LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Cảm biến nhiệt độ
1.3 IC cảm biến nhiệt độ
Cảm biến tiệm cận
2.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm
2.2 Cảm biến tiệm cận điện dung
Cảm biến quang
5.2 Cảm biến quang loại thu phát độc lập
5.3 Cảm biến quang loại phản xạ gương
Hệ thống khí nén
6.1 Các bước lắp ráp máy nén
6.2 Cách lắp đặt máy khí nén và van khí nén
6.3 Quy trình vận hành máy khí nén và van khí nén
6.4 Quy trình bảo trì, bảo dưỡng máy khí nén và van khí nén
6.5 Một số yêu cầu về an toàn máy khí nén và van khí nén
6.6 Các loại van điều khiển khí nén thông dụng
6.7 Các loại máy nén khí dùng trong công nghiệp
Hệ thống thủy lực
7.1 Các bước lắp đặt bơm thủy lực
7.2 Thiết kế trạm nguồn thủy lực, bộ nguồn thủy lực
7.3 Phân tích 1 số lỗi thường gặp trong 1 số mạch điều khiển thủy lực
CPU S7-1200
9.5 Màn hình điều khiển giám sát PLC
PLC Siemens S7 1500
10.1 Các bộ điều khiển trung tâm
10.2 Mô đun vào ra PLC Siemens S7-
10.3 Nguồn cung cấp PLC Siemens S7-
2 Chương 2: Nội dung công việc thực hành 258 3 254 1
1 Các tiêu chí thực hiện công việc 3 3
1.1 Nhóm công việc kết nối hệ thống
1.2 Nhóm công việc vận hành hệ thống
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Mã chương: MH42-01 Giới thiệu:
Tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của sản xuất công nghiệp, và điều này liên quan chặt chẽ đến cơ điện tử Kỹ thuật cơ điện tử giúp nhận diện các vấn đề trong sản xuất và đời sống, đồng thời cung cấp kiến thức cần thiết để vận hành hệ thống cơ điện tử Để thành thạo trong lĩnh vực này, sinh viên cần nắm vững các kỹ thuật như cảm biến, khí nén, thủy lực và PLC.
- Ôn tập những kiến thức cơ bản về cảm biến, khí nén, thủy lực và PLC mà sinh viên đã được học tại trường
- Giới thiệu thêm về các loại cảm biến, khí nén, thủy lực và PLC phổ biến hiện nay
- Hệ thống được những kiến về cảm biến, khí nén, thủy lực và PLC đã được học để áp dụng vào thực tiễn
- Có khả năng định hướng, chọn lựa phương pháp tiếp cận thích nghi với các nội dung học tập
Platin là vật liệu phổ biến cho nhiệt điện trở trong công nghiệp, với hai tiêu chuẩn chính dựa trên mức độ tinh khiết của vật liệu Hầu hết các quốc gia áp dụng tiêu chuẩn quốc tế DIN IEC 751 cho nhiệt điện trở platin.
Tiêu chuẩn năm 1983, được sửa đổi lần thứ nhất vào năm 1986 và lần thứ hai vào năm 1995, vẫn được Hoa Kỳ áp dụng tiêu chuẩn riêng Cả hai tiêu chuẩn này đều sử dụng phương trình Callendar – VanDusen.
R0 là trị số điện trở định mức ở 0 0 C
Theo tiêu chuẩn DIN, vật liệu Platin dùng làm nhiệt điện trở thường có pha tạp, giúp giảm thiểu sự thay đổi trị số điện khi bị thẩm thấu tạp chất trong quá trình sử dụng Điều này mang lại sự ổn định lâu dài, làm cho Platin pha tạp trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp Trong ngành công nghiệp, nhiệt điện trở Platin thường được sử dụng với đường kính 30, nhỏ hơn so với đường kính sợi tóc khoảng 100.
* Mạch ứng dụng với nhiệt điện trở platin:
ADT70 là một IC do Analog Devices sản xuất, cung cấp khả năng đo nhiệt độ rộng khi kết hợp với cảm biến Pt100 và Pt1000 Với nhiệt điện trở Platin kỹ thuật màng mỏng, ADT70 có thể đo nhiệt độ từ -50°C đến 500°C, trong khi với cảm biến Platin chất lượng cao, dải đo có thể lên đến 1000°C Độ chính xác của hệ thống ADT70 kết hợp với nhiệt điện trở Platin trong khoảng từ -200°C đến 1000°C phụ thuộc vào chất lượng của cảm biến Platin.
