NCKH THO 10 6 16 ok

Khái niợ̀m chung: + Trong các hệ thống đo lờng và điều khiển, mọi quátrình đều đợc đặc trng bởi các biến trạng thái.. thái này thờng là các đại lợng không điện nh ánh sáng, nhiệt độ,á

Trang 1

Phần 1 LÝ DO CHỌN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

1 Lý do chọn đề tài

Trong công cuộc đổi mới đất nước, song song với quá trình công nghiệphóa - hiện đại hóa thì việc xây dựng cơ sở hạ tầng cũng được phát triển mạnhmẽ Quá trình nâng cấp, xây dựng các hệ thống điều khiển chiếu sáng ở các khu

đô thị, nhà máy công sở…cũng phát triển theo, yêu cầu của hệ thống điều khiểnchiếu sáng cũng ngày càng cao theo chiều hướng tự động để đáp ứng được nhucầu của người sử dụng, phù hợp với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật

Hiện nay, cảm biến là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống tự độngđiều khiển, các hệ thống thông tin đo lường, các hệ thống kiểm tra đo lường,cảnh báo Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuậtđiện tử, tính năng của các bộ cảm biến ngày càng được cải thiện, phạm vị ápdụng của nó ngày càng được mở rộng Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loạicảm biến ánh sáng được ứng dụng vào điều khiển hệ thống chiếu sáng theocường độ ánh áng như: LUNA, MG403G, LS6B, LS6T, ELIPUS VS-14WM,

MSD…

Cảm biến ánh sáng dòng LUNA đang được dùng điều khiển ánh sáng

đèn đường, nhà xưởng, sân vườn Áp dụng cho giải pháp tiết kiệm điện chonhà máy, khi ngoài trời đủ ánh sáng thì sẽ tự động tắt bớt đèn cao áp, điều khiển

ánh sáng đèn văn phòng… Với những ưu điểm vượt trội so với các dòng cảm

biến ánh sáng khác về độ tin cậy, dải điều chỉnh… Chính vì lẽ đó tôi lựa chọn dòng cảm biến ánh sáng LUA và trong dòng cảm biến này tôi lựa sản phẩm LUNA- 126 STAR để thực hiện điều khiển đèn chếu sáng đường khu

Trang 2

Trong chương trình khung Điện công nghiệp hệ đào tạo cao đẳng nghề có

mô đun Kỹ thuật cảm biến Khi học sinh viên phải làm các bài thực hành ứngdụng cảm biến vào trong các mạch điều khiển đèn theo cường độ sáng, sựchuyển động, theo cường độ sáng và chuyển động… Với các mạch điều khiểnsử dụng cảm biến quang, cảm biến tiệm cận điện dung, cảm biến tiệm cận điệncảm cảm biến góc quay… còn cảm biến ánh sáng LUNA – 126 STAR là mộttrong các cảm biến mới được nhập về phòng năm 2012 vì vậy người dạy cầnphải thiết kế được mạch điều khiển sử dụng cảm biến này để giảng dạy và phụcvụ cho các ứng dụng của nhà trường

Trên thực tế, việc sử dụng các loại cảm biến ánh sáng, cảm biến hồngngoại (công tắc cảm ứng) mang lại mức độ hiệu quả khác nhau phụ thuộc vàoviệc thiết kế vị trí, lựa chọn thiết bị và cài đặt Nhưng nói chung, khi giá điệnngày một tăng cao thì việc sử dụng các loại cảm biến này luôn là lựa chọn hữuhiệu hướng tới mục đích tiết kiệm cho gia đình, nhà trường, nhà máy doanhnghiệp cũng như cho xã hội Ngoài ra, việc sử dụng công tắc cảm ứng cũng giúptiết kiệm thời gian Vì lẽ đó sẽ là rất cần thiết cho người học tiếp cận, làm quenvới những mạch điều khiển sử dụng các loại cảm biến thông minh này đặc biệtlà dòng cảm biến ánh sáng LUNA nói chung và cảm biến LUNA – 126 STARnói riêng khi còn ngồi trên ghế nhà trường

3 Đóng góp mới về mặt lý luận, về mặt thực tiễn.

