Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp: Chương 2 - Nguyễn Thị Huế

Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp: Chương 2 Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp cung cấp cho người học những kiến thức như: Các thiết bị đo lường trong công nghiệp; Các thiết bị chấp hành trong công nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Trang 1

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

BÀI GIẢNG

Nguyễn Thị Huế

Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

Trang 2

2 3/11/2021

NỘI DUNG MÔN HỌC

1

2

5

Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo

và điều khiển công nghiệp

Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp

Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

3

4

7

Các bộ điều khiển khả trình Các thiết bị giám sát trong công nghiệp

Một số hệ thống công nghiệp thực tế

6 Các giao thức công nghiệp tiêu biểu

Trang 3

Hệ thống trong công nghiệp

Trang 4

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 4 3/11/2021

2.1.1 Thiết bị đo trong hệ thống tự động

Trang 5

NỘI DUNG CHƯƠNG 2

2.1 Các thiết bị đo lường trong công nghiệp 2.2 Các thiết bị chấp hành trong công nghiệp

Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

2

Trang 6

Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động

Trang 7

 Nhìn chung các thiết bị đo hiện

trường có thể giao tiếp với

trung tâm xử lí thông qua các

chuẩn truyền số hoặc tương tự

Trang 8

 Đặc tính của thiết bị đo

Thiết bị đo trong hệ thống tự động

Trang 9

 Độ nhạy của thiết bị đo (S)

Trang 10

 Phạm vi đo (range) là sự xác lập các giá trị, qua đó việc đo có

thể được thực hiện mà không làm ảnh hưởng đến độ nhạy của thiết bị đo

 Span của thiết bị đo là khoảng cách (hoặc sự chênh lệch)

giữa giá trị giới hạn trên và giá trị giới hạn dưới của thang đo ứng dụng

 Tín hiệu vào (input range) là tín hiệu tương ứng với giá trị

thực cần đo nằm trong span của dải đo

 Tín hiệu ra (output signal) của một transmitter điện tử điển

hình là 4 – 20mA tương ứng với 0% - 100% phạm vi đo tín hiệu vào

Phạm vi đo và Span của tín hiệu vào, tín hiệu ra

Trang 11

 Khi xem xét dụng cụ đo từ độ chính xác và độ không đảm

bảo đo thường bị nhầm lẫn, song chúng là hai khái niệm khác

nhau, nhất là đối với thế giới dụng cụ đo hiện đại ngày nay Trong phạm trù đo lường:

 Độ chính xác: thường được biểu thị theo phần trăm toàn dải

hoặc giá trị đo và nó cho biết con số khác nhau giữa giá trị đo

và giá trị thật Điểm yếu ĐCX là người ta không thể biết giá trị thật là bao nhiêu

 Độ không đảm bảo đo: thường được biểu diễn là một khoảng

giá trị đo được mà giá trị thật tồn tại trong nó với một xác xuất

ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO

Trang 12

 Thiết bị đo áp

12 3/11/2021

Các thiết bị đo các đại lượng điện

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

Trang 14

 Qua các thời kỳ phát triển, thiết bị đo các đại lượng không điện hiện đại được xây dựng trên cơ sở vi xử lý (micro processor based) và bắt đầu chuyển sang giai đoạn xây dựng trên cơ sở

vi hệ thống (micro system based)

14 3/11/2021

Các thiết bị đo các đại lượng không điện

Trang 15

 Tổng quan về transmitter

Trang 16

 Analog Transmitters

 Smart Transmitters

được chồng lên tín hiệu tương tự (4-20 mA or 1-5V)

Trang 17

 Analog Transmitters

Trang 19

Hiệu chuẩn (Calibration)

Tập hợp các thao tác trong điều kiện quy định để thiết lập mối quan hệ giữa các giá trị được chỉ bởi PTĐ, hệ thống đo hoặc giá trị được thể hiện bằng vật đọ hoặc mẫu chuẩn và các giá trị tương ứng thể hiện bằng chuẩn

Trang 20

Kiểm định (Verification)

Là việc xác định và chứng nhận đối với PTĐ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu quy định do tổ chức có thẩm quyền hoặc được uỷ quyền kiểm định thực hiện