Các thông số thiết bị ADT70:
- Điện áp hoạt động: 5 vôn hoặc ±5 vôn
- Nhiệt độ hoạt động: Từ – 40 0 C đến 125 0 C (dạng 20 – lead DIP, SO packages)
- Ứng dụng: Thiết bị di động, bộ điều khiển nhiệt độ
ADT70 bao gồm hai thành phần chính: nguồn dòng có thể điều chỉnh và bộ phận khuyếch đại Nguồn dòng cung cấp năng lượng cho nhiệt điện trở và điện trở tham chiếu, trong khi bộ phận khuyếch đại so sánh điện áp giữa hai loại điện trở này để tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng với nhiệt độ Ngoài ra, ADT70 còn tích hợp một opamp và nguồn áp 2,5 volt Dải đo của ADT70 phụ thuộc vào đặc tính của nhiệt điện trở, do đó việc lựa chọn nhiệt điện trở phù hợp với ứng dụng thực tế là rất quan trọng.
Hình 1.1 Sơ đồ khối ADT70
Nhiệt điện trở niken là lựa chọn tiết kiệm hơn so với platin, với hệ số nhiệt độ gần gấp đôi Tuy nhiên, dải đo của nó chỉ từ -60°C đến +250°C, điều này hạn chế ứng dụng của nó trong một số trường hợp.
350 0 C niken có sự thay đổi về pha, cảm biến niken 100 thường dùng trong công nghiệp điều hoà nhiệt độ phòng.
Với các trường hợp không đòi hỏi sự chính xác cao, ta sử dụng phương trình sau:
Từ đó dễ dàng chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ:
T = (Rt/R0 – 1) / a = (Rt/R0 – 1)/0,00672 Cảm biến nhiệt độ ZNI 1.000 do hãng ZETEX Semiconductors sản xuất sử dụng nhiệt điện trở Ni, được thiết kế có giá trị 1.000(tại 0 0 C).
- Mạch ứng dụng với nhiệt điện trở Ni:
Zni 1.000 với ZMR500 được dùng với DVM như là nhiệt kế
Nhiệt điện trở thay đổi điện trở theo nhiệt độ, cho phép đo điện áp U = R.I với dòng điện không đổi khoảng 1 mA để tránh làm nóng cảm biến Tại 0 độ C, Pt 100 cung cấp điện thế khoảng 0,1 vôn, cần được truyền đến máy đo qua dây đo Có ba kỹ thuật nối dây đo để thực hiện việc này.
Hình 1.2 Cách nối dây nhiệt điện trở
Tiêu chuẩn IEC 751 yêu cầu dây nối đến cùng đầu nhiệt điện trở phải có màu giống nhau (đỏ hoặc trắng) và dây nối đến 2 đầu phải khác màu.
Hình 1.3 Kỹ thuật nối 2 dây
Khi đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở, điện trở của dây dẫn có thể ảnh hưởng đến kết quả đo, dẫn đến chỉ thị nhiệt kế cao hơn nhiệt độ thực tế Để giảm sai số này, cần bù trừ điện trở của dây đo bằng cách sử dụng một mạch điện, trong đó một biến trở được kết nối vào một trong hai dây đo, và nhiệt điện trở được thay thế bằng một điện trở 100Ω Mạch điện tử được thiết kế với điện trở dự phòng của dây đo là 10Ω, và biến trở được điều chỉnh để chỉ thị đạt 0°C, với tổng điện trở của biến trở và dây đo là 10Ω.
Hình 1.4 Kỹ thuật nối 3 dây
Khi nối thêm một điện trở vào dây đo nhiệt điện, hai mạch đo được hình thành, trong đó một mạch được sử dụng làm mạch chuẩn Kỹ thuật 3 dây giúp loại bỏ sai số do điện trở dây đo và sự thay đổi nhiệt độ Tuy nhiên, để đạt được độ chính xác cao, cả ba dây đo cần có cùng trị số kỹ thuật và cùng một nhiệt độ Kỹ thuật 3 dây rất phổ biến trong các ứng dụng đo lường.
