TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH ( PHẦN 1 )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG KHOA NHIỆT LẠNH BÀI GIẢNG MÔN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH GIẢNG VIÊN : ThS. NGUYỄN DUY TUỆ 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tự động hóa hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi 1. Tự động hóa hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi 2. 2. Tự động điều khiển các quá trình Nhiệt Lạnh – TS. Trịnh Tự động điều khiển các quá trình Nhiệt Lạnh – TS. Trịnh Văn Dũng ( chủ biên ) Văn Dũng ( chủ biên ) 3. Hand book of Air Conditioning and Refrigerant – 3. Hand book of Air Conditioning and Refrigerant – Shan.K.Wang Shan.K.Wang 4. Control systems and Application for HVACR – 4. Control systems and Application for HVACR – Thomas J.Horan Thomas J.Horan 3 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU I. I. ĐẠI CƯƠNG: ĐẠI CƯƠNG: Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh, các dụng Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh, các dụng cụ mà nhờ những dụng cụ đó hệ thống có thể vận hành hoặc từng cụ mà nhờ những dụng cụ đó hệ thống có thể vận hành hoặc từng phần thiết bị một cách tự động, chắc chắn, an toàn với độ tin cậy con phần thiết bị một cách tự động, chắc chắn, an toàn với độ tin cậy con mà không cần sự tham gia trực tiếp của công nhân vận hành mà không cần sự tham gia trực tiếp của công nhân vận hành VD: Điều khiển nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, dòng điện, khói…. VD: Điều khiển nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, dòng điện, khói…. II. II. Sơ đồ mạch điều khiển và một số thuật ngữ Sơ đồ mạch điều khiển và một số thuật ngữ : : 2.1 2.1 Vòng điều khiển ( Control loop ): Vòng điều khiển ( Control loop ): Là hệ thống bao gồm nhiều phần tử với mục đích điều khiển một Là hệ thống bao gồm nhiều phần tử với mục đích điều khiển một đại lượng nào đó ( nhiệt độ, áp suất, độ ẩm ). Gồm các phần tử như: đại lượng nào đó ( nhiệt độ, áp suất, độ ẩm ). Gồm các phần tử như: sensor, bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành, tác nhân được điều khiển, sensor, bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành, tác nhân được điều khiển, đại lượng nhiễu… đại lượng nhiễu… 4 - - Sensor cảm nhận tín hiệu của biến điều khiển và đưa về bộ điều Sensor cảm nhận tín hiệu của biến điều khiển và đưa về bộ điều khiển khiển - Bộ điều khiển nhận tín hiệu phản hồi từ sensor và tính toán sai số - Bộ điều khiển nhận tín hiệu phản hồi từ sensor và tính toán sai số so với điểm cài đặt và suất ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành so với điểm cài đặt và suất ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành ( van, bướm gió ) ( van, bướm gió ) - Cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển để điều khiên tác - Cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển để điều khiên tác nhân cần điều khiển ( đối tượng cần điều chỉnh ) nhân cần điều khiển ( đối tượng cần điều chỉnh ) Gồm 2 loại: Vòng điều khiển hở và kín Gồm 2 loại: Vòng điều khiển hở và kín + + Vòng điều khiển hở Vòng điều khiển hở : : Là vòng điều khiển không có tín hiệu phản hồi. Mạch điều khiển hở Là vòng điều khiển không có tín hiệu phản hồi. Mạch điều khiển hở phải dự báo được đại lượng bên ngoài( external variable ) sẽ tác động phải dự báo được đại lượng bên ngoài( external variable ) sẽ tác động lên hệ thống thế nào. lên hệ thống thế nào. 5 VD: VD: Van tiết lưu tay. Căn cứ vào nhiệt độ ngoài bể đá và các đại Van tiết lưu tay. Căn cứ vào nhiệt độ ngoài bể đá và các đại lượng khác như nhiệt độ, lượng đá thu hoạch, sự bám tuyết Người lượng khác như nhiệt độ, lượng đá thu hoạch, sự bám tuyết Người ta dự