên tàu thuỷ người ta thường sử dụng động cơ truyền động cho máy phát
chính là loại động cơ Diesel. Ngày nay chúng được sử dụng phổ biến trên
các tàu thủy nhờ các ưu điểm nổi bật:
 Hiệu suất có ích cao, đối với động cơ Diesel hiện đại hiệu suất có ích có thể
lên đến 40% ÷ 45% trong khi đó hiệu suất của thiết bị động lực tuabin hơi
chỉ 22% ÷ 28%, của thiết bị máy hơi nước không quá 16%, của thiết bị
tuabin khí khoảng 30%.
 Hai động cơ đốt trong và đốt ngoài có cùng công suất thì động cơ đốt trong
có kích thước và trọng lượng nhẹ hơn (vì không cần các thiết bị phụ khác
như động cơ đốt ngoài như nồi hơi buồng cháy, máy nén, thiết bị ngưng
hơi...).
 Có tính cơ động cao, khởi động nhanh và luôn ở trạng thái sẵn sàng khởi
động, có thể điều chỉnh kịp thời theo phụ tải.
 Dễ tự động hoá và điều khiển từ xa.
 An toàn hơn cho người vận hành (khả năng gây hoả hoạn và nổ vỡ thiết bị là
nhỏ).
 Nhiệt độ xung quanh tương đối thấp tạo điều kiện tốt cho người vận hành
làm việc.
 Giảm thiểu nhiên liệu khi dừng động cơ.
 Giảm được người vận hành và sửa chữa.
- Hiện nay, động cơ Diesel lai máy phát được chế tạo với kết cấu nhỏ gọn
nhưng vẫn đảm bảo công suất làm việc cũng như điều kiện làm việc, điều
này có được do sự tiến bộ về công nghệ gia công kim loại. Để nâng cao công
suất của động cơ, ngày nay trên tàu thuỷ sử dụng động cơ tăng áp, lượng
không khí cưỡng bức vào xylanh động cơ trong quá trình nạp, tương ứng với

việc tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình. Trong các động cơ tăng
áp, người ta áp dụng các phương pháp có thể tăng áp suất không khí nạp và
giảm nhiệt độ không khí nạp.
- Với mục đích nâng cao tuổi thọ công tác cho động cơ, hệ thống bôi trơn và
hệ thống làm mát đang từng bước được cải thiện, đặc biệt với hệ thống bôi
trơn ngoài hai phương pháp bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất thấp và bôi
trơn áp suất cao thì trên một số động cơ Diesel tàu thuỷ hiện đại người ta còn
sử dụng hệ thống bôi trơn xylanh phù hợp với phụ tải của động cơ và làm
việc với áp suất không cao. Qua đó hạn chế được lượng dầu thừa ở chế độ
5


phụ tải nhỏ nên hạn chế được sự cháy và sự hình thành cốc ở rãnh xécmăng,
đỉnh piston.
- Bên cạnh những thành tựu đã đạt được trong những vấn đề trên, một loạt
những vấn đề khác cũng đang được quan tâm và cũng đạt được những thành
tựu đáng kể như: vấn đề giảm ô nhiễm môi trường, vấn đề điều khiển đã đạt
được những bước đột phá lớn nhờ sự tiến bộ vượt bậc của ngành điện tử, tin
học.
1.1.2. Phân loại:
a. Phân loại dựa vào tính chất đối tượng:
 Hệ thống điều khiển từ xa máy chính lai chân vịt có bước cố định:
Diesel không đảo chiều: Muốn đảo chiều quay chân vịt thì đảo chiều ly
hợp (ly hợp tiến và ly hợp lùi).
Diesel có đảo chiều: Việc đảo chiều được thực hiện bằng bộ dịch trục
cam.

Hình 1.1 Diesel máy chính lai chân vịt có bước cố định
- Hệ thống điều khiển từ xa máy chính lai chân vịt có bước thay đổi (chân vịt
biến bước). Máy chính không cần đảo chiều quay. Muốn đảo chiều quay chân

vịt, thay đổi hướng đạp của chân vịt.

Hình 1.2. Diesel máy chính lai chân vịt có bước thay đổi
- Hệ thống điều khiển từ xa động cơ điện lai chân vịt. Động cơ diesel có nhiệm
vụ lai máy phát điện, việc điều khiển chân vịt là điều khiển động cơ điện.
Nếu hệ thống là một chiều thì chỉ cần khởi động diesel còn hệ xoay chiều thì
có thêm điều chỉnh U/f = const
6


