Thiết kế hệ thống điều khiển tự động thiết bị điều chỉnh thông số phòng áp lực âm

Đề tài thiết kế hệ thống điều khiển tự động thiết bị thay đổi thông số không khí cho phòng áp lực ẩm_Hệ thống tự động thay đổi không khí cho phòng áp lực âm dành cho các phòng thí nghiệm, lấy mẫu_hệ thống tự động thiết bị cho phòng áp lực âm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỀ TÀI Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh thông số của không khí

Bộ môn Quá trình và thiết bị CNTP

1 Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển thông số không khí – Phòng cách ly áp lực âm.

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển không khí

Chương 2: Nguyên lý phòng cách ly áp lực âm

Chương 3: Xây dựng và phân tích hệ thống vào ra

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÔNG KHÍ 1

1.1 Điều khiển thông số không khí 1

1.2 Phạm vi ứng dụng và so sánh 1

1.2.1 Lên men 1

1.2.2 Phòng áp lực dương 2

1.2.3 Phòng áp lực âm 2

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ PHÒNG CÁCH LY ÁP LỰC ÂM 4

2.1 Đặc trưng hoạt động 4

2.2 Nguyên lý hoạt động 4

2.3 Sơ đồ chức năng điều khiển phòng cách ly áp lực âm 6

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG VÀO RA 13

3.1 Phân tích sơ đồ I/O hệ thống điều khiển 13

3.2 Lựa chọn cảm biến, chấp hành 13

3.2.1 Cảm biến 13

3.2.2 Cơ cấu chấp hành 17

3.2.3 Chọn khí cụ điện và dây dẫn 27

3.3 Thống kê các tín hiệu vào ra 29

3.3.1 Lựa chọn bộ điều khiển 29

3.3.2 Bảng đầu vào ra của PLC 30

3.4 Đánh giá đầu tư về đầu tư, kỹ thuật, bảo trì 31

3.4.1 Đánh giá đầu tư với các thiết bị chính 31

3.4.2 Chế độ bảo trì, bảo dưỡng 31

3.4.3 Chuẩn đoán, hướng dẫn sửa chữa, khắc phục 1 số sự cố thường gặp 33

3.5 Phương án mở rộng quy mô hệ thống 42

CHƯƠNG 4 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 43

4.1 Lưu đồ thuật toán 43

4.2 Sơ đồ đấu nối I/O PLC 47

4.3 Hệ thống web scada 49

4.3.1 Sử dụng điện thoại điều khiển, giám sát hệ thống 50

4.3.2 Ưu nhược điểm của hệ thống web scada 51

4.3.3 Ưng dụng vào hệ thống phòng áp lực âm 51

CHƯƠNG 5 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 52

5.1 Sơ đồ mạch lực - mạch điều khiển 52

5.2 Thống kê khí cụ điện, vật tư phụ 56

5.3 Thiết kế và bố trí tủ điện 58

5.4 Bảng trình tự đấu nối 62

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý phòng áp lực âm 4

Hình 2-2 Sơ đồ bố trí quạt hút 6

Hình 2-3 Bố trí van cấp Oxy 8

Hình 2-4 Sơ đồ P&ID phòng cách ly áp lực âm 9

Hình 2-5 Sơ đồ bố trí thiết bị, cảm biến trong phòng 11

Hình 3-1 Sơ đồ vào ra I/O của hệ thống 13

Hình 3-2 Cảm biến nhiệt ẩm VELT-W-TH-I4-P 14

Hình 3-3 Cảm biến đo nồng độ oxy 16

Hình 3-4 Thông số chọn quạt 17

Hình 3-5 Quạt gió 18

Hình 3-6 Biến tần LS 19

Hình 3-7.Điều hòa Casper 2 chiều 18000BTU 20

Hình 3-8 Van điện từ chỉnh khí oxy 22

Hình 3-9 Van điều áp 22

Hình 3-10 Van Tay 22

Hình 3-11 Van tay dạng le gió 23

Hình 3-12 Máy phun ẩm 24

Hình 3-13 Van điện từ 25

Hình 3-14 Cân Loadcell 26

Hình 4-1 Sơ đồ giải thuật hệ thống điều khiển 46

Hình 4-2 Chân đấu đầu vào PLC 47

Hình 4-3 Châu đấu module AI mở rộng 47

Hình 4-4 Chân đấu đầu ra PLC 48