Hình 1.5 Kỹ thuật nối 4 dây
Kỹ thuật 4 dây cho phép đạt kết quả đo chính xác nhất, trong đó hai dây được sử dụng để dẫn dòng điện không đổi qua nhiệt điện trở Hai dây còn lại được dùng để đo điện thế trên nhiệt điện trở Khi tổng trở ngõ vào của mạch đo lớn hơn nhiều so với điện trở của dây đo, điện trở dây đo trở nên không đáng kể, giúp điện thế đo được không bị ảnh hưởng bởi điện trở dây đo và sự thay đổi của nó do nhiệt.
* Các cấu trúc của cảm biến nhiệt platin và nickel:
- Nhiệt điện trở với vỏ gốm: Sợi Platin được giữ chặt trong ống gốm sứ với bột ốit nhôm, dải đo từ – 200 0 C đến 800 0 C.
Nhiệt điện trở với vỏ thuỷ tinh là thiết bị có độ bền cơ học và độ nhạy cao, cho phép đo nhiệt độ trong khoảng từ -200 °C đến 400 °C Loại nhiệt điện trở này thường được sử dụng trong các môi trường hóa chất có tính ăn mòn cao.
Cảm biến nhiệt điện trở với vỏ nhựa được thiết kế giữa hai lớp nhựa polyamid, với dây platin có đường kính khoảng 30 mm được dán kín Nhờ cấu trúc mảng, cảm biến này có khả năng đo nhiệt độ bề mặt của các ống hoặc cuộn dây biến thế, với dải đo từ -80 °C đến 230 °C.
Nhiệt điện trở màng mỏng là loại cảm biến có cấu trúc gồm một lớp màng platin mỏng được đặt trên nền ceramic hoặc thủy tinh Để chuẩn hóa giá trị điện trở của nhiệt điện trở này, tia laser được sử dụng, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu suất hoạt động của thiết bị.
1.3 IC cảm biến nhiệt độ
Nhiều công ty và hãng chế tạo IC bán dẫn sản xuất các cảm biến nhiệt độ, là mạch tích hợp chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện áp hoặc dòng điện Các bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (C, F, K) Để đo tín hiệu điện, cần xác định nhiệt độ cần đo, với tầm đo giới hạn từ -55°C đến 150°C và độ chính xác từ 1% đến 2%, tùy thuộc vào từng loại cảm biến.
NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HÀNH
Các tiêu chí thực hiện công việc
1.1 Nhóm công việc kết nối hệ thống
1.2 Nhóm công việc vận hành hệ thống
Nội dung thực hành
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Mã chương: MH42-01 Giới thiệu:
Trong sự phát triển của sản xuất công nghiệp, tự động hóa đóng vai trò quan trọng, và điều này cũng thể hiện rõ nét qua cơ điện tử Cơ điện tử, hay kỹ thuật cơ điện tử, giúp nhận diện các vấn đề trong sản xuất và đời sống Để vận hành hiệu quả hệ thống cơ điện tử, sinh viên cần trang bị kiến thức về kỹ thuật cảm biến, khí nén, thủy lực và PLC.
- Ôn tập những kiến thức cơ bản về cảm biến, khí nén, thủy lực và PLC mà sinh viên đã được học tại trường
- Giới thiệu thêm về các loại cảm biến, khí nén, thủy lực và PLC phổ biến hiện nay
- Hệ thống được những kiến về cảm biến, khí nén, thủy lực và PLC đã được học để áp dụng vào thực tiễn
- Có khả năng định hướng, chọn lựa phương pháp tiếp cận thích nghi với các nội dung học tập
Platin là vật liệu phổ biến cho nhiệt điện trở trong công nghiệp, với hai tiêu chuẩn chính dựa trên mức độ tinh khiết của vật liệu Hầu hết các quốc gia áp dụng tiêu chuẩn quốc tế DIN IEC 751 cho loại nhiệt điện trở này.
