nghiên cứu thiết kế xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi

Tóm tắt ĐAKLTN Trong đồ án “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi”, phần mềm Solidworks được sử dụng để thiết kế mô hình, phần mề

Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống làm

mát trong trang trại chăn nuôi

Sinh viên: NGUYỄN TIẾN VƯỢNG

Mã số sinh viên: 19010228 Khóa: K13

Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Hệ: Chính quy

Giảng viên hướng dẫn:ThS Nguyễn Thị Thanh Vân

Hà Nội – Năm 2024

Copies for internal use only in Phenikaa University

Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống

làm mát trong trang trại chăn nuôi

Sinh viên: NGUYỄN TIẾN VƯỢNG

Mã số sinh viên:19010228 Khóa: K13

Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Hệ: Chính quy

Giảng viên hướng dẫn:ThS Nguyễn Thị Thanh Vân

Hà Nội – Năm 2024

Copies for internal use only in Phenikaa University

Copies for internal use only in Phenikaa University

Copies for internal use only in Phenikaa University

Copies for internal use only in Phenikaa University

Copies for internal use only in Phenikaa University

Copies for internal use only in Phenikaa University

Copies for internal use only in Phenikaa University

Tóm tắt ĐAKLTN

Trong đồ án “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi”, phần mềm Solidworks được sử dụng để thiết kế mô hình, phần mềm Eplan để vẽ mạch điện và phần mêm Tia Portal lập trình cho PLC S7-1200

Để mô hình có kích thước đúng với bản vẽ, máy CNC được sử dụng để cắt các phần của mô hình rồi dùng keo để gắn và cố định chúng lại với nhau Hệ thống điện bao gồm Aptomat để bảo vệ thiết bị điện Nguồn tổ ong để cấp nguồn cho PLC và thiết bị điện khác như relay, mạch hạ áp 24V xuống 12V, mạch điều khiển động cơ DC, module nhiệt độ NTC…

Hệ thống bàng điều khiển bao gồm 7 nút nhấn trong đó có 3 nút nhấn điều khiển chạy, dừng và chạy lại 4 nút nhấn còn lại sẽ điều khiển on/off bơm và động

cơ 1 công tác chuyển mạch 3 vị trí để chuyển chế độ điều khiển của hệ thống

Quá trình thu thấp dữ liệu của cảm biến nhiệt độ được truyền tới PLC

S7-1200 qua module truyền thông CM 1241 Đầu ra của PLC có thêm Relay để điều khiển bơm, động cơ on/off khi hệ thống trong chế độ điều khiển bằng tay Trong công nghiệp hệ thống thường được sử dụng động cơ 3 pha nhưng mà với mô hình nhỏ thì động cơ 3 pha lại quá lớn hơn so với mô hình nên tác giả đã thay thế động

cơ 3 pha bằng động cơ DC

Bên cạnh đó, bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ được sử dụng để điều khiển động cơ, sau đó so sánh kết quả với nhau để tìm ra bộ điều khiển nào hiệu

quả hơn

Copies for internal use only in Phenikaa University

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: NGUYỄN TIẾN VƯỢNG

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Tôi đã thực hiện đồ án/khóa luận tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của: ThS Nguyễn Thị Thanh Vân

Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa được các tác giả khác công bố dưới bất kỳ hình thức nào Nếu phát hiện có bất kỳ hình thức gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Thanh Vân là giảng viên

trường Đại học Phenikaa cũng là giáo viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp của em

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Điện – Điện Tử, các

thầy cô đã giảng dạy cho chúng em những kiến thức từ cơ bản đến chuyên ngành,

từ lý thuyết cho đến áp dụng thực hành và ứng dụng thực tế Nhờ giúp đỡ tận tình

của các thầy cô, em đã có được nền tảng kiến thức vững chắc để thực hiện đồ án

này

Hiện tại thì đồ án cũng đã hoàn thành, với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn

chế nên sẽ không tránh khỏi sai sót trong quá trình thực hiện đồ án Em rất mong

nhận sự góp ý, nhận xét của các thầy cô để đồ án được hoàn thiện và đó chính là

tiền đề giúp em phát triển sự nghiệp sắp tới

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 21 tháng 3 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Copies for internal use only in Phenikaa University