b. Phân loại dựa theo năng lượng điều khiển:
- Hệ thống điều khiển bằng điện.
- Hệ thống điều khiển bằng điện - khí.
- Hệ thống điều khiển bằng điện - khí - thủy lực.
Xu thế hiện nay là dùng năng lượng kết hợp: điện, khí và thủy lực.
Điện dùng trong các mạch điều khiển, mạch tự động kiểm tra, báo động và bảo
vệ, vì nó có ưu điểm: Việc truyền tín hiệu đi xa và chính xác, việc thống nhất hóa
các phần tử dễ hơn đặc biệt là các phần tử biến đổi tín hiệu đo lường và điều khiển.
Các tín hiệu khác nhau như: cơ, điện, thủy lực đều chuyển về dạng tín hiệu điện sau
đó được chuẩn hóa thành dòng điện (4-20)mA hoặc điện áp (0-10)V.
Khí nén thường được dùng ở các mạch điều khiển và mạch thực hiện. Khí điều
khiển có áp lực từ (5-8) kg/cm2. Khí ở mạch mạch thực hiện có áp lực từ (15-30)
kg/cm2. Ưu điểm: lực tác động lớn, hoạt động tin cậy. Nhược điểm: khoảng cách
điều khiển ngắn, mất nhiều công vệ sinh và bảo dưỡng.
Thủy lực được dùng chủ yếu mạch thực hiện. Các mạch này thường đặt ngay
trên máy. Ưu điểm: chịu được những rung động lớn và tạo được công suất lớn nhất.
Nhược điểm: phải có dầu thủy lực và mạch thu hồi dầu, khoảng cách điều khiển
ngắn, mất nhiều công vệ sinh và bảo dưỡng.
1.2. Các hình thức điều khiển động cơ Diesel lai máy phát điện
1.2.1. Khởi động từ xa Diesel:

Đây là chức năng quan trọng bậc nhất. Để thực hiện chức năng này người ta chia
làm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn chuẩn bị khởi động :
 Thực hiện via máy. Để tránh sức ì, chọn thời điểm thích hợp, bôi trơn một số
chi tiết chuyển động, kiểm tra xem máy có bị kẹt không. Trên bản vẽ bao giờ
cũng có tiếp điểm via máy khi đang via máy thì không được phép khởi động.
 Khởi động bơm nước làm mát.
 Khởi động bơm dầu bôi trơn độc lập.
 Nguyên tắc chung: Tín hiệu báo động mạch áp lực dầu bôi trơn thấp được
ngắt ra khỏi động cơ.
 Chuẩn bị mạch điện: Bật các công tắc trên bảng điện.
 Chọn vị trí điều khiển: Tại chỗ hay từ xa tuỳ theo trạng thái kĩ thuật của máy.
 Máy chuẩn bị khởi động phải không có sự cố.
- Giai đoạn khởi động diezel.
7


 Khởi động Diesel lai máy phát có ba vị trí khởi động :
 (ON ENGINE-LOCAL-REMOTE) : Khi ta khởi động ngay trên máy hoặc tại
chỗ hay từ xa thì lúc đó có tín hiệu tín hiệu đó sẽ được đưa đến để :
 Mở khoá bộ điều tốc, tác động vào động cơ sécvô của bộ điều tốc để hạn chế
nhiên liệu lúc bắt đầu khởi động động cơ đồng thời đưa nhiên liệu vào.
 Mở gió khởi động dùng gió khởi động để mở van chính đưa gió từ chai gió
vào đĩa chia gió vào xilanh động cơ. Sau đó kết hợp với nhiên liệu và gió thì
xảy ra 2 quá trình là :
+ Nếu máy khởi động thành công thì tốc độ động cơ hình thành n = n 0; (n0 =
0.2 nđm), qua rơle tốc độ đưa về để ngắt gió điều khiển, báo khởi động thành
công bằng đèn, đưa mạch báo động, bảo vệ áp lực dầu bôi trơn thấp vào hoạt
động và ngắt hạn chế nhiên liệu.
+ Nếu máy khởi động không thành công (n

động và báo khởi động không thành công, người điều khiển phải đưa tay điều
khiển về vị trí dừng và cắt gió khởi động, có bộ đếm số lần khởi động cho
phép khởi động lại 3-4 lần có rơle thời gian khống chế thời gian của các lần
khởi động qua rơle báo động bằng đèn và còi báo người vận hành biết là máy
có sự cố cần phải khắc phục sự cố.
1.2.2. Dừng máy
Dừng bình thường:
- Đưa tay điều khiển từ vị trí bất kỳ về vị trí dừng (stop): góc  0 = 0,   0 , suy
ra tốc độ máy giảm dần về không ( n0 = 0), hệ thống điều khiển thực hiện:
- Cắt nhiên liệu vào động cơ, tốc độ động cơ giảm dần về 0 (thời gian để tốc
độ giảm về không
khoảng (15-60) giây.
- Tự động ra li hợp khi tốc độ động cơ n  ncp (nếu có li hợp).
- Tự động đưa hệ thống về trạng thái sẵn sàng cho các lần khởi động tiếp theo.
Dừng sự cố:
Có hai trường hợp xảy ra dừng sự cố:
- Dừng sự cố bằng tay (do người điều khiển thực hiện bằng nút ấn
“Emergency Stop”) trên buồng lái hoặc tại buồng điều khiển máy.
- Tự động dừng khi một trong các thông số quan trọng vượt quá giới hạn cho
phép:
Áp lực dầu bôi trơn quá thấp (P≤Pcp)
0
0
+ Nhiệt độ nước làm mát quá cao ( t �t cp )