SKKN này chính là một bài tập thực hành mang tính tích cực trong giảngdạy các hệ đào tạo trung cấp nghề và cao đẳng nghề Nó góp một phần khôngnhỏ giúp giáo viên giảng dạy mô đun Kỹ thuật cảm biến, Kỹ thuật lắp đặt điệntruyền đạt kiến thức mới, hiện đại kịp thời tới người học Mặt quan trọng khácnó giúp sinh viên tiếp cận, thực hành trên thiết bị mới hiện đại, đồng thời gópphần rèn luyện tốt hơn kỹ năng nghề của của người học

Sau khi học, thực hành đấu lắp mạch điều khiển này người học hoàn toàncó thể ứng dụng các thiết bị cảm biến trong mạch và tương tự để thực hiện điều

Trang 3

khiển các thiết bị chiếu sáng cũng như các thiết bị khác trong sinh hoạt và trongcông nghiệp nhằ góp…

Phần 2 NỘI DUNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

I Cơ sở lý luận và thực trạng của vấn đề

1 Cơ sở lý luận

1.1 Khái niệm cơ bản về chiếu sáng

1.1.1 Tầm quan trọng của chiếu sáng

Chiếu sáng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong đời sống sinh hoạtcũng như trong sản xuất công nghiệp Nếu ánh sáng thiếu sẽ gây hại cho mắt,hại sức khoẻ, làm giảm năng suất lao động, gây hỏng sản phẩm tai nạn laođộng đặc biệt có những công việc không thể tiến hành được nếu thiếu sánhsáng hoặc ánh sáng không thật như bộ phận kiểm tra chất lượng máy, bộ phậnpha chế hoá chất, bộ phận nhuộm mầu

Chiếu sáng hôm nay không chỉ tập trung cho chiếu sáng trong công trìnhphục vụ cho việc học tập, sinh hoạt thêm thuận lợi và văn minh hơn, mà còn chú

ý việc chiếu sáng ngoài công trình làm cho cảnh quan đô thị thêm sinh động,rạng rỡ hơn Chiếu sáng cảnh quan tôn thêm vẻ đẹp của công trình kiến trúc,công trình tượng đài, các danh lam thắng cảnh, chiếu sáng quảng cáo với thẩmmỹ cao để tăng thêm sự nhận biết về sản phẩm Chiếu sáng nhân tạo đã gópphần đẩy mạnh sản xuất, kéo dài thêm thời gian hoạt động của con người, thúcđẩy các hoạt động giáo dục, văn hoá nghệ thuật, giữ gìn an toàn trật tự, vănminh xã hội Để có một công trình chiếu sáng đạt yêu cầu về chất lượng và tínhnghệ thuật như mong muốn thì việc khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển chiếusang đóng vai trò quan trọng và phải đi trước một bước

Trang 4

+ Đại lượng đo quang cơ bản là quang thụng, nó có liờn quan đờ́n thụnglượng bức xạ thụng qua đường cong tương đụ́i có thờ̉ nhọ̃n được của mắtthường.

+ Năng lượng do mụ̣t nguụ̀n sáng phát ra qua mụ̣t diợ̀n tớch trong mụ̣t đơnvị thời gian gọi là thụng lượng của quang năng Đơn vị của quang thụng làlumen (lm)

- Cường đụ̣ ánh sáng: Nờ́u có mụ̣t nguụ̀n sáng s bức xạ theo mọi

phương, trong góc khụ́i d nó truyờ̀n đi mụ̣t quang thụng dF thì đại lượngdF/d gọi là cường đụ̣ ánh sáng của nguụ̀n sáng trong phương đó:



d

dF

I  (Cadela) 1Cd = 1 lm/1st

- Đụ̣ rọi: Ký hiợ̀u là E, đơn vị Lux viờ́t tắt lx Đụ̣ rọi là quang thụng nhọ̃n

được trờn mụ̣t đơn vị diợ̀n tớch vọ̃t thu nhọ̃n ánh sáng

- Đụ̣ trưng: Mụ̣t nguụ̀n sáng có kớch thước giới hạn, trờn đó lṍy mụ̣t diợ̀n

tớch ds, quang thụng bức xạ theo mọi phương của góc đặc 2 gọi là dF thì dụ̣ trưng của nguụ̀n sáng được định nghĩa:

ds

dF

R 

Như vọ̃y đụ̣ trưng là quang thụng bức xạ trờn mụ̣t diợ̀n tớch của nguụ̀n

1.2 Khái quát cơ bảm về các bộ cảm biến

1.2.1 Khái niợ̀m chung:

+ Trong các hệ thống đo lờng và điều khiển, mọi quátrình đều đợc đặc trng bởi các biến trạng thái Các biến trạng

Trang 5

thái này thờng là các đại lợng không điện nh ánh sáng, nhiệt độ,

áp suất, nhiệt độ, tốc độ, độ ẩm

+ Để thực hiện các quá trình đo lờng và điều khiển cầnphải thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của cácbiến trạng thái của quá trình là các cảm biến

+ Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các

đại lợng vật lý và các đại lợng không có tính chất điện cần đothành các đại lợng điện có thể đo và xử lý đợc (nh dòng điện,

điện thế, điện dung, trở kháng )

+ Các đại lợng cần đo (m) thờng không có tính chất điện(nh ánh sáng, nhiệt độ, áp suất ) tác động lên cảm biến cho tamột đặc trng (s) mang tính chất điện (nh điện tích, điện

áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phépxác định giá trị của đại lợng đo Đặc trng (s) là hàm của đại l-

+ Ngời ta gọi (s) là đại lợng đầu ra hoặc là phản ứng củacảm biến, (m) là đại lợng đầu vào hay kích thích (có nguồngốc là đại lợng cần đo) Thông qua đo đặc (s) cho phép nhậnbiết giá trị của (m)

1.2.2 Phạm vi ứng dụng:

Đã từ lâu cảm biến đợc ứng dụng nh những bộ phận đểcảm nhận và phát hiện, nhng chỉ vài chục năm trở lại đâychúng mới thể hiện rõ vai trò quan trọng của nó trong hầu hếtcác lĩnh vực Nhờ sự tiến bộ của khoa học và công nghệ tronglĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử và tin học, các cảm biến đã

đợc giảm thiểu đáng kể về kích thớc, cải thiện tính năng và

Trang 6

trong các hệ thống tự động phức tạp, ngời máy, kiểm tra chất ợng sản phẩm, tiết kiệm năng lợng, chống ô nhiễm môi trờng.Cảm biến cũng đợc ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực sảnxuất công nghiệp, điện dân dụng, y tế, giao thông vận tải,hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm và đặc biệt trong lĩnhvực ô tô

l-1.2.3 Phân loại cảm biến

Ngày nay, trờn thị trường có rṍt nhiờ̀u loại cảm biờ́n với nhiờ̀u hình dạngkớch thước khác nhau và được ứng dụng trong hõ̀u hờ́t các lĩnh vực điờ̀u khiờ̉n tựđụ̣ng Chúng đợc phân loại theo các đặc trng cơ bản sau đây:

* Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kíchthích:

+ Hiện tợng vật lý: Quang điện, quang từ, điện từ,

* Phân loại theo thông số của mô hình mạch thay thế:+ Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc

Trang 7

nguồn dòng.

+ Cảm biến thụ động đợc đặc trng bằng các thông

số R, L, C, M tuyến tính hoặc phi tuyến

2 Các phương pháp điều khiờ̉n đèn đường

2.1 Phương pháp điều khiờ̉n trực tiờ́p

Đõy là phương pháp sử dụng áp tụ mát, cõ̀u dao, cụng tắc điờ̀u khiờ̉n tắtmở các đốn đường Ưu điờ̉m của phương pháp này là mạch điờ̀u đơn giản, vụ́nđõ̀u tư ban đõ̀u thṍp, chi phớ bảo quản ớt Tuy nhiờn nhược điờ̉m là chỉ áp dụngcho hợ̀ thụ́ng đốn đường chiờ́u sáng đơn giản, khụng tiờ́t kiợ̀m điợ̀n năng, mṍt chiphớ cho cho người điờ̀u khiờ̉n, khụng điờ̀u khiờ̉n được tự đụ̣ng các đốn theocường đụ̣ ánh sáng do đó khụng thờ̉ hiợ̀n được vẻ đẹp, văn minh hiợ̀n đại của đụthị mới

