Tìm hiểu về các thiết bị đóng cắt và một số hệ thống điều khiển trong công nghiệp

Tìm hiểu về CB, MCCB, CONTACTOR, biến tần, Timer counter, relay nhiệt, relay bảo vệ, các loại cảm biến trong công nghiệp cảm biến PT1000 cảm biến mức nước cảm biến nhiệt độ, hệ thống DSC, hệ thống Scada, bài tập điều khiển động cơ chạy luân phiên

Mục lục Trang

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG

NGHIỆP 7

1.1 Nút nhấn 8

1.2 Thiết bị đóng cắt 8

1.2.1 MCB 9

1.2.2 MCCB 11

1.2.3 CONTACTOR 12

1.3 Relay 14

1.3.1 Relay nhiệt 14

1.3.2 Relay quá áp 16

1.4 Biến tần 18

1.5 Thiết bị tự động 23

1.5.1 Timer 23

1.6 Cảm biến 26

1.6.1 Cảm biến nhiệt độ 25

1.6.2 Cảm biến tiệm cận 32

1.6.3 Cảm biến siêu âm – cảm biến mức 35

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÁC CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP 39

2.1 Điều khiển tập trung 39

2.1.1 Cấu trúc điều khiển 33

2.1.2 Điều khiển tập trung 40

2.1.3 Điều khiển tập trung vào/ra phân tán 43

2.2 Điều khiển phân tán DCS 44

2.2.1 Hệ thống điều khiển phân tán DCS 44

2.2.2 Chức năng của hệ thống DCS 45

2.2.3 Phân loại hệ thống dcs 47

2.2.4 Cấu trúc hệ thống DCS 47

2.2.5 Ưu điểm hệ thống DCS hiện nay 49

2.3 Định nghĩa SCADA 50

2.3.1 Kiến trúc SCADA cơ bản 51

2.3.2 Phân loại hệ thống SCADA 51

2.3.3 Cấp giám sát, quản lý 52

2.3.4 Hướng dẫn thiết kế giao diện scada đơn giản bằng phần mềm TIA PORTAL V16 của Simen 53

2.4 Mạng phân cấp điều khiển (ERP) 60

2.4.1 Các hình thức triển khai ERP 62

2.4.2 Các tính năng cốt lõi của hệ thống ERP 63

CHƯƠNG III: TÌM HIỂU MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG THỰC TẾ 66

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM LUÂN PHIÊN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC VÀ BIẾN TẦN 66

3.1 Nguyên lý hoạt động của bơm 66

3.2 Các ký hiệu trên mặt điều khiển 68

3.3 Sơ đồ mạch động lực 69

3.4 Sơ đồ kết nối 70

3.5 Chương trình điều khiển PLC 71

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN TRONG

CÔNG NGHIỆP

1 Khái niệm: Điện công nghiệp là ngành đóng vai trò quan trọng trong cuộc

sống hiện nay từ kinh doanh, sản xuất, sinh hoạt hằng ngày của người dân Nó có vaitrò đảm bảo truyền tải hệ thống điện một cách ổn định, an toàn để phục vụ cho hoạtđộng sản xuất công nông nghiệp, thương mại, dịch vụ, dân sinh

 Thiết bị điều khiển là gì?

Là thiết bị dùng để đóng ngắt, điều khiển các hoạt động của các thiết bị điệnkhác hoặc điều khiển mạng điện… Nhờ những công dụng hữu ích của các thiết bịđiều khiển nên nó đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ thống điện trong côngnghiệp

Chức năng thiết bị điều khiển trong điện công nghiệp:

 Thay đổi tần số cuộn dây

 Điều khiển động cơ

 Chống sụt áp của hệ thống điện

 Chống hao mòn máy móc

 Chống quá dòng đột ngột của thiết bị

 Điều khiển monen xoắn

 Đóng, ngắt ứng dụng

 Ứng dụng của thiết bị điều khiển điện công nghiệp

Được ứng dụng vào tạo ra cuộn dây với tần số khác có thể điều chỉnh được.Điều khiển mạng điện, động cơ một cách đơn giản và nhanh chóng Ứng dụng vàoviệc chống quá dòng đột ngột của thiết bị Tạo ra một hệ thống điện thông minh điềukhiển dễ dàng, dễ kiểm soát, làm việc an toàn, hiệu quả một cách tự động

 Phân loại thiết bị điều khiển điện công nghiệp

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại thiết bị điều khiển nhằm phục vụnhu cầu sản xuất, thương mại dịch vụ, dân sinh Bao gồm các thiết bị được sử dụngnhiều trong ngành điện công nghiệp như: Biến tần, khởi động từ, bộ điều khiển, cảmbiến

