90PHỤ LỤCPhụ lục 1: Nguyên nhân và các khắc phục 10 sự cố Phụ lục 2: Bảng số liệu kiểm tra độ chính xác của cảm biếnPhụ lục 3: Công thức tính sai số của phép đo trực tiếpPhụ lục 4: Code
TỔNG QUAN
Vấn đề nghiên cứu
Với sự bùng nổ của Internet vạn vật (IoT), nhiều sản phẩm thông minh như thiết bị và nhà thông minh đã ra đời IoT hiện diện trong hầu hết các hoạt động sản xuất, giúp chúng ta kiểm soát và vận hành công việc một cách đơn giản và hiệu quả hơn.
Trong ngành kỹ thuật điều hòa không khí, việc theo dõi tình trạng hoạt động của hệ thống là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và liên tục Nhiều thiết bị đã được phát triển để giúp người vận hành nhanh chóng nắm bắt tình trạng hệ thống và thực hiện bảo trì chủ động khi phát hiện lỗi Đề tài nghiên cứu này giới thiệu một thiết bị ứng dụng công nghệ IoT có tên “Bộ thiết bị thu thập và xử lý dữ liệu nhiệt độ, áp suất cho hệ thống lạnh công nghiệp”, nhằm thu thập thông tin, đánh giá hoạt động và thông báo sự cố, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống lạnh.
Các nghiên cứu trong và ngoài nước
Ying Yan và cộng sự đã nghiên cứu phương pháp chẩn đoán lỗi cho bộ xử lý không khí AHU, điều này rất quan trọng để đội bảo trì có thể nhận biết lỗi và cải thiện tính khả dụng của hệ thống Sau khi đánh giá các thách thức, tác giả đã phát triển một phương pháp dựa trên máy Boltzmann phi tập trung Để giải quyết vấn đề đầu tiên, phần dư giữa các giá trị thực tế của cảm biến và ước tính của chúng được coi là chỉ báo lỗi, vì chúng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi môi trường Đối với vấn đề thứ hai, một cơ chế biểu quyết phi tập trung mới đã được phát triển dựa trên tính chất hội tụ của máy Boltzmann, nhằm xác định lỗi cảm biến mà không cần giải quyết nhiều vấn đề tối ưu hóa.
Mariam Elnour và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu nhằm xác thực dữ liệu cảm biến và chẩn đoán lỗi cho các hệ thống HVAC Nghiên cứu này là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và hiệu quả của hệ thống, vì các phép đo cảm biến đóng vai trò then chốt trong việc điều khiển vòng kín.
Hệ thống HVAC được thiết kế để xây dựng mô hình ánh xạ đầu vào - đầu ra thông qua việc giảm kích thước dữ liệu, giúp xác thực các phép đo từ cảm biến trong điều kiện sửa lỗi Nó có khả năng thay thế dữ liệu bị thiếu, lọc nhiễu và sửa lỗi không chính xác Hệ thống này có thể được áp dụng cho cả chẩn đoán lỗi cảm biến đơn lẻ và nhiều lỗi cảm biến bằng cách theo dõi tính nhất quán giữa kết quả thực tế và chỉ số cảm biến ước tính.
W.J.N Turner và cộng sự [3] đã nghiên cứu phương pháp phát hiện lỗi HVAC tòa nhà tự động theo hướng dữ liệu sử dụng phương pháp tiếp cận mô hình bình phương nhỏ nhất đệ quy Các thông số của mô hình sau đó được quan sát trong thời gian thực Trong quá trình hoạt động bình thường của hệ thống, các thông số này hội tụ về giá trị ổn định Lỗi có thể được phát hiện khi các thông số mô hình lệch khỏi giá trị hội tụ của chúng Cách tiếp cận phát hiện lỗi mới có lợi thế khác biệt là hiệu quả về mặt tính toán trong khi không yêu cầu xây dựng chi tiết và các mô hình HVAC Các tính năng này làm cho cách tiếp cận phát hiện lỗi mới có thể sử dụng được giữa các hệ thống HVAC lớn và nhỏ
Arie Taal và cộng sự đã phát triển một phương pháp phát hiện và chẩn đoán lỗi chung (FDD) cho các hệ thống thông gió kiểm soát theo nhu cầu (DCV), giúp tự động phát hiện lỗi và cải thiện đáng kể chất lượng không khí trong nhà cũng như hiệu suất năng lượng Phương pháp này sử dụng mạng Bayes DBN để khắc phục các vấn đề của các phương pháp FDD hiện tại cho hệ thống VAV, từ đó mở rộng khả năng ứng dụng thực tiễn Phương pháp IAQ 4S3F được chứng minh hiệu quả trên một hệ thống VAV thông thường với thông gió kiểm soát theo nhu cầu trong môi trường văn phòng, sử dụng dữ liệu thực tế để tối ưu hóa hoạt động.
Hệ thống Quản lý Tòa nhà BMS theo giờ lịch sử cả năm và cho thấy khả năng áp dụng thành công
Các phương pháp phát hiện và chẩn đoán lỗi cho thiết bị làm lạnh hiện nay rất hiệu quả trong việc xác định lỗi đơn lẻ Tuy nhiên, chúng gặp khó khăn khi phải chẩn đoán nhiều lỗi cùng lúc, và hiệu quả của các mô hình chẩn đoán này phụ thuộc vào phạm vi dữ liệu sử dụng.
Nghiên cứu đã phát triển một phương pháp chẩn đoán lỗi mới cho máy làm lạnh, kết hợp tính năng nâng cao của ELM-KNN Cụ thể, ELM được áp dụng để tối ưu hóa việc lập bản đồ các tính năng, từ đó nâng cao độ chính xác của thuật toán KNN trong việc phát hiện nhiều lỗi khác nhau Kết quả thực nghiệm cho thấy phương pháp này mang lại hiệu quả cao trong việc chẩn đoán.
Mô hình đề xuất trong bài báo này cho thấy độ chính xác cao nhất so với các phương pháp khác, với hiệu suất chẩn đoán tốt hơn cho nhiều lỗi ngay cả khi không có dữ liệu đầy đủ Để giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng toàn cầu, việc tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng của hệ thống HVAC giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng không cần thiết và đồng thời chẩn đoán kịp thời các lỗi Nghiên cứu của Zhi Li và cộng sự đã áp dụng quy trình Markov ẩn để giảm nhiễu thông tin liên quan đến trạng thái lỗi của các thành phần, trong khi bộ lọc Kalman không mùi được sử dụng để xác định trạng thái hiện tại của ước tính Cuối cùng, các quy tắc SPC được áp dụng để thiết lập giới hạn kiểm soát động lực học, nhằm giảm tác động của môi trường bên ngoài vào hệ thống chẩn đoán lỗi, từ đó giảm tỷ lệ chẩn đoán sai.
Chunsheng Yang và cộng sự đã phát triển một phương pháp hệ thống nhằm xác định và ngăn ngừa các vấn đề liên quan đến hệ thống, sản phẩm và quy trình Để đối phó với những thách thức này, các tác giả đã đề xuất áp dụng phương pháp FMEA cho thiết bị HVAC trong các tòa nhà thông thường, thông qua việc khai thác dữ liệu từ hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà BEMS Phương pháp FMEA cho phép các nhà vận hành tòa nhà cô lập và dự đoán lỗi một cách hiệu quả, đồng thời giúp giải quyết những lỗi có tác động lớn Nhờ đó, dữ liệu hoạt động có thể được thu thập để phát triển các mô hình dự đoán dựa trên máy học.
Hua Han và cộng sự đã phát triển một mô hình tối ưu hóa thông qua xác nhận chéo để thực hiện FDD trên máy làm lạnh ly tâm 90 tấn Mô hình này cho thấy hiệu suất FDD vượt trội với tỷ lệ chính xác tổng thể cao cho tất cả các mẫu, cũng như tỷ lệ chính xác cao cho từng loại lỗi, hiệu quả chẩn đoán, tỷ lệ phát hiện và tỷ lệ cảnh báo sai Đặc biệt, mô hình này tỏ ra hiệu quả trong việc phát hiện và chẩn đoán các lỗi cấp hệ thống, nơi mà việc xác định gặp nhiều khó khăn do hiệu ứng SLE gây ra Tỷ lệ chính xác cho các lỗi cấp hệ thống như rò rỉ, nạp thiếu và thừa chất làm lạnh, cùng với thừa dầu lần lượt đạt 99,59%, 99,26% và 99,38%.
Boyan Zhang và các cộng sự đã phát triển một phương pháp thực nghiệm cải tiến mang tên EEMD-HTD nhằm khử dữ liệu thu thập và làm nổi bật các đặc điểm lỗi của cảm biến Phương pháp này phân tích các lỗi đơn nguồn và đa nguồn của cảm biến bằng GMM tại các điểm khác nhau Tất cả các quy trình chẩn đoán lỗi này được gọi chung là EEMD-HTD-GMM Kết quả thử nghiệm cho thấy EEMD-HTD-GMM có khả năng chẩn đoán cao và phân biệt hiệu quả giữa các dạng lỗi, giúp giảm thiểu nhầm lẫn trong phân loại GMM.
Mahendra Kumar và cộng sự đã phát triển một sơ đồ chẩn đoán lỗi dựa trên mô hình MIMO, nhằm áp dụng trong hệ thống điều hòa không khí Nghiên cứu này tập trung vào việc chẩn đoán lỗi thông qua phân tích phần dư, đồng thời thảo luận về khả năng phát hiện cả lỗi đơn lẻ và nhiều lỗi trong hệ thống.
Kết quả cho thấy sơ đồ FDD sử dụng phương pháp phân loại kết hợp đạt độ chính xác chẩn đoán cao, cả trong điều kiện có và không có nhiễu.