đoán năng suất lạnh để chỉnh van tiết lưu ta dự đoán năng suất lạnh để chỉnh van tiết lưu VD: Cảm biến nhiệt độ ngoài trời 6 - - Vòng điều khiển hở có thể dùng để bảo vệ hệ thống. Khi đó nó Vòng điều khiển hở có thể dùng để bảo vệ hệ thống. Khi đó nó xuất tín hiệu On hay Off để đóng ngắt tác nhân cần điều khiển. xuất tín hiệu On hay Off để đóng ngắt tác nhân cần điều khiển. - Hoặc dùng trong việc điều chỉnh thời gian đóng mở máy. - Hoặc dùng trong việc điều chỉnh thời gian đóng mở máy. + + Vòng điều khiển kín ( Close loop ): Vòng điều khiển kín ( Close loop ): Có tín hiệu phản hồi sự thay đổi của biến điều khiển ( control Có tín hiệu phản hồi sự thay đổi của biến điều khiển ( control variable ) về bộ điều khiển variable ) về bộ điều khiển 7 Ví dụ: Buồng lạnh điều khiển nhiệt độ bằng van điện từ kết hợp với Ví dụ: Buồng lạnh điều khiển nhiệt độ bằng van điện từ kết hợp với ro le nhiệt độ buồng ro le nhiệt độ buồng 8 Ví dụ: Điều khiển hệ thống điều hòa không khí Ví dụ: Điều khiển hệ thống điều hòa không khí 9 2.2 2.2 Nguồn năng lượng điều khiển ( Energy Source ): Nguồn năng lượng điều khiển ( Energy Source ): - Hệ điều khiển bằng điện – điện tử: Nếu phần tử cảm biến và truyền - Hệ điều khiển bằng điện – điện tử: Nếu phần tử cảm biến và truyền tín hiệu đi là các bán dẫn, hệ được gọi là điện – điện tử hay gọi tắt là tín hiệu đi là các bán dẫn, hệ được gọi là điện – điện tử hay gọi tắt là điện tử. Cần lưu ý là ngay cả hệ điện tử thì nguồn năng lượng cung điện tử. Cần lưu ý là ngay cả hệ điện tử thì nguồn năng lượng cung cấp vẫn là điện. cấp vẫn là điện. - Hệ điều khiển bằng khí nén ( Pneumatic ): Ở đây khí nén là nguồn - Hệ điều khiển bằng khí nén ( Pneumatic ): Ở đây khí nén là nguồn năng lượng để cung cấp cho bộ điều khiển để tạo ra lực tác dụng vào năng lượng để cung cấp cho bộ điều khiển để tạo ra lực tác dụng vào phần tử bị điều khiển ( van ) phần tử bị điều khiển ( van ) - Hệ điều khiển tự cung cấp năng lượng: Năng lượng cần tạo ra lực - Hệ điều khiển tự cung cấp năng lượng: Năng lượng cần tạo ra lực mở van không cần lấy từ bên ngoài mà lấy từ chính tác nhân bị điều mở van không cần lấy từ bên ngoài mà lấy từ chính tác nhân bị điều khiển khiển 10 Ví dụ: Ví dụ: Khi van cần mở ra thì van SV mở ra cho phép dòng môi chất Khi van cần mở ra thì van SV mở ra cho phép dòng môi chất có as cao tác động vào power piston, để đóng van thì van điện từ có as cao tác động vào power piston, để đóng van thì van điện từ đóng nhưng 1 van điện từ khác thông vào đường ống hút MN sẽ mở đóng nhưng 1 van điện từ khác thông vào đường ống hút MN sẽ mở ra, nhờ vào lò xo sẽ đẩy power piston lên. ra, nhờ vào lò xo sẽ đẩy power piston lên. [...]... hoạt động Sai số hoạt động này do thời gian trễ Thời gian trễ do cảm biến, do truyền tín hiệu, do thiết bị vận chuyển ( nước lạnh vào dàn FCU, gió lạnh ), do cần thời gian để trao đổi nhiệt nên việc điều khiển kém chính xác Do đó người ta gắn thêm một điện trở nhỏ vào đầu cảm biến VD: Lắp thêm điện trở trong quá trình on của quá trình sưởi ấm và off trong quá trình làm lạnh 16 Sai số hệ thống thực: 17 ... suất cao sẽ tác động piston làm đóng van 11 - Khi cần xả đá thì van V3 mở ra, van điện từ mở 12 Ví dụ: Hệ thống điều khiển bằng khí nén 13 2.3 Bộ điều khiển: Bộ điều khiển sẽ đánh giá sự hoạt động của quá trình và xuất tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành, qua đó sẽ điều tiết tác nhân điều khiển Ta sẽ có một số kiểu điều khiển như sau: + Điều khiển On-Off ( điều khiển 2 vị trí ): Phương pháp điều... số đặc trưng gồm có như sau : + Khoảng hoạt động ( Scale range ): VD: -20 độC ~ +5độC + Mức tín hiệu ( Signal span ) : là độ chênh lệch giữa giá trị cực đại và cực tiểu của khoảng hoạt động VD : 20 độC ~ 50 