1.1 Nút nhấn

Nút nhấn công nghiệp được biết đến là một phụ kiện được dùng để thực hiệnvai trò đóng ngắt điện từ xa cho thiết bị sử dụng điện Thiết bị này thường được lắpđặt trên bảng điều khiển, tủ điện hay trên hộp nút nhấn ở môi trường điện côngnghiệp

Được sử dụng trong trường hợp hệ thống xảy ra sự cố, đóng cắt toàn bộ mạchđiện Nút nhấn có 2 loại chính: nút nhấn thường đóng (NC), nút nhất thườngmở(NO)

 Các loại nút nhấn ứng dụng trong môi trường công nghiệp sẽ được thiết

kế với hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường hở, đóng và phần vỏ bảo vệthiết bị

 Kích thước của nút nhấn nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản và rất dễ sử dụng

 Sản phẩm có nhiều màu sắc để lựa chọn như: vàng, đen, xanh lá, xanhdương…

1.2 Thiết bị đóng cắt

1.2.1 MCB (Miniature Circuit Breaker): Công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt

áp mạch điện Chức năng chính của MCB là tự động chuyển mạch, MCB có thể thaotác thủ công bật và tắt tương tự như công tắc thông thường khi cần thiết

MCB: dòng điện không vượt quá 100A, điện áp dưới 1.000V

Nguyên tắc chọn MCB cho thích hợp: IB<In<Iz

 IB là dòng điện làm việc lớn nhất của các thiết bị điện cần bảo vệ

 In là dòng điện định mức của MCB

 Iz là dòng giới hạn cho phép của dây dẫn

Khi lắp MCB cần chú ý cách đấu dây nguồn với ký hiệu L, N được ghi trênMCB Xác định dây nóng của lưới điện đấu vào dây L của MCB và dây N đấu vàodây N của MCB Nếu sai thì MCB có thể bị hư

Từ lưới điện ta đấu nguồn vào MCB tổng sau đó đầu ra L của MCB tổng đấuvào đầu vào L của MCB, đầu ra dây N của MCB tổng đấu vào N của MCB rồi đầu ra

L của MCB đấu vào công tắt và ổ cắm, đầu ra công tắt đấu vào bóng đèn, dây N bóngđèn đấu vào dây N của ổ cắm và đấu lên dây N ra của MCB Đấu dây ra L, N củaMCB vào máy lạnh

Ta nên đấu mỗi MCB cho từng khu vực trong nhà để tiện cho việc sửa chữa

mà không gây ảnh hưởng đến khu vực khác Ví dụ: Từ MCB tổng ta có thể chia ra 1MCB để đóng cắt nhà bếp, 1 MCB để đóng cắt phòng ngủ…

1.2.2 MCCB (Molded Case Circuit Breaker):

Công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp mạch điện Là một dạng aptomat

CB kiểu khối Chúng có công suất lớn, thường dùng trong ngành công nghiệp, trêncác mạch động lực

MCCB dòng điện có thể lên tới 1.000A, điện áp dưới 1.000V

Nguyên lý hoạt động:

MCCB hoạt động dựa trên chế độ ngắt dòng điện bảo vệ các thiết bị và hệthống điện khi gặp sự cố

Với sự cố ngắn mạch: khi này dòng điện đi qua MCCB tăng lên đột ngột gấp

100 lần so với dòng điện ở mức bình thường trong khoảng 3ms, khi đó tại cuộn dâyxuất hiện một từ trường mạnh, kéo đè lõi sắt nằm bên trong cuộn dây xuống, khi đólõi sắt tì đè lên hệ thống lò xo đòn bẩy, làm cho tiếp điểm động bật ra khỏi tiếp điểmtĩnh

Với sự cố quá tải: thì dòng điện chỉ tăng từ 2 đến 5 lần trong vòng vài giây, thìkhi đó thanh hợp kim bao gồm hai thanh kim loại nóng lên và dãn nở cong về mộthướng, kéo tiếp điểm động tách ra khỏi tiếp điểm cố định, làm cho dòng điện bị ngắtđi

1.2.3 CONTACTOR:

Gọi khác đó là khởi động từ dùng để đóng cắt, điều khiển động cơ, máy sảnxuất trong công nghiệp và điện dân dụng Thường được dùng làm chuyển mạch,

Nam châm điện để ngắt dòng điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch

Tiếp điểm động

Hệ thống

lò xo đòn bẩy

Công tắc kích hoạt

đóng mở cầu giao Một công tắc được cấu tạo từ 2 điểm, công tắc có 2 loại công tắcđơn và công tắc đa.