2.2 Phương pháp điều khiờ̉n theo thời gian

Phương pháp này sử dụng các rơle thời gian kờ́t hợp với cụng tắc tơ, cụngtắc, áp tụ mát điờ̀u khiờ̉n chờ́ đụ̣ ON – OFF đốn đường theo mụ̣t khoảng thờigian cài đặt trước

Ưu điờ̉m: tắt mở đốn đường tự đụ̣ng theo thời gian cài đặt trước, tiờ́t kiợ̀mđực điợ̀n năng và thời gian cho người sử dụng…

Nhược điờ̉m: khụng thực hiợ̀n điờ̀u khiờ̉n tự đụ̣ng đốn đường theo cườngđụ̣ sáng, do đó phải cài đặt lại thời gian điờ̀u khiờ̉n đốn khi chuyờ̉n mùa, cài đặtphức tạp, vụ́n đõ̀u tư ban đõ̀u lớn

Hiợ̀n nay trờn thị trường có rṍt nhiờ̀u loại rơle thời gian thụng minh như:CHINT KG316T, CHINT JSZ3A, LE7M – 2, ABB 1SVR500100R0000…trongmụ̣t ngày có thờ̉ cài đặt chờ́ đụ̣ ON – OFF nhiờ̀u lõ̀n, cài đặt theo tuõ̀n, theotháng, và có chức năng tự đụ̣ng reset lại chờ́ đụ̣ cài đặt Các rơle này được ứngdụng điờ̀u khiờ̉n đốn đường, quạt, bơm nước…theo thời gian cài đặt mongmuụ́n

Trang 8

tắc tơ, công tắc để thực hiện điều khiển đèn đường tự động theo cường độ ánhsáng.

Ưu điểm: Điều khiển khiển được các đèn đường theo cường độ ánh sáng,có thể điều khiển theo cường độ sáng và theo khoảng thời gian cài đặt trước, tiếtkiệm được điện năng và thời gian cho người sử dụng… Phối hợp với rơle thờigian điều khiển hệ thống đèn đường theo nhóm làm nâng cao tuổi thọ của đèn,thể hiện được văn minh đô thị, góp phần năng cao cảnh quan, hiện đại hóa đôthị…

Nhược điểm: Chi vốn đầu tư ban đầu cao

2.4 Phương pháp điều khiển theo PLC, Logo

Phương pháp này sử dụng plc, logo kết hợp với điện trở quang hay cảmbiến ánh sáng, áp tô mát, công tắc tơ, công tắc để thực hiện điều khiển đènđường tự động theo cường độ ánh sáng

Ưu điểm: Điều khiển khiển được các đèn đường theo cường độ ánh sáng,có thể điều khiển theo cường độ sáng và theo khoảng thời gian cài đặt trước, tiếtkiệm được điện năng và thời gian cho người sử dụng… Phối hợp với các rơlethời gian điều khiển hệ thống đèn đường theo nhóm làm nâng cao tuổi thọ củađèn, thể hiện được văn minh đô thị, góp phần năng cao cảnh quan, hiện đại hóa

đô thị…

Nhược điểm: Chi vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với phương pháp điềukhiển theo cường đồ ánh sáng do phải dùng cả cảm biến ánh sáng, mạch phứctạp, cài đặt phức tạp, chi phí bảo quản, bảo dưỡng…