MỤC LỤC

Mục lục hình ảnh 2

Mục lục bảng 4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

1.1 Tổng quan hệ thống làm mát 7

1.2 Tổng quan hệ thống 8

1.3 Lí thuyết về thiết bị 10

1.4 Lí thuyết về đấu nối 24

1.5 Lí thuyết về điều khiển 27

1.5.4 Điều khiển Logic mờ qua phần mềm Tia Portal 32

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 35

2.1 Thiết kế mô hình 35

2.2 Thiết kế hệ thống điện 41

CHƯƠNG 3 : LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 49

3.1 Cấu hình thiết bị PLC 49

3.2 Đầu vào đầu ra của PLC 50

3.3 Thiết kế HMI 52

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 54

4.1 Kết quả đạt được 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Copies for internal use only in Phenikaa University

Mục lục hình ảnh

Hình 1 1: Hệ thống làm mát trong trang trại 8

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống 9

Hình 1 3: Hình ảnh PLC S7-1200 và module 10

Hình 1 4: Module truyền thông CM 1241 13

Hình 1 5: Module analog SM 1232 14

Hình 1 6: Hình ảnh biến tần của hàng VFD-L 14

Hình 1 7: Sơ đồ mạch điện của biến tần 15

Hình 1 8: Hình ảnh biến đổi điện áp/tần số qua biến tần 16

Hình 1 9: Biến tần VFD-L 17

Hình 1 10: Nguồn tổ ong 17

Hình 1 11: Aptomat dạng tép MCB 18

Hình 1 12: Aptomat dạng khối MCCB 19

Hình 1 13: Relay 21

Hình 1 14: Mạch cảm biến nhiệt độ NTC 10K 22

Hình 1 15: Cảm biến NTC 10K 23

Hình 1 16: Nút nhấn 24

Hình 1 17: Đấu nối nguồn PLC 25

Hình 1 18: Đấu nối đầu vào PLC 25

Hình 1 19: Đấu nối đầu ra PLC 26

Hình 1 20: Lí thuyết đấu nối Mạch cảm biến NTC với module truyền thông CM 1241 27

Hình 1 21: Cấu trúc PID 27

Hình 1 22: Khối PID_Compact 29

Hình 1 23: Diễn dải giá trị đầu ra của điều khiển mờ 32

Hình 1 24: Khối điểu khiển mờ tự tạo 33

Hình 1 25: Khối CTRL_PWM 33

Hình 2 1: Phần mềm Solidworks 35

Hình 2 2: Hình vẽ cắt mặt sau của mô hình 36

Hình 2 3: Hình vẽ cắt mặt trước của mô hình 36

Hình 2 4: Hình cắt hai mặt bên của mô hình 37

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 2 5: Hình cắt 2 mặt trên dưới của mô hình 37