Một số ưu điểm của Contactor:

 Thời gian đóng cắt nhanh

 Điều khiển đóng cắt từ xa có vỏ ngăn hồ quang phóng ra bên ngoài nên an toàntuyệt đối cho người thao tác với hệ thống điện

 Độ bền bỉ cao, tuổi thọ tốt

 Hoạt động với công suất ổn định

 An toàn với người sử dụng khi có khả năng cách điện cao

 Có thể điều chỉnh thiết bị dễ dàng

Nguyên lý hoạt động:

Bên trong contactor có hai mạch điện, một là mạch điều khiển, mạch còn lại làmạch động lực Mạch điều khiển được nối với cuộn cảm của nam châm điện Mạchđộng lực được nối với tiếp điểm tĩnh của contactor

Nam châm điện trong contactor có cấu tạo giống như nam châm điện gồm cuộndây quấn quanh lõi sắt non như đã khảo sát ở trên Khi có điện cấp vào cuộn dâythông qua mạch điều khiển, từ trường tạo ra sẽ từ hoá nam châm điện Từ trường này

sẽ hút lõi thép vào nam châm, làm tiếp điểm trong contactor đóng lại và khép kínmạch động lực Khi ngắt mạch điều khiển, từ trường ở nam châm điện biến mất, vàtiếp điểm trở về trạng thái cũ nhờ tác động của lò xo

 Sơ đồ đấu dây contactor điều khiển on/off máy bơm.

Nối 3 dây L1, L2, L3 vào CB thứ tự từ trái sang phải đầu ra của CB ta nối L1,L2, L3 vào 3 tiếp điểm động lực của contactor và ta cũng lấy L1 từ đầu ra của CB nốivào nút nhấn Stop (màu đỏ), đầu còn lại của nút nhấn Stop nối vào nút nhấn Start(màu xanh)

Sau đó nối lên tiếp điểm thường hở của contactor, đầu còn lại của nút nhấnStart nối lên tiếp điểm thường hở còn lại của contactor và nguồn của contactor Nối 3

dây động lực L1, L2, L3 từ đầu ra contactor xuống 3 dây của động cơ Khi đóng CBdòng điện đi từ lưới điện qua CB đến tiếp điểm động lực của contactor và nút nhấnStop.

Sau đó nút Start được nhấn dòng điện L1 được nối đến tiếp điểm thường hởcủa contactor và nguồn của contactor Khi có đủ L, N thì contactor hoạt động lập tứcnam châm điện hút 3 dây động lực đươc nối và tiếp điểm thường hở của contactor sẽtrỏ thành thường đóng để duy trì tín hiệu khi ta nhả nút Start Khi có sự cố thìcontactor sẽ tự động ngắt động cơ

1.3 Relay

Là một loại thiết bị điện từ, nó dựa trên hoạt động của cuộn dây điện từ tácđộng lên các bộ phận truyền động để phát hiện các điều kiện hoạt động bất thườngnhư quá dòng, quá áp, dòng công suất ngược, tần số quá cao hoặc thấp

3.1 Relay nhiệt: Đây là một thiết bị điện quan trọng dùng để bảo vệ động cơ và

mạch điện không bị quá tải, giúp tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệtcủa các thanh kim loại

Cấu tạo của 1 relay bao gồm các bộ phận: Đòn bẩy, tiếp điểm thường đóng(NC), tiếp điểm thường mở (NO), vít chỉnh dòng điện tác động, thanh lưỡng kim, dâyđốt nóng, cần gạt và nút phục hồi (Reset) Trong công nghiệp, relay nhiệt thườngđược lắp đặt chung với khởi động từ (Contactor)

Có các chức năng: Có thể cài đặt mức dòng điện quá tải, nó nút test và nútreset Sử dụng vít để điều chỉnh các nút cho thích hợp với mạch.

+Nếu điều chỉnh mức H thì khi quá tải thì relay tự động ngắt chờ người vận hành đếnxem xét

+Nếu điều chỉnh mức A có nghĩa là auto khi quá tải sinh ra nhiệt làm ngắt relay thiết

bị ngưng hoạt động, sau đó khi nhiệt hạ xuống thì tự động đóng relay cho thiết bịhoạt động tiếp

 Sơ đồ nối dây: Khởi động từ điều khiển on/off động cơ

Nối ba dây lửa R, S, T vào CB Đầu ra của CB ta nối vào ba tiếp điểm độnglực của Contactor sau đó kết nối thêm relay nhiệt Đầu ra của relay nhiệt để kết nốivới động cơ Ta lấy dây nguội (N) nối vào tiếp điểm thường đóng của relay nhiệt, vàđiểm còn lại của tiếp điểm thường đóng ta nối lên làm nguồn cho Contactor

Ta lấy dây R nối qua nút nhấn thường đóng màu đỏ (Stop), đầu kia của nútnhấn (Stop) ta nối qua nút nhấn thường hở màu xanh (Start) và nối vào tiếp điểmthường hở của Contactor Đầu còn lại của nút nhấn nối vào tiếp điểm thường hở củaContactor và nối vào làm nguồn cho Contactor

