Công tắc thông báo
- Nhiệm vụ: thông báo trạng thái của các thiết bị công nghệ và điều khiển phục vụ cho việc tự động hóa quá trình sản xuất,
thực hiện các chức năng báo động hay chẩn đoán kỹ thuật.
- Tất cả các công tắc các loại được xếp vào đối tượng “thông báo”, ký hiệu M.
+ Công tắc phụ của các rơle, thiết bị điện (khởi động từ, công tắc tơ, máy cắt, v.v ) cho biết trạng thái đóng - cắt của thiết bị.
+ Công tắc báo trạng thái của các rơle bảo vệ khi giá trị đo vượt qua giá trị cho phép.
101 trang |
Chia sẻ: Tiểu Khải Minh | Ngày: 23/02/2024 | Lượt xem: 58 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp - Chương 2: Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
1 3/11/2021
BÀI GIẢNG
Nguyễn Thị Huế
Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
2 3/11/2021
NỘI DUNG MÔN HỌC
1
2
5
Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo
và điều khiển công nghiệp
Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp
Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp
3
4
7
Các bộ điều khiển khả trình
Các thiết bị giám sát trong công nghiệp
Một số hệ thống công nghiệp thực tế
6
Các giao thức công nghiệp tiêu biểu
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 3 3/11/2021
Hệ thống trong công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 4 3/11/2021
2.1.1. Thiết bị đo trong hệ thống tự động
5 3/11/2021
NỘI DUNG CHƯƠNG 2
2.1 Các thiết bị đo lường trong công nghiệp
2.2. Các thiết bị chấp hành trong công nghiệp
Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp
2
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 6 3/11/2021
Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động
Nhìn chung các thiết bị đo hiện
trường có thể giao tiếp với
trung tâm xử lí thông qua các
chuẩn truyền số hoặc tương tự
4-20 mA hoặc các
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 7 3/11/2021
Thiết bị đo trong hệ thống tự động
giao thức
số như
profibus,
CAN,
modbus
hoặc giao
thức lai là
HART
protocol.
Đặc tính của thiết bị đo
Cảm biến
Các bộ tranmister
Hiệu chuẩn thiết bị trong công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 8 3/11/2021
Thiết bị đo trong hệ thống tự động
Độ nhạy của thiết bị đo (S)
Khoảng đo Dx = Xmax - Xmin
Ngưỡng nhạy
Khả năng phân ly của thiết bị đo ,
Mở rộng thang đo của thiết bị đo
Độ chính xác của thiết bị đo (sai số)
Thời gian đo của thiết bị
Tổn hao công suất của thiết bị
Cấp chính xác của thiết bị đo.
...
9 3/11/2021
Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động
x
xR xN
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Đặc tính của thiết bị đo
Phạm vi đo (range) là sự xác lập các giá trị, qua đó việc đo có
thể được thực hiện mà không làm ảnh hưởng đến độ
nhạy của thiết bị đo.
Span của thiết bị đo là khoảng cách (hoặc sự chênh lệch)
giữa giá trị giới hạn trên và giá trị giới hạn dưới của
thang đo ứng dụng
Tín hiệu vào (input range) là tín hiệu tương ứng với giá trị
thực cần đo nằm trong span của dải đo .
Tín hiệu ra (output signal) của một transmitter điện tử điển
hình là 4 – 20mA tương ứng với 0% - 100% phạm vi đo tín
hiệu vào.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 10 3/11/2021
Phạm vi đo và Span của tín hiệu vào, tín hiệu ra
Khi xem xét dụng cụ đo từ độ chính xác và độ không đảm
bảo đo thường bị nhầm lẫn, song chúng là hai khái niệm khác
nhau, nhất là đối với thế giới dụng cụ đo hiện đại ngày nay.
Trong phạm trù đo lường:
Độ chính xác: thường được biểu thị theo phần trăm toàn dải
hoặc giá trị đo và nó cho biết con số khác nhau giữa giá trị đo
và giá trị thật. Điểm yếu ĐCX là người ta không thể biết giá trị
thật là bao nhiêu.
Độ không đảm bảo đo: thường được biểu diễn là một khoảng
giá trị đo được mà giá trị thật tồn tại trong nó với một xác xuất
nhất định.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 11 3/11/2021
ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO
Thiết bị đo áp
Thiết bị đo dòng điện
Thiết bị đo công suất
Thiết bị đo năng lượng
Thiết bị đo thông số mạch điện
Thiết bị đo tần số
Thiết bị đo Cos(phi)
12 3/11/2021
Các thiết bị đo các đại lượng điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Đo nhiệt độ
Đo áp suất
Đo lưu lượng
Đo vân tốc
Đo mức
Đo khoảng cách
....
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 13 3/11/2021
Các thiết bị đo các đại lượng không điện
Qua các thời kỳ phát triển, thiết bị đo các đại lượng không điện
hiện đại được xây dựng trên cơ sở vi xử lý (micro processor
based) và bắt đầu chuyển sang giai đoạn xây dựng trên cơ sở
vi hệ thống (micro system based).
14 3/11/2021
Các thiết bị đo các đại lượng không điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Tổng quan về transmitter
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 15 3/11/2021
Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động
Analog Transmitters
Tín hiệu analog thuần túy (Pure Analog Signal)
4-20 mA or 1-5V or 3-15 psi pneumatic signal (khí nén)
Smart Transmitters
Giao tiếp kỹ thuật số (tín hiệu chẩn đoán - diagnostic signal)
được chồng lên tín hiệu tương tự (4-20 mA or 1-5V)
Protocol Transmitters
Modbus
Profibus
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 16 3/11/2021
Tổng quan về transmitter
Analog Transmitters
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 17 3/11/2021
Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động
Smart Transmitters
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 18 3/11/2021
Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động
Hiệu chuẩn (Calibration)
Tập hợp các thao tác trong điều kiện quy định để thiết
lập mối quan hệ giữa các giá trị được chỉ bởi PTĐ, hệ
thống đo hoặc giá trị được thể hiện bằng vật đọ hoặc
mẫu chuẩn và các giá trị tương ứng thể hiện bằng
chuẩn.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 19 3/11/2021
Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động
Kiểm định (Verification)
Là việc xác định và chứng nhận đối với PTĐ đáp ứng
đầy đủ các yêu cầu quy định do tổ chức có thẩm quyền
hoặc được uỷ quyền kiểm định thực hiện.
Nhận xét
- Về bản chất kỹ thuật
- Về pháp lý
+ Hiệu chuẩn: tự nguyện
+ Kiểm định bắt buộc
-
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 20 3/11/2021
Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động
Hiệu chuẩn, hiệu chỉnh thiết bị đo giúp cho việc đảm bảo quá
trình công nghệ vận hành an toàn trong phạm vi kỹ thuật cho
phép và tạo ra sản phẩm có chất lượng.
Hiệu chuẩn, hiệu chỉnh là đo và so sánh độ chính xác các giá
trị tín hiệu vào và tín hiệu ra với một chuẩn đã biết. Qua sự
diễn dải, phân tích các kết quả của việc so sánh, các sai lệch
của thiết bị đo có thể được xác định và được hiệu chỉnh
Hiệu chuẩn, hiệu chỉnh dựa theo phép