Zhengfei Li và cộng sự đã đề xuất một chiến lược chẩn đoán lỗi tổng hợp cho hệ thống VRF, tập trung vào các lỗi như lỗi lượng chất làm lạnh RCA, lỗi van và lỗi máy nén khí LF Họ sử dụng thuật toán rừng ngẫu nhiên SA-RF để thực hiện quá trình chọn lựa tính năng từ ba loại tập dữ liệu lỗi, giúp xác định các biến tối ưu mô tả tốt các trạng thái lỗi, từ đó cải thiện hiệu quả mô hình hóa và giảm kích thước dữ liệu Qua việc hình dung diễn biến lỗi và biên độ của các mô hình tăng cường, nghiên cứu cho thấy rằng các mô hình này có khả năng tránh trang bị quá mức hiệu quả, với phần lớn các mẫu được phân loại chính xác và đạt độ tin cậy cao.
Mục tiêu đề tài
Việc phát hiện kịp thời sự cố trong hệ thống lạnh là rất quan trọng, giúp người vận hành theo dõi tình trạng hoạt động của hệ thống Điều này cho phép đưa ra cảnh báo và giải pháp nhằm giảm thiểu rủi ro và thiệt hại, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí sửa chữa Đồng thời, nó đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục, đáp ứng nhu cầu sử dụng một cách hiệu quả.
Nghiên cứu này nhằm phát triển "thiết bị thu thập dữ liệu bằng máy tính trong hệ thống lạnh công nghiệp" để thu thập và xử lý dữ liệu nhiệt độ, áp suất của hệ thống lạnh thông qua phần mềm máy tính, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành công nghiệp Mục tiêu chính của nghiên cứu bao gồm việc cải thiện hiệu quả quản lý và giám sát hệ thống lạnh.
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ra hệ thống hoàn chỉnh dựa trên nền tảng phần mềm Matlab và Arduino
Đánh giá chất lượng dữ liệu từ các vị trí cảm biến được thực hiện với độ ổn định và chính xác cao, thông qua việc kiểm nghiệm trong nhiều điều kiện khác nhau trên hệ thống lạnh.
- Dự đoán, cảnh báo thời điểm trước khi sự cố xảy ra
- Đánh giá sự sai số của sản phẩm ở phương diện: nhiệt độ, áp suất
Phương pháp thực hiện
Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng nhiều phương pháp chính bao gồm nghiên cứu liệt kê, lý thuyết, thu thập số liệu, thực nghiệm và so sánh, từ việc xây dựng ý tưởng, nghiên cứu lý thuyết, chế tạo thiết bị đến thực nghiệm trên các hệ thống lạnh khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu liệt kê là một kỹ thuật quan trọng trong việc chẩn đoán lỗi của hệ thống làm việc, bao gồm việc tìm hiểu và tổng hợp các bài nghiên cứu liên quan cả trong nước và quốc tế Việc áp dụng phương pháp này giúp nâng cao hiệu quả trong việc phát hiện và khắc phục sự cố, đồng thời cung cấp cái nhìn toàn diện về các vấn đề hiện tại trong lĩnh vực nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết bao gồm việc thu thập thông tin từ các bài báo khoa học và sách cơ sở kỹ thuật lạnh gần đây Mục tiêu là xây dựng cơ sở nghiên cứu về các loại hỗn hợp môi chất, nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh, cũng như các sơ đồ nguyên lý cho hệ thống trữ đông, cấp đông và Chiller Ngoài ra, nghiên cứu còn tập trung vào các công thức tính toán và phương trình cân bằng nhiệt liên quan.
- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm trên các hệ thống lạnh khác nhau xưởng Nhiệt – Điện lạnh trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh
Phương pháp so sánh được áp dụng để trình bày kết quả thu thập dữ liệu về nhiệt độ và áp suất thông qua hai phần mềm khác nhau cùng với Matlab.
Nội dung nghiên cứu
Bài viết này nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thiết kế thiết bị thu thập, xử lý dữ liệu nhiệt độ và áp suất, đồng thời chẩn đoán sự cố và thông báo kết quả Ngoài ra, nó còn so sánh các phần mềm hiện có để đưa ra những cải thiện hiệu quả hơn Tóm lại, nội dung chính của đề tài bao gồm các khía cạnh thiết kế, xử lý dữ liệu và nâng cao hiệu suất phần mềm.
- Chương 1: Tìm hiểu về xu hướng phát hiện và đánh giá tình hình trong và ngoài nước; xác định mục tiêu và phương pháp thực hiện của đề tài
Chương 2 tập trung vào việc nghiên cứu lý thuyết liên quan đến các công thức tính toán và phương trình cân bằng nhiệt, đồng thời phát triển lưu đồ chẩn đoán Ngoài ra, chương này còn khảo sát nền tảng của các phần mềm và phần cứng cần thiết cho quá trình nghiên cứu.
- Chương 3: Quá trình thực hiện và chế tạo sản phẩm
- Chương 4: Kiểm nghiệm sản phẩm và kết quả vận hành
- Chương 5: Kết luận, đánh giá các mục tiêu của đề tài và kiến nghị
Bài viết trình bày nghiên cứu về việc phát triển thiết bị thu thập và xử lý dữ liệu nhiệt độ, áp suất bằng máy tính nhằm phát hiện và thông báo lỗi trong hệ thống lạnh Đồng thời, chúng tôi cũng đề xuất các giải pháp và kiến nghị nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của sản phẩm.
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở lý thuyết về chu trình máy lạnh
2.1.1 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị
Máy lạnh một cấp là thiết bị phổ biến trong cả lĩnh vực dân dụng và công nghiệp, hoạt động dựa trên chu trình cơ bản với bốn thiết bị chính: máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu và thiết bị bay hơi.
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý chu trình máy lạnh một cấp
Máy nén hút hơi quá nhiệt ở trạng thái áp suất thấp và nhiệt độ thấp, sau đó nén nó trong quá trình nhiệt đẳng entropy (s=const) để tạo ra hơi quá nhiệt với nhiệt độ cao và áp suất cao.
Môi chất được đưa vào thiết bị ngưng tụ, nơi nó nhả nhiệt ra môi trường giải nhiệt và ngưng tụ ở áp suất không đổi thành lỏng bảo hòa Sau đó, môi chất tiếp tục nhả nhiệt, trở thành lỏng quá lạnh Khi đi qua van tiết lưu, quá trình tiết lưu diễn ra, chuyển đổi lỏng thành hơi bão hòa ẩm ở trạng thái ổn định Lượng hơi bão hòa ẩm này sau đó đi vào thiết bị bay hơi, nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, thực hiện quá trình bay hơi ở áp suất không đổi và trở thành hơi bão hòa, cuối cùng nhận nhiệt để trở thành hơi quá nhiệt.
10 tránh trường hợp hơi được hút về máy nén có lẫn lỏng đến trạng thái (1) lại được máy nén hút về Chu trình cứ thế tiếp diễn
Hình 2.2: Đồ thị lgp-h Giải thích các quá trình trong chu trình:
- Quá trình 1-2: Nén đoạn nhiệt, đẳng entropy (ds = const)
- Quá trình 2-3: Nhả nhiệt, ngưng tụ đẳng áp (p=const)
- Quá trình 3-4: Nhả nhiệt đẳng áp (p = const)
- Quá trình 4-5: Tiết lưu đoạn nhiệt đẳng enthalpy (h=const)
- Quá trình 5-6: Nhận nhiệt, bay hơi đẳng áp (p = const)
- Quá trình 6-1: Nhận nhiệt đẳng áp (p = const)
Tính toán cho 1 kg chất môi chất qua TBBH Gọi hi là enthalpy (kJ/kg) của môi chất lạnh ở trạng thái thứ i
Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ:
2.1.2 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên hệ số làm lạnh
Hình 2.3: Đồ thị lgp-h trường hợp to, tk thay đổi
12 a) Trường hợp 1: t k = const và t o giảm thành t o ’
Khi nhiệt độ bay hơi giảm từ to thành to’, năng suất lạnh riêng giảm từ qo thành qo’ = qo – Δqo, trong khi công nén l mn’ = h2’ - h1’ tăng lên Sự giảm nhiệt độ bay hơi dẫn đến việc công nén l mn tăng và năng suất lạnh riêng qo giảm, làm giảm hệ số làm lạnh ε Trong trường hợp t o = const và t k tăng lên thành t k’, các yếu tố này cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất làm lạnh.
Khi nhiệt độ tăng từ tk lên tk’, lượng mát l mn giảm xuống thành l mn’, và nhiệt độ q0 thay đổi thành q0’ với q0’ = q0 – Δq0 Điều này cho thấy khi nhiệt độ tăng, nhiệt lượng q0 giảm do công nén l mn tăng, dẫn đến hệ số làm lạnh ε giảm và ngược lại.
Khi nhiệt độ bay hơi hoặc nhiệt độ ngưng tụ thay đổi, hệ số làm lạnh ε sẽ bị ảnh hưởng Do đó, việc phát hiện sự thay đổi bất thường của nhiệt độ và áp suất là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Phương trình cân bằng nhiệt
2.2.1 Đối với thiết bị trao đổi nhiệt với không khí
Gọi n (1-5) là vị trí thu thập dữ liệu thông số của môi chất, trong khi x (6-9) là vị trí thu thập dữ liệu thông số của không khí Dựa vào hình 2.4, chúng ta có thể thiết lập phương trình cân bằng nhiệt.
TBNT và TBBH như sau:
Hình 2.4: Các thông số trên hệ thống lạnh trao đổi nhiệt với không khí
13 a) Phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị bay hơi
- Dòng nhiệt mà môi chất nhận được ở TBBH:
𝑄 𝑜,𝑚𝑐 = 𝑚 𝑚𝑐 × (ℎ 2 − ℎ 1 ) (2.7) mmc Lưu lượng khối lượng môi chất qua TBBH, kg/s hn Enthalpy của môi chất, kJ/kg
- Dòng nhiệt mà không khí nhả cho môi chất lạnh:
Công thức tính lưu lượng khối lượng không khí qua TBBH được biểu diễn như sau: Q o,kk = m o,kk × cp,kk × (t6 − t7) Trong đó, Q o,kk là lưu lượng khối lượng không khí, tính bằng kg/s; cp,kk là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của không khí, đo bằng kJ/kg.K; t6 là nhiệt độ gió hồi, tính bằng độ C; và t7 là nhiệt độ gió cấp, cũng tính bằng độ C.
- Phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị bay hơi
Q o,kk = Q o,mc m o,kk × 𝑐 𝑝,𝑘𝑘 × (𝑡 6 − 𝑡 7 ) = m mc × (h 2 − h 1 ) (2.9) b) Phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị ngưng tụ
- Dòng nhiệt mà môi chất nhả ra ở TBNT:
𝑄 𝑘,𝑚𝑐 = 𝑚 𝑚𝑐 × (ℎ 3 − ℎ 4 ) (2.10) mmc Lưu lượng khối lượng môi chất qua TBNT, kg/s hn Enthalpy của môi chất, kJ/kg
- Dòng nhiệt mà không khí nhận được từ môi chất lạnh:
Công thức tính lưu lượng khối lượng không khí qua thiết bị trao đổi nhiệt (TBNT) được thể hiện như sau: \( Q_{k,kk} = m_{kk} \times c_{p,kk} \times (t_9 - t_8) \) Trong đó, \( mo,kk \) là lưu lượng khối lượng không khí qua TBNT tính bằng kg/s, \( c_{p,kk} \) là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của không khí tính bằng kJ/kg.K, \( t_8 \) là nhiệt độ không khí môi trường xung quanh (đo bằng độ C), và \( t_9 \) là nhiệt độ ra khỏi TBNT (đo bằng độ C).
- Phương trình cân bằng nhiệt đối với thiết bị ngưng tụ:
2.2.2 Đối với hệ thống trao đổi nhiệt bằng nước
Gọi n (1-5) là vị trí thu thập dữ liệu thông số của môi chất, trong khi x (6-9) là vị trí thu thập dữ liệu thông số của nước Dựa vào hình 2.5, chúng ta có thể thiết lập phương trình cân bằng nhiệt tại TBNT và TBBH.
Hình 2.5: Các thông số trên hệ thống lạnh trao đổi nhiệt với nước a) Phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị bay hơi
Qo,mc Dòng nhiệt mà môi chất nhận được ở TBBH, kJ/s
Dòng nhiệt mà nước nhả cho môi chất lạnh (Qo,w) được đo bằng kJ/s, trong khi lưu lượng khối lượng của môi chất qua TBBH (mmc) là kg/s Lưu lượng khối lượng nước qua TBBH (mo,w) cũng được tính bằng kg/s Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước (cp,w) là kJ/kg.K Enthalpy của môi chất (hn) được biểu thị bằng kJ/kg Cuối cùng, nhiệt độ nước vào TBBH (t6) và nhiệt độ nước ra TBBH (t7) được đo bằng độ C.
15 b) Phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị ngưng tụ
- Công suất giải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ:
Qk,mc Dòng nhiệt mà môi chất nhả ở TBNT, kJ/s
Dòng nhiệt mà nước nhận được từ môi chất lạnh được đo bằng kJ/s, trong khi lưu lượng khối lượng của môi chất qua thiết bị trao đổi nhiệt (TBNT) là mmc, tính bằng kg/s Lưu lượng khối lượng nước qua TBNT được ký hiệu là mk,w và cũng được tính bằng kg/s Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước là cp,w, được biểu thị bằng kJ/kg.K Enthalpy của môi chất được ký hiệu là hn, tính bằng kJ/kg Nhiệt độ nước vào TBNT được ký hiệu là t8 (độ C), trong khi nhiệt độ nước ra khỏi TBNT là t9 (độ C).
Quy trình chẩn đoán
2.3.1 Phân tích các triệu chứng
Trong hệ thống lạnh, các dấu hiệu bất thường có thể xuất hiện, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và gây thiệt hại về chi phí và thời gian Người vận hành thường gặp phải một số sự cố phổ biến trong quá trình vận hành hệ thống lạnh.
Sự cố #2 VTL quá bé
Sự cố #3 Tiết lưu sớm
Sự cố #4 TBBH bị bám bẩn
Sự cố #5 Thiếu lưu lượng không khí/nước ở TBBH
Sự cố #6 Máy nén quá bé
Sự cố #7 TBNT bị bám bẩn
Sự cố #8 Thiếu lưu lượng không khí/nước ở TBNT
Sự cố #10 Có khí không ngưng
Bảng 2.1: Tổng hợp các triệu chứng sự cố
2.3.2 Thu thập và xử lý số liệu Để tiến hành quy trình chẩn đoán, người vận hành phải thu thập lại số liệu từ các vị trí lắp cảm biến như hình 2.4 và hình 2.5 Các thông số thu thập như sau:
- Sau thiết bị bay hơi (t2)
- Tại đầu đẩy máy nén (t3)
- Sau ngưng tụ, trước phin lọc (t4)
- Trước tiết lưu, sau phin lọc (t5)
- Đầu vào TBNT (nhiệt độ môi trường xung quanh) (t8)
- Đầu ra TBNT (t9) Áp suất:
Sau khi thu thập dữ liệu, ta tiếp tục công việc xử lý dữ liệu như sau:
- pLP Áp suất dư của môi chất được đo tại đầu hút máy nén, bar
- pHP Áp suất dư của môi chất được đo tại đầu hút máy nén, bar
- pkq Áp suất khí quyển, pkq = 760mmHg = 1,013bar (xét tại bề mặt nước biển) Trong tính toán ta lấy pkq ≈ 1bar
- Áp suất bay hơi của môi chất, po = pLP + pkq = pLP + 1 (2.15)
- Áp suất ngưng tụ của môi chất, pk = pHP + pkq = pHP + 1 (2.16)
Để xác định nhiệt độ bay hơi của môi chất, cần tra cứu các thông số và trạng bão hòa của môi chất đang sử dụng dựa trên giá trị áp suất hút (LP).
- tk Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất, cũng tra bảng các thông số, trạng thái bão hòa của môi chất từ giá trị áp suất đẩy (HP)
Độ quá nhiệt, ký hiệu là ∆t qn, được xác định bằng công thức t2 − t0, trong đó t2 đại diện cho nhiệt độ của giọt lỏng cuối cùng sau khi bay hơi Thông qua độ quá nhiệt, ta có thể xác định lượng lỏng còn lại trong thiết bị bay hơi.
Độ quá lạnh, được xác định bởi công thức ∆t ql = t k − t 4, trong đó t4 là nhiệt độ của giọt hơi cuối cùng chuyển hóa thành lỏng trong thiết bị ngưng tụ, cho thấy lượng lỏng còn lại trong thiết bị này.
- Độ chênh nhiệt độ lưu chất ra vào của thiết bị bay hơi, ∆t lc1 = t 6 − t 7
- Độ chênh lệch nhiệt độ lưu chất vào và ra ở thiết bị ngưng tụ, ∆t lc2 = t 9 − t 8
- Độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ lưu chất vào TBNT,
- Độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ bay hơi so với nhiệt độ lưu chất vào TBBH,
Hình 2.6: Lưu đồ chẩn đoán sự cố
Cơ sở thiết kế
2.4.1 Phần cứng a) Mạch xử lý trung tâm Arduino UNO R3
Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi sử dụng bo mạch Arduino UNO R3 bởi vì một số lý do sau:
- Arduino Uno R3 là loại bo mạch đơn giản nhất phù hợp với những người mới bắt đầu tìm hiểu về lĩnh vực này
- Nhỏ gọn, kích thước của chiều dài và chiều rộng của Arduino 68,6 mm x 53,4 mm
Arduino UNO R3 là bo mạch đơn giản nhất, lý tưởng cho người mới bắt đầu tìm hiểu về điện tử Nó có 14 chân, bao gồm 6 chân đầu vào 5V, khả năng phân giải lên tới 1024 mức, tốc độ 16MHz và điện áp hoạt động từ 7 đến 12V.
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3
STT THÔNG SỐ KỸ THUẬT GIÁ TRỊ
1 Bộ nhớ flash 32 kB (ATmega328) với 0.5kB dùng bởi bootloader
2 Điện áp hoạt động 5V DC (được cấp qua cổng USB)
3 Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
4 Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC
5 Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
6 Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
7 Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
8 Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
11 Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
12 Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
14 Tần số hoạt động 16 MHz
15 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit
• Sơ đồ chân của Arduino Uno R3
GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho mạch Arduino UNO Đối với các thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt, các chân GND này cần được kết nối với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.
- 5V: Cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
- 3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
- Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
- Reset: Chân reset để thiết lập về ban đầu
- IOREF: Chân này rất hữu ích để cung cấp tham chiếu điện áp cho Arduino
Các cổng vào/ra IO:
Arduino UNO sở hữu 14 chân digital, cho phép đọc và xuất tín hiệu với hai mức điện áp là 0V và 5V Mỗi chân có dòng vào/ra tối đa là 40mA Vi điều khiển ATmega328 tích hợp các điện trở pull-up, tuy nhiên, các điện trở này không được kết nối mặc định.
Hình 2.7: Mạch Arduino Uno R3 b) Màn hình LCD Nokia 5110
Màn hình Nokia 5110 là lựa chọn lý tưởng nhờ vào các đặc điểm nổi bật như màn hình đơn sắc sử dụng IC điều khiển Philips PCD8544, khả năng hiển thị hình ảnh đơn giản và thông số theo yêu cầu Với diện tích nhỏ gọn, tính thẩm mỹ cao và độ bền vượt trội, màn hình này dễ dàng tìm thấy trên thị trường với mức giá hợp lý, rất phù hợp cho người mới học và các dự án nghiên cứu.