Hình 4-5 Chân đấu module DO mở rộng 48

Hình 4-6 Thành phần Web Scada 49

Hình 5-1 Sơ đồ mạch lực nguồn cấp 3 pha 52

Hình 5-2 Sơ đồ mạch lực nguồn cấp 1 pha 53

Hình 5-3 Sơ đồ mạch điều khiển 1 54

Hình 5-4 Sơ đồ mạch điều khiển 2 55

Hình 5-5 Sơ đồ mạch điều khiển 3 56

Hình 5-6 Bố trí mặt ngoài của tủ 58

Hình 5-7 Bố khí cụ điện trong tủ 59

Hình 5-8 Kích thước tủ 60

Hình 5-9 Bố trí thông gió 61

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt ẩm 14

Bảng 3-2 Thông số kỹ thuật cảm biến chênh áp 15

Bảng 3-3 Thông số kỹ thuật cảm biến đo nồng độ oxy 16

Bảng 3-4 Bảng thông số kỹ thuật của biến tần 19

Bảng 3-5 Bảng thông số kỹ thuật van điện từ 21

Bảng 3-6 Bảng thông sỗ kĩ thuật của van điều áp 22

Bảng 3-7 Bảng thông số kĩ thuật le gió 23

Bảng 3-8 Thông số kỹ thuật máy phun ẩm 24

Bảng 3-9 Bảng thông sỗ kĩ thuật van điện từ điều chỉnh ẩm 25

Bảng 3-10 Thông số kỹ thuật cân Loadcell 26

Bảng 3-11 Bảng lựa chọn dây dẫn 27

Bảng 3-12 Bảng lựa chọn khí cụ điện cho các thiết bị 28

Bảng 3-13 Bảng thống kê các thiết bị 28

Bảng 3-14 Bảng mã hóa tốc độ quạt hút trên biến tần 29

Bảng 3-15 Bảng chân đấu vào ra của PLC 30

Bảng 3-16 Bảng chú thích kí hiệu lỗi 33

Bảng 3-17 Bảng chú thích hiện tượng 34

Bảng 3-18 Bảng chuẩn đoán lỗi 1.1 34

Bảng 3-19 Bảng chuẩn đoán lỗi 1.2 36

Bảng 3-20 Bảng chuẩn đoán lỗi 1.3 37

Bảng 5-1 Thống kê khí cụ điện 57

Bảng 5-2 Bảng đấu nối 62

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

KHÔNG KHÍ

1.1 Điều khiển thông số không khí

Điều hòa không khí là một ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp, côngnghệ và thiết bị nhằm tạo ra một môi trường không khí phù hợp với công nghệ sảnxuất, chế biến hoặc tiện nghi đối với con người

Như vậy, một hệ thống điều hòa đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng tháicủa không khí ở trong vùng quy định nào đó, nó không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổicủa điều kiện khí hậu bên ngoài hay sự thay đổi phụ tải bên trong

Các thông số của không khí thường được quan tâm trong hệ thống điều khiểnkhông khí:

- Áp suất

- Nhiệt độ

- Độ ẩm

- Nồng độ

Tùy theo yêu cầu mà ta sẽ có những phương án điều khiển khác nhau

Với những ứng dụng cụ thể mà ta có những thông số đặc biệt quan tâm vànhững thông số không quan tâm đến, từ đó có những phương pháp điều khiểnthích hợp cũng như quy chuẩn riêng

Hệ thống điều khiển thông số không khí được ứng dụng nhiều trong các lĩnhvực trong rất nhiều lĩnh vực trong đời sống từ y tế, thực phẩm đến nghiên cứu,

1.2 Phạm vi ứng dụng và so sánh

1.2.1 Lên men

● Phạm vi ứng dụng: thường thích hợp cho một số nấm mốc và xạ khuẩn Việcnuôi thường được tiến hành trên các khay phẳng xếp chồng lên nhau và ủ trongcác buồng chứa vô trùng đóng kín, giống được cấy vào bằng cách thổi bào tửvào bên trong buồng chứa Một hình thức khác là nuôi hệ sợi nấm trên các cơchất rắn như lúa mì, cám hoặc lúa nước trong các thùng quay chậm Phươngpháp này được dùng để sản xuất một số enzyme

● Phương án điều khiển:

- Thông khí : Ôxy rất cần đối với đời sống của vi sinh vật hiếu khí Tăng thôngkhí đến giới hạn nhất định thì sự phát triển của vi sinh vật cũng tăng lên theo.