Khi bật CB và nhấn nút (Start) điện đi qua CB qua nút nhấn tới Contactor, saukhi có điện Contactor hoạt động lập tức nam châm điện hút làm đóng ba tiếp điểmđông lực để chạy động cơ Khi có sự cố quá tải thì tiếp điểm thường đóng của relaynhiệt sẽ hở ra và mất điện Contactor và dừng động cơ

1.3.2 Relay bảo vệ quá áp(OV): Relay bảo vệ điện áp (UV/OV), bảo vệ quá

áp, thấp áp, ngược pha và mất pha Có thể sử dụng các nút chỉnh để cài đặt mức quá

áp và thấp áp điều chỉnh thời gian delay

Ta có thể sử dụng vít để xoay tinh chỉnh vòng trên bên trên để điều chỉnh mứcquá áp (OV) Trên relay bảo vệ có các mức từ 2.5% đến 25% Dòng relay bảo vệ củaSelec lấy dòng điện chuẩn là 415V

Ví dụ điện áp quá áp là 425V thì ta sẽ có công thức tính là 415+415*2.5% =425,375V Nếu điện áp quá áp cao hơn nữa thì ta có thể chọn mức 5%, 7.5% Khiđiện áp đến mức quá áp thì relay bảo vệ sẽ đóng hoặc ngắt các tiếp điểm NO, NC đểbảo vệ các thiết bị

Tương tự ta cũng có công thức tính cho mức thấp áp (UV)

Ví dụ điện áp thấp áp là 404V thì ta sẽ tính như sau: 415*2.5%=404,625V Nếu điện áp thấp áp thấp hơn nữa thì ta có thể chọn mức 5%,7.5% Khi điện áp đến mức thấp áp thì relay bảo vệ sẽ đóng hoặc ngắt các tiếp điểm

415-NO, NC để bảo vệ các thiết bị

Ta có thể cài đặt thời gian đóng ngắt khi quá áp hoặc thấp áp bằng vòng tròn ởgiữa từ 0.2s đến 10s

 Sơ đồ đấu nối của relay bảo vệ áp

Ta nối dây L1 vào chân A2, L2 vào chân số 28, L3 vào chân 26 của relay bao

vệ để cấp nguồn Khi relay được cấp nguồn thì đèn R, ON sẽ sáng khi đó tiếp điểmthường mở sẽ trở thành tiếp điểm thường đóng Sau đó ta chỉnh mức quá áp và thấp

áp cho relay bảo vệ và cài đặt thời gian delay để đóng mở tiếp điểm Ví dụ ta cài đặtthời gian delay là 0.2s thì khi quá áp hay thấp áp hoặc mất pha thì sau 0,2s relay sẽđóng hoặc ngắt thiết bị

1.4 Biến tần:

Biến tần là thiết bị điện dùng để biến đổi tần số của dòng điện này thành dòngđiện có tần số khác có thể điều chỉnh được Được trang bị công nghệ hiện đại biếntần hiện nay có thể chuyển mạch xung điện tới dải tần số siêu âm Giảm tiếng ồn chođộng cơ Được tích hợp nhiều dạng khác nhau phù hợp với từng loại phụ tải

Cấu tạo đầu ra 3 pha để thay đổi giá trị biên độ tần số phù hợp với động cơ,thiết bị điện khác.

Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồnđiện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằngphẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Điện ápmột chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng.Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực cócổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

 Khởi động và dừng động cơ êm dịu, gip tăng tuổi thọ của động cơ

 Tối thiểu được thời gian, công sức vận hành nên sẽ tiết kiệm được chiphí

Sơ đồ đấu dây biến tần SV-IG5A

B1, B2: Nối với biến trở hãm, loại điện trở có chức năng chuyển đổi năng lượng từđiện năng dư thừa trong biến tần thành nhiệt năng, sau đó nhiệt năng sẽ được tảnnhiệt ra môi trường xung quanh Chúng được áp dụng trong việc nhanh chóng giảmtốc độ, định vị và hệ thống phanh của biến tần

R, S, T dùng để cấp điện 3 pha cho biến tần

U, V, W là 3 dây của động cơ nối từ biến tần đến động cơ

Ta sử dụng nút nhấn giữ để lựa chọn các chế độ điều khiển động cơ:

Khi được nhấn:

 P1: Cho phép động cơ quay thuận

 P2: Cho phép động cơ quay ngược

 P3: Dừng khuẩn

 P4: Reset

 P5: Chạy Jog (chạy bò, chay chậm) thường được dùng để cân chỉnh chomáy chạy đúng đến 1 vị trí offset nào đó

 P6: Mở rộng tần số bước thấp (điều khiển động cơ chạy chậm)

 P7: Mở rộng tần số bước trung bình (điều khiển động cơ chạy vừa)

 P8: Mở rộng tần số bước cao (điều khiển động cơ chạy nhanh)

 VA, V1, CM: Dùng đấu với biến trở để điều khiển tốc độ động cơ, tínhiệu vào có thể dòng điện hoặc điện áp điều được

 S, S+: Cổng truyền thông RS485 có thể kết nối với máy tính hoặc PLC

 3A, 3B, 3C: Có thể lắp đèn báo hiệu như:

 Chân 3C chân chung cấp nguồn

 Chân 3B tiếp điểm thường đóng ta có thể sử dụng làm đèn báo hoạtđộng

 Chân 3A tiếp điểm thường hở ta có thể làm đèn báo lỗi

Một số cài đặt thường sử dụng trong biến tần.