Hình 2 6: Hình anh quạt sử dụng thư viện grapcad[21] 38

Hình 2 7: Hình ảnh tấm làm mát sử dụng thư viện grapcad[21] 38

Hình 2 8: Hình ảnh của mô hình 38

Hình 2 9: Hình ảnh mô hình khi nhìn từ trên xuống 39

Hình 2 10: Hình ảnh Mô hình khi nhìn từ bên trái sang 39

Hình 2 11: Hình ảnh mô hình khi nhìn từ phía trước 39

Hình 2 12: Hình ảnh mô hình nhìn từ phía sau 40

Hình 2 13: Hình ảnh mô hình thực thế 41

Hình 2 14: Hình ảnh phần mềm eplan 42

Hình 2 15: Bản vẽ sơ đồ 1 sợi 43

Hình 2 16: Bản vẽ sơ đồ cấp cấp nguồn chi tiết 44

Hình 2 17: Bản vẽ cấp nguồn cho PLC và module 44

Hình 2 18: Bản vẽ đấu nối đầu vào PLC 45

Hình 2 19: Bản vẽ đấu nối đầu ra của PLC 45

Hình 2 20: Bản vẽ đấu nối Mạch cảm biến nhiệt độ và Module truyền thông 46

Hình 2 21: Bản vẽ đấu nối với module analog với biến tần và động cơ 3 pha 46

Hình 2 22: Bảng hệ thống điện thực thế 48

Hình 3 1: PLC và module sử dụng 49

Hình 3 2: Cấu hình địa chỉ cho PLC 49

Hình 3 3: Cấu hình xung PWM 50

Hình 3 4: Màn hình đăng nhập 52

Hình 3 5 Màn hình đăng nhập của kĩ thuật 52

Hình 3 6: Màn hình đăng nhập của người sử dụng 53

Hình 3 7: Màn hình cảnh báo người dùng 53

Copies for internal use only in Phenikaa University

Mục lục bảng

Bảng 1 1: Bảng so sánh các dùng plc S7-1200 12

Bảng 1 2: Bảng tham số đầu vào khối PID_Compact 30

Bảng 1 3: Bảng tham số đầu ra của khối PID_Compact 31

Bảng 1 4: Bảng tham số điều đỉnh Kp, Ki,Kd 31

Bảng 1 5: Bảng tham số đầu vào của khối CTRL_PWM 34

Bảng 1 6: Bảng tham số đầu ra của khối CTRL_PWM 34

Bảng 2 1: Danh sách thiết bị đã mua để làm mô hình 40

Bảng 2 2: Danh sách thiết bị mua để làm hệ thống điện 48

Bảng 3 1: Đầu vào PLC 51

Bảng 3 2: Đầu ra PLC 51

Copies for internal use only in Phenikaa University

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PLC: Programmable Logic Controller

HMI: Human Machine Interface

VDC: Volts Direct Current

DC:Direct Current

AC: Alternating Current

NO: Normally Open

NC: Normally Closed

CNC: Computer Numerical Control

PWM: Pulse Width Modulation

CO2: Carbon dioxide

NH3: Amoniac

PID: Proportional Integral Derivative

CPU: Central Processing Unit

VFD:Variable frequency drive

AVR:Automatic Voltage Regulator

MCB: Miniature Circuit Breaker

MCCB: Moulded Case Circuit Breaker

Hz: Hertz

RTU: Remote Terminal Unit

NTC: Negative temperature coefficient

RCCB :Residual Current Circuit Breaker

RCBO :Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection ELCB :Earth Leakage Circuit Breaker

LAD: Ladder Diagram

FBD: Function Block Diagram

SCL: Structured Control Language

ERP: Enterprise Resource Planning

PLM: Product Lifecycle Management)

CAD: Computer-Aided Design

Copies for internal use only in Phenikaa University

MỞ ĐẦU

Hiện nay tự động hóa rất là phổ biến trong mọi ngành nghề bởi những lợi ích

to lớn của tự động hóa mang lại Điển hình là đảm bảo an toàn cho con người, tăng năng suất lao động Ngoài ra, máy móc có thể thay thế hoạt động của con người

và hoạt động 24/24 để giúp tiếp kiệm thời gian, sức lao động của con người Đối với các trang trại chăn nuôi thì tự động hóa giúp tăng cường kỹ thuật chăn nuôi nhằm tối ưu hoạt động, tinh gọn quy trình chăn nuôi để tăng sức cạnh tranh, tăng sức đề kháng cho gia cầm trước mọi biến động của môi trường bên ngoài Hệ thống chăn nuôi gồm các phần chính như là: hệ thống cho ăn tự động, hệ thống chiếu sáng, hệ thống làm mát, bên cạnh đó thì cũng có hệ thống theo dõi sức khỏe của vật nuôi Các hệ thống chăn nuôi tự động tự động vận hành việc cho ăn, làm mát, chiếu sáng theo các cài đặt đã được định trước về định lượng thức ăn, điều kiện môi trường để ngăn chặn các mầm bệnh phát triển, đảm bảo nhiệt độ và ánh sáng phù hợp theo từng giai đoạn phát triển của gia súc, gia cầm