3 Thực trạng của vấn đề

Trong chương trình đào tạo hệ cao đẳng nghề tại trường Cao đẳng nghềNam Định mô đun Kỹ thuật cảm biến đã được đưa vào giảng dạy ngay từ khóađầu tiên Hiện nay, phòng thực tập kỹ thuật cảm biến của trường đã và đangđược trang bị ngày càng nhiều các mô đun thực hành cảm biến mới hiện đại.Các em sinh viên được tiếp cận và thực hành ngay trên các thiết bị mới này Vìvậy giúp các em khi ra trường có đủ kiến thức, kỹ năng cần thiết đáp ứng yêucầu của công việc, bắt kịp được với sự phát triển của khoa học kỹ thuật Trong

Trang 9

số các bài tập thực hành thuộc mô đun này các em đã được thực hành nhiềumạch điều khiển sử dụng các cảm biến quang, cảm biến tiệm cận điện dung, cảmbiến tiệm cận điện cảm… còn cảm biến ánh sáng LUNA – 126 STAR là mộttrong các cảm biến mới được nhập về vì vậy người dạy cần thiết kế được mạchđiều khiển sử dụng cảm biến này để giảng dạy và phục vụ cho các ứng dụng củanhà trường Và trong năm học này Khoa Điện – Điện tử đã được Ban giám hiệugiao lắp đặt hệ thống điều khiển đèn đường khu B tự động theo cường độ ánhsáng dùng cảm biến ánh sáng Vì vậy thiết mạch điều khiển đèn đường dùngcảm biến ánh sáng Luna 126 star là rất cần thiết

II Các biện pháp giải quyết vấn đề:

1 Giới thiệu về dòng cảm biến ánh sáng LUNA

Nguyên lý hoạt động: Khi cường ánh sáng chiếu vào điện trở quang củacảm biến thấp hơn mức đã đặt thì sẽ tác động đóng rơle đưa tín hiệu đầu cảmbiến Ứng dụng để bật tắt đèn đường, đèn công viên, đèn sân vườn, đèn quảngcáo và nhiều ứng dụng thú vị khác tuỳ theo sự sáng tạo của bạn Áp dụng chogiải pháp tiết kiệm điện cho nhà máy, khi ngoài trời đủ ánh sáng thì sẽ tự độngtắt bớt đèn cao áp Điều khiển ánh sáng đèn văn phòng…

Dòng cảm biến ánh sáng LUNA có nhiều loại khác nhau như: LUNA

109, LUNA 110m, LUNA 126 STAR, LUNA 127 STAR, LUNA 129 STARITIME…

Luna 108 Luna 109 Luna 111 Luna 121 Luna 122 Luna 134

Trang 10

Luna 126 star Luna 127 star Luna 128 star Luna 129 star -time

- Dưới đây tôi gới thiệu một số loại cảm biến ánh sáng được dùng phổ biếnhiện nay:

1.1 LUNA 126 star

Cảm biến ánh sáng LUNA 126 star là một trong số các loại cảm biến ánh

sáng được dùng rất phổ biến hện nay Cảm biến này được dụng để bật tắt đènđường, đèn chiếu sáng, bảo vệ công sơ, đèn công viên, đèn sân vườn, đèn quảngcáo Do đặc thù làm việc của các hệ thống đèn chiếu sáng này chỉ thực hiệnnhiệm vụ chiếu sáng thường xuyên trong đêm nên sử dụng LUNA 126 star Làhoàn toàn phụ hợp Mặt khác, việc sử dụng cảm biến này còn áp dụng cho giảipháp tiết kiệm điện cho nhà máy, khi ngoài trời đủ ánh sáng thì sẽ tự động tắtbớt đèn cao áp Điều khiển ánh sáng đèn văn phòng…

- Hình dạng, kích thước:

- Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp nguồn: 220-230VAC, tần số 50-60Hz+ Công suất tiêu thụ: 0,6W

+ Dải điều chỉnh cường độ ánh sáng 5 -200 lux+ Thời gian trễ mở cố định: 40s

Trang 11

+ Thời gian trễ tắt cố định: 40s+ Cổng ra: NO contcact

+ Dòng cho phép: 16A - tải thuần trở, 10A - đèn huỳnh quang+ Công suất: 2300W đối đèn nóng sáng, đèn halogen