 Cài đặt thời gian tăng giảm tốc độ biến tần IG5A

o Ở màn hình hiện tần số, nhấn mũi tên Lên / Xuống => hiện ACC =>

nhấn Enter (nút tròn ở giữa) => Chỉnh Lên / Xuống thay đổi giá trị(Thay đổi vị trí con trỏ bằng phím Lùi / Tới) => nhấn Enter => Sốchớp nháy =>nhấn Enter lần nữa xác nhận (tăng tốc độ)

o Để cài đặt giảm tốc ta chọn DEC thay thế ACC cái bước còn lạitương tự như cài đặt tăng tốc

 Cài đặt công suất động cơ cho biến tần IG5A

o Ở màn hình hiện tần số, nhấn mũi tên phải => đến khi hiện H0 =>

nhấn Lên / Xuống => hiện H30 => nhấn Enter (nút tròn ở giữa) =>Chỉnh Lên / Xuống thay đổi giá trị (Thay đổi vị trí con trỏ bằngphím Lùi / Tới) => nhấn Enter => Số chớp nháy =>nhấn Enter lầnnữa xác nhận

 Cài đặt bảo vệ quá tải cho biến tần IG5A

Ở màn hình hiện tần số, nhấn mũi tên phải => đến khi hiện F0 =>nhấn Lên / Xuống => hiện F51 => nhấn Enter (nút tròn ở giữa) =>Chỉnh Lên / Xuống thay đổi giá trị (Thay đổi vị trí con trỏ bằngphím Lùi / Tới) => nhấn Enter => Số chớp nháy =>nhấn Enter lần nữaxác nhận.

 Cài đặt lệnh chạy trên bàn phím, chỉnh tần số trên bàn phím

o Lệnh chạy: Ở màn hình hiện tần số, nhấn mũi tên Lên / Xuống => đến hiện DRV => nhấn Enter (nút tròn ở giữa) => Chỉnh Lên / Xuống thay đổi giá trị = 0 => nhấn Enter => Số chớp nháy =>nhấn Enter lần nữa

xác nhận

o Lệnh tần số: Ở màn hình hiện tần số, nhấn mũi tên Lên / Xuống => đến hiện Frq => nhấn Enter (nút tròn ở giữa) => Chỉnh Lên / Xuống thay đổi giá trị = 0 => nhấn Enter => Số chớp nháy

=>nhấn Enter lần nữa xác nhận.

 Cài đặt lệnh chạy ở công tắc ngoài, chỉnh tần số biến trở ngoài

o Lệnh chạy: Ở màn hình hiện tần số, nhấn mũi tên Lên / Xuống =>đến hiện DRV => nhấn Enter (nút tròn ở giữa) => Chỉnh Lên /

Xuống thay đổi giá trị = 1 => nhấn Enter => Số chớp nháy

=>nhấn Enter lần nữa xác nhận

o Lệnh tần số: Ở màn hình hiện tần số, nhấn mũi tên Lên / Xuống =>

đến hiện Frq => nhấn Enter (nút tròn ở giữa) => Chỉnh Lên /

Xuống thay đổi giá trị = 3 => nhấn Enter => Số chớp nháy

=>nhấn Enter lần nữa xác nhận

 Reset biến tần LS IG5A về mặc định H93=1

 Ở màn hình hiện tần số, nhấn mũi tên phải => đến khi hiện H0 => nhấn Lên /

Xuống => hiện H93 => nhấn Enter (nút tròn ở giữa) => Chỉnh Lên / Xuống thay đổi H93 = 1 => nhấn Enter => Số chớp nháy =>nhấn Enter lần

nữa xác nhận

 Biến tần Reset xong sẽ hiện lại số 0

Sơ đồ đấu nối thực tế:

Nguyên lý hoạt động: Lấy nguồn điện 3 pha cấp vào MCB đầu ra của MCBnối vào 3 tiếp điểm động lực của Contactor Contactor được kết nối với 2 nút nhấnon/off Khi nút nhấn on (màu xanh) được nhấn, điện được nối từ dây R qua nút nhấnđến Contactor làm cho Contactor hoạt động

Thì ngay lập tức tiếp điểm thường hở của Contactor khi có điện sẽ trở thànhthường đóng duy trì nguồn cho Contactor Khi Contactor có điện nam châm sẽ hútlàm đóng dây động lực Sau đó dây động lực được nối qua biến tần để khởi động biếntần

Ta nối cái dây U, V, W cho động cơ Hình trên ta có thể điều khiển động cơhoạt động bằng timer, ta cũng lấy dây R cấp nguồn cho timer và có thể điều khiểnđược tốc độ của động cơ bằng biến trở

OFF: Tắt công tắc ngõ ra tải.