Đối với hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi thì hiện nay đa số các trang trại sử dụng quạt, máy bơm… để làm mát cho trang trại Nhìn chung, những

hệ thống này đều chưa hoàn thiện Chính vì thế em quyết định áp dụng một số bộ

điều khiển vào hệ thống để hoàn thiện khâu làm mát và lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống làm mát trong trang trại chăn nuôi.”

Copies for internal use only in Phenikaa University

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan hệ thống làm mát

Trong ngành chăn nuôi và trồng trọt, việc duy trì môi trường thoải mái và lành mạnh cho động vật là yếu tố quan trọng đối với sự thành công của một trang trại Một trong những công nghệ quan trọng giúp đạt được mục tiêu này là hệ thống

quạt và tấm làm mát

Hệ thống làm mát trong trang trại này hoạt động theo nguyên lí rất cơ bản Đầu tiên thì một đầu của trang trại được lắp hệ thống quạt hút công nghiệp với công suất lớn để có thể thực hiện được việc hút toàn bộ khí nóng, bụi bẩn ở trong trang trại ra bên ngoài Đầu còn lại của trang trại được lắp hệ thống trao đổi nhiệt

Hệ thống trao đổi nhiệt được tạo thành từ nhiều tấm làm mát cooling pad và được các máy bơm cung cấp nước lên phía trên của tấm cooling pad để làm ẩm tấm Nước sẽ được thi về qua các đường ống, máng dẫn nước để thu nước về để tiếp tục vòng tuần hoàn mới Không khí nóng và khô nhờ tác động của hệ thống quạt hút

sẽ đi qua qua tấm làm mát và trao đổi trực tiếp với nước được giữ lại một phần

trong tấm làm mát Do đó nhiệt độ môi trường trong trang trại sẽ giảm xuống.[1]

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 1 1: Hệ thống làm mát trong trang trại

Hệ thống được nhiều người sử dụng do có rất nhiều ưu điểm như là [1] :

- Dễ dàng lắp đặt, sử dụng, chi phí ít

- Hệ thống hoạt động ổn định, hiệu quả cao và có thể giảm 10° so với ngoài

trời

- Hệ thống có tuổi thọ cao, sử dụng được lâu dài

- Hệ thống thân thiện với môi trường, con người

- Hệ thống có thể áp dụng cho các trang trại lớn nhỏ khác nhau

Ngoài ra hệ thống làm mát không chỉ có thể làm mát cho trang trại mà nó còn

có thể cung cấp oxy cho vật nuôi, điều phối không khí đều trong trang trại,loại bỏ các khí NH3,CO2 ra bên ngoài, điều khiển nhiệt độ để phụ hợp với từng loại vật nuôi khác nhau, giúp vật nuôi có môi trường sống thoải mái, giảm tỉ lệ vật nuôi bệnh tật và tăng hiệu quả chăn nuôi.[1]

1.2 Tổng quan hệ thống

1.2.1 Mô tả hệ thống

Hệ thống làm mát trong trang trại của đồ án này sẽ có một môt hình được thiết kế dưới dạng thu nhỏ của một trang trại với kích thước là chiều dài, chiều rộng, chiều cao là 50cm, 25cm, 20 cm Trong hệ thống này thì sẽ sử dụng PLC S7-1214 DC/DC/DC để điều khiển PLC sẽ được đọc dữ liệu của cảm biến nhiệt