Tiêu chuẩn 1983, đã được sửa đổi vào năm 1986 và 1995, vẫn được Hoa Kỳ áp dụng với các quy định riêng Cả hai tiêu chuẩn đều dựa trên phương trình Callendar – VanDusen.
R0 là trị số điện trở định mức ở 0 0 C
Theo tiêu chuẩn DIN, vật liệu Platin dùng làm nhiệt điện trở có pha tạp, giúp giảm thiểu sự thay đổi trị số điện khi bị tạp chất thẩm thấu trong quá trình sử dụng Điều này mang lại sự ổn định lâu dài, phù hợp cho ứng dụng trong công nghiệp Trong ngành công nghiệp, nhiệt điện trở Platin thường có đường kính 30, nhỏ hơn nhiều so với đường kính sợi tóc khoảng 100.
* Mạch ứng dụng với nhiệt điện trở platin:
ADT70 là một IC do hãng Analog Devices sản xuất, cung cấp khả năng đo nhiệt độ linh hoạt khi kết hợp với cảm biến Pt100 và Pt1.000 Với nhiệt điện trở Platin kỹ thuật màng mỏng, ADT70 có thể đo nhiệt độ trong khoảng từ -50 °C đến 500 °C, trong khi với nhiệt điện trở Platin chất lượng cao, dải đo có thể mở rộng lên đến 1.000 °C Độ chính xác của hệ thống ADT70 kết hợp với nhiệt điện trở Platin trong khoảng nhiệt độ từ -200 °C đến 1.000 °C phụ thuộc vào chất lượng của cảm biến Platin được sử dụng.
Các thông số thiết bị ADT70:
- Điện áp hoạt động: 5 vôn hoặc ±5 vôn
- Nhiệt độ hoạt động: Từ – 40 0 C đến 125 0 C (dạng 20 – lead DIP, SO packages)
- Ứng dụng: Thiết bị di động, bộ điều khiển nhiệt độ
ADT70 bao gồm hai thành phần chính: nguồn dòng có thể điều chỉnh và bộ phận khuyếch đại Nguồn dòng cung cấp năng lượng cho nhiệt điện trở và điện trở tham chiếu, trong khi bộ phận khuyếch đại so sánh điện áp giữa hai loại điện trở này, từ đó tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng với nhiệt độ Ngoài ra, ADT70 còn tích hợp một opamp và nguồn áp 2,5 vôn Dải đo của ADT70 phụ thuộc vào đặc tính của nhiệt điện trở, vì vậy việc lựa chọn nhiệt điện trở phù hợp với ứng dụng thực tế là rất quan trọng.
Hình 1.1 Sơ đồ khối ADT70
Nhiệt điện trở niken là lựa chọn kinh tế hơn so với platin, với hệ số nhiệt độ lớn gần gấp đôi Tuy nhiên, dải đo của nó chỉ giới hạn từ -60°C đến +250°C.
350 0 C niken có sự thay đổi về pha, cảm biến niken 100 thường dùng trong công nghiệp điều hoà nhiệt độ phòng.
Với các trường hợp không đòi hỏi sự chính xác cao, ta sử dụng phương trình sau:
Từ đó dễ dàng chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ:
T = (Rt/R0 – 1) / a = (Rt/R0 – 1)/0,00672 Cảm biến nhiệt độ ZNI 1.000 do hãng ZETEX Semiconductors sản xuất sử dụng nhiệt điện trở Ni, được thiết kế có giá trị 1.000(tại 0 0 C).
- Mạch ứng dụng với nhiệt điện trở Ni:
Zni 1.000 với ZMR500 được dùng với DVM như là nhiệt kế
Nhiệt điện trở thay đổi điện trở theo nhiệt độ, cho phép đo điện áp U = R.I với dòng điện không đổi khoảng 1 mA để tránh làm nóng cảm biến Ở nhiệt độ 0°C, Pt 100 tạo ra điện thế khoảng 0,1 vôn, cần được truyền đến máy đo qua dây dẫn Có ba kỹ thuật nối dây đo để thực hiện việc này.
Hình 1.2 Cách nối dây nhiệt điện trở
Tiêu chuẩn IEC 751 yêu cầu dây nối đến cùng đầu nhiệt điện trở phải có màu giống nhau (đỏ hoặc trắng) và dây nối đến 2 đầu phải khác màu.