Ta sẽ thông khí liên tục để đảm bảo cung cấp đủ oxy cho quá trình lênmen,sử dụng quạt để thông gió

- Nhiệt độ và độ ẩm: tùy thuộc vào nhiệt độ tối ưu của vi sinh vật Thườngtrong khoảng 22-32 độ C Duy trì trong suốt quá trình lên men Ta có thể sửdụng các bộ phận gia nhiệt như các calorife để gia nhiệt cho không khí trongbuồng

Trong quá trình lên men, vi sinh vật sản sinh CO2 và sinh nhiệt nên cần bộphận giải nhiệt Ta sử dụng giàn phun ẩm bố trí trong buồng để giải nhiệtđồng thời bộ phận phun mù bằng nước sẽ cấp ẩm để độ ẩm tương đối khôngkhí cao, (khoảng 90%) tránh làm khô môi trường

- Đảo trộn:có thể dùng thùng quay hay cánh khuấy để tăng khả bề mặt tiếp xúcgiữa cơ chất và oxy không khí Đảo trộn có thể gián đoạn hoặc liên tục Tốc

độ đảo trộn cần phù hợp với từng giai đoạn và loại vi sinh vật

1.2.2 Phòng áp lực dương

● Phạm vi ứng dụng: Phòng áp lực dương là phòng sạch được thiết kế và xâydựng sao cho áp suất bên trong phòng cao hơn áp suất không khí của khu vựcxung quanh Nguyên lý lưu thông của dòng không khí là từ nơi có áp suất cao

về nơi có áp suất thấp Điều này nghĩa là không khí sẽ đi ra khỏi phòng theomột chiều, không có không khí từ bên ngoài đi ngược vào phòng Ngăn ngừakhông khí chưa được lọc có thể chứa các vi khuẩn, virus, nấm mốc từ khu vựckém sạch hơn xâm nhập vào phòng áp lực dương

● Phương án điều khiển:

- Áp suất: Độ chênh áp lớn hơn 2,5 Pa, thường lý tưởng nhất là 8 Pa Ta kiểmsoát không khí ra vào phòng bằng các quạt đảm bảo rằng lượng khí thoát rangoài thấp hơn 10 – 15% lượng khí cung cấp

Lưu ý: không khí đi vào và ra cần được xử lý làm sạch tùy theo yêu cầu

độ sạch của phòng.

- Nhiệt độ: tùy vào mục đích sử dụng của phòng ta sẽ có điều chỉnh nhiệt độthích hợp Ví dụ các phòng lưu trữ mẫu, thiết bị y tế vô trùng cần nhiệt độ thấp,cần có hệ thống làm lạnh Với những phòng chăm sóc trẻ sơ sinh có thể cóthêm bộ phận sưởi

1.2.3 Phòng áp lực âm

● Phạm vi ứng dụng: thường dùng cho những phòng cách ly nhiễm khuẩn trongkhông khí Những phòng này thông thường có áp lực nhỏ hơn so với các khu

vực khác để ngăn cản tối đa các chất gây ô nhiễm trong không khí (ví dụ nhưmầm bệnh vi khuẩn, hóa chất) di chuyển sang các khu vực khác.

● Nhóm em sẽ tập trung phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển phòng áp lực

âm cho các phòng thí nghiệm phân tích lấy mẫu

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ PHÒNG CÁCH LY ÁP LỰC ÂM

2.1 Đặc trưng hoạt động

Tại các phòng này cần hệ thống máy tạo áp suất âm ở mức cho phép yêu cầu hútkhông khí thành 1 chiều đi và không thể thoát ra qua phía đó Điều này có nghĩa là gió

sẽ luôn thổi từ ngoài cửa vào trong

Không khí ô nhiễm trong phòng sẽ được hút ra bằng máy xử lý khí (gồm hệ thốnglọc thô, màng lọc HEPA) Do đó, không khí ra hoàn toàn không nhiễm vi rút, khôngkhí trong phòng được thay sạch cứ 5 phút/lần

Vì vậy, phòng cách ly áp lực âm cần được hoạt động liên tục để duy trì dòngkhông khí sạch luân chuyển trong phòng

2.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý phòng áp lực âm

❖ Cấu tạo 1 phòng cách ly bệnh nhân áp lực âm thường có 3 khu vực chính:

● Buồng đệm: cách ly giữa hành lang và buồng cách ly

Buồng đệm là nơi các nhân viên y tế mặc đồ bảo hộ, vệ sinh và chuẩn

bị trước khi vào buồng cách ly

● Buồng cách ly: nơi đặt giường bệnh nhân Có hệ thống monitor kết nối

ra bên ngoài với thông số về nồng độ oxy, nhịp thở, nhịp tim của bệnhnhân Khi cần, bệnh nhân và các y bác sĩ có thể trao đổi bằng điện đàm

● Nhà vệ sinh

❖ Nguyên lý hoạt động:

➢ Các của hút gió tại các nơi nó nguy cơ nhiễm khuẩn cao:

- Đầu giường bệnh: gần với hơi thở của bệnh nhân nhất Để tránhhơi thở của bệnh nhân chạm đến người khác

- Nhà vệ sinh: các mầm bệnh và vi khuẩn sẽ không phát tán ngượctrở lại buồng chính.