độ NTC qua module truyền thông CM 1241 để tiến hành điều khiển Tại đây thì

Copies for internal use only in Phenikaa University

tác giác áp dụng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển logic mờ để có thể điều khiển động cơ chạy với nhiệt độ thu được Tác giả có sử dụng cả 2 động cơ DC và động

cơ 3 pha.Với động cơ DC thì sẽ được điều khiển bằng cách xung PWM Động cơ

3 pha sẽ được điều khiển qua biến tần Bảng điều khiển của hệ thống gồm các nút nhấn xanh, đỏ, vàng, EMG, chuyển mạch 3 vị trí để điều khiển hệ thống chạy,dừng, chạy lại, dừng khẩn cấp và chuyển các chế độ của hệ thống Mục đích của việc điều khiển này áp dụng bộ đều khiển PID, điều khiển logic mờ là để tiết kiệm năng lượng điện khi các thiết bị chấp hành hoạt động với công suất mà không cần thiết

1.2.2 Sơ đồ hệ thống

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống

Copies for internal use only in Phenikaa University

1.3 Lí thuyết về thiết bị

1.3.1 PLC S7-1200

Bộ lập trình PLC S7-1200 Siemens ra đời vào năm 2009 và nó dùng để thay thế dần cho PLC S7-200 So với dòng PLC S7-200 thì PLC S7-1200 có những tính năng mới nổi trội hơn

PLC S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp với những tập lệnh mạnh giúp giải pháp hoàn hảo hơn cho những ứng dụng sử dụng PLC S7-1200

PLC S7-1200 hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP[2]

Mô đun và Signal board mở rộng:

+ Board mở rộng cho CPU S7-1200: Signal board Digital (input, outputs, input/output), Signal board Analog (input, outputs)

Copies for internal use only in Phenikaa University

+ Mô đun mở rộng cho CPU S7-1200: Mô đun Digital (input, outputs, input/output), mô đun Analog (input, outputs, input/output)

– Mô đun truyền thông PROFIBUS DP 1200, mô đun Modbus

S7-1200, mô đun GPRS kết nối GSM / GPRS cho điện thoại di động …

– Mô đun Switch mở rộng cổng Ethernet cho CPU S7-1200

– Mô đun nguồn PLC S7-1200 PM1207 power supply input 115/230VAC, output 24VDC 2.5A

Ứng dụng:

Ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như:

- Điều khiển hệ thống băng tải

- Điều khiển đèn chiếu sáng,

- Máy sản xuất dược phẩm…

Dưới đây là bảng so sánh các dòng plc S7-1200 [3]:

Đặc

tính CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C

CPU 1217C

DC/DC/DC, AC/DC/relay, DC/DC/relay

DC/DC/DC, AC/DC/relay, DC/DC/relay

1.3.2 Module truyền thông CM 1241

Module truyền thồng CM 1241 là module giao tiếp CM 1241 thuộc dòng SIMATIC S7-1200, giúp trao đổi dữ liệu nối tiếp nhanh chóng, cho hiệu suất cao thông qua dạng kết nối point-to-point (từ điểm đến điểm) [4]

Module giao tiếp CM1241 có các giao thức đã triển khai như: ASCII, giao thức ổ đĩa USS, Modbus RTU, 3964(R) Đồng thời, có thể tải được cả các giao thức bổ sung và tham số hóa đơn giản với STEP 7 Basic

Hình 1 4: Module truyền thông CM 1241 Module CM 1241 cũng được sử dụng trong một số linh vực như: - Hệ thống

tự động hóa SIMATIC S7 và hệ thống của nhiều nhà sản xuất khác, Máy in, Điều khiển robot, Modem, Máy quét, Đầu đọc mã vạch, v.v