8


+ Quá tốc (n � ncp : ncp = (1,1-1,2) ndm
- Quá trình dừng: Khi có tín hiệu dừng sự cố, thiết bị dừng sự cố hoạt động

kéo thanh răng nhiên liệu của động cơ về không.
1.3. Các hình thức bảo vệ cho Diesel lai máy phát điện
1.3.1. Tự động dừng máy khi quá tốc
- Khi tốc độ động cơ lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt bảo vệ quá tốc (110-120)%
nđm, thì có rơ le bảo vệ quá tốc tác động. Hệ thống báo động phát tín hiệu
bằng còi và đèn báo máy chính dừng sự cố do quá tốc.
- Quá trình dừng máy do bảo vệ cúng giống như quá trình dừng khi ta ấn nút
dừng (Stop) ở chế độ dừng Diesel- máy phát.
1.3.2. Tự động dừng máy khi áp lực dầu bôi trơn thấp
- Máy chính đang chạy, vì một lý do nào đó áp lực dầu bôi trơn giảm xuống
quá thấp, dưới giá trị đặt, tiếp điểm của cảm biến áp lực dầu bôi trơn quá
thấp tác động. Hệ thống báo động phát tín hiệu bằng còi và đèn báo máy
chính dừng sự cố do áp lực dầu bôi trơn quá thấp. Các van dừng khẩn cấp tác
động và nhiên liệu ngừng cấp vào động cơ. Động cơ dừng. Khi động đã
dừng, muốn hoàn nguyên hệ thống ta đưa tay điều khiển nhiên liệu về vị trí
Stop.
1.4. Các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển từ xa Diesel
- Tùy vào từng loại tàu mà hệ thống có trạm điều khiển dự phòng ngoài trung
tâm điều khiển chính ở buồng lái, nên trạm điều khiển phụ được đặt ở cánh
gà. Khi trạm điều khiển chính hoạt động thì trạm điều khiển phụ cũng hoạt
động theo .
- Khi có sự cố, nguồn chính bị mất thì cần có bộ tự động đóng mở nguồn sự
cố, nguồn sự cố cần phải ngắt ra khi điều khiển bằng tay.
- Có thể thay đổi tốc độ Diesel theo cấp: Cấp chậm, bình thường và nhanh (sự
cố). Trong đó cấp chậm dùng cho máy có tốc độ thấp để tránh ứng suất toả
nhiệt cho máy, cấp sự cố có thể dùng cho tàu hoặc máy có sự cố và được
điều khiển khẩn cấp cho những trường hợp sau:
 Có thể khởi động Diesel với lượng nhiên liệu lớn.
 Có thể thực hiện ngược lại khi tốc độ chiều kia đang cao.
 Đưa Diesel đạt tới tốc độ ổn định nhanh.

 Cho Diesel chịu tải cực đại.
 Có thể tác động trực tiếp lên thanh răng nhiên liệu để dừng Diesel khẩn cấp.
- Hệ thống có thể khởi động lại khi lần khởi động trước không thành công
9


 Số lần khởi động lại từ 4 đến 7 lần, lần khởi động cuối cùng không thành
công thì không cho phép khởi động nữa .
 Cần có rơle trung gian khống chế thời gian giữa các lần khởi động cũng như
tổng thời gian các lần khởi động.
- Phải đảm bảo Diesel vượt nhanh qua vùng tốc độ cộng hưởng, nếu tay điều
khiển vô tình đặt vào vùng tốc độ cộng hưởng thì hệ thống phải tự động làm
việc ở dưới hoặc trên vùng cộng hưởng (bằng cách giảm hay tăng lượng
nhiên liệu vào động cơ).
- Để điều khiển động cơ Diesel đạt hiệu quả cao, an toàn, trong hệ thống điều
khiển có rất nhiều các thiết bị phải hoàn thành các chức năng khác nhau, do
đó hệ thống có rất nhiều thông số cần phải quan tâm, theo dõi và xử lý. Tất
cả các thông số đó cần được bảo vệ khi máy làm việc. Trong một loạt các
thông số đó có các thông số quan trọng liên quan tới tính an toàn của hệ
thống động lực và có những thông số ít quan trọng hơn. Nhưng tất cả các
thông số đó đều được theo dõi và kiểm tra thường xuyên. Để các thiết bị bảo
vệ hoạt động một cách an toàn và tin cậy thì cần phải đảm bảo các yêu cầu
sau:
- Số lượng thông số kiểm tra phải đạt giá trị nhỏ nhất để hệ thống đơn giản,
mặt khác số lượng thông số đó cần phải đủ để đánh giá chính xác trạng thái
của đối tượng Diesel.
 Hoạt động tin cậy, chính xác.
 Hệ thống cần phải phát ra tín hiệu bằng chuông và đèn khi các thông số được
kiểm tra vượt quá giới hạn cho phép hoặc hệ thống hoạt động bảo vệ, hệ
thống mất nguồn cung cấp chính và chuyển sang nguồn cung cấp sự cố.

 Tuỳ theo thiết kế tín hiệu ánh sáng phải chỉ rõ nguyên nhân sự cố. Khi nhận
biết được sự cố thì ánh sáng vẫn nhấp nháy (hoặc sáng rõ), khi con người
nhận biết sự cố (ấn nút khẳng định sự cố) thì ánh sáng vẫn sáng bình thường
và chỉ khi tắt loại trừ sự cố và ấn nút (RESET).
 Trong quá trình khai thác Diesel, các đại lượng và các thông số luôn được
kiểm tra, đo lường, theo dõi và cập nhật. Trong các đại lượng và thông số thì
có những đại lượng thông số chỉ kiểm tra khi đạt đến các giá trị đặt tín hiệu
về các đại lượng thông số này được gửi tới trung tâm xử lý, ở đó thông tin
được xử lý và gửi đến các thiết bị chấp hành thực hiện báo động.
- Cần có máy tự ghi lệnh và hoàn thành lệnh theo tốc độ Diesel.
- Cần sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ nhiều chế độ, ngoài điều chỉnh tốc độ nó
cần phải có chức năng khác như hạn chế quá tải động cơ, giảm tốc độ Diesel
10


1.5.
1.5.1.