Hình 2.8: Màn hình LCD Nokia 5110
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật màn hình LCD Nokia 5110
STT Thông số Đặc điểm
3 Giao tiếp SPI mức TTL
5 Loại màn hình LCD Graphic đơn sắc
6 Mã sản phẩm Nokia 5110 LCD
Hướng dẫn đấu nối màn hình LCD Nokia 5110 với mạch Arduino Uno R3 được trình bày trong bảng 2.4 Khi lắp đặt các chân CLK, Din, DC, CE, RST vào mạch Arduino, cần thêm một điện trở 4,7kΩ như minh họa trong hình 2.9.
Hình 2.9: Sơ đồ kết nối màn hình Nokia với Arduino
1: Mạch Arduino Uno R3; 2: Màn hình LCD Nokia 5110
Bảng 2.4: Vị trí kết nối các chân của màn hình LCD Nokia 5110
STT Các chân kết nối của
Vị trí kết nối trên Arduino Ý nghĩa
1 CE 4 Chip Enable (Chip Select)
6 Led GND Chân điều khiển đèn nền
Để kết nối màn hình LCD Nokia 5110 với mạch Arduino, cần cung cấp nguồn 3V3 - 5 VDC Bảng 2.4 trình bày chi tiết ý nghĩa các chân kết nối trên màn hình và mạch Arduino, cùng với thứ tự kết nối giữa hai thiết bị.
23 c) Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 là một thiết bị kỹ thuật số 1-wire, cho phép kết nối nhiều cảm biến và đọc giá trị chỉ với một chân kỹ thuật số của Arduino Với ưu điểm chống nước, chống ẩm và độ phân giải cao (12bit), cảm biến này có khả năng hoạt động ở nhiệt độ lên đến 125℃ mà không bị suy hao tín hiệu trên đường dây dài.
Bảng 2.5: Thông số cảm biến nhiệt độ DS18B20
STT THÔNG SỐ KỸ THUẬT GIÁ TRỊ
1 Cảnh báo nhiệt vượt ngưỡng cho phép và cấp nguồn từ chân data Có
3 Chuẩn giao tiếp 1-Wire (1 dây)
7 Đường kính đầu dò 6 mm
8 Ống thép không gỉ (chống ẩm, nước) 6mm, 50 mm
9 Sai số ±0.5 o C khi đo ở dải -10 ÷ 85 o C
10 Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa 750ms (12 bit)
• Sơ đồ kết nối Để kết nối các dây của cảm biến với mạch Arduino cần phải thêm một điện trở 4,7kΩ nối từ chân DQ lên VCC
- VCC kết nối vào chân 5V (Arduino)
- GND kết nối vào chân GND (Arduino)
- DATA kết nối vào chân 2 (Arduino)
Để thu thập dữ liệu nhiệt độ từ hình 2.10 và hình 2.11, việc đặt đúng vị trí là rất quan trọng Ban đầu, kế hoạch là lấy 10 dữ liệu nhiệt độ từ hệ thống, do đó cần gắn thêm 10 điện trở với giá trị 4,7kΩ vào từng cặp dây cấp nguồn cho cảm biến.
Dây cấp nguồn 5V từ mạch Arduino được sử dụng cho 24 biến, với tín hiệu dữ liệu được truyền về chân Pin 2 của Arduino Hệ thống cho phép kết nối song song đến 10 cảm biến nhiệt độ, giúp thu thập đồng thời 10 giá trị nhiệt độ qua một dây chung.
Hình 2.10: Sơ đồ mẫu kết nối DS18B20 với mạch Arduino
Hình 2.11: Bản vẽ kết nối cảm biến và mạch Arduino
1 Mạch Arduino R3; 2 Cảm biến nhiệt độ; 3 Điện trở
Để xác định địa chỉ của từng cảm biến, cần thử nghiệm từng cảm biến riêng biệt với sự thay đổi nhiệt độ thông qua phương pháp gia nhiệt thông thường.
Để đảm bảo chức năng của từng cảm biến không bị thay đổi khi khởi động lại, cần xác định đúng địa chỉ và gán vào code Arduino Cảm biến áp suất Sensys M5256-C3079E-020BG là một trong những loại phổ biến, có giá thành hợp lý và độ tin cậy cao trên thị trường.
Trong đề tài, ta sử dụng hai cảm biến áp suất để lấy dữ liệu áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi
Hình 2.12: Cảm biến áp suất M5256-C3079E-020BG
1 Kết nối điện; 2 Bộ khuếch đại; 3 Cảm biến; 4 Đầu nối ren
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật cảm biến áp suất M5256-C3079E-020BG
STT Thông số kỹ thuật Giá trị
1 Áp suất đột ngột 5 lần áp suất định mức
3 Điện trở cách điện 100MΩ; 500VDC
4 Kiểu nối cáp Mini DIN43650
5 Môi chất Nước, dầu, khí
11 Sai số thiết bị đo ± 0,5%
12 Thân vỏ Thép không gỉ
• Sơ đồ kết nối dây Đối với quá trình kết nối dây của cảm biến, chỉ sử dụng hai dây Lắp theo hình 2.13 hướng dẫn dưới đây
Hình 2.13: Sơ đồ kết nối đầu dây cảm biến áp suất M5256-C3079E-020BG
Cảm biến áp suất gửi tín hiệu dòng điện, và để bo mạch Arduino có thể đọc giá trị áp suất qua chân Analog, cần thiết phải có mạch chuyển đổi tín hiệu dòng thành điện áp Chân Analog chỉ có khả năng đọc tín hiệu điện áp, do đó thông số của mạch chuyển đổi phụ thuộc vào thiết bị sử dụng Mạch chuyển đổi này sử dụng dòng điện đầu vào từ 4 đến 20mA và chuyển đổi thành điện áp từ 0 đến 5V Mỗi mạch chuyển tín hiệu cần được cấp điện áp 5V để hoạt động hiệu quả Sơ đồ đấu dây kết nối cảm biến áp suất với mạch Arduino được thể hiện trong hình 2.14.
Hình 2.14: Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất và mạch Arduino
1 Mạch Arduino R3; 2 Mạch chuyển đổi tín hiệu dòng thành áp; 3 Cảm biến áp suất
Bảng 2.7: Thông số mạch chuyển đổi tín hiệu dòng áp HW-685
STT Dòng điện đầu vào Điện áp đầu ra
2.4.2 Phần mềm Để hệ thống có thể hoạt động theo yêu cầu, nghiên cứu này dựa trên nền tảng của hai phần mềm, đó là Arduino IDE và phần mềm Matlab a) Phần mềm Arduino IDE (Arduino Integrated Development Environment)
Arduino IDE là phần mềm lập trình dùng để viết code và nạp vào các bo mạch Arduino
Nó được viết bằng ngôn ngữ Java và ngôn ngữ code cho các chương trình của arduino là bằng
C hoặc C++ là ngôn ngữ lập trình phổ biến, đi kèm với một trình soạn thảo mã (code editor) tích hợp nhiều tính năng hữu ích như đánh dấu cú pháp, tự động khớp dấu ngoặc, và tự động canh lề Ngoài ra, nó còn hỗ trợ biên dịch và tải chương trình lên bo (board) một cách thuận tiện.
Hàm setup: Hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để thiết lập các cài đặt
Hàm loop: Hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn bo mạch
Hình 2.15: Giao diện phần mềm Arduino IDE
Giao diện phần mềm Arduino IDE như hình 2.15 với các vùng thao tác như:
- Vùng lệnh: Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help) và các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của IDE
Menu lệnh Nút nạp chương trình vào mạch arduino Nút kiểm tra chương trình
- Vùng viết chương trình: Là nơi mà để nạp các đoạn code để chạy chương trình
Vùng thông báo trong IDE sẽ hiển thị các thông báo quan trọng Hệ thống thu thập dữ liệu nhiệt độ và áp suất từ cảm biến trên hệ thống lạnh sử dụng ngôn ngữ Arduino IDE để xử lý dữ liệu trực tiếp từ các cảm biến Sau khi nạp code vào bo mạch, dữ liệu sẽ được xử lý và chuyển đến phần mềm Matlab R2016b để phân tích.
QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM
Chế tạo thiết bị
Chúng tôi sẽ bắt đầu bằng việc đề xuất và trình bày ý tưởng thiết lập sơ đồ đấu nối mạch, phác thảo bản vẽ thiết kế cho bộ thiết bị, và xác định vị trí cảm biến trong hệ thống lạnh Sau khi hoàn thành bản vẽ, chúng tôi sẽ đếm số lượng thiết bị cần thiết để đảm bảo thi công diễn ra suôn sẻ và tiết kiệm
3.1.1 Bản vẽ thiết kế a) Bản vẽ thiết kế tổng thể
Nguyên lý hoạt động của mạch:
Mạch Arduino Uno R3 trong sơ đồ kết nối hình 3.1 được cấp nguồn qua hai phương pháp: từ cổng USB của laptop hoặc bằng Pin 9V vào chân Vin Nguồn điện cung cấp cho cảm biến áp suất, cho phép dữ liệu áp suất được chuyển đổi từ tín hiệu dòng điện sang tín hiệu điện áp, đưa vào các chân Analog A0 và A2 Cảm biến áp suất nhận nguồn 5V từ bo mạch, trong khi dữ liệu nhiệt độ được truyền về chân Digital D2 Tất cả dữ liệu thu thập sẽ được gửi về laptop để xử lý bằng phần mềm Matlab, sau đó kết quả sẽ được gửi lại bo Arduino và hiển thị trên màn hình LCD, cùng với phác thảo bản vẽ thiết kế tổng thể như hình 3.1.