1.3.3 Module analog SM 1232

Module analog SM1232 là module mở rộng của PLC S7-1200, module giúp PLC có thêm 4 cổng analog khi PLC không có đầu ra analog hoặc là PLC cần thêm cổng analog để sử dụng Đầu ra có tín hiệu từ -10V đến 10V hoặc từ 0-20mA/4-

20Ma

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 1 5: Module analog SM 1232

1.3.4 Biến tần

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được Biến tần được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp để điều khiển tốc độ động cơ, đảo chiều quay, giảm dòng khởi động, giảm độ rung và tiết kiệm năng lượng [5]

Hình 1 6: Hình ảnh biến tần của hàng VFD-L

Cấu tạo của biến tần

Mỗi loại biến tần có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu

kỹ thuật của hệ thống điều khiển Các thành phần chính của biến tần được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các thành phần chính sau:

- Mạch nguồn: cung cấp điện năng cho toàn bộ biến tần

Copies for internal use only in Phenikaa University

- Mạch điều khiển: là trung tâm điều khiển của biến tần, nơi thực hiện chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ

- Mạch chuyển đổi tần số: là mạch chính của biến tần, thực hiện chức năng biến đổi tần số dòng điện đầu vào 50Hz thành tần số dòng điện đầu ra điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT

- Mạch bảo vệ: bao gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, bảo vệ quá dòng, bảo vệ các sự cố điện có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống

- Màn hình - bàn phím: được sử dụng để thực hiện các thao tác giám sát, cài đặt và điều khiển từ người vận hành

- Ngoài ra biến tần còn có thể được tích hợp: module truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),

Hình 1 7: Sơ đồ mạch điện của biến tần

Nguyên lí hoạt động của biến tần:

- Đầu tiên, biến tần nhận nguồn đầu vào từ nguồn cung cấp điện Tùy từng

loại biến tần, nguồn điện đầu vào có thể là nguồn 1 pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ nguồn đầu vào 3 pha 380V tần số 50Hz) Nguồn điện này được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Tụ điện có chức năng lưu trữ điện năng của biến tần

- Tiếp theo, điện áp 1 chiều trong tụ điện sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành

Copies for internal use only in Phenikaa University

trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

- Tần số của tín hiệu đầu ra sẽ tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển và các tham

số được lập trình sẵn trong biến tần Người vận hành có thể cài đặt trước chế độ hoạt động hoặc điều khiển trực tiếp biến tần

- Trong quá trình hoạt động, biến tần sẽ phát hiện các sự cố như quá tải, quá

áp, sụt áp, mất pha, biến tần đưa ra cảnh báo các lỗi nhẹ và có thể ngừng cấp điện cho động cơ nếu phát hiện các lỗi nghiêm trọng để tránh gây hư hại cho hệ thống

Hình 1 8: Hình ảnh biến đổi điện áp/tần số qua biến tần

Thông số kĩ thuật Biến tần Delta VFD-L [6]:

- Đây là dòng biến tần có kích thước nhỏ gọn công suất chỉ từ 0.1kW - 1.5kW

- Điều chỉnh theo đường cong V/F

- Bộ xử lý 16bit kiểm soát ngõ ra theo kiểu SVPWM

- Build-in EMI filter

- Tích hợp giao thức truyền thông Modbus RS-485

- Ngõ vào tham chiếu 0-10VDC hoặc 4-20mA

- Tần số sóng mang lên đến 10kHz

- Chức năng nghỉ và tiết kiệm điện năng

- Tích hợp các chức năng cao cấp như: PLC, Counter, Local/remote, Multi-step speed, Base lbock, AVR, DC braking, Over/Under voltage, Overload,

Overcurrent, over heating, Self-testing, …

- Điều khiển hoàn hảo động cơ xoay chiều 3 pha công suất từ 0.2kW – 1.5kW

- Chức năng nghỉ và tiết kiệm điện năng

- Cài đặt đơn giản

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 1 9: Biến tần VFD-L 1.3.5 Nguồn tổ ong