-

khi các thông số chính vượt quá giá trị quy định và có thể thực hiện ngắt
nhanh nhiên liệu khi dừng và đảo chiều quay Diesel.
Trụ điều khiển từ xa Diesel chỉ nên đặt tối thiểu số đèn báo như báo cấp
nguồn, báo hệ thống quá tải và báo một số thông số chính.
Chức năng của hệ thống điều khiển từ xa Diesel
Tự động hâm nóng động cơ
Tự động kiểm tra báo động bảo vệ
Chức năng tự động hâm nóng động cơ

Nhiệt độ hâm 30-40 0 C
Năng lượng dung để hâm nóng có thể dùng:
Năng lượng điện dùng để đốt nóng dây điện trở, dây mayso hâm nóng dầu và
nước, dầu nước đó luân chuyển tuần hoàn để hâm nóng động cơ.
Dùng năng lượng nước nóng lấy từ nước làm mát Diesel máy phát
Dùng năng lượng hơi nóng từ nồi hơi phụ.
Quá trình hâm nóng tự động duy trì trong khoảng t0min< t0 < t0 max.
Phương trình thuật toán điều khiển quá trình hâm nóng động cơ: hm(t) = t0min
+ hm(t-1).t0max
Khi nhiệt độ của máy: t0 ≤ t0min thì t0min = 1
hm(t-1): lệnh hâm trước đó được nhớ lại, giả sử chưa hâm ta có hm(t-1) = 0.
t0max =1 suy ra hm(t) = 1+0.1 = 1; Ta có lệnh hâm phát ra.

0
0
0
0
0
- Khi t min < t < t max, thì ta có t min = 0, hm(t-1) =1; t max =1 suy ra hm(t) = 0+1.1
=1; Ta có lệnh hâm tiếp.
0
0
0
0
- Khi t max = t thì ta có t min = 0, hm(t-1) =1, t max = 0, suy ra hm(t) = 0+1.0 =0; Ta
có lệnh ngừng hâm.
0
0
- Khi t máy < t max : hm(t) = 0+0.1 =0; Ta có lệnh ngừng hâm.
0

0
- t = t min suy ra hm(t) = 1+0.1 =1; Ta có lệnh hâm trở lại.
1.5.2. Chức năng tự động kiểm tra, bảo vệ Diesel
- Các yêu cầu:
 Đảm bảo kiểm tra thông số của Diezel một cách tin cậy.
 Nâng cao tính khách quan khi kiểm tra.
 Gia tốc phản ứng nhanh cho cơ cấu bảo vệ.
 Giúp người vận hành phát hiện nhanh chỗ hỏng hóc và nguyên nhân hỏng
hóc.

11


Tên các thông số cần kiểm tra:
VỊ TRÍ ĐẶT
CẢM BIẾN

GIỚI
HẠN

TÁC ĐỘNG

P dầu bôi trơn xi
lanh

Cửa ra của bơm

Min

Báo động +bảo

vệ

Todầu bôi trơn xi
lanh

Cửa ra của bơm

Min,
max

Báo động

Két chưa

Min,
max

Báo động

P dầu bôi trơn tua
bin

Cửa vào tua bin

Min

Báo động

Todầu bôi trơn tua
bin

Ổ bi

Max

Báo động

Mức dầu bôi trơn
tua bin

Két chứa

Min,
max

Báo động

P nước làm mát xi
lanh

Cửa vào xi lanh

Min

Báo động

Tonước làm mát xi
lanh

Cửa ra xi lanh

Max

Báo động +Bảo
vệ

P nước làm mát
piston

Cửa vào piston

Min

Báo động

THÔNG SỐ
1.Hệ thống bôi
trơn :

Mức dầu bôi trơn xi
lanh

2.Hệ thống làm
mát:

12


Tonước làm mát
piston

Cửa ra piston

Max

Báo động

P nước làm mát vòi
phun

Cửa vào vòi
phun

Min

Báo động

Tonước làm mát vòi
phun

Cửa ra vòi phun

Max

Báo động

Mức nước trong két
chứa nước ngọt

Két chứa

Min

Báo động

Áp suất nước biển

Sau bơm

Min

Báo động

P nhiên liệu

Trước bơm cao
áp

Min

Báo động

Mức nhiên liệu
trong két

Két tiêu hao

Min

Báo động

Tonhiên liệu

Kết tiêu hao

Max

Báo động

Độ nhớt nhiên liệu

Trước bơm
nhiên liệu

3.Hệ thống nhiên
liệu

Báo động

4.Hệ thống khí :
To Khí xả

Ra ở từng xi
lanh

Min,
max

Tokhí nén

Sau máy nén khí

P gió khởi động

Trước van khởi
động

Min

Báo động

P gió điều khiển

Ở bảng van

Min

Báo động

Min,max

Báo động
Báo động

5.Các thông số
khác:
Nồng độ dầu Các te

Báo động
13

Bỏo ng +dng
mỏy (hoc
chuyn ch )