Hình 3.1: Bản vẽ thiết kế tổng thể
1 Mạch Arduino R3; 2 Cảm biến nhiệt độ; 3 Điện trở;4 Cảm biến áp suất;
5 Mạch chuyển đổi tín hiệu áp suất;6 Màn hình Nokia 5110; 7 Laptop; b) Vị trí lắp đặt cảm biến trên hệ thống lạnh
Các cảm biến và thiết bị đo nhiệt độ được lắp đặt theo mô hình như hình 2.5 ở chương 2 Quá trình thu thập dữ liệu và chẩn đoán sự cố diễn ra tại hệ thống lạnh của xưởng Nhiệt – Điện lạnh thuộc trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Các vị trí lắp đặt:
Về áp suất môi chất:
LP: đầu hút của máy nén
HP: đầu đẩy của máy nén
Về nhiệt độ môi chất lạnh:
T1: ngay sau van tiết lưu
T2: ngay sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi
T3: ra khỏi đầu đẩy máy nén
T4: ngay sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ
Về nhiệt độ lưu chất (nước/không khí):
T6: đầu vào thiết bị bay hơi
T7: đầu ra thiết bị bay hơi
T8: đầu vào thiết bị ngưng tụ
T9: đầu ra thiết bị ngưng tụ
3.1.2 Lắp đặt phần cứng a) Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị lắp đặt Để công việc lắp đặt được diễn ra một cách thuận lợita cần phải chuẩn bị đầy đủ các thiết bị, dụng cụ trước khi tiến hành lắp ráp, chế tạo thiết bị bao gồm:
Bảng 3.1: Thống kê số lượng
STT Dụng cụ và thiết bị Số lượng
2 Mạch chuyển đổi tín hiệu dòng thành áp HW-685 2
3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 9
7 Dây cắm Testboard 5 bộ 10 dây
8 Chui cắm cảm biến nhiệt độ và cảm biến áp suất 4 bộ
10 Bộ tua vít, máy hàn chì, băng keo điện, dao, kéo,… 1 bộ
34 b) Các bước lắp đặt, kết nối các thiết bị
Sau khi chuẩn bị đầy đủ các thiết bị, dụng cụ, ta tiến hành lắp ráp thiết bị theo quy trình gồm các bước như sau:
Bước 1: Thiết kế, khoanh vùng đặt màn hình LCD, đầu kết nối cảm biến nhiệt độ và áp suất lên mặt trên của hộp thu thập dữ liệu
Hình 3.2: Thiết kế nắp trên mặt trước hộp kỹ thuật
Hình 3.3: Mặt trong nắp hộp kỹ thuật
Mặt sau màn hình LCD
Chui cắm cảm biến áp suất
Chui cắm cảm biến áp suất
Chui cắm cảm biến áp suất
Lấy dấu cho màn hình LCD
Chui cắm cảm biến áp suất
Đặt các bo mạch Arduino và mạch chuyển đổi tín hiệu dòng thành áp vào trong hộp, sau đó kết nối dây điện giữa các mạch và màn hình LCD theo sơ đồ kết nối ở phần 3.1 Cuối cùng, cố định các bo mạch bằng súng bắn keo sau khi đã hoàn tất việc đấu dây.
Hình 3.4: Lắp đặt các bo mạch và đấu dây với màn hình LCD
Mạch Arduino có thể kết nối với mạch chuyển tín hiệu dòng thành áp, trong đó mạch chuyển đổi được cấp điện áp 5V từ chân VCC Chân Vout sẽ gửi dữ liệu điện áp về mạch Arduino, với hai nguồn dữ liệu áp suất từ hai mạch chuyển đổi tín hiệu được kết nối tới hai chân Analog bất kỳ, ở đây là chân A0 và A2 để thuận tiện cho việc nối dây Chân GND của mạch chuyển đổi tín hiệu được kết nối với chân GND của mạch Arduino.
Mạch Arduino với màn hình LCD: Để có thể điều khiển LCD từ việc điều khiển mạch
Mạch chuyển đổi tín hiệu áp suất Chui cấp nguồn cảm biến áp suất
Để kết nối LCD với Arduino, bạn cần kết nối chân 1 đến chân 5 của LCD với chân D3 đến D7 của Arduino Chân 6 của LCD là chân cấp nguồn, vì LCD hoạt động ở điện áp từ 0 đến 3,5V, nên bạn cấp nguồn bằng chân 3,3V của Arduino Chân 7 của LCD được kết nối với chân Vin của Arduino để cấp nguồn cho LED, và cuối cùng, chân 8 của LCD được kết nối với GND của Arduino.
Bước 3: Lắp đặt kết nối các mối nối dây cố định tại vị trí kết nối cảm biến nhiệt độ vào bo mạch
Hình 3.5: Cố định các thiết bị vào đúng vị trí
Súng bắn keo để cố định các thiết bị
Dây kết nối màn hình LCD với mạch Arduino
Hình 3.6: Sản phẩm hoàn thiện 3.1.3 Phần mềm lập trình
Sau khi hoàn tất thi công phần cứng, bước tiếp theo là viết mã cho phần mềm Arduino IDE và Matlab, dựa trên lưu đồ chẩn đoán trong hình 2.7, chương 2 Việc lập trình trong Arduino IDE sẽ được thực hiện để nạp vào bo mạch Arduino.
Trước khi chạy phần mềm Arduino IDE, cần khai báo các thư viện nhiệt độ, áp suất và màn hình Arduino sẽ khởi động các thư viện này và sử dụng cổng Serial để khai báo biến nhiệt độ và áp suất cho các phương trình Sau khi khởi chạy cảm biến, Arduino sẽ kiểm tra địa chỉ của 10 cảm biến nhiệt độ, với dữ liệu được truyền về chân Digital D2 Đối với cảm biến áp suất, dữ liệu sẽ được đưa về hai chân Analog A0 và A2 Cuối cùng, thực hiện hàm lặp Loop với thời gian Delay để xử lý và tính toán áp suất từ dữ liệu Analog thu thập được.
Chui cắm cảm biến áp suất
Chui cắm cảm biến áp suất
Màn hình LCD hiển thị dữ liệu cảm biến thu thập được
38 trị nhiệt độ, áp suất sẽ được trả về các biến, cuối cùng Arduino xuất các biến ra màn hình laptop
Hình 3.7: Lưu đồ nạp dữ liệu cho mạch Arduino
Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán Matlab
Y – Yes, đáp ứng điều kiện của lưu đồ
N – No, không đáp ứng điều kiện của lưu đồ
Nhiệt độ môi chất là yếu tố quan trọng trong quy trình làm lạnh, bao gồm các thông số như nhiệt độ bay hơi (to), nhiệt độ ngưng tụ (tk), nhiệt độ sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi (t2), nhiệt độ sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ (t4) và nhiệt độ trước khi vào van tiết lưu (t5) Những nhiệt độ này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu quả của hệ thống làm lạnh.
Nhiệt độ lưu chất, bao gồm nước và không khí, được xác định qua các điểm t6, t7, t8 và t9 Cụ thể, t6 là nhiệt độ đầu vào của thiết bị bay hơi, t7 là nhiệt độ đầu ra của thiết bị bay hơi, t8 là nhiệt độ đầu vào của thiết bị ngưng tụ, và t9 là nhiệt độ đầu ra của thiết bị ngưng tụ.
- Các biến giá trị: tql , tqn , tlc1 , tlc2 , ttbh , ttnt, tpl
Trước khi xử lý dữ liệu trong Matlab, cần khai báo các cảm biến nhiệt độ và áp suất, sau đó nhập dữ liệu từ Arduino vào Matlab Mỗi hệ thống có điều kiện hoạt động riêng, với các biến giá trị được gán dựa trên thông số kỹ thuật của hệ thống trữ đông một cấp Điều này cho phép nâng cấp các biến để áp dụng cho nhiều hệ thống khác nhau, mang đến nhiều lựa chọn cho người dùng Sau khi kiểm tra dữ liệu đầu vào, tiến hành tính toán và kiểm tra năng suất lạnh.
Nếu năng suất lạnh Qo giảm, Matlab sẽ tiến hành chẩn đoán, ngược lại nếu Qo vẫn tốt, hệ thống sẽ dừng chẩn đoán và thông báo “Hệ thống hoạt động bình thường” Khi có sự cố, chương trình sẽ kiểm tra xem LP có giảm hay không bằng cách so sánh hiệu nhiệt độ giữa t6 và t0 với giá trị ttbh Giá trị ttbh, là hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ bay hơi của môi chất, thường nằm trong khoảng 6 °C đến 10 °C.
41 hệ thống trữ đông, và 16 o C → 20 o C đối với hệ thống đhkk) tại đây được xét theo 2 trường hợp sau:
• Trường hợp 1: LP giảm (t6 – t0 > ∆ttbh )
Khi đánh giá độ quá nhiệt, cần xem xét hiệu nhiệt độ giữa t2 và to để xác định xem nó có lớn hơn ∆tqn hay không, trong đó ∆tqn là giá trị của độ quá nhiệt Độ quá nhiệt bình thường của hệ trữ đông một cấp thường nằm trong khoảng 5 đến 8 độ C Nếu độ quá nhiệt vượt quá ∆tqn, điều này cho thấy lượng lỏng trong thiết bị bay hơi là ít Tiếp theo, cần kiểm tra lượng lỏng trong dàn ngưng bằng cách so sánh hiệu nhiệt độ tk – t4 với ∆tql để xác định tình trạng hoạt động của hệ thống.
Kiểm nghiệm sản phẩm
3.2.1 Kiểm nghiệm nhiệt độ a) Trong điều kiện môi trường không khí Đặt 9 cảm biến nhiệt độ và hai nhiệt kế điện tử DS - 1 tại không gian xưởng, để kiểm tra độ chênh lệch nhiệt độ giữa các con cảm biến trong điều kiện môi trường không khí bình thường Ta đặt các cảm biến trong cùng một môi trường có nhiệt độ 31 o C như hình 3.9
Hình 3.9: Kiểm nghiệm cảm biến nhiệt độ ở điều kiện không khí 31 o C
Hình 3.10 minh họa sự đối chiếu dữ liệu giữa cảm biến nhiệt độ và nhiệt kế điện tử ở mức 31 o C Đầu cảm biến dữ liệu nhiệt độ của sản phẩm cho thấy kết quả tương thích với đầu cảm biến của nhiệt kế điện tử DS - 1.