Hình 1.3 Kỹ thuật nối 2 dây
Khi nối nhiệt điện trở với mạch điện tử bằng hai dây dẫn, mỗi dây đều có điện trở, dẫn đến việc điện trở này nối tiếp với điện trở của hai dây đo, khiến mạch điện trở nhận được điện thế cao hơn mức cần đo Kết quả là chỉ thị nhiệt kế hiển thị nhiệt độ cao hơn thực tế, đặc biệt nếu khoảng cách giữa các điểm đo quá xa, điện trở dây đo có thể lên đến vài ôm Để giảm sai số do điện trở dây đo gây ra, người ta sử dụng một mạch điện bù trừ, trong đó một biến trở được kết nối vào một trong hai dây đo và nhiệt điện trở được thay thế bằng một điện trở 100Ω Mạch điện tử được thiết kế với điện trở dự phòng của dây đo là 10Ω, và biến trở được điều chỉnh sao cho chỉ thị đạt 0°C, với biến trở và điện trở dây đo cùng giá trị 10Ω.
Hình 1.4 Kỹ thuật nối 3 dây
Khi nối thêm một điện trở vào dây đo nhiệt điện, hai mạch đo được hình thành, trong đó một mạch được sử dụng làm mạch chuẩn Kỹ thuật 3 dây giúp loại bỏ sai số do điện trở dây đo và sự thay đổi của nó theo nhiệt độ Tuy nhiên, để đạt được độ chính xác cao, cả ba dây đo cần có cùng trị số kỹ thuật và cùng một nhiệt độ Kỹ thuật 3 dây rất phổ biến trong các ứng dụng đo lường.
Hình 1.5 Kỹ thuật nối 4 dây
Kỹ thuật 4 dây cho phép đạt kết quả đo chính xác nhất, trong đó hai dây được sử dụng để truyền dòng điện không đổi qua nhiệt điện trở, trong khi hai dây còn lại dùng để đo điện thế trên nhiệt điện trở Khi tổng trở ngõ vào của mạch đo lớn hơn nhiều so với điện trở của dây đo, điện trở dây đo có thể coi là không đáng kể, giúp điện thế đo được không bị ảnh hưởng bởi điện trở dây đo cũng như sự thay đổi của nó do nhiệt.
* Các cấu trúc của cảm biến nhiệt platin và nickel:
- Nhiệt điện trở với vỏ gốm: Sợi Platin được giữ chặt trong ống gốm sứ với bột ốit nhôm, dải đo từ – 200 0 C đến 800 0 C.
Nhiệt điện trở vỏ thủy tinh có độ bền cơ học và độ nhạy cao, với dải đo từ -200°C đến 400°C Loại nhiệt điện trở này rất phù hợp cho các môi trường hóa chất có độ ăn mòn cao.
Cảm biến nhiệt điện trở với vỏ nhựa được thiết kế giữa hai lớp nhựa polyamid, với dây platin có đường kính khoảng 30 mm được dán kín Nhờ vào cấu trúc mảng, thiết bị này có khả năng đo nhiệt độ bề mặt của các ống hoặc cuộn dây biến thế, với dải đo từ -80 °C đến 230 °C.
Nhiệt điện trở với kỹ thuật màng mỏng là một loại cảm biến được cấu tạo từ một lớp màng mỏng làm từ platin, đặt trên nền ceramic hoặc thủy tinh Để đảm bảo độ chính xác, tia lazer được sử dụng để chuẩn hóa giá trị điện trở của nhiệt điện trở này.
1.3 IC cảm biến nhiệt độ
Nhiều công ty chế tạo và sản xuất IC bán dẫn chuyên đo và hiệu chỉnh nhiệt độ IC cảm biến nhiệt độ là mạch tích hợp chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện áp hoặc dòng điện Nhờ vào tính nhạy cảm cao của bán dẫn với nhiệt độ, chúng tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (C, F, K) Để đo tín hiệu điện, cần xác định nhiệt độ cần đo, với tầm đo giới hạn từ -55°C đến 150°C và độ chính xác từ 1% đến 2%, tùy thuộc vào từng loại cảm biến.