4.1. CẢM BIẾN ÁP SUẤT 4.1.1. Định nghĩa
Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được (như dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng...). Nó là thành phần quan trọng nhất trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động.
Hình 4.1 Cảm biến áp suất
Thông thường, ngõ ra của cảm biến áp suất 4-20mA sẽ được sử dụng làm tín hiệu ngõ vào của PLC hoặc các bộ điều khiển khác. Việc sử dụng cảm biến áp suất sẽ giúp chúng ta giám sát được tình trạng áp suất nơi cần đo. Từ đó sẽ điều khiển hệ thống hoạt động theo đúng yêu cầu.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều nhà sản xuất với nhiều loại cảm biến áp suất khác nhau. Tuy nhiên, đa phần chúng đều được cấu tạo giống nhau, chỉ khác một số thông số kỹ thuật cơ bản. Mỗi cảm biến áp suất 4-20mA sẽ được chia ra thành nhiều loại. Mỗi loại sẽ chịu được một dải đo áp suất cố định.
➢ Cách đấu nối dây cảm biến áp suất 4-20mA:
GVHD: Th.S Nguyễn Đắc Lực 39 SVTH: Lê Văn Hồng Thắng - Phan Chân Toan
Do cảm biến chỉ có hai dây tín hiệu đưa về PLC nên việc lắp trực tiếp vào PLC thường không thể thực hiện được trừ một số PLC có khả năng đọc được tín hiệu 4-20mA không nguồn (passive). Chính vì thế chúng ta phải lắp nối tiếp nguồn 24Vdc giữa cảm biến &
PLC để có nguồn nuôi cho cảm biến.
Hình 4.2 Sơ đồ đấu nối dây cảm biến 2-3 dây
Nguồn cấp 24Vdc sẽ được đấu với nguồn Dương của cảm biến áp suất 4-20mA, điện áp sẽ truyền từ chân Dương của cảm biến sang Âm theo hình mũi tên về PLC hoặc biến tần. Còn chân Âm của PLC và chân Âm của Nguồn 24Vdc sẽ được đấu với nhau để tạo thành một vòng kín.
Theo cách đấu này chúng ta vừa cấp nguồn nuôi cho cảm biến vừa truyền được tín hiệu 4-20mA dạng 2 dây về PLC hoặc biến tần mà vẫn đảm bảo được không suy giảm tín hiệu.
Một số PLC và biến tần có khả năng đọc trực tiếp tín hiệu 4-20mA 2 dây từ cảm biến áp suất thì chúng ta chỉ mắc Chân Dương của cảm biến áp suất với chân Dương của PLC, chân Âm của cảm biến với chân Âm của PLC.
➢ Ưu điểm của cảm biến áp suất 4-20mA
• Nhỏ gọn: có thể lắp tại các vị trí có không gian chật hẹp của lò hơi, máy khí nén, máy bơm nước.
• Thân cảm biến được làm bằng vật liệu 316 có khả năng chịu được va đập mạnh;
phần kết nối cơ khí cũng được làm bằng inox tăng độ bền.
GVHD: Th.S Nguyễn Đắc Lực 40 SVTH: Lê Văn Hồng Thắng - Phan Chân Toan
• Dải đo áp suất linh động lên đến 600 bar.
• Thích hợp để đo áp suất của nhiều ứng dụng trong công nghiệp như: lò hơi, khí nén, chất lỏng…
4.1.2. Cảm biến áp suất Sensys
➢ Thông số kỹ thuật:
• Phạm vi đo: 0 ~ 10bar
• Ngõ ra: 4~20mA (được bảo vệ nối ngược cực và ngắn mạch).
• Nguồn cấp: 9-30VDC.
• Điện trở cách điện: 100MΩ @500VDC
• Kiểu nối cáp: Mini DIN43650
• Nối ren: PT1/4"
• Nhiệt độ hoạt động: -40~125℃.
• Áp suất đột ngột: 5 lần áp suất định mức
• Thân vỏ thép không gỉ
• Chịu rung 20G, 20~200Hz
• Trọng lượng: 85g.
• Môi chất: nước, dầu, khí.
4.2. ĐỘNG CƠ
4.2.1. Động cơ không đồng bộ 3 pha
➢ Nguyên lý làm việc
Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60𝑓1/p (f1 là tần số lưới điện; p là số cặp cực; n1 là tốc độ từ trường quay). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor.
GVHD: Th.S Nguyễn Đắc Lực 41 SVTH: Lê Văn Hồng Thắng - Phan Chân Toan
Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau.
Từ đó ta có thể điều khiển được tốc độ động cơ.
Hình 4.3 Máy bơm nước 3 pha
Một trong những ứng dụng của động cơ 3 pha là làm động cơ bơm dựa vào chuyển động quay của động cơ điện, động cơ bơm sử dụng chuyển động quay đó để hút chất lỏng từ đầu vào và đẩy chất lỏng đến đầu ra nhờ áp suất từ chuyển động quay của động cơ điện.
➢ Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số.
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực.
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch rôto.
• Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp.