Vùng hiển thị dữ liệu nhiệt độ cảm biến của sản phẩm thu thập được ở môi trường không khí 31 o C
Thông số kỹ thuật DS - 1:
Để kiểm tra độ chênh lệch nhiệt độ giữa các cảm biến trong môi trường nước, chúng tôi đã sử dụng 9 cảm biến và đầu cảm biến của nhiệt kế DS-1 đặt trong cùng một không gian của lọ nước Thí nghiệm đầu tiên được thực hiện ở nhiệt độ nước bình thường là 29 °C, với sai số là ±1 °C.
Hình 3.11: Kiểm nghiệm cảm biến nhiệt độ trong môi trường nước 29 o C
Môi trường nước có nhiệt độ 29 o C
Trong môi trường nước có nhiệt độ 29 o C, các cảm biến cho thấy sự chênh lệch nhiệt độ không đáng kể với Δtmax=0,74°C Khi nâng nhiệt độ nước lên 60 o C, độ chênh lệch giữa các cảm biến vẫn không thay đổi nhiều, chỉ đạt Δtmax=1°C Dữ liệu chi tiết về các cảm biến sẽ được trình bày trong chương 4.
Vùng hiển thị dữ liệu nhiệt độ cảm biến của sản phẩm thu thập được ở môi trường nước 29 o C
Hình 3.13: Kiểm nghiệm cảm biến tại môi trường nước có nhiệt độ 60 o C
Hình 3.14: Đối chiếu dữ liệu cho nhiệt kế điện tử và cảm biến ở nhiệt độ 60 o C
Để kiểm nghiệm sự biến đổi độ chênh nhiệt độ của các cảm biến trong môi trường nước lạnh, chúng tôi đã tiến hành giảm nhiệt độ nước.
Môi trường nước ấm có nhiệt độ 60 o C
Vùng hiển thị dữ liệu nhiệt độ cảm biến của sản phẩm thu thập được ở môi trường nước ấm 60 o C
Trong thí nghiệm, nhiệt độ được duy trì ở 6°C, trong khi DS - 1 ghi nhận nhiệt độ nước lạnh là 5,9°C Sau một thời gian quan sát, chúng tôi nhận thấy rằng độ chênh lệch nhiệt độ giữa các cảm biến không thay đổi nhiều, với giá trị tối đa Δtmax là 0,8°C.
Hình 3.15: Kiểm nghiệm cảm biến nhiệt độ tại môi trường có nhiệt độ 6 o C
Hình 3.16: Đối chiếu dữ liệu của nhiệt kế điện tử và cảm biến ở nhiệt độ 6 o C
Môi trường nước lạnh có nhiệt độ 6 o C
Vùng hiển thị dữ liệu nhiệt độ cảm biến của sản phẩm thu thập được ở môi trường nước lạnh 6 o C
3.2.2 Kiểm nghiệm áp suất a) So sánh dữ liệu cảm biến với đồng hồ gas Đối với môi chất đồng sôi:
Kiểm tra dữ liệu áp suất bằng bình gas R22 và đồng hồ nạp gas cho phép đo áp suất từ 0 đến 10 bar, nhằm so sánh sự chênh lệch giữa cảm biến và đồng hồ Quá trình này cũng giúp theo dõi sự biến thiên của cảm biến ở các mức áp suất khác nhau Kết nối dây gas được thực hiện theo hình 3.17, trong đó dây màu vàng của đồng hồ nạp gas được kết nối với bình gas, trong khi dây xanh và dây vàng còn lại được kết nối với hai cảm biến áp suất.
Để nâng cao độ tin cậy cho sản phẩm, chúng tôi đã thực hiện kiểm nghiệm cảm biến áp suất với môi chất không đồng sôi R410A, tương tự như quy trình với môi chất R22, như thể hiện trong hình 3.18.
Hình 3.18 minh họa việc kiểm nghiệm áp suất với môi chất không đồng sôi Khi kiểm tra dữ liệu áp suất tại điều kiện nhiệt độ môi trường, đồng hồ gas cho giá trị 0 bar, trong khi cảm biến áp suất hiển thị 0,06 bar Kết quả này vẫn nằm trong phạm vi sai số cho phép của thiết bị đo, cụ thể là cảm biến áp suất Sensys M5256 có dãy đo từ 0 đến 20 bar và sai số 0,5%.
Hình 3.19: Kết quả cảm biến áp suất thu được tại áp suất môi trường
Vận hành
Sau khi lắp đặt và kiểm tra chất lượng các cảm biến, chúng tôi bắt đầu thu thập dữ liệu về nhiệt độ và áp suất của hệ thống.
3.3.1 Vận hành hệ thống water chiller trục vít
Hình 3.20: Hệ thống water chiller trục vít tại xưởng nhiệt a) Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất sau TBNT
Sau khi hơi môi chất được nén và ra khỏi đầu đẩy của máy nén, nó sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ Tại đây, hơi môi chất sẽ trao đổi nhiệt với nước giải nhiệt, dẫn đến việc ngưng tụ thành lỏng cao áp trước khi ra khỏi bình ngưng tụ Để phục vụ cho quá trình tính toán độ quá lạnh ở TBNT, cần đặt một cảm biến đo nhiệt độ môi chất (T4) sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ Để đảm bảo độ chính xác của nhiệt độ, cảm biến nên được đặt dọc theo đường ống như trong hình 3.21.
Hình 3.21: Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất ra khỏi TBNT b) Vị trí lắp đặt cảm biến độ nhiệt độ môi chất trước khi vào VTL
Để theo dõi tình trạng làm việc của các thiết bị như van điện từ, van chặn, phin lọc và kính xem gas, ta đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất trước van tiết lưu Nếu độ chênh nhiệt độ của môi chất từ sau thiết bị ngưng tụ đến trước van tiết lưu không vượt quá 1°C, các thiết bị này đang hoạt động bình thường Cảm biến được lắp đặt dọc theo ống để đảm bảo thu được nhiệt độ chính xác của môi chất trước khi vào van tiết lưu.
Hình 3.22: Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất khi vào VTL c) Vị trí lắp đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất sau TBBH
Để xác định độ quá nhiệt, ta cần tính hiệu nhiệt độ giữa hơi môi chất sau khi rời thiết bị bay hơi và nhiệt độ khi môi chất sôi, nhằm biết lượng lỏng còn lại trong thiết bị Cảm biến được đặt dọc theo đường ống để theo dõi quá trình này, với mũi tên màu đỏ chỉ hướng di chuyển của môi chất từ bình bay hơi về đầu hút máy nén.
Hình 3.23: Vị trí đặt cảm biến nhiệt độ môi chất sau TBBH
Để theo dõi hiệu quả quá trình ngưng tụ hơi môi chất sau khi nén, cần lắp đặt hai cảm biến đo nhiệt độ nước vào và ra bình ngưng tụ (TBNT) Vị trí lắp đặt của các cảm biến này được chỉ rõ trong hình 3.24a và 3.24b Cảm biến nhiệt độ nước vào TBNT và cảm biến nhiệt độ nước ra TBNT đóng vai trò quan trọng
Hình 3.24: Vị trí đặt cảm biến nhiệt độ môi chất nước vào, ra TBNT
54 e) Vị trí lắp đặt cảm biến đo nhiệt độ nước vào, ra TBBH
Để đánh giá tình trạng hoạt động của bình bay hơi, cần xem xét nhiệt độ nước vào và ra, cũng như xác định lượng nhiệt trao đổi giữa nước và môi chất trong thiết bị bay hơi Các cảm biến nhiệt độ được lắp đặt, bao gồm cảm biến nhiệt độ nước vào TBBH và cảm biến nhiệt độ nước ra TBBH, giúp theo dõi hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hình 3.25: Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ nước vào ra TBBH
3.3.2 Vận hành trên hệ thống water chiller piston
Hệ thống chiller piston sử dụng môi chất R22
Hình 3.26: Hệ thống chiller piston a) Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất ra khỏi TBNT
Hơi môi chất sau khi nén sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ, nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt với nước giải nhiệt, dẫn đến việc ngưng tụ thành lỏng cao áp Để tính toán độ quá lạnh ở TBNT, cần đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất (T4) sau khi ra khỏi bình ngưng tụ Việc đặt cảm biến dọc theo đường ống sẽ giúp thu được nhiệt độ một cách chính xác.
Hình 3.27: Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất ra khỏi máy nén b) Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất khi vào VTL
Hình 3.28: Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất ra khỏi TBNT c) Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất sau TBBH
Để xác định độ quá nhiệt, cần tính hiệu nhiệt độ giữa hơi môi chất sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi và nhiệt độ môi chất khi sôi, từ đó biết được lượng lỏng còn lại trong thiết bị Cảm biến được đặt dọc theo đường ống để thực hiện quá trình này.
Hình 3.29: Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất sau TBBH
Để theo dõi hiệu quả quá trình ngưng tụ hơi môi chất sau khi nén, cần lắp đặt hai cảm biến đo nhiệt độ nước vào và ra của bình ngưng tụ (TBNT) Vị trí lắp đặt cảm biến được thể hiện trong hình 3.30a và 3.30b Cảm biến nhiệt độ nước vào TBNT sẽ giúp đánh giá nhiệt độ nước trước khi vào bình, trong khi cảm biến nhiệt độ nước ra TBNT cho phép theo dõi nhiệt độ nước sau khi đã thực hiện quá trình ngưng tụ.
Hình 3.30: Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ nước vào, ra TBNT
59 e) Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ nước vào, ra TBBH
Để đánh giá tình trạng hoạt động của thiết bị bay hơi, cần xem xét nhiệt độ nước vào và ra, đồng thời xác định lượng nhiệt trao đổi giữa nước và môi chất Vị trí lắp đặt cảm biến được thể hiện trong hình 3.31a và 3.31b, với cảm biến đo nhiệt độ nước vào TBBH và cảm biến đo nhiệt độ nước ra TBBH.