➢ Các cửa bù gió thường được đặt trên cao, phía đuôi giường bệnh để tạo

ra dòng không khí sạch luân chuyển

Thứ tự giảm dần áp suất theo khu vực như sau:

Buồng đệm < Buồng cách ly < Nhà vệ sinhKhông khí đi từ nơi có áp lực cao đến thấp, nên không khí bên ngoài có xu hướng muốn đi vào bên trong Xu hướng của không khí:

Hành lang → Buồng đệm → Buồng cách ly → Nhà vệ sinh

Lưu ý: Không khí trước sau khi vào phòng đều được xử lý tiệt trùng bằng màng lọc HEPA và tia UV, đặc biệt không khí ra.

★ Màng lọc HEPA và tia UV

 Màng lọc HEPA: là một hệ thống lọc không khí hiệu quả cao (high-efficiencyparticulate air)

 Cấu tạo: bao gồm những sợi rất nhỏ có đường kính sợi kích thước từ 0,3 đến 2

µm sản xuất chồng từng lớp lên nhau ngẫu nhiên tạo thành một tấm lọc nhiềulớp

 Lọc được bụi bẩn, vi khuẩn, phấn hoa, nấm mốc, các hạt bụi siêu mịn nhỏ cóđường kính > 0,3 micro met, nhưng HEPA cũng có thể giữ lại các hạt nhỏ hơnkhe hở nhờ cơ chế khuếch tán và lực hút tĩnh điện

 Các giọt bắn chứa mầm bệnh thường từ vài chục micromet, nên bộ lọc HEPA

có thể lọc không khí trong đường ống hút từ phòng áp lực âm để đảm bảo độsạch gần như tuyệt đối (>99%)

 Chiếu xạ diệt khuẩn bằng tia cực tím UV:

 Sử dụng năng lượng cực tím (UV) để tiêu diệt các loại vi rút, vi khuẩn và nấm

 Năng lượng này giúp tiêu diệt các mầm bệnh trong không khí ở căn phòng nơi

nó được phóng thích Thiết bị được lắp đặt để tránh cho người trong phòng bịtiếp xúc trực tiếp với tia UV

 Mầm bệnh trong không khí bị tiêu diệt sau khi chúng tiếp nhận một lượng nănglượng UV thích hợp Các hạt đó vẫn lưu lại trong không khí nhưng không còn khả năng gây bệnh nữa

2.3 Sơ đồ chức năng điều khiển phòng cách ly áp lực âm

❖ Phân tích phương án điều khiển cụ thể để đưa ra sơ đồ

● Áp suất: để kiểm soát không khí ra vào phòng, đặc biệt là không khí đi ra bênngoài ta cần áp suất trong phòng âm (-10 Pa đến -5 Pa)

Ta sử dụng quạt 2 quạt hút và 1 quạt đẩy vào

- Quạt đẩy luôn bật với công suất không đổi trong suốt quá trình hoạtđộng

- Quạt hút được điều chỉnh tốc độ bằng biến tần

Luôn đảm bảo rằng lượng không khí hút ra lớn hơn lượng không khí đi vàophòng Sử dụng 2 quạt hút ra, trong đó 1 quạt hoạt động và một quạt dự phòng Do hệthống hoạt động liên tục cả ngày và đêm nên quạt có khả năng gặp sự cố cao, ta cần

bố trí thêm quạt hút dự phòng

2 quạt sẽ sử dụng 2 bộ lọc riêng biệt và lắp song song như hình vẽ Trở lực từ

bộ lọc,UV sẽ ngăn không cho không khí đi qua đường quạt còn lại khi 1 quạt hoạtđộng

Hình 2-2 Sơ đồ bố trí quạt hút

Lưu ý:

Quạt hút để sau hệ HEPA,UV bởi nếu để trước hệ thì quạt hoạt động ở trạng thái đẩy khí qua hệ lọc, sẽ yếu hơn là hút qua hệ lọc Khiến áp suất trong phòng không ổn định.

● Độ ẩm: trong phòng sử dụng điều hòa để chỉnh nhiệt độ, thường trong khoảng

20 - 25 độ C tùy thể trạng bệnh nhân nên không khí bên trong phòng thườngkhá khô Để đảm bảo sức khỏe người bênh, chúng ta sẽ bổ sung ẩm vào phòng

- Ta sẽ sử dụng máy phun ẩm để cấp ẩm, lắp trên đường ống dẫn khí vào

phòng, sau quạt đẩy để đi cùng không khí vào phòng mục đích tăng sựđồng đều ẩm và phân bố ẩm tốt hơn trong phòng

Tính toán độ ẩm cần cấp vào phòng:

Thông số không khí tiêu chuẩn: t0 =25; φ0=75%

Thông số không khí hiện tại: t1 ; φ1

→ Tính được hàm chứa ẩm d và áp suất bão hòa không khí theo công thức:

+ Pv = Pbh*φ (Pa)φ (Pa)

+ Pd = P-Pv (Pa)

( P là áp suất trong phòng, đo bởi cảm biến )

+ Rd= 287.058 J/(kg·K) - hằng số riêng với không khí khô

+ Rv= 461.495 J/(kg·K) - hằng số riêng với ẩm

+ T: nhiệt độ phòng - đo bởi cảm biến

Vậy: Khối lượng ẩm cần cấp cho phòng là:

m = m0 - m1 = V(ρ0d0 - ρ1d1)

(V: Thể tích phòng)

● Oxy: áp suất âm khiến lượng oxy trong phòng thấp gây cảm giác bí bách chobệnh nhân Ta cần bổ sung oxy vào phòng

- Oxy được cấp vào phòng qua van điện từ bật/tắt

- Oxy được nén trong các bình với áp suất cao nên khi mở van cấp thìlượng oxy sẽ thoát ra nhanh Muốn điều chỉnh được lượng oxy chínhxác thì ta điều khiển 2 van điện từ Một van để điều chỉnh tinh, một vanđiều chỉnh thô Các van được bố trí như hình vẽ:

Hình 2-3 Bố trí van cấp Oxy

- SV1: điều chỉnh tinh

- SV2: điều chỉnh thô, van xả nhanh, khi cần cấp thêm oxy sẽ bật

Khi oxy ở dưới ngưỡng cho phép ta mở cả 2 van Nhưng chú ý theo thứ tự nếu 2van đang đóng thì van to mở trước, trễ 1-2s mới mở van nhỏ bởi van nhỏ khi mới mởthì áp vào lỗ nhỏ sẽ không giảm Lượng O2 tiêu thụ có thể đánh giá số người trongphòng: lượng O2 giảm nhanh thế hiện nhiều người, cũng đánh giá được mức quá tải vàcảnh báo.

● Nhiệt độ trong phòng được điều chỉnh bằng điều hòa

- Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm: được đặt ngay cạnh đầu cấp không khí vào,như vậy có thể nhận và xử lý tín hiệu một cách kịp thời

Ví dụ: trong trường hợp cấp ẩm vào trong phòng nếu ta đặt tại các vịtrí ở xa đầu cấp không khí, khi cảm biến nhận ra độ ẩm đã đủ thì lượng

ẩm được đưa vào phòng đã cao hơn mình mong muốn

- Cảm biến oxy: đầu đo đặt ở gần giường bệnh nhân để tiện theo dõi

- Cảm biến chênh áp: có hiển thị tại chỗ, để tiện theo dõi, giám sát Đềphòng sự cố màn HMI không hoạt động

Cảm biến chênh áp có 2 đầu đo: áp suất trong và áp suất ngoài truyềntín hiệu về transmitter và tính chênh áp

Hình 2-5 Sơ đồ bố trí thiết bị, cảm biến trong phòng

1: Cảm biến chênh áp ;2: Cảm biến nhiệt ẩm ; 3: Cảm biến oxy; 4: Bơm cấpẩm

5: Bình cấp oxy; 6: Quạt đẩy không khí vào; 7,8: Quạt hút không khí ra

● Cảnh báo áp suất: Cảm biến đo chênh áp có lắp thêm bộ phận cảnh báo áp suất(đèn, còi báo)

● Công tắc cửa ra vào: Để tránh sự cố quên đóng cửa, ở cửa ra vào ra lắp côngtắc để kiểm tra cửa đã được đóng hoàn toàn hay chưa Công tắc còn giúp phânbiệt với sự cố hỏng quạt hút khi áp suất trong phòng tăng

khi phun xong khoảng 1 - 5 phút ( tùy kích cỡ của phòng) để ẩm có thời giankhuếch tán phân bố đều thì bắt đầu đo tiếp.

● Tùy yêu cầu mức độ an toàn sinh học mà ta lựa chọn cách xử lý không khí phùhợp

 Ở mức độ an toàn thấp, loại truyền nhiễm không quá nguy hiểm, nồng

độ vi khuẩn, virut không quá cao người ta có thể thải trực tiếp ra môitrường hướng lên trời, khu vực thoáng

 Với những phòng yêu cầu mức độ an toàn cao, vi khuẩn khó bị tiêu diệtkhi ra ngoài không khí thì ta cần các bộ lọc và UV để đảm bảo an toàn

Ngoài ra, với phòng độ an toàn sinh học cấp 4, người ta còn có 1 cách xử lý đơn giản mà triệt để là sử dụng calorife điện trở đốt không khí để tiêu diệt vi sinh vật Đồng thời không khí nóng dễ thoát lên trên cao hơn.