ON: Mở công tắc ngõ ra tải

Auto: Công tắc ngõ ra tải được điều khiển bởi các chốt chỉnh tác động

Ta cấp điện 220v vào đầu vào, đèn nguồn timer sáng Vòng ngoài cùng là mặt đồng hồ 24 giờ, vòng trong là mặt đồng hồ 12 giờ Trước khi cấp điện cho timer ta phải cài đặt timer bằng cái xoay kim giờ và kim phút đúng với thời gian thực tế

Ta có thể sử dụng chọn chế ON/OFF cho đầu ra bằng tay và Auto khi timer được cài đặt trước Cần phải sử dụng pin dự phòng để duy trì hoạt động của timer khi

bị mất điện, thời gian chờ của pin có thể lên tới 3 ngày khi mất điện và có thể tự sạc lại khi có điện trở lại

Pin dự phòng cho timer

Cách Set giờ: Ví dụ muốn set thời gian thực là 1h trưa ta xoay vòng tròn màu

trắng theo chiều kim đồng hồ, không được xoay theo chiều ngược kim đồng hồ vì sẽ

làm hư bánh răng bên trong timer Xoay vòng trong của timer đến số 1h và vòng ngoài là 13h

Cách hẹn giờ cho timer: Một giờ trên timer tương ứng với 4 múi giờ, mỗi múi là 15 phút, có tổng cộng 96 múi trong 24 giờ Vì giới hạn nhỏ nhất để hẹn giờ là 15 phút.

Ví dụ: Trong hình thời gian hiện tại (PRESENT TIME) là 12 giờ, để hẹn

giờ ta chỉ cần đẩy múi giờ như hình người ta hẹn giờ là 12 giờ 15 thì khi timer sẽ chạy đến múi giờ được đẩy lên đúng vào mũi tên (PRESENT TIME) khi đó timer sẽ đóng tiếp điểm đầu ra và đèn ouput của timer sẽ sáng Khi thời gian timer qua hết múi giờ được đẩy lên, mũi tên vào múi không được đẩy lên thì sẽ làm hở tiếp điểm output Timer thường được ứng dụng vào việc đóng cắt máy bơm, bật tắt đèn đường tự động.

Sơ đồ đấu nối timer với contactor để điều khiển các thiết bị

Ta sử dụng điện 220v cấp cho timer sau đó hẹn giờ cho timer, đến đúng giờtimer mở sẽ đóng nguồn điện cho contactor điều khiển contactor hút tiếp điểm độnglực là làm cái thiết bị được hoạt động.

1.6 Cảm biến

Cảm biến là thiết bị thu thập thông tin trạng thái của đối tượng nào đó trong môitrường làm việc của nó Thông tin này được truyền đi thông qua sự thay đổi trạngthái ngõ ra của cảm biến

1.6.1 Cảm biến nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo nhiệt độ của

đối tượng Các cảm biến này cảm nhận sự thay đổi của nhiệt độ và cho tín hiệu ngõ

ra một trong hai dạng: thay đổi điện áp hoặc thay đổi điện trở Cảm biến nhiệt độđược chia làm 2 loại: cảm biến loại tiếp xúc, cảm biến loại không tiếp xúc (đo bức xạnhiệt)

1.6.1.1 Cảm biến loại tiếp xúc

1.6.1.1.1 Nhiệt điện trở.

Nhiệt điện trở (Resistance temperature detector –RTD): Cấu tạo của RTD gồm

có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum… được quấn tùy theo hình dáng củađầu đo Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, vàtùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định

+ Đầu dò nhiệt

Đầu dò can nhiệt PT100 là bộ phận đo chính của cảm biến, là thành phần

quan trọng nhất Độ nhạy của đầu dò cảm biến nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh

hưởng trực tiếp đến kết quả đo Khi kết nối với dây tín hiệu, đầu dò được đặt trongống bảo vệ.