Hình 3.31: Vị trí đặt cảm biến đo nhiệt độ môi chất ra khỏi TBBH
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Một số tính năng của phần mềm thu thập dữ liệu
Giao diện phần mềm thu thập dữ liệu bao gồm các yếu tố quan trọng như: ngày vận hành, vị trí lắp đặt cảm biến, và xuất thông số trên sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống lạnh Nó còn hiển thị bảng thông số vận hành ổn định, bảng đơn vị của các thông số, đồ thị biểu diễn thông số vận hành, cùng với các nút chức năng để người dùng dễ dàng sử dụng phần mềm.
Hình 4.1: Giao diện của phần mềm thu thập dữ liệu
Người dùng có thể tùy chỉnh các thông số hoạt động của hệ thống lạnh theo yêu cầu, với các sai số nhất định Các giá trị này bao gồm độ quá lạnh (ΔTql), độ quá nhiệt (ΔTqn), độ chênh không khí/nước tại TBBH (ΔTlc1), độ chênh không khí/nước tại TBNT (ΔTlc2), độ chênh nhiệt độ tổng tại TBNT (ΔTtnt) và độ chênh nhiệt độ tổng tại TBBH (ΔTtbh), đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả trong điều kiện bình thường.
Hình 4.2: Giao diện thông số hoạt động ổn định
Cập nhật liên tục giá trị nhiệt độ và áp suất bằng cảm biến Arduino, hiển thị trên giao diện với các ô tương ứng Chương trình cho phép người dùng nội suy nhiệt độ dựa trên giá trị áp suất thu được từ cảm biến.
Dừng: Dừng cập nhật thông số vào phần mềm và cho phép lưu dữ liệu dưới dạng file
.csv File csv có ưu điểm là nhẹ có thể mở file bằng nhiều định dạng khác nhau
Chức năng tải dữ liệu cho phép người dùng truy cập thông tin về ca vận hành trước đó, giúp người vận hành nhanh chóng và chính xác nắm bắt tình trạng của hệ thống.
Hình 4.3: Các nút trong chương trình
Lựa chọn môi chất cho phép người dùng sử dụng các loại môi chất phù hợp với nhiều hệ thống lạnh khác nhau, bao gồm cả môi chất đồng sôi và không đồng sôi.
Hình 4.4: Bảng lựa chọn môi chất
Hình 4.5: Chức năng nhập tay giá trị
Thanh thông báo lỗi tự động: giúp người dùng có thể kiểm soát được tình trạng của hệ thống chính xác và nhanh chóng
Hình 4.6: Thanh thông báo tình trạng của hệ thống
Nhận thông báo khẩn cấp qua Email: Người dùng chỉ cần nhập địa chỉ Email vào ô "nhập Email" và gửi đi Khi hệ thống gặp sự cố, thông báo lỗi sẽ tự động được gửi đến địa chỉ Email đã nhập, với điều kiện thiết bị phải được kết nối internet Tính năng này giúp tối ưu hóa việc kiểm soát hệ thống một cách tiện lợi.
Kết quả thực nghiệm
4.2.1 Nhiệt độ Để trình bày các biểu đồ biểu diễn các kết quả kiểm nghiệm nhiệt độ một cách trực quan và dễ quan sát nhất, chúng tôi sẽ chỉ chọn ra một số cảm biến có dữ liệu thu thập được có sự chênh lệch dễ nhận thấy so với nhiệt kế điện tử DS - 1 để trình bày bên dưới, phần dữ liệu đầy đủ và chi tiết nhất thu thập được chúng tôi để ở phần phục lục… a) Trong điều kiện môi trường không khí
Các cảm biến được đặt trong cùng một môi trường không khí, được đánh số thứ tự từ
T1 đến T9, Tg là giá trị mà nhiệt kế điện tử DS - 1 hiển thị là 31.2 o C với sai số ±1 o C, 9 cảm biến thu được giá trị từ 30.8 đến 31.87 o C khi ổn định
Bảng 4.1: Kết quả kiểm nghiệm cảm biến nhiệt độ trong môi trường không khí
Hình 4.8: Đồ thị độ chênh nhiệt độ của cảm biến trong môi trường không khí
Bảng 4.1 và hình 4.8 thể hiện độ chênh nhiệt độ của cảm biến so với nhiệt kế điện tử
Trong quá trình kiểm nghiệm, cảm biến nhiệt độ dao động từ 30,8 đến 31,81 oC, trong khi nhiệt kế điện tử DS - 1 ghi nhận giá trị từ 31,1 đến 31,2 oC Độ chênh lệch nhiệt độ lớn nhất là 0,77 oC và nhỏ nhất là 0,17 oC.
Tiếp tục, thu kết quả từ các dải nhiệt độ khác nhau từ 29.2 o C, 60.8 o C và 6 o C
Kết quả kiểm nghiệm cảm biến ở nhiệt độ môi trường nước 29 o C cho thấy giá trị thu thập dao động từ 29,44 đến 29,94 o C, với giá trị đo được từ DS - 1 là 29 o C Biên độ dao động nhiệt độ tối đa (Δt max) là 0,74 o C và tối thiểu (Δt min) là 0,14 o C.
Hình 4.9: Đồ thị cảm biến trong môi trường có nhiệt độ 29 o C
Nhiệt độ đo được trong khoảng 60,5 ÷ 61,5 o C, sau đó giảm dần xuống khoảng 57,8 ÷ 59 o C Khi nhiệt độ nước giảm, giá trị Tc cũng giảm từ 60,1 xuống 58,9 o C, với độ chênh lệch nhiệt độ tối đa Δt max = 1 o C.
Hình 4.10: Đồ thị nhiệt độ cảm biến trong môi trường nước 60 o C
Nhiệt độ DS – 1 dao động từ 5.9 đến 6.0 o C, trong khi thời gian đầu khi đặt cảm biến vào nước lạnh, nhiệt độ không ổn định, dao động từ 5.5 đến 6.7 o C Sau một thời gian, giá trị cảm biến ổn định hơn với độ chênh lệch nhiệt độ giảm xuống còn 5.8 đến 6.4 o C Độ chênh lệch nhiệt độ tối đa Δtmax đạt 0.8 o C, trong khi chênh lệch lớn nhất giữa hai cảm biến là Δt = 1.07 o C.
Hình 4.11: Đồ thị cảm biến trong môi trường nước có nhiệt độ 6 o C
4.2.2 Áp suất a) Dữ liệu áp suất so với đồng hồ nạp gas Đối với môi chất đồng sôi:
Sau khi kiểm nghiệm dữ liệu áp suất với môi chất R22 ở các mức 4bar, 8bar và 10bar, chúng tôi đã thu được những kết quả đáng chú ý.
Bảng 4.2: Kết quả kiểm nghiệm cảm biến áp suất tại 4bar
Hình 4.12: Áp suất đồng hồ nạp gas tại 4bar
Tại dãi áp suất 4 bar, dữ liệu từ cảm biến thu được dao động trong khoảng 3,93 đến
4,08bar so với áp suất đo được ở đồng hồ, độ chênh lệch Δpmax = 0,07bar và Δpmin= 0,02bar
Kết quả được thể hiện qua bảng 4.2 và hình 4.13
Hình 4.13: Đồ thị dữ liệu áp suất tại 4bar
Trong điều kiện thử nghiệm với áp suất 8 bar, giá trị đo được dao động từ 7.91 đến 8.13 bar, với độ chênh lệch tối đa giữa cảm biến và đồng hồ là Δp max = 0,13 bar, gần gấp đôi so với điều kiện áp suất 4 bar Độ chênh lệch tối thiểu là Δp min = 0,01 bar.
P1 P2 Pg Δpmax = 0,07bar Δpmin = 0,02bar
Pg Δpmax = 0,13bar Δpmin = 0,02bar
Hình 4.14: Đồ thị dữ liệu áp suất tại 8bar
Trong điều kiện áp suất 10bar, các giá trị áp suất có xu hướng lệch so với đồng hồ nạp gas, với dữ liệu thu thập dao động từ 9,92 đến 10,15bar Giá trị Δpmax đạt 0,16bar, cao hơn 1,2 lần so với Δpmax ở 8bar và gấp 2,3 lần so với điều kiện 4bar, trong khi giá trị Δpmin là 0,02bar.
Hình 4.15: Đồ thị dữ liệu áp suất tại 10bar Đối với môi chất không đồng sôi:
Sau khi kiểm nghiệm với môi chất R410A, kết quả thu được cho thấy sự khác biệt so với môi chất R22 do điều kiện hoạt động của hai loại môi chất này không giống nhau.
P1 P2 Pg Δpmax = 0,16bar Δpmin = 0,02bar
Hình 4.16: Đồng hồ đo áp suất của môi chất không đồng sôi tại 2bar
Tại áp suất 2 bar cảm biến thu thập dữ liệu trong khoảng 1,98 đến 2,16bar có các giá trị Δpmax = 0,13bar, Δpmin = 0,02bar
Hình 4.17: Đồ thị cảm biến áp suất tại 2bar
Pg Δpmax = 0,16bar Δpmin = 0,02bar
Hình 4.18: Đồng hồ đo áp suất của môi chất không đồng sôi tại 14bar
Tại áp suất 14 bar, cảm biết thu về dữ liệu áp suất dao động trong khoảng 13,84÷14,17bar với giá trị Δpmax = 0,17bar, Δpmin = 0,01bar
Hình 4.19: Đồ thị áp suất tại 14bar
Pg Δpmax = 0,17bar Δpmin = 0,02bar
4.2.3 Sai số của sản phẩm a) Sai số cảm biến nhiệt độ Đối với môi trường không khí 32 o C: Cảm biến lệch nhiều so với giá trị nhiệt độ của cảm biến DS - 1 với sai số tương đối là: 0.667% Đối với môi trường nước tại các giá trị nhiệt độ:
- Tại 29 o C có độ sai số bằng 0,41 %
- Tại khoảng nhiệt độ 58.5 – 61.5 o C có sai số bằng 0.648%
- Tại 6 o C có với sai số tương đối bằng 2.09 %
Kết quả kiểm nghiệm các cảm biến nhiệt độ cho thấy độ sai số tương đối thấp ở môi trường không khí và nước tại nhiệt độ 25 o C và 57-59 o C Tuy nhiên, khi thử nghiệm ở môi trường nước ở 6 o C, sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử nước đã dẫn đến giá trị thu được từ cảm biến không ổn định, gây ra sai số lớn.