● Le gió điều khiển bằng tay: Trên đường ống khí ra và vào, lắp le gió điều khiểnbằng tay để phòng trường hợp hệ thống gặp sự cố, không khí trong phòng thoát

ra ngoài Trong trường hợp đó, ta sẽ đóng cả 2 le gió để tiến hành sửa chữa

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG VÀO

RA

3.1 Phân tích sơ đồ I/O hệ thống điều khiển

Hình 3-6 Sơ đồ vào ra I/O của hệ thống

Lưu ý: tín hiệu nhiệt độ chỉ có vai trò giám sát, kiểm tra chứ không dùng để

điều khiển Đèn UV và quạt đẩy chỉ được bật khi phòng trong quá trình hoạt động

3.2 Lựa chọn cảm biến, chấp hành

3.2.1 Cảm biến

❖ Nguyên tắc lựa chọn cảm biến:

● Dải đó: nằm trong vùng đo của cảm biến cần chọn

● Tín hiệu đầu ra: phù hợp với hệ thống điều khiển

● Sai số: ở mức cho phép của cảm biến

● Khả năng đấu nối: dễ dàng đấu nối

● Kích thước: phù hợp với phòng áp lực âm

● Điều kiện môi trường: ngoài trời hay trong nhà và hoạt động có ổn định không

● Chi phí

3.2.1.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm trong phòng

Cảm biến chỉ dùng 1 đầu đo nhưng đo được 2 thông số nhiệt và ẩm vì phòng

ở quy mô nhỏ sẽ tiết kiệm chi phí, đơn giản quá trình đấu nối

❖ Phương án lắp đặt:

● Để đảm bảo an toàn cho cảm biến, nếu không may bệnh nhân có thể gâytác động ảnh hưởng đến cảm biến: ta đặt cảm biến cụm (I) bằng cách bắtlên trên góc cao của tường rồi cụm (II) dây của đầu đo (dài khoảng 2m)cảm biến sẽ dòng dây ra vị trí cần đo để phù hợp với thẩm mĩ

Hình 3-7 Cảm biến nhiệt ẩm VELT-W-TH-I4-P Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt ẩm

Thông số kỹ thuật Giá trị

10VDC hoặc RS485Nguồn cấp 10-30VDC

Sai số 3% độ ẩm và 0.5 ͦ C

Thời gian đáp ứng <8s (tốc độ gió 1m/s)

<25s (tốc độ gió 1m/s)

3.2.1.3 Cảm biến đo nồng độ Oxy trong phòng

Lý do chọn cảm biến: chọn cảm biến có hiển thị tại chỗ, để người giám sát

có thể nhận biết ngay khi có có bất thường xảy ra , tránh sự cố màn HMI hỏng,điều khiển bằng tay

Vị trí lắp đặt: Đầu đo đặt gần giường bệnh nhân kết nối bằng dây nối vớicụm hiển thị đặt ở cửa ra vào dễ quan sát

Hình 3-8 Cảm biến đo nồng độ oxy Bảng 3-3 Thông số kỹ thuật cảm biến đo nồng độ oxy

Thông số kỹ thuật Giá trị

Thương hiệu ACE

Mã sản phẩm AI-O -Tx₂-Tx

Khả năng kháng nước và bụi IP 65

Vật liệu Inox 304

Hiển thị LED 7 đoạn

Ngõ ra 1 ngõ ra Relay điều khiển (NO/NC).

❖ Tính toán công suất quạt:

B1 Tính thể tích không gian phòng chứa

Chọn phòng có kích thước 3,5 × 5 x 6m ( H x W x D ) từ đó ta có: V=105m3

B2 Tính tổng lượng không khí cần dùng

Ta có tần số thông thoáng – số lần thay đổi không khí mỗi giờ: 12 lần/ giờ

→ Lưu lượng không khí cần thiết là T=105x12=1260m3/h

B3 Tính số lượng quạt hút cần dùng

Dựa vào áp suất yêu cầu của phòng(-5 → -10Pa)

Hình 3-9 Thông số chọn quạt

Hình 3-10 Quạt gió

Kết luận: Ta chọn quạt hút ra có công suất lớn hơn quạt bù gió vào, từ đó ta chọnđược quạt : 2 quạt hút ra công suất 1,5kW mã CF 11-62.300 và 1 quạt bù gió vào côngsuất 1,1 kW mã CF 11-62.350

3.2.2.2 Chọn biến tần điều khiển quạt

Có 2 phương án điều khiển tốc độ quạt:

 Sử dụng biến tần, điều chỉnh vô cấp, trơn

 Thay đổi số cặp cực để điều chỉnh tốc độ quạt theo mức

Chọn phương án sử dụng biến tần bởi ưu điểm điều chỉnh hiệu quả tốt hơn:

 Dễ ràng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ

 Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi độngsao-tam giác nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động

 Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơmang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổtrục, tăng tuổi thọ động cơ

 Tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp

 Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp vàthấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành

 Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nêncông suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó giảm được dòng đáng kểtrong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu haohụt điện năng trên đường dây.

 Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển

và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng

Bảng 3-4 Bảng thông số kỹ thuật của biến tần

Thông số kỹ thuật Giá trị

3.2.2.3 Chọn điều hòa

Công suất điều hòa = Diện tích phòng x 600 BTU = 5x6x600 = 18000 BTU

Từ đó chọn được điều hòa Casper 18000 2 chiều inverter: GH18TL32

Hình 3-12 Điều hòa Casper 2 chiều 18000BTU

3.2.2.4 Chọn van điều chỉnh lưu lượng khí Oxy

● Yêu cầu an toàn:

- Chịu áp do áp suất từ bình oxy lớn, đường ống từ bình oxy nhỏ, chọnkích cỡ van phù hợp

- Tiếp xúc với oxy với nồng độ và áp suất cao nên van cần đáp ứng yêucầu chống cháy nổ tốt (Nên sử dụng nguồn 24V để điều khiển van nếukhông thì phải có nối đất) Ngoài ra còn phải khả năng chống oxy hóacao

● Van điều áp: Lượng oxy trong bình oxy giảm dần nên áp suất cũng giảm dần,

để lượng oxy cung cấp đều ta sử dụng 1 van điều áp để ổn định lưu lượng oxycung cấp

Bảng 3-5 Bảng thông số kỹ thuật van điện từ

Thông số kỹ thuật Giá trị

Thương hiệu OEMModel 2W-200-20

Nguồn điện AC220VNhiệt độ môi trường -5 - 80 °C

Φ dòng chảy 27 mmKích thước 67 x 55 x 113 mm

Áp lực chịu tải 10 kgf/cm2Chất liệu Đồng – Thép - NhựaTrọng lượng 0.66 g

Hình 3-13 Van điện từ chỉnh khí oxy

Bảng 3-6 Bảng thông số kĩ thuật của van điều áp

Thông sỗ kĩ thuật Giá trị

3.2.2.5 Chọn le gió trên đường ống

Chọn dạng le gió: ta có thể điều chỉnh góc mở của van để điều khiển được lưudòng không khí đi vào và đi ra thích hợp, quá trình lắp đặt phù hợp với kích thướcđường ống, được sử dụng chủ yếu để điều chỉnh lưu lượng gió, le gió có yêu cầu về độkín khít cao

Bảng 3-7 Bảng thông số kĩ thuật le gió

Thông số giá trị kĩ thuật Giá trị

Kích thước đường ống gió D100Chiều dài D140

Vật liệu Tôn mạ kẽm hoặc inox

Hình 3-16 Van tay dạng le gió

3.2.2.6 Chọn máy phun ẩm

Vị trí lắp đặt: máy được đặt ở ngoài phòng rồi các đầu phun ẩm sẽ được kết nối với

các đường ống dẫn khí vào phòng để ẩm sẽ được phun đều vào phòng hơn.

Hình 3-17 Máy phun ẩm Bảng 3-8 Thông số kỹ thuật máy phun ẩm

Thông số kỹ thuật Giá trị

Thương hiệu Hawin

Số lượng béc tối thiểu 60béc

Số lượng béc tối đa 90béc

Giảm nhiệt so với nhiệt độ ngoài trời 10°C (25° F)

Bảo hành 12 tháng

3.2.2.7 Chọn van điện từ cấp nước cho bình máy phun

Lý do chọn: trên thị trường người ta hay dùng van bằng gang, đồng nhưng ở đây tachọn van điện từ bằng nhựa sẽ tốt hơn vì:

 Không cần chịu áp suất, nhiệt độ cao nên chọn van nhựa cho tiết kiệm chi phí

 Dễ vệ sinh hơn

Hình 3-18 Van điện từ

Bảng 3-9 Bảng thông số kĩ thuật van điện từ điều chỉnh ẩm

Thông số kĩ thuật Giá trị

Mã sản phẩm SJSNguồn điện 24VDCChất liệu Nhựa

3.2.2.8 Chọn cân để cân nước trong bình máy phun

Chọn cân Loadcell để cân chính xác Do bình chứa có dung tích khoảng 5l (~5kg) nên ta chọn cân có giới hạn cân tương ứng vào khoảng 2/3 khối lượng lớn nhất của bình