Tc diezel

CHNG 2: CU TRC H THNG IU KHIN T XA DIESEL LAI
MY PHT HNG KYOSAN
2.1. Cu trỳc ca s iu khin
Tín Hiệu Các Thông Số Đ T

Lệnh
Đ iều
Khiển

Thiết Bị
Nhận Tín
Hiệu Vào

HệThống
Xử Lý
Trung Tâ
m

Thiết Bị
Thực Hiện

ĐT

Tín Hiệu Bảo Vệ
Báo Đ ộng

Hỡnh 2.1. Cu trỳc ca s iu khin
Cu trỳc bao gm cỏc khi c bn sau:
- Lnh iu khin: Khi h thng x lý trung tõm: õy chớnh l b nóo ca
ton b h thng iu khin t xa Diesel, tt c cỏc lnh iu khin u c
x lý ti õy.
- Khi thit b nhn tớn hiu vo: õy l khi cú nhim v cm nhn thụng tin
ca i tng iu khin bin i thnh i lng phự hp vi cỏc khi
tip sau.
- Khi thit b thc hin: Chc nng ch yu ca khi ny l thc hin cỏc
lnh iu khin nh: khi ng v dng ng c...
- i tng iu khin: Chớnh l ng c Diesel m chỳng ta cn iu khin.
- Nhúm tớn hiu o bỏo ng v bo v: Nhúm ny nhim v thụng bỏo trng
thỏi k thut v trng thỏi lm vic hin ti ca i tng n h thng x lý
trung tõm thụng qua khi thit b nhn tớn hiu vo. Trong cỏc trng hp cú
thụng s hoc trng thỏi lm vic khụng bỡnh thng nhúm ny s phỏt tớn
hiu bỏo ng bng chuụng v ốn, trong trng hp cn thit s phỏt tớn
hiu bo v i vi i tng.
14


2.2. Các cảm biến dùng trong sơ đồ điều khiển
2.2.1. Cảm biến nhiệt độ
a. Cảm biến nhiệt lưỡng kim:
Cấu tạo:

Hình 2.2. Cấu tạo cảm biến nhiệt lưỡng kim

- Hai mảnh kim loại khác nhau về vật liệu và hệ số giản nở nhiệt được hàn gắn
một đầu. Được đặt trong thiết bị bảo vệ tránh ăn mòn hóa học, thiết bị này
được chế tạo từ vật liệu dẫn nhiệt tốt, có độ bền cơ học cao và không thẩm
khí.
- Các loại thiết bị này thường là các ống được chế tạo bằng thép đặc biệt. Đói
với nhiệt điện quý, ống chế tạo được bảo vệ bằng thạch anh và gốm. Để cách
điện người ta thường dùng amiang (300 0 C ), ống thạch anh (1000 0 C ) hoặc
ống sử dụng (1400 0 C ).
Nguyên lý:
- Dựa trên sự thay đổi nhiệt độ cho ra sức điện động thay đổi (mV).

15


Hình 2.3. Cấu tạo của Thermocouples
Gồm hai dây kim loại khác nhau về bản chất vật liệu được hàn dính một đầu
gọi là đầu nóng (đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh (đầu chuẩn). Khi có
sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh ra một suất
điện động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt
độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất nhiều lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho
ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau:
E,J,K,R,S,T. Cần lưu ý điều này để chọn đầu đo và bộ điều khiển cho thích
hợp.
- Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn
đến không chính xác là chỗ này, để giải quyết vấn đề này chúng ta cần bù trừ
cho nó ( offset trên bộ điều khiển ).
- Điện áp được tạo ra bởi cặp nhiệt điện được cho bởi công thức :
V = S* T
Trong đó :
V : Điện áp đo được (V)

S : Hệ số Seeback ( V / 0 C )
T : Chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối.

Do đó nhiệt độ cần đo được tính theo công thức :
T  Ttham chieu +V/S ( 0 C )

- Đặc điểm :
Không giống với hầu hết các phương pháp khác về đo lường nhiệt độ, cặp
nhiệt điện không cần các tác động điện áp từ bên ngoài. Vì nó tự sinh ra dòng điện
khi nhiệt độ thay đổi. Hạn chế chính của cặp nhiệt điện là độ chính xác; rất khó để
có thể đạt được sai số dưới 1 0 C . Các hợp kim khác nhau được sử dụng cho các
phạm vi nhiệt độ khác nhau. Các đặc tính như khả năng chống ăn mòn cũng có thể
quan trọng khi lựa chọn một loại cặp nhiêt điện. Trong trường hợp điểm đo ở xa
thiết bị đo, kết nối trung gian có thể được thực hiện bằng dây dẫn điện vì thế có thể
giảm chi phí so với các vật liệu được sử dụng trong các cảm biến. Cặp nhiệt điện
thường được tiêu chuẩn đối với một nhiệt tham chiếu từ 0 0 C ; dụng cụ thực sử dụng
phương pháp điện tử bù trừ nguồn lạnh để có thể điều chỉnh nhiệt độ khác nhau tại
16


các đầu cuối của thiết bị. Dụng cụ điện tử cũng có thể bù đắp cho những đặc điểm
khác nhau của các cặp nhiệt điện và do đó có thể cải thiện được độ chính xác cũng
như là độ chính xác của phép đo.
- Một số cặp nhiệt điện thông thường :
ST
T
1
2
3
4