Trang 21

 Hiệu chuẩn, hiệu chỉnh thiết bị đo giúp cho việc đảm bảo quá trình công nghệ vận hành an toàn trong phạm vi kỹ thuật cho phép và tạo ra sản phẩm có chất lượng

trị tín hiệu vào và tín hiệu ra với một chuẩn đã biết Qua sự diễn dải, phân tích các kết quả của việc so sánh, các sai lệch của thiết bị đo có thể được xác định và được hiệu chỉnh

là thao tác được sử dụng để điều chỉnh một thiết bị đo sao cho

độ chính xác của nó nằm trong mô tả kỹ thuật của nhà chế tạo

Hiệu chuẩn (Calibration)

Trang 22

 Hiệu chuẩn phương tiện đo

cơ sở sản xuất kinh doanh, nghiên cứu để đánh giá được tình trạng phương tiện đo trong quá trình bảo quản sử dụng nhằm đảm bảo độ chính xác phù hợp với yêu cầu sản xuất kinh doanh, nghiên cứu của cơ sở

phương tiện đo, mang tính bắt buộc, được Nhà nước quy

Trang 23

 Hiệu Chuẩn, Hiệu Chỉnh là so sánh các giá trị vào ra của thiết bị đo với chuẩn đã biết để đánh giá độ chính xác và có thể chỉnh lại

 Vận hành thành công một quá trình phụ thuộc vào độ chính xác và đặc tính của từng thiết bị đo trong mạch điều khiển

 Hiệu Chuẩn, Hiệu Chỉnh thiết bị giúp cho quá trình công nghệ vận hành an toàn trong phạm vi kỹ thuật cho phép

Ý NGHĨA CỦA HIỆU CHUẨN HIỆU CHỈNH

Trang 24

 Hiệu chuẩn, hiệu chỉnh thiết bị đo lường có thể cần thiết khi thay đổi các thông số của quá trình công nghệ hoặc thay đổi thiết bị

 Thường xuyên yêu cầu hiệu chuẩn, hiệu chỉnh theo định kỳ để ngăn ngừa các vấn đề trước khi xảy ra hư hỏng

 Hiệu chuẩn phải được xem là một hoạt động bình thường và cần thiết của mọi cơ sở sản xuất, kinh doanh,… để phù hợp với mục tiêu kinh doanh, nghiên cứu của mình

Trang 25

 Các thiết bị đo có thể được yêu cầu cân chỉnh lại vì một số

lý do

TẦM QUAN TRỌNG CỦA HIỆU CHUẨN HIỆU

Trang 26

 Do đó việc hiệu chuẩn, hiệu chỉnh lại thiết bị đo lường trong hệ thống điều khiển là cần thiết Việc hiệu chuẩn, hiệu chỉnh thường được thực hiện trong quá trình shutdown nhà máy

vào làm việc trở lại cần phải được hiệu chuẩn, hiệu chỉnh

phải được hiệu chuẩn, hiệu chỉnh theo chu kỳ: 03 tháng, 06 tháng, 12 tháng …

Trang 27

 Độ lệch zero là trường hợp tín hiệu ngõ ra của thiết bị đo cao hơn hoặc thấp hơn giá trị mong đợi khi tín hiệu vào nằm trong dải đo của nó

hiệu chuẩn (calibrator) Thiết bị này cung cấp một tín hiệu vào

đã biết và tin cậy cho thiết bị đo cần kiểm tra

5 điểm

tương tứng với các giá trị input theo 5 điểm đọc theo thang đo

NHẬN BIẾT ĐỘ LỆCH ZERO VÀ SAI LỆCH SPAN

Trang 28

 Một bảng ghi số liệu hiệu chuẩn, hiệu chỉnh điển hình được trình bày dưới đây, nó được sử dụng để ghi các số liệu được tạo ra trong quá trình thử thiết bị đo Bởi vì sai lệch zero được quan tâm qua toàn bộ thang đo của thiết bị đo, do đó sai lệch zero có thể được dò dễ dàng nhờ việc sử dụng bảng số liệu này

Trang 29

 Calibration

Trang 31

 Hiệu chỉnh thiết bị áp suất

Một sô mạch hiểu chỉnh thiết bị

Trang 32

 Hiệu chuẩn thiết bị đo nhiệt độ

Một sô mạch hiểu chỉnh thiết bị

Trang 33

 What is an Instrument Calibrator?