+ Bột làm đầy

Bột làm đầy của can nhiệt sử dụng bột alumina được làm khô đổ bột lắp đầyvào bên trong, không chừa khoảng trống nào để đảm bảo đầu dò cảm biến không bịdịch chuyển rung động

+ Vỏ bảo vệ

Vỏ bảo vệ là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt cần đo, vỏ bảo vệ đượclàm bằng vật liệu, độ dày đúng tiêu chuẩn để bảo vệ được các thành phần bên trong(inox 304, inox 316) Một số trường hợp nên dùng thêm ống bảo vệ bên ngoài(thermowell hay protect tube)

+ Đầu kết nối tín hiệu ngõ ra

Vị trí đấu nối dây tín hiệu đưa vào bộ xử lý

+ Đầu củ hành

Bảo vệ phần đấu nối dây, tránh tác động yếu tố môi trường bụi nước

Hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum.Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài

PT100: có nghĩa là sensor làm bằng vật liệu platinum và có giá trị ngõ ra 100Ωkhi ở 0ºC Pt100 chia làm 3 dạng chính đó là Pt100 dạng 2 dây, pt100 dạng 3 dây vàpt100 4 dây

RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây Loại 4 dây cho kết quả đo chínhxác nhất.

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ (Z170REG-1) mang tới giải pháp cho ra hai tínhiệu analog 4-20mA/0-10V

Trong các ứng dụng công nghiệp, không phải lúc nào cũng có tín hiệu ta mongmuốn sử dụng Tín hiệu cũ là áp (0-10V) nhưng các ứng dụng hiện nay lại cần sửdụng tín hiệu dạng dòng (4-20mA) để điều khiển thiết bị Khi đó, việc sử dụng thiết

bị chuyển đổi tín hiệu từ dòng sáng áp là điều cần thiết Bộ chuyển tín hiệu 4-20mA sang 0-10V là một sản phẩm thường được sử dụng rất nhiều.

Ta sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ qua bộ chuyển đổisang analog nối vào đầu vào của PLC để xử tín hiệu Ta có thể sử dụng màn hìnhhiển thị nhiệt độ kết nối bộ chuyển đổi để đọc giá trị nhiệt độ

Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không

hạn chế

Khuyết điểm: Dải đo bé hơn cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn cặp nhiệt điện

Dải đo: -200~700oC

Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia

công vật liệu, hóa chất…

Điện trở oxit kim loại (Thermistor): Làm từ hỗn hợp các oxid kim loại:

mangan, nickel, cobalt… Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi Làm các chức năng

bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử

Có hai loại thermistor:

Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ

Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ

Trong nhiệt điện trở NTC (Hệ số nhiệt độ âm), điện trở giảm khi nhiệt độ tăng.NTC từ thường được sử dụng như bộ hạn dòng Với nhiệt điện trở PTC (Hệ số nhiệt

độ dương), điện trở tăng khi nhiệt độ tăng Nhiệt điện trở PTC thường được sử dụngnhư bảo vệ quá dòng và trong các cầu chì

Thường dùng nhất là loại NTC

Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo.

Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp.

Ứng dụng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử.

1.6.1.2 Cảm biến loại không tiếp xúc

Nhiệt kế hồng ngoại: Đo nhiệt độ bằng cách nhận năng lượng hồng ngoạiđược phát ra từ vật liệu

 Bước song: 5um ~ 14um

Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc ZTEMP TL901 là loại cảm biến nhiệt độhồng ngoại có độ chính xác và độ nhạy cao với độ nhiễu tín hiệu thấp thì đây làdòng cảm biến thích hợp sử dụng trong các ứng dụng như làm súng bắn nhiệt độkhông tiếp xúc, trạm đo nhiệt độ không tiếp xúc

Tính năng:

L901 được thiết kế nhỏ gọn với nhiều tính năng đặc biệt sau đây:

Cảm biến này có thể bù nhiệt độ môi trường giúp tăng độ chính xác khi đonhiệt độ trên con người

ZTEMP TL901 tích hợp tính năng SOC (System On Chip) để tối ưu hóa thiết

kế khiến cảm biến trở nên nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí nhất có thể

Sử dụng nguồn điện thấp 3.3V trong khi đó các dòng cảm biến khác phải sửdụng điện áp từ 5V trở lên

Dữ liệu đo được của loại cảm biến đo nhiệt độ này có thể được lưu vào trongEEPROM

Khoảng cách đo:

Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc ZTEMP TL901 có thể đo chính xác trong

khoảng tử 5 – 15 cm và tỷ lệ đo là 1:1

1.6.2.1 Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensors)

Chúng thường được tìm thấy trong một số công nghệ đỗ xe ô tô tự động và hệthống an toàn chống va chạm Cảm biến siêu âm này cũng được sử dụng trong một số

hệ thống phát hiện chướng ngại vật trên robot, cũng như một số máy móc trong dâychuyền sản xuất.