5
6

Tên cặp nhiệt điện
Platin – Platin Rô đi
(90%Pt – 105 Rh)
Crommel (90% Pt +
10% Cr) – Alumel
(95% Ni + 5% Al)
Crommel – Copei
(56% Cu + 44% Ni0
Đồng – Copei
Đồng – Constantan
Vonfram (5% Reni) –
Vonfram (20% Reni)

Giới hạn nhiệt độ
trên 0 C
Đo lâu
Đo ngắn
dài
hạn

Sức điện động
nhiệt điện với
100 0 C (mV)

1300

1750

0,64

900

1300

4,10

600

800

6,95

350
350

500
500

4,75
4,15

1800

2500

1,33

- Ưu điểm :
+ Có độ bền cao
+ Đo được dải nhiệt độ cao
- Nhược điểm :
+ Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số
+ Độ nhạy không cao
- Ứng dụng :
Được sử dụng rộng rãi trong khoa học và công nghiệp. Bao gồm ứng dụng đo
nhiệt độ trong các lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, đo nhiệt dầu nhớt các máy
nén…Cặp nhiệt cũng được sử dụng trong nhà, văn phòng và các doanh nghiệp như
các cảm biến nhiệt độ trong nhiệt và cũng như các cảm biến ngọn lửa trong các
thiết bị chủ yếu chạy bằng khí. Cách lắp đặt cũng giống như các biến trở nhiệt
trong công nghiệp.
17


0
- Dải đo : -1000 C  1400 C

b. Nhiệt điện trở kim loại RTD
- Cấu tạo :
Được chế tạo từ dây kim loại Platin hoặc đồng đường kính (0,02 �0,06) mm
được quấn trên lõi là tấm mica có cạnh khía rãnh để cố định vòng dây quấn. Phía
ngoài được ốp bởi hai tấm mica để cách điện và buộc chặt bằng dây làm từ bạc.
Sau đó được ốp bởi hai nữa hình trụ làm từ kim loại để cố định và tăng khả năng
truyền nhiệt cho dây điện trở. Tất cả được đặt trong một ống trụ rỗng làm từ hợp
kim đồng hoặc thép không gỉ, một đầu bịt kín, đầu còn lại nối tới hộp đấu dây ra.
- Nguyên lý hoạt động :
Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện trở Platin là dựa trên mối quan hệ mật
thiết giữa kim loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại tăng, khi

nhiệt độ giảm thì điện trở của kim loại cũng giảm. Nghĩa là khi có sự thay đổi nhiệt
độ trên đầu dò thì dẫn đến sự thay đổi giá trị điện trở của ống trụ. Mỗi giá trị nhiệt
độ khác nhau thì tương ứng với mỗi giá trị điện trở khác nhau. Qua đó dựa vào sự
thay đổi điện trở, qua quá trình biến đổi ta đo được nhiệt độ cần đo. Dải nhiệt độ
làm việc từ - 200 0 C đến 850 0 C .
Từ - 200 0 C đến 0 0 C , điện trở Platin được tính theo công thức :
R(t) = R0 (1 + At + B t 2 + C [t - 100 0 C ]. t 3
Cho dải đo từ 0 0 C �850 0 C :
R(t) = R0 (1 + At + B t 2 )
Với : R0 : điện trở ở 0 0 C
A = 3,90802. 103 1/ 0 C
B = -5,802. 107

1 /0 C 2

C = -4,2735. 1012 1/ 0 C 3
Theo tiêu chuẩn thì khi nhiệt độ là 0 0 C thì điện trở của Pt100 sẽ là 100  .
Điện trở và nhiệt độ có quan hệ tuyến tính với nhau. Hệ số tăng nhiệt độ của
điện trở đủ lớn để cho việc lấy kết quả đo dễ dàng. Có độ ổn định cao. Vì Pt100 là
chỉ là một loại điện trở biến đổi theo nhiệt độ nên ta không thể đọc nhiệt độ trực
18


tiếp trên chúng. Vì vậy muốn đọc nhiệt độ phải thông qua các bộ chuyển đổi tín
hiệu. Pt100 thường kết nối với các bộ chuyển 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 kết nối với cảm biến sao cho khoảng cách giữa chúng giảm càng ngắn càng tốt.
Khi sử dụng thì đầu dò phải tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo để cho kết quả
chính xác nhất.
 Phân loại RTD :

* Loại dây nối: Đây là loại thiết kế đơn giản nhất, sợi dây cảm biến được chế tạo
bằng bạch kim, được quấn xung quanh một cái lõi hoặc trục. Lõi có thể có dạng
tròn hoặc phẳng, nhưng quan trọng là phải được cách điện. Thông thường cách điện
bằng cách đặt lõi và dây quấn trong một cái ống bằng sứ hoặc kính thủy tinh. Dây
cảm biến được nối ra ngoài bằng những sợi dây lớn hơn.
* Loại màng mỏng: Người ta phủ một lớp bạch kim mỏng có độ dày khoảng (
107 mm �10 6 mm ) lên một cái đế bằng sứ.
Ưu điểm: Loại này là giá thành thấp, làm cho chúng đáp ứng nhanh và dễ dàng lắp
đặt vào các vỏ.
Nhược điểm: Làm việc không được ổn định so với loại dây nối
 Cách nối dây đo :
 Loại 2 dây :
Đây là loại cấu hình dây đơn giản nhất và độ chính xác cũng thấp nhất. Điện
trở của dây được mắc nối tiếp với phần tử cảm biến làm ảnh hưởng đến độ chính
xác. Dây nối càng dài thì càng ảnh hưởng lớn.