Trang 34

Một số cảm biến công nghiệp thường gặp

Trang 35

 Đo tiếp xúc

 Đo bằng nhiệt điện trở (Pt100 Pt1000, N, W, )

 Đo bằng cặp nhiệt ngẫu (K, E, J, )



 Đo bằng phương pháp hỏa quang kế

 Đo bằng hồng ngoại



Đo nhiệt độ

Trang 36

Nhiệt ngẫu (can nhiệt)

ET = KT (tnóng - ttự do) = KT tnóng – KT ttự do

 ttự do: nhiệt độ đầu tự do

36 3/11/2021

Trang 37

 Ta phải chỉnh KT thế nào để cho 00C ứng với 4 mA và nhiệt độ định mức ứng với 20 mA Muốn thế ta phải khuếch đại và phải

muốn

Transmitter nhiệt ngẫu

Trang 38

 Nhiệt kế nhiệt điện trở thường dùng trong công nghiệp, thường được chế tạo bằng Pt, dây đồng, dây Ni và có ký hiệu là: Pt-

100, Cu-100, Ni-100

38 3/11/2021

Nhiệt kế nhiệt điện trở

Trang 39

1- Nhiệt điện trở 2- Modul vào

3- Dòng cung cấp (hằng) 4- Khuếch đại điện áp một chiều

5- Modul ra 6- Điều chỉnh điện áp

Transmitter nhiệt điện trở

Trang 40

 Để tránh ảnh hưởng của điện trở đường dây ta phải bố trí để

có thể lắp sơ đồ 2 dây, 3 dây, 4 dây

toán ra nhiệt độ, sau đó qua D/A thành dòng điện ra 4-20 mA ứng với khoảng đo của nhiệt độ vào Vi xử lý còn làm nhiệm vụ tuyến tính hóa nhiệt kế

40 3/11/2021

Transmitter nhiệt điện trở

Trang 41

 TDY

Một số Transmitter nhiệt độ trong công nghiệp

Trang 42

 Tranmitter kết nối theo giao thức MODBUS

Trang 43

 Tranmitter TMZ

Trang 44

44 3/11/2021

Trang 45

Trang 46

Trang 47

 Như trên ta đã thấy thì hiện nay có rất nhiều loại cảm biến đo nhiệt độ khác nhau, và việc lựa chọn chúng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: độ chính xác, khoảng nhiệt, tốc độ phản ứng, môi trường (hóa học, vật lý, hay điện) và giá thành

hay được sử dụng nhất là lựa chọn theo ngành nghề bởi thông thường, mỗi loại cảm biến được thiết kế để phục vụ cho một chuyên ngành riêng

Trang 48

 Dưới dây là các yêu cầu đặt ra khi lựa chọn 1 loại cảm biến nhiệt và Bảng tổng hợp kinh nghiệm lựa chọn cảm biến nhiệt dựa theo các ngành nghề khác nhau:

- Độ chính xác

- Sự linh hoạt, có thể lắp ráp dễ dàng

- Giới hạn khoảng nhiệt cần đo

- Giá thành

- Có thể điều chỉnh riêng lẻ hay không

- Sự tương thích với môi trường và những ảnh hưởng (nếu có) của các tác nhân bên ngoài môi trường

Trang 49

Áp suất

Thiết bị đo các đại lượng không điện

pe : Áp suất, biến đầu vào 5 : Khuếch đại đo lường

IA, UH : Tín hiệu vào và nguồn cung cấp 6 : Chuyển đổi áp tần

1 : Ống dẫn kết nối 7 : Vi điều khiển

2 : Màng chắn 8 : Chuyển đổi số - tương tự

3 : Chất lỏng để truyền áp suất 9 : Mạch điốt và kết nối với ampemet bên ngoài

4 : Cảm biến điện trở lực căng màng

Silic

Trang 50

Áp suất

để truyền áp suất qua một chất truyền áp suất Áp suất được truyền lên một màng đo Màng đo là một màng biến dạng, trên

ấy có một cầu đo bằng 4 điện trở lực căng bán dẫn

2

pR 0.49

Trang 51

Áp suất

điều khiển và một mặt sẽ truyền đi bằng số, một mặt biến

R

kR



∆R/R : biến thiên tương đối của điện trở

k : độ nhạy của cảm biến ( k = 50 – 100 đối với Si)