➢ Ưu điểm của động cơ không đồng bộ 3 pha:
Động cơ không đông bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế do ưu điểm nổi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ít, giá thành hạ, trọng lượng, kích thước nhỏ hơn khi dùng công suất định mức so với động cơ một chiều. Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha…
GVHD: Th.S Nguyễn Đắc Lực 42 SVTH: Lê Văn Hồng Thắng - Phan Chân Toan
4.2.2. Động cơ 1 pha
➢ Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 1 pha:
Stato của loại động cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạng điện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện. Cách mắc như vậy làm cho hai dòng điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay.
➢ Ứng dụng
Động cơ không đồng bộ một pha chỉ đạt được công suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ gia đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước…
Hình 4.4 Máy bơm nước 1 pha
4.3. RELAY (RƠ-LE) BÁN DẪN 4.3.1. Khái niệm
• Rơle (relay) bán dẫn analog, làm việc dựa trên nguyên tắc điều khiển góc pha, chẳng hạn như, điều khiển điện áp AC theo sóng hình sin, phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào (4- 20mA/ 0-10VDC) tương ứng cho ra áp từ 0VAC đến áp định mức.
• Thích hợp cho việc điều khiển nhiệt, đèn, quạt,...
• Chúng như một dimmer công suất lớn.
GVHD: Th.S Nguyễn Đắc Lực 43 SVTH: Lê Văn Hồng Thắng - Phan Chân Toan
Hình 4.5 Relay (Rơ-le) bán dẫn
• Về chức năng SSR cũng tương tự như rơ le cơ khí thông thường: cho phép dòng điện nhỏ có thể điều khiển một tải tiêu thụ dòng lớn hơn.
• Điểm khác biệt rõ nét nhất của SSR so với rơ le thông thường là nó không có "bộ phận chuyển động" (moving part):
+ Rơ le cơ khi hoạt động sẽ nghe tiếng "tạch" do tiếp điểm cơ khí đóng mở dưới tác động lực từ trường.
+ SSR Loại này hầu hết cũng đã cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển và mạch lực.
4.3.2. Thông số kỹ thuật Relay Solid state:
• Tín hiệu vào: 3-32VDC.
• Điện áp hoạt động: 24–380VAC.
• Cường độ dòng điện định mức: 25A
• Điện áp định mức: 240V
• Thời gian nhảy cách nhau tối thiểu: ≤10ms
• Rò rỉ dòng điện: ≤2mA
GVHD: Th.S Nguyễn Đắc Lực 44 SVTH: Lê Văn Hồng Thắng - Phan Chân Toan
4.4. VAN MỘT CHIỀU
Van một chiều là thiết bị bảo vệ đường ống dẫn, cho phép dòng chất lỏng-khí đi qua chỉ theo 1 hướng nhất định và ngăn cản dòng theo hướng ngược lại. Van một chiều được sử dụng để bảo vệ các thiết bị của mạch thủy lực như ống dẫn, máy bơm, bình chứa,…
Ngoài ra van một chiều còn có tác dụng ngăn ngừa sự mất mát chất lỏng - khí khi có sự cố rò rỉ, hỏng hóc ống dẫn.
Hình 4.6 Ký hiệu van một chiều trong mạch thủy khí, thủy nén
Chức năng quan trọng của van một chiều đó là đảm bảo chế độ vận hành chuẩn của cả hệ thống. Ta có thể xem xét trường hợp khi hệ thủy lực được cung cấp chất lỏng bởi 1 trạm máy bơm gồm nhiều máy bơm ghép song song.
Hình 4.7 Van một chiều
Nguyên lý hoạt động: khi không có dòng chất lỏng-khí chảy qua van, phần tử trượt (cửa xoay) của van dưới tác dụng của trọng lượng chính nó hoặc lực lò xo được giữ chặt ở ví trí
“đóng”. Khi xuất hiện dòng chảy đến van, phần tử trượt (cửa xoay) dưới tác động của năng
GVHD: Th.S Nguyễn Đắc Lực 45 SVTH: Lê Văn Hồng Thắng - Phan Chân Toan
lượng dòng chảy bị đẩy khỏi vị trí đóng và cho phép dòng chảy đi qua van. Tại thởi điểm vận tốc dòng chảy về không, phần tử trượt ( cửa xoay) quay về vị trí đóng, áp suất cửa ra của van tác động lên phần tử trượt giữ chặt phần tử trượt ở vị trí đóng và ngăn cản dòng chảy về hướng cửa vào của van. Như vậy sự hoạt động của van một chiều hoàn toàn tự động dưới tác động của chất lỏng - khí.
4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Qua chương này thì chúng ta đã tìm hiểu các thiết bị chấp hành sẽ sử dụng trong mô hình, trình bày nguyên lý làm việc của thiết bị, các thông số kỹ thuật, ứng dụng của các thiết bị đó trong thực tiễn và giới thiệu một số thiết bị liên quan.
Từ đó ta có cái nhìn tổng quát hơn về các thiết bị chấp hành được nêu ra.
GVHD: Th.S Nguyễn Đắc Lực 46 SVTH: Lê Văn Hồng Thắng - Phan Chân Toan