Hình 2.4. RTD cấu hình 2 dây
 Loại 3 dây :

19


Có 3 sợi dây nối từ RTD thay vì 2 dây. L1 và L3 dẫn dòng đo, L2 có vai trò
như dây chiết áp. Lý tưởng thì điện trở của dây L1 và L3 không có. Trở kháng của
R3 thì bằng với trở kháng của phần tử cảm biến Rt.

Hình 2.5. RTD cấu hình 3 dây
 Loại 4 dây :
Loại này khắc phục được lỗi do trở kháng của điểm nối gây ra. Dòng điện đi
từ nguồn dòng đến L1 rồi đến dây L4; dây L2 và L3 đo áp rơi trên RTD. Với nguồn

dòng cố định thì phép đo chính xác hơn nếu đòi hỏi chính xác cao thì ta nên lựa
chọn loại cấu hình này. Thường dùng trong các phòng thí nghiệm. Ít dùng trong
công nghiệp.

Hình 2.6. RTD cấu hình 4 dây
*Ưu điểm :
- Đo nhiệt độ cao rất tin cậy
- Đảm bảo độ chính xác cao đến 0,0010C và sai số đo không quá 0,5 đến 1%.
- Có cấu tạo đơn giản,dễ chế tạo,có nguyên lý đơn giản .
* Nhược điểm :
- Thứ nhất nó là khâu phi chu kỳ được mô tả bằng phương trình vi phân bậc
nhất đơn giản:
(TP+1)R(t) = K(t)
20


Trong đó hằng số thời gian T của nó có giá trị từ vài giây đến vài trăm giây. K
chính là độ nhạy S.
-Thứ hai rất cơ bản đó là kích thước của nhiệt điện trở kim loại lớn nên hạn
chế việc sử dụng nó để đo nhiệt độ ở nơi hẹp.
-Ngoài ra còn bị tỏa nhiệt khi có dòng điện lớn đi qua nên dễ bị làm thay đổi
đặc tính điều khiển hoặc trôi điểm công tác.
* Ứng dụng :
- Nhiệt điện trở được sử dụng phổ biến trong các mạch để đo nhiệt độ như :
Đo nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ nhiên liệu các két, nhiệt độ khí xả…Nó thường
được mắc trong các mạch đo dưới dạng cầu đo.
2.2.2. Cảm biến áp suất
 Cảm biến áp suất dựa trên phép đo biến dạng
Nguyên lý chung của cảm biến áp suất loại này là dựa trên cơ sở sự biến dạng
đàn hồi của phần tử nhạy cảm với tác dụng của áp suất. Các phần tử biến dạng

thường dùng là ống trụ, xi phông và màng mỏng.
 Phần tử biến dạng
 Ống trụ
Sơ đồ cấu tạo của phần tử biến dạng hình ống trụ. Ống có dạng hình trụ, thành
mỏng, một đầu được bịt kín và được làm bằng kim loại.

Hình 2.7. Phần tử biến dạng kiểu ống hình trụ
a) Sơ đồ cấu tạo b) Vị trí gắn cảm biến
Đối với ống dài (L>>r), khi có áp suất chất lưu tác động lên thành ống làm cho ống
biến dạng, biến dạng ngang ( 1 ) và biến dạng dọc (  2 ) của ống được xác định bởi
biểu thức:

21


v pr
1  (1  )
 k1 p
2 Y e
1
pr
 2  (  v)
 k2 p
2
Ye

Trong đó:
p - áp suất.
Y - mô đun Young.
ν - hệ số poisson

r - bán kính trong của ống.
e - chiều dày thành ống.
Để chuyển tín hiệu cơ (biến dạng) thành tín hiệu điện người ta dùng bộ chuyển đổi
điện (thí dụ cảm biến lực).
 Xiphông
Cấu tạo của xiphông :

Hình 2.8. Sơ đồ cấu tạo ống xiphông
Ống xiphông là một ống hình trụ xếp nếp có khả năng biến dạng đáng kể dưới tác
dụng của áp suất. Trong giới hạn tuyến tính, tỉ số giữa lực tác dụng và biến dạng
của xiphông là không đổi và được gọi là độ cứng của xiphông. Để tăng độ cứng
người ta thường đặt thêm vào trong ống một lò xo. Vật liệu chế tạo là đồng, thép
cacbon, thép hợp kim ...
Đường kính xiphông từ (8 �100)mm , chiều dày thành (0,1 �0,3) mm .
Độ dịch chuyển (d) của đáy dưới tác dụng của lực chiều trục (N) xác định theo
công thức:
1  v2
n
  N.