Sai số trung bình tương đối của các giá trị cảm biến nhiệt độ khoảng 1% Đối với môi chất đồng sôi R22, sai số cảm biến áp suất cũng được xem xét.
- Tại giá trị áp suất 4 bar có sai số tương đối bằng 0,5%
- Tại áp suất 8 bar có sai số là 0,48%
- Tại áp suất 10 bar có sai số là 0,29% Đối với môi chất R410A, đo áp suất 2 bar và 14 bar có giá trị sai số tương đối lần lượt bằng 2,45% và 0,14%
Kết luận: các cảm biến áp suất khi kiểm tra trực tiếp với từng loại môi chất R22,
R410A có độ sai số thấp, với sai số trung bình khoảng 0,8% Điều này có nghĩa là khi áp suất thực là 1 bar, giá trị cảm biến ghi nhận có thể lệch khoảng 0,008 bar, tức là 1,008 bar.
Kết quả vận hành
4.3.1 Hệ thống water chiller trục vít
Việc đầu tiên ta phải cài đặt giá trị cho hệ thống Chiller này, dựa vào dữ liệu về độ chênh lệch nhiệt độ như là:
- Độ quá nhiệt ∆Tqn = 5 o C, độ quá lạnh ∆Tql = 5 o C
- Độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước vào và nước ra ở thiết bị ngưng tụ ∆Tlc2 = 6 o C, độ chênh nhiệt độ nước vào và ra ở bay hơi ∆Tlc1 = 6 o C
- Độ chênh lệch giữa nhiệt độ ngưng tụ so với nhiệt độ môi trường, nhiệt độ bay hơi so với nhiệt độ phòng lần lượt là ∆Ttnt = 10 o C, ∆Ttbh = 18 o C
Khi nhập giá trị sai số cho các thông số như ∆Tqn, ∆Tql, ∆Tlc2, ∆Tlc1, ∆Ttnt và ∆Ttbh, việc lựa chọn sai số là rất quan trọng Ví dụ, nếu giá trị ∆Tqn là 5 o C và sai số được nhập là 2, thì giá trị thực tế của ∆Tqn sẽ nằm trong khoảng 3-7 o C.
Hình 4.20: Thông số cài đặt ban đầu của hệ thống water chiller trục vít
Hệ thống lạnh sử dụng môi chất R407C với áp suất đo bằng bar và sai số 1% Giao diện của hệ thống có khung đồ thị hiển thị các thông số, giúp người vận hành theo dõi sự ổn định của độ chênh lệch nhiệt độ tại các vị trí lắp cảm biến, từ đó đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống một cách nhanh chóng và linh hoạt.
Cuối cùng ta lắp đặt các cảm biến như mục 3.2 đã trình bày
Trong quá trình vận hành:
Khi khởi động hệ thống, cần khoảng 10 đến 15 phút để đạt trạng thái ổn định Sau thời gian này, chương trình sẽ được khởi động để các cảm biến bắt đầu thu thập dữ liệu tại vị trí lắp đặt.
Việc lắp đặt cảm biến áp suất có thể gặp khó khăn do vị trí lắp phức tạp và thiếu dụng cụ chuyên dụng Do đó, chúng ta sẽ sử dụng tính năng nhập tay giá trị, như đã đề cập trong mục 4.1, để đọc và ghi lại giá trị của cảm biến vào giao diện.
Hệ thống thu thập dữ liệu hoạt động liên tục, cập nhật giá trị nhiệt độ theo thời gian thực Chúng tôi tiến hành nhiều thí nghiệm trong nhiều ngày, với mỗi ca vận hành kéo dài hơn một giờ Trong suốt quá trình này, dữ liệu được cập nhật liên tục và lưu trữ dưới định dạng file csv.
Hình 4.21: Đồng hồ hiển thị áp suất của hệ thống chiller trục vít
Hình 4.22: Dữ liệu được cập nhật từ các cảm biến trong quá trình vận hành
Đồ thị trong hình 4.23 minh họa quá trình vận hành của hệ thống water chiller trục vít, cho thấy độ quá nhiệt của hệ thống đang có xu hướng giảm Đồng thời, độ quá lạnh đang duy trì trong khoảng ổn định từ 3 đến 7 độ C.
Bảng 4.3: Nhật ký vận hành hệ thống water chiller trục vít
Bảng 4.3: Nhật ký vận hành hệ thống water chiller trục vít (tiếp theo)
Date Time ∆Tqn ∆Tql ∆Tlc1 ∆Tlc2 ∆Ttbh ∆Ttnt
Trong quá trình vận hành hệ thống, cần thời gian để đạt được trạng thái ổn định Theo số liệu cập nhật liên tục, độ quá nhiệt của hệ thống có xu hướng giảm về khoảng giá trị cho phép từ 3-7 oC, trong khi độ quá lạnh vẫn đang hoạt động hiệu quả.
79 vùng ổn định 3 đến 7 o C Từ kết quả trên ta có thể thấy được hệ thống đang ở trạng thái ổn định
Kết quả vận hành: Hệ thống hoạt động ổn định
4.3.2 Hệ thống water chiller piston
Hệ thống water chiller piston tại xưởng sử dụng môi chất R22 và máy nén piston một cấp Các vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ và áp suất, cũng như quy trình thu thập và xử lý số liệu, tương tự như ở hệ thống water chiller trục vít.
Để bắt đầu quy trình vận hành hệ thống, trước tiên cần cài đặt một số giá trị cho hệ thống dựa trên dữ liệu về độ chênh lệch nhiệt độ.
- Độ quá nhiệt ∆Tqn = 5 o C, độ quá lạnh ∆Tql = 5 o C
- Độ chênh lệch giữa nước vào và nước ra ở thiết bị ngưng tụ ∆Tlc2 = 6 o C, độ chênh nước vào và ra ở bay hơi ∆Tlc1 = 6 o C
- Độ chênh lệch giữa nhiệt độ ngưng tụ so với nhiệt độ môi trường, nhiệt độ bay hơi so với nhiệt độ phòng lần lượt là ∆Ttnt = 10 o C, ∆Ttbh = 18 o C
- Nhập giá trị sai số ở đây các giá trị ∆Tqn, ∆Tql, ∆Tlc2, ∆Tlc1, ∆Ttnt và ∆Ttbh
Hình 4.24: Thông số cài đặt ban đầu water chiller piston
Trong quá trình vận hành:
Giống như hệ thống water chiller trục vít, sau khi khởi động, hệ thống cần khoảng 10 đến 15 phút để đạt trạng thái ổn định Sau thời gian này, chúng ta có thể bắt đầu chạy chương trình để các cảm biến thu thập dữ liệu tại vị trí lắp đặt.
Hình 4.25: Đồng hồ hiển thị áp suất của hệ thống chiller piston
Hình 4.26: Dữ liệu được cập nhật từ các cảm biến trong quá trình vận hành
Hệ thống water chiller piston đang hoạt động với độ quá nhiệt cao, dao động từ 25-30°C, trong khi độ quá lạnh lại khá thấp, chỉ từ 0-3°C So với tiêu chuẩn lý tưởng, độ quá nhiệt này vượt quá mức 4-7°C, trong khi độ quá lạnh không đạt yêu cầu tương tự.
Bảng 4.4: Thông số khi vận hành hệ thống water chiller piston
Bảng 4.4: Thông số khi vận hành hệ thống water chiller piston (tiếp theo)
Date Time ∆Tqn ∆Tql ∆Tlc1 ∆Tlc2 ∆Ttbh ∆Ttnt
Vào ngày 7 tháng 12 năm 2022, hệ thống vận hành cho thấy độ quá nhiệt cao từ 25-30°C, vượt xa mức bình thường 4-7°C, trong khi độ quá lạnh lại thấp chỉ từ 0-3°C so với mức lý tưởng 4-7°C Điều này cho thấy áp suất đầu đẩy và đầu hút của hệ thống đều có xu hướng giảm, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.
Kết quả vận hành: Hệ thống có xu hướng thiếu gas
4.3.3 Tạo sự cố giả định Để thể hiện một cách cụ thể hơn về các sự cố có thể xảy ra trong hệ thống đồng thời kiểm tra chất lượng sản phẩm (chẩn đoán sự cố và thông báo qua Email khi có sự cố xảy ra) hoạt động có tốt hay không Dựa vào lưu đồ chẩn đoán sự cố đã trình bày trong chương
2, chúng tôi đã tiến hành giả định một số thông số để tạo ra các sự cố a) Sự cố “Máy nén quá bé”
Sự cố máy nén quá bé xảy ra do hư hỏng các bộ phận bên trong, bao gồm lá van đầu đẩy và lá van đầu hút Khi đường ống môi chất bị va đập, lượng môi chất hồi về máy nén giảm, dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực đến áp suất đầu đẩy và đầu hút của máy nén.
LP tăng và áp suất HP giảm
Hình 4.28: Hệ thống báo sự cố “máy nén quá bé”
Hình 4.29: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi dữ liệu khi có sự cố “máy nén quá bé”
Khi sự cố xảy ra, một Email thông báo lỗi sẽ được gửi đến Email của người chọn từ đầu
Hình 4.30: Email thông báo sự cố “máy nén quá bé”
Sự thay đổi đột ngột này là do áp suất LP tăng và HP giảm