độC thì mức tín hiệu là 30 độ C + Độ chính xác ( Accuracy ) : là chênh lệch giữa giá trị thực và giá trị hiển thị của sensor 32 + Độ nhạy ( Sensitivity ): Hiển thị lượng thay đổi của tín hiệu ngõ... khiển này thường sử dụng trong hệ thống lạnh, điều hòa không khí 29 + Điều khiển tỷ lệ tích phân, vi phân PID: Là điều chỉnh PI có thêm vào thành phần vi phân của sai số theo thời gian Hàm truyền của nó như sau: Phần vi phân được thêm vào để triệt tiêu sai số ổn định của hệ thống nhưng làm cho bộ điều khiển trở nên nhạy cảm hơn và khó điều chỉnh hơn so với của PI Trong hệ thống điều hòa không khí thì... khác hầu như không hoạt động * Ưu, nhược điểm của phương pháp điều khiển theo bước : - Tránh được sự thay đổi công suất quá đột ngột Thích hợp cho hệ thống lớn - Các máy làm việc không đều nhau nên phải thường xuyên chuyển đổi vai trò của các máy - Biên độ dao động (vi sai) của biến điều khiển tương đối lớn do phải qua từng cấp 21 + Điều khiển kiểu phao “ floating “ :Tương tự như việc điều khiển 2... hơn so với điều khiển on – off Ví dụ: Khi phụ tải lạnh tăng ( hay giảm ), điểm điều khiển sẽ biến thiên trong 1 cạnh của vùng trung hòa, chỉ mở một ít lưu lượng của tác nhân điều khiển để loại bỏ một ít lượng nhiệt thừa Nên điểm cài đặt sẽ ổn định hơn so với điều khiển on-off Như vậy độ mở của cơ cấu chấp hành nằm bất kỳ ở mọi vị trí ( tương tự phao nước ) Nhưng do vẫn tồn tại vùng trung hòa nên việc... tín hiệu ngõ ra của sensor 4mmA đến 7mmA với khoảng hoạt động của tín hiệu ngõ vào 5độC đến 20 độ C vậy độ nhạy là 3mmA /15 độC + Độ phân giải ( Resolution ): Cảm biến có độ phân giải cao có thể đo được sự thay đổi nhỏ nhất của biến điều khiển và cho phép vòng điều khiển có sự đáp ứng nhanh hơn để làm giảm sai số hoạt động + Thời gian trễ ( Lag time ) : Là thời gian để cảm biến xuất ra tín hiệu khi cảm... Thiết bị điều khiển công số một hệ thống điều hòa gồm 3 cụm máy chiller - Biến điều khiển là nhiệt độ của nước lạnh vào máy tnv - Giá trị định trước là tnv = 8oC 18 * Khi nhiệt độ tăng : Khi nước về tnv = 8,5oC chỉ có tổ máy I làm việc Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng đến 9oC thì tổ máy II khởi động và làm việc cùng tổ I Nếu nhiệt độ tăng đến 9,5oC thì tổ máy thứ III khởi động làm việc * Khi nhiệt độ giảm... cho hệ thống lớn có nhiều máy Phương pháp này có ưu điểm hạn chế được sự sai lệch lớn công suất giữa các kỳ Nhưng việc điều khiển nhiệt độ cũng không chính xác Phương pháp điều khiển bước là thay đổi công suất theo từng bước, tránh công suất thay đổi quá đột ngột Hệ điều hòa có điều khiển bước phải có nhiều tổ máy Trong hệ thống này bộ điều khiển căn cứ vào tín hiệu của biến điều khiển sẽ tác động. .. của PID: 31 2.4 Cảm biến ( Sensor ): Hầu như các loại cảm biến đều làm việc theo nguyên tắc thay đổi tính chất vật lý khi biến điều khiển bị thay đổi Những sự thay đổi về độ dài, vị trí, điện dung, điện trở… đều được chuyển thành tín hiệu ngõ ra phù hợp với cơ cấu chấp hành Các thiết bị cảm biến được chế tạo bằng các vật liệu và các cấu trúc khác nhau để phù hợp với việc điều khiển trong hệ thống HVACR . NHIỆT LẠNH BÀI GIẢNG MÔN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH GIẢNG VIÊN : ThS. NGUYỄN DUY TUỆ 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tự động hóa hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi 1. Tự động hóa hệ thống. CƯƠNG: ĐẠI CƯƠNG: Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh, các dụng Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh, các dụng cụ mà nhờ những dụng cụ đó hệ thống có thể vận. ngữ : : 2 .1 2 .1 Vòng điều khiển ( Control loop ): Vòng điều khiển ( Control loop ): Là hệ thống bao gồm nhiều phần tử với mục đích điều khiển một Là hệ thống bao gồm nhiều phần tử với