Yh0
A0   A1   2 A2  B0 h / Rb2

Trong đó:
22


h0 - chiều dày thành ống xiphông.



3
pR 4
(1  v 2 ) 3
16
Yh

Màng uốn nếp có đặc tính phi tuyến nhỏ hơn màng phẳng nên có thể sử dụng với
độ võng lớn hơn màng phẳng. Độ võng của tâm màng uốn nếp được xác định theo
công thức:
a

 b 3 pR 4


h h3
Yh4

Với a, b là các hệ số phụ thuộc hình dạng và bề dày của màng.
Khi đo áp suất nhỏ người ta thường dùng màng dẻo hình tròn phẳng hoặc uốn nếp,
làm từ vải cao su. Trong một số trường hợp người ta dùng màng dẻo có tâm cứng,
khi đó ở tâm màng được kẹp cứng giữa hai tấm kim loại.

Hình 2.9. Sơ đồ cấu tạo màng dẻo có tâm cứng
Đối với màng dẻo thường, lực di chuyển tạo nên ở tâm màng xác định bởi biểu
thức:
N

 D2
.p

12

Với D là đường kính ổ đỡ màng.
Đối với màng dẻo tâm cứng, lực di chuyển tạo nên ở tâm màng xác định bởi biểu
thức:
N

 ( D 2  Dd  d 2 )
.p
12

Với D là đường kính màng, d là dường kính đĩa cứng
*. Các bộ chuyển đổi điện
Khi sử dụng cảm biến đo áp suất bằng phần tử biến dạng, để chuyển đổi tín hiệu cơ
trung gian thành tín hiệu điện người ta dùng các bộ chuyển đổi. Biến đổi sự dịch
chuyển của phần tử biến dạng thành tín hiệu đo. Các chuyển đổi loại này thường
dùng là: cuộn cảm, biến áp vi sai, điện dung, điện trở...
 Bộ biến đổi đo áp suất kiểu điện cảm
Bộ chuyển đổi gồm tấm sắt từ động gắn trên màng (1) và nam châm điện có
23


lõi sắt (2) và cuộn dây (3).

Hình 2.9. Bộ chuyển đổi kiểu cảm ứng
1 - Tấm sắt từ, 2 - Lõi sắt từ, 3 - Cuộn dây
Dưới tác dụng của áp suất đo, màng (1) dịch chuyển làm thay đổi khe hở từ (d)
giữa tấm sắt từ và lõi từ của nam châm điện, do đó thay đổi độ tự cảm của cuộn
dây. Nếu bỏ qua điện trở cuộn dây, từ thông tản và tổn hao trong lõi từ thì độ tự
cảm của bộ biến đổi xác định bởi công thức sau:

L

W2
ltb / (  Stb)   / ( 0 S 0 )

Trong đó:
W - số vòng dây của cuộn dây
ltb , Stb : chiều dài và diện tích trung bình của lõi từ.
δ, S0 - lần lượt là chiều dài và tiết diện khe hở không khí .
μ, 0 - lần lượt là độ từ thẩm của lõi từ và không khí.
Thông thường ltb /(μ Stb ) << d/( 0 S0 ), do đó có thể tính L theo công thức gần
đúng:
L  W 2 .0

S0


Với δ = kp, ta có phương trình đặc tính tĩnh của cảm biến áp suất dùng bộ biến đổi
cảm ứng:
L  W 2 .0

24

S0
kp


Để đo độ tự cảm L người ta dùng cầu đo xoay chiều hoặc mạch cộng hưởng LC.
 Bộ biến đổi kiểu điện dung
Sơ đồ cảm biến kiểu điện dung :

Hình 2.10. Bộ chuyển đổi kiểu điện dung
1 - Bản cực động, 2&3 - Bản cực tĩnh, 4 - Cách diện, 5 - Dầu silicon
Cấu tạo một bộ biến đổi kiểu điện dung gồm bản cực động là màng kim loại (1), và
bản cực tĩnh (2) gắn với đế bằng cách điện thạch anh (4).
Sự phụ thuộc của điện dung C vào độ dịch chuyển của màng có dạng:
C 

s
  0

Trong đó:
ε - hằng số điện môi của cách điện giữa hai bản cực.
 0 - khoảng cách giữa các điện cực khi áp suất bằng 0.

δ - độ dịch chuyển của màng.
Đây là một bộ biến đổi điện dung kiểu vi sai gồm hai bản cực tĩnh (2) và (3) gắn
với chất điện môi cứng (4), kết hợp với màng (1) nằm giữa hai bản cực để tạo thành
hai tụ điện C12 và C13. Khoảng trống giữa các bản cực và màng điền đầy bởi dầu
silicon (5).
Các áp suất p1 và p2 của hai môi trường đo tác động lên màng, làm màng dịch
chuyển giữa hai bản cực tĩnh và tạo ra tín hiệu im (cung cấp bởi nguồn nuôi) tỉ lệ
với áp suất giữa hai môi trường:
im  K1

C1  C2
 K ( p1  p2 )
C1  C2

Để biến đổi biến thiên điện dung C thành tín hiệu đo lường, thường dùng mạch cầu

xoay chiều hoặc mạch vòng cộng hưởng LC.
25