So với cảm biến hồng ngoại (IR) trong các ứng dụng thì cảm biến tiệm cận sẽkhông dễ dàng bị nhiễu sóng bởi khói, khí và một số hạt trong không khí khác Mặc

dù, thành phần vật lý vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi các biến như nhiệt độ

Hiện nay, các loại cảm biến tiệm cận công nghiệp cũng được ứng dụng rất phổbiến trong nhiều loại hình công nghiệp như:

 Công nghiệp chế biến thực phẩm

 Cộng nghiệp chế tạo ô tô

 Công nghiệp chế máy công cụ

 Máy rửa xe, xe đa dụng (xe tải, máy nông nghiệp …)

Khoảng cách phát hiện (Detecting Distance) là khoảng cách từ bề mặt cảm biến

ở đầu sensor tới vị trí vật chuẩn xa nhất mà sensor có thể phát hiện

Kho ảng cách phát hiện

Khoảng cách cài đặt (Setting Distance) là khoảng cách từ bề mặt cảm biến ở

đầu sensor tới vị trí vật cảm biến để sensor có thể phát hiện vật ổn định (thường thìkhoảng cách này bằng 70% - 80% khoảng cách phát hiện)

Kho ảng cách cài đặt

Thời gian đáp ứng (Respond Time)

1.6.2.2 Cảm biến siêu âm – cảm biến mức (Level Sensors)

Cảm biến mức dùng để phát hiện, giám sát và điều chỉnh các mức chất lỏngtrong các thùng chứa kín, ví dụ như các thùng hóa chất trong các nhà máy

Siêu âm phải nói là dòng thăm dò mức chất lỏng được xem là hiệu quả nhất Vì

độ bền nó khá cao do dòng thiết bị này tuy giám sát nhưng không tiếp xúc trực tiếpvới chất lỏng Dạng đo phát sóng radar độ chính xác cao

Cảm biến siêu âm thường luôn đi kèm với bộ nguồn 24V đấu nối vòng Vì bảnthân nó nhận nguồn dao động 18….36V

Mặc dù con siêu âm dinel tín hiệu ra 4-20mA chỉ có 2 dây tín hiệu mang cực

âm và dương đi ra

Tuy nhiên; nếu chúng ta không để ý kỹ thì chắc chắn sẽ đấu nhầm dẫnđến trường hợp cảm biến siêu âm mặc dù đã cấp nguồn nhưng không hiển thị hoặckhông nghe tiếng nó bắn sóng

Do tín hiệu ra từ cảm biến siêu âm dạng 2 dây được xem là tín hiệu passive Làmột hình thức vừa sử dụng dây tín hiệu làm dây nguồn cấp vì vậy cần một bộ cấpnguồn riêng cho thiết bị

Cách đấu dây như sau:

Các thiết bị cần là 1 siêu âm + 1 bộ nguồn cấp riêng 24V và 1 bộ hiển thị (Cóthể là PLC hoặc biến tần).

 Đầu tiên đấu chân âm nguồn về chân âm bộ hiển thị

 Tiếp đó lấy chân dương bộ hiển thị đấu vào chân âm cảm biến

 Cuối cùng chân dương cảm biến đấu vòng dây về chân dương bộ nguồn24V

 Cách đi dây tín hiệu 4-20mA về bộ hiển thị mức nước

Lưu ý: Về 2 cực âm dương đi về bộ hiển thị mực nước Do cảm biến dinel ulm-70n

có dòng ra là dòng passive dạng không có áp trên đường truyền tín hiệu nên ta đấutheo cách đầu tiên

Tức là chân dương đấu vào chân số 9 và chân âm đấu vào chân số 7

Sau đó dùng một dây điện đấu cầu vào 2 chân số 7 và số 8

Bộ khuếch đại cảm biến siêu âm ulm-70n

Ví dụ bài toán đưa ra người dùng đang sử dụng cảm biến siêu âm ulm-70n-02

đo bể nước thải nhà máy với mức nước dâng cao 1,5 mét tín hiệu đưa về 4-20mA

Tuy nhiên do khu vực lắp đặt bộ hiển thị để giám sát cách xa nơi đó khoảng

900 mét và điều này làm tín hiệu truyền về luôn bị chập chờn không chính xác

Giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng một thiết bị chuyển đổi tín hiệu trunggian có khả năng giữ ổn định dòng tín hiệu 4-20mA truyền về.

Thiết bị khuếch đại tín hiệu 4-20mA output ra từ cảm biến siêu âm dinel uml-70n-02

Mặc dù input vào 4-20mA và output ra cũng 4-20mA Nhưng khi truyền về bộđọc mức nước sẽ ổn định và báo chính xác mực nước thải chứa trong bể với sai sốmặc định chỉ 0.15%

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÁC CẤU HÌNH HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP

2.1 Điều khiển tập trung

2.1.1 Cấu trúc điều khiển

Cấu trúc cơ bản hình 1-1 tìm thấy trong cái giải pháp thực tế khác nhau ở sựphân bố chức năng điều khiển cũng như sự phân bố vị trí các máy tính quá trình vàphụ kiện được lựa chọn Ta có thể phân biệt giữa cấu trúc điều khiển tập trung và cấutrúc điều khiển phân tán, cấu trúc vào/ra tập trung và cấu trúc vào/ra phân tán