Nguồn tổ ong là cách gọi khác của nguồn xung Nguồn xung là bộ nguồn

có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng

chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung [7]

Hình 1 10: Nguồn tổ ong

Ưu điểm: Nguồn tổ ong: Giá thành rẻ, gọn, nhẹ dễ tích hợp cho những thiết

bị nhỏ gọn, hiệu suất cao

Nhược điểm: Chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết kế phức tạp, việc sửa chữa

cũng khó khăn cho những người mới học , ngoài ra tuổi thọ của nó thường không cao (do cấu tạo chủ yếu bằng các linh kiện bán dẫn)

Thông số kĩ thuật :

+ Điện áp đầu vào:110V/220V AC (có thể chuyển qua lại 110V và 220V)

Copies for internal use only in Phenikaa University

+ Cường độ dòng điện: 5A

+ Công suất tối đa:120W

1.3.6 Aptomat

Aptomat là tên thường gọi của thiết bị đóng cắt tự động (cầu dao tự động)

Trong tiếng Anh thiết bị đóng cắt là Circuit Breaker (viết tắt là CB) Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện Một số dòng Aptomat

có thêm chức năng bảo vệ chống dòng rò được gọi là aptomat chống rò hay aptomat chống giật [8]

Theo cấu tạo, aptomat được phân loại thành :

-Aptomat dạng tép - MCB (Miniature Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch Aptomat tép (MCB) hay còn gọi là Át cài là loại Aptomat kích thước nhỏ, dòng cắt ngắn mạch thấp chủ yếu được dùng trong dân dụng

Hình 1 11: Aptomat dạng tép MCB

- Aptomat dạng khối - MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch Aptomat khối (MCCB) còn được gọi là Át khối có kích thước lớn, dòng cắt ngắn mạch cao chủ yếu dùng trong công nghiệp và trong các hệ thống dân dụng lớn

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 1 12: Aptomat dạng khối MCCB

Theo chức năng, aptomat được phân loại thành :

- Aptomat thường (bảo vệ quá tải, ngắn mạch): MCB, MCCB

- Aptomat chống rò:

+RCCB (Residual Current Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò dạng tép)

+RCBO (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection

- Aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng tép

+ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò và bảo

vệ quá tải dạng khối)

Ngoài ra còn có các aptomat 1 pha: 1 cực, aptomat 1 pha + trung tính (1P+N):

2 cực, aptomat 2 pha: 2 cực, aptomat 3 pha: 3 cực, aptomat 3 pha + trung tính (3P+N): 4 cực, aptomat 4 pha: 4 cực…

Theo dòng cắt ngắn mạch, có các loại

- Aptomat dòng cắt thấp ( dòng cắt 10kA)

-Aptomat dòng cắt trung bình ( dòng cắt 30kA)

-Aptomat dòng cắt cao ( dòng cắt 50kA)

Theo khả năng chỉnh dòng, có các loại:

- Cơ chế nhiệt thì aptomat được thực hiện dựa vào sự giãn nở vì nhiệt của thanh lưỡng kim Khi dòng điện chạy qua thanh lưỡng kim sẽ sinh nhiệt, 2 mặt của thanh lưỡng kim có độ giãn nở vì nhiệt khác nhau làm cho thanh lưỡng kim bị uốn cong dẫn tới tác động ngắt aptomat Chức năng bảo vệ quá tải của Aptomat được thực hiện bởi cơ chế tác động nhiệt

- Cơ chế điện thì aptomat từ dựa trên lực điện trường sinh ra khi có dòng điện rất lớn chạy qua cuộn dây Chức năng bảo vệ ngắn mạch của Aptomat được thực hiện bởi cơ chế điện từ Khi hệ thống gặp sự cố như ngắn mạch sẽ sinh ra dòng điện rất lớn lên tới vài chục kA trong thời gian rất ngắn Lực điện trường sinh ra sẽ tác động ngắt aptomat để bảo vệ cho các thiết bị điện