Hình 3-19 Cân Loadcell

Bảng 3-10 Thông số kỹ thuật cân Loadcell

Thông số kĩ thuật Giá trị

Model YZC – 133

Tải trọng 10kg

Độ lệch tuyến tính(%) 0,05Điện áp hoạt động 5VNhiệt độ hoạt động -20-65℃

Trong đó: Pm: là công suất danh định ghi trên nhãn động cơ

U: là điện áp danh định ghi trên nhãn động cơ (380VAC)

Cosϕ: là hệ số công suất danh định ghi trên nhãn động cơ, thường có giátrị trong khoảng từ 0,7 đến 0,85

ϑ : là hiệu suất danh định ghi trên nhãn động cơ, thường có giá trị trong khoảng từ 0,8 đến 0,9

Bảng 3-12 Bảng lựa chọn khí cụ điện cho các thiết bị

STT Tên thiết bị Công

suấtđịnhmức(kW)

Tên khí cụ Dòng

địnhmức

Nguồn cấp Mã sản phẩm

1 Quạt bù gió 1,1 Aptomat 3A 380VAC MC-6A

2 Quạt hút ra 1,5 Aptomat 3A 380VAC MCB NXB-63-C2-3P

3 Quạt dự phòng 1,5 Aptomat 3A 380VAC MCB NXB-63-C2-3P

4 Máy phun ẩm 0,3 Aptomat

Relay trunggian

1,5A 220VAC MY4N-GS

5 Van điện từ 0,2 Aptomat

Relay trunggian

Điều hòa 18000BTU GH18TL32 1

Van điện từ oxy 0,2 MY4N-GS 2

3.3 Thống kê các tín hiệu vào ra

3.3.1 Lựa chọn bộ điều khiển

● Dùng PLC để điều khiển hệ thống bởi những ưu điểm sau:

- Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn

Thuận tiện cho việc chăm sóc nhiều đối tượng bệnh nhân khác nhau Ví dụ:bệnh nhân có bệnh truyền nhiễm nguy hiểm cần đặt độ âm áp suất cao hơn đểđảm bảo an toàn

- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao, độ tin cậy cao.Trong lĩnh vực y tế, cần đòi hỏi độ chính xác cao do liên quan đến tính mạngcon người Đặc biệt với những người bệnh mắc bệnh truyền nhiễm dễ lây lan

- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa

- Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra,

mở rộng chức năng khác

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạngtruyền thông với các thiết bị khác

Rất phù hợp cho việc giám sát, theo dõi bệnh nhân

● Chọn PLC S7 1200 của Siemen bởi độ tin cậy cao và phù hợp với hệ thống cầnhoạt động 24/7 hoạt động liên tục

CPU có bộ nhớ làm việc trong khoảng từ 25 - 150 KB Hệ thống của chúng

ta cần điều khiển không quá phức tạp nhưng để đảm bảo sau này có mở rộngđiều khiển thêm các thông số khác, ta chọn CPU có bộ nhớ làm việc là 50 KB

→ Vậy chọn: PLC S7 1200 CPU 1212C AC/DC/Rly 50 KB.

PLC có: DI8 x 24VDC SINK/SOURCE, DQ6 x relay và AI2.

Tính cả quạt dự phòng thì cần tất cả 6 đầu ra DQ cho điều khiển tốc độ quạt,nên cần bổ sung 1 module mở rộng DQ cho quạt dự phòng.

3.3.2 Bảng đầu vào ra của PLC

Bảng 3-15 Bảng chân đấu vào ra của PLC

Kiểu Dải tín hiệu Tên Địa chỉ thích Chú

ĐẦU

VÀO

AI 4-20 mA Cảm biến cân Loadcell AI0 PLC

AI 4-20 mA Cảm biến áp suất AI0 Modul AI mở

rộng

AI 4-20 mA Cảm biến nhiệt độ AI2 Modul AI mởrộng

AI 4-20 mA Cảm biến độ ẩm AI3 Modul AI mởrộng

AI 4-20 mA Cảm biến phần trăm Oxy AI4 Modul AI mởrộng

ĐẦU

RA

DQ Q_Van cấp nước vàobình DQ1 PLC

DQ Q_Máy phun sương DQ2 PLC

DQ Q_Van Oxy thô DQ3 PLC

DQ Q_Van Oxy tinh DQ4 PLC

DQ Quạt 1 - Rly1 DQ0 Modul DQmở rộng

DQ Quạt 1 - Rly2 DQ1 Modul DQmở rộng

DQ Quạt 1 - Rly3 DQ2 Modul DQmở rộng

DQ Quạt 2 - Rly1 DQ3 Modul DQmở rộng

DQ Quạt 2 - Rly2 DQ4 Modul DQ

mở rộng

DQ Quạt 2 - Rly3 DQ5 Modul DQmở rộng