ε : biến dạng của màng

Trang 53

Áp suất

Trang 54

Áp suất

 Một số cảm biến áp suất của siemen

 SITRANS P DS III dải đo 0 – 400 bar

Trang 56

 Đo lực, gia tốc, di chuyển

 Cám biến điện cảm, điện dung

Trang 57

 Thiết bị đo lưu lượng

Trang 58

Trang 59

 Thiết bị chấp hành

2.2 Các thiết bị chấp hành

Trang 60

 Các thừa hành có nhiệm vụ thực hiện các thao tác tác động vào đối tượng

tắc tơ, các khởi động từ, các van vói các điều khiển đóng –

mở (on – off) nối vào các đầu ra số (DO) của PLC

PLC (AO):

Các thừa hành

Trang 61

 Thiết bị bảo vệ

2.2 Các thiết bị chấp hành

Trang 62

 Các thiết bị bảo vệ được nối với đầu ra số (DO) của PLC

 Các tiếp điểm của thiết bị bảo vệ thường được nối vào đầu vào

Trang 63

 Rơ le cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị điện tử, nguyên lý hoạt động của Rơle là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua quộn dây, từ trường lại tạo thành lực

Trang 64

 Các bộ phận (các khối) chính của rơle

 Cơ cấu tiếp thu (cuộn dây)

Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và

biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín

hiệu phù hợp cho khối trung gian

 Cơ cấu trung gian (nam châm điện)

Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ

khối tiếp

thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle

tác động

 Cơ cấu chấp hành (hệ thống tiếp điểm)

Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển

64 3/11/2021

Rơ le

Trang 65

 Công tắc tơ là một loại thiết bị điện dùng để đóng cắt từ xa, tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A

 Công tắc tơ có hai vị trí là đóng và cắt Tần số đóng có thể tới

1500 lần một giờ

+ Hệ thống tiếp điểm chính

+ Hệ thống dập hồ quang

+ Cơ cấu điện từ

+ Hệ thống tiếp điểm phụ

Contactor

Trang 66

Yêu cầu khi chọn công tắc tơ

Trang 67

 Áp tô mát là thiết bị điện dùng để tự động cắt mạch điện bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp, hồ quang được dập trong không khí

 Cấu tạo áp tô mát

- Tiếp điểm: có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang) hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang)

- Cơ cấu truyền động cắt áptômát: truyền động cắt áptômát thường có hai cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện)

- Móc bảo vệ sụt áp: (còn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dùng kiểu điện từ Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính

Áp to mát

Trang 68

 Khởi động từ là một loại thiết bị điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng/cắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu có mắc thêm rơle nhiệt) cho các động cơ ba pha rotor lồng sóc

 Khởi động từ khi có một công tắc tơ gọi là khởi động từ đơn, thường dùng

để điều khiển đóng cắt động cơ điện

 Khởi động từ có hai công tắc tơ gọi là khởi động từ kép, dùng để khởi động và điều khiển đảo chiều động cơ điện

 Muốn khởi động từ bảo vệ được ngắn mạch phải mắc thêm cầu chảy

68 3/11/2021

Khởi động từ

Trang 69

 Cơ cấu chấp hành Cơ

Các cơ cấu truyền lực

Trang 70

Các dạng chuyển đổi năng lượng

Trang 71

 Hệ thống truyền động thủy lực được ứng rụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, với những dây truyền thiết bị có độ chính xác cao, điều khiển tinh cấp bằng máy tính, công suất lớn

Cơ cấu chấp hành thủy lực

Trang 72

Trang 73

Ưu điểm:

 Có khả năng truyền động với công suất lớn và áp suất cao

 Cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi bảo dưỡng chăm sóc ít

 Có khả năng điều chỉnh vận tốc làm việc tinh cấp hoặc vô cấp

 Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau

 Giảm kích thước, khối lượng cả hệ thống bằng cách nâng cao áp suất làm việc

 Nhờ quán tính nhỏ của máy bơm và động cơ, khả năng chịu nén cao của dầu

mà hệ thống có thể làm việc với tốc độ cao mà không cần tính toán tới yếu tố va đập như hệ thống điện và cơ khí

 Khâu ra của hệ thống dễ dàng biến đổi từ chuyển động quay - tịnh tiến, tịnh tiến

- quay

Trang 74

Ưu điểm:

 Dễ theo dõi quan sát mạch thủy lực với sự hỗ trợ của áp kế

 Các phần tử được tiêu chuẩn hóa tạo điều kiện thiết kế chế tạo

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	4,45 MB