+ Kiểu lắp đặt: tường hoặc côngxon + Môi trường hoạt động: -30°C…+50°

- Sơ đồ nối dây:

Trước khi đấu dây cần phải tháo lắp bảo vệ như hình vẽ sau:

Thực hiện đấu dây theo sơ đồ sau:

Trang 12

1.2 LUNA 109:

- Hình dạng:

Trang 13

- Thông số kỹ thuật:

+ Dải điều chỉnh cường độ ánh sáng 2 -2000lux+ Thời gian trễ mở cố định: 60s

+ Thời gian trễ tắt cố định: 60s+ Dòng cho phép: 16A - tải thuần trở, 10A - đèn huỳnh quang+ Công suất: 3600W đối đèn nóng sáng, đèn halogen

+ Phím chức năng: 01 phím Test, 01 phím điều chỉnh cường độ sáng+ Kiểu lắp đặt thanh ray

+ Môi trường hoạt động : -30°C…+50°

+ Đầu cảm biến lắp rời, chống nước IP55 + Khoảng cách từ đầu cảm ứng đến bộ điều khiển tối đa 100m

Trang 14

1.3 LUNA 110

- Hình dạng:

Thông số kỹ thuật:

+ Dải điều chỉnh cường độ ánh sáng 2 -5000lux+ Thời gian trễ mở: 0 – 20 phút

+ Thời gian trễ tắt: 0 – 20 phút+ Dòng cho phép: 16A - tải thuần trở, 16A - đèn huỳnh quang+ Công suất: 3600W đối đèn nóng sáng, đèn halogen

+ Cấp điều chỉnh Lux: 5 cấp+ Phím chức năng: phím cài đặt thời gian, phím cài đạt cường độ sáng và một phím cài đặt cấp điều chỉnh cường độ sáng

+ Kiểu lắp đặt thanh ray+ Môi trường hoạt động: -30°C…+50°

+ Đầu cảm biến lắp rời, chống nước IP55

Trang 15

+ Khoảng cách từ đầu cảm ứng đến bộ điều khiển tối đa 100m

2 Mạch điều khiển đèn đường dùng cảm biến ánh sáng Luna 126 star

2.1 Mạch điều khiển dòng tải thuần trở dưới 16A

2.1.1 Sơ đồ mạch điều khiển

Trang 16

LUNA 126 star

OUT

A N

+ 01 cảm biến Luna 126 star+ 06 công tắc (10A – 220V - Sino), trong đó 05 công tắc dùng điềukhiển 05 đèn khi cần thiết tắt bớt đèn, một công tắc (CT-M) dùng khi cảmbiến sự cố

+ 05 đèn sợi đốt (25W – 220V)

2.1.2 Nguyên lý hoạt động:

- Mạch được cấp nguồn cảm biến ánh sáng có điện Nếu cường độ ánhsáng thấp hơn giá trị cài đặt cường độ sáng trên cảm biến thì nó sẽ tác động đưatín hiệu đầu ra lên mức ON sau 40s, các bóng đèn Đ1 – Đ5 sáng Khi không cầnthiết có thể tắt bớt các đèn thông qua các công tắc CT1 – CT5 Tronng trường

Trang 17

hợp cảm biến bị sự cố thì có thể bật công tắc CT-M cấp nguồn cho các đèn Nếucường độ ánh sáng cao hơn giá trị cài đặt cường sáng trên cảm biến thì tín hiệuđầu ra cảm biến chuyển về trạng thái OFF, các đèn chiếu sáng tắt

- Bảo vệ: Cầu chì CC dùng bảo vệ ngắn mạch cho toàn mạch

- Cài đặt cường độ sáng: cài đặt giá trị cường độ sáng như hình vẽ:

2.2 Mạch điều khiển dòng tải trên 16A

2.2.1 Sơ đồ mạch điều khiển

Định dạng
Số trang	34
Dung lượng	1,75 MB
File đính kèm	NCKH SANG KIEN 2014 ok.rar (2 MB)