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

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 cậ

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 26

3.1 Các thuật toán điều khiển 26

3.1.1 Thuật toán khởi động D – G: 27

3.2.3 Thuật toán báo động và bảo vệ hệ thống D – G 29

3.2 Ngyên lý hoạt động 30

3.2.1 Các phần tử trên bảng diều khiển 30

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 32

3.3 Các bảo vệ và báo động hệ thống điều khiển từ xa D – G hãng Kyosan 38

3.3.1 Bảo vệ khi quá tốc 38

3.3.2 Bảo vệ khi áp suất dầu bôi trơn L.O thấp 39

3.3.3 Bảo vệ khi nhiệt độ nước làm mát cao 40

KẾT LUẬN 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 44

ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN 45

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

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:

- 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 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

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

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



 Máy chuẩn bị khởi động phải không có sự cố

- Giai đoạn khởi động diezel

 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 = n0; (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<n0) thì có tín hiệu ngắt gió khởi 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)

+ Nhiệt độ nước làm mát quá cao (t0 t0cp)

+ 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



- Hệ thống có thể khởi động lại khi lần khởi động trước không thành công

 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

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

1.5 Chức năng của hệ thống điều khiển từ xa Diesel

- Tự động hâm nóng động cơ

- Tự động kiểm tra báo động bảo vệ

1.5.1 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 ≤ t0

min 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

- Khi t0min < t0 < t0max, thì ta có t0min = 0, hm(t-1) =1; t0max =1 suy ra hm(t) =

0+1.1 =1; Ta có lệnh hâm tiếp

- Khi t0max = t0 thì ta có t0min = 0, hm(t-1) =1, t0max = 0, suy ra hm(t) = 0+1.0 =0;

Ta có lệnh ngừng hâm

- Khi t0máy < t0max : hm(t) = 0+0.1 =0; Ta có lệnh ngừng hâm

- t0 = t0min 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

Tên các thông số cần kiểm tra:

P dầu bôi trơn xi

Báo động +bảo

vệ

Todầu bôi trơn xi

lanh Cửa ra của bơm

Min,

Mức dầu bôi trơn xi

P dầu bôi trơn tua

Todầu bôi trơn tua

Mức dầu bôi trơn

Cửa vào vòi

Tonước làm mát vòi

Mức nước trong két

Tonhiên liệu Kết tiêu hao Max Báo động

Độ nhớt nhiên liệu Trước bơm

Tokhí nén Sau máy nén khí Min,max Báo động

P gió khởi động Trước van khởi

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DIESEL LAI

MÁY PHÁT HÃNG KYOSAN

2.1 Cấu trúc của sơ đồ điều khiển

LÖnh

§iÒu KhiÓn

ThiÕt BÞ NhËn TÝn HiÖu Vµo

HÖ Thèng

Xö Lý Trung T©m

ThiÕt BÞ

B¸o §éng TÝn HiÖu B¶o VÖ TÝn HiÖu C¸c Th«ng Sè §T

Hình 2.1 Cấu trúc của sơ đồ điều khiển Cấu trúc bao gồm các khối cơ bản sau:

- Lệnh điều khiển: Khối hệ thống xử lý trung tâm: Đây chính là bộ não của

toàn bộ hệ thống điều khiển từ xa Diesel, tất cả các lệnh điều khiển đều được

xử lý tại đây

- Khối thiết bị nhận tín hiệu vào: Đây là khối có nhiệm vụ cảm nhận thông tin

của đối tượng điều khiển để biến đổi thành đại lượng phù hợp với các khối tiếp sau

- Khối thiết bị thực hiện: Chức năng chủ yếu của khối này là thực hiện các

lệnh điều khiển như: khởi động và dừng động cơ

- Đối tượng điều khiển: Chính là động cơ Diesel mà chúng ta cần điều khiển

- Nhóm tín hiệu đo báo động và bảo vệ: Nhóm này nhiệm vụ thông báo trạng

thái kĩ thuật và trạng thái làm việc hiện tại của đối tượng đến hệ thống xử lý trung tâm thông qua khối thiết bị nhận tín hiệu vào Trong các trường hợp có thông số hoặc trạng thái làm việc không bình thường nhóm này sẽ phát tín hiệu báo động bằng chuông và đèn, trong trường hợp cần thiết sẽ phát tín hiệu bảo vệ đối với đối tượng

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 (3000

C), ống thạch anh (10000

C) hoặc ống sử dụng (14000

C)

Nguyên lý:

- Dựa trên sự thay đổi nhiệt độ cho ra sức điện động thay đổi (mV)

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 :

 : Chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối

Do đó nhiệt độ cần đo được tính theo công thức :

có thể đạt được sai số dưới 10

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 00

C; dụng cụ thực sử dụng phương pháp điện tử bù trừ nguồn lạnh để có thể điều chỉnh nhiệt độ khác nhau tại 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 :

T Tên cặp nhiệt điện

Giới hạn nhiệt độ trên 0

Đo ngắn hạn

1 Platin – Platin Rô đi

2

Crommel (90% Pt + 10% Cr) – Alumel (95% Ni + 5% Al)

+ 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

- Dải đo : - 0

100 C 1400 C0

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 - 2000C đến 8500C

t ) Với : R0 : điện trở ở 00C

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 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 mm 10 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 :

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

-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

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:

   

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:

2

1

3

16

pR v Yh

Màng uốn nếp có đặc tính phi tuyến nhỏ hơn màng phẳng nên có thể sử dụng với