Một điều đáng chú ý nữa là khi lựa chọn Aptomat đó là:

- Chọn aptomat có dòng định mức cao hơn so với tải ít nhất 20%

- Aptomat tổng nên chọn dư so với nhu cầu hiện tại để dự phòng tăng thêm thiết bị trong tương lai

- Chọn aptomat phải phù hợp với khả năng chịu tải của dây dẫn Ngoài chức năng bảo vệ cho thiết bị thì aptomat còn bảo vệ cho dây dẫn không để quá tải dẫn tới dây bị phá hủy, bị cháy

Ở trong hệ thống làm mát này tác giả sẽ nâng cấp và cải tiến thêm nên tác giả sử dụng một con aptomat 220V-25A để vệ toàn bộ hệ thống được lấy nguồn vào là 220V và đầu ra cấp cho nguồn tổ ong

1.3.7 Relay

Relay hay còn được gọi là rơ – le Nó là một công tắc (khóa K) điện từ và

được vận hành bởi một dòng điện tương đối nhỏ có thể bật hoặc tắt một dòng điện lớn hơn rất nhiều Bản chất của relay là một nam châm điện và hệ thống các tiếp điểm đóng cắt có thiết kế module hóa giúp dễ dàng lắp đặt Relay sẽ có hai loại trạng thái là ON (mở) và OFF (tắt) Ở trạng thái hoạt động ON hay OFF sẽ phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không[10]

Trên mỗi Relay sẽ 3 kí hiệu là: NO, NC và COM Trong đó, NC và NO là hai chân chuyển đổi Cụ thể:

Copies for internal use only in Phenikaa University

Cấu tạo chung của relay bao gồm:

-Nam châm điện

-Cần dẫn động

-Các ngõ vào ra

Nguyên lí hoạt động của relay là [7]:

-Khi có dòng điện chạy qua mạch thứ nhất thì sẽ kích hoạt nam châm điện

Từ đó, Relay sẽ tạo ra từ trường và hút tiếp điểm đồng thời kích hoạt luôn mạch thứ hai Khi đó tiếp điểm thường đóng NC sẽ không cho dòng diện chạy qua và tiếp điểm thưởng mở NO sẽ cho dòng điện chạy qua

-Khi nguồn điện bị cắt thì tiếp điểm trở về vị trí ban đầu do có lò xo kéo, mạch điện thứ hai bị ngắt

Chức năng của Relay là :

- Rơ le dùng để chuyển mạch nhiều dòng điện, điện áp sang các tải khác nhau Bằng cách sử dụng một tín hiệu điều khiển

Copies for internal use only in Phenikaa University

cấp điện DC

-Relay sẽ theo dõi, giám sát các hệ thống an toàn công nghiệp và ngắt

điện cho máy móc nếu đảm bảo độ an toàn

Relay được phân loại theo nguyên lí làm việc đó là :

-Relay trung gian

-Relay điện từ

-Relay nhiệt

Đối với hệ thống làm mát trong trang trại này thì tác giả sử dụng một con relay để điều khiển bơm hút nước cấp cho tấm làm mát, 1 con relay để điều khiển quạt và 2 con relay dự phòng trong chế độ điều khiển bằng tay của hệ thống

1.3.8 Mạch cảm biến nhiệt độ NTC10K RS485 Modbus RTU kết nối PLC

Mạch cảm biến nhiệt độ NTC10K RS485 Modbus RTU kết nối PLC giúp cho PLC đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ NTC10K qua RS485 Modbus RTU [11]

- Cường độ dòng điện làm việc: 7 - 13 mA

- Chuẩn giao tiếp: RS485 Modbus RTU (3 read command, 6 write command)

- Tốc độ giao tiếp Serial: 9600 baud rate (mặc định), N, 8, 1

Copies for internal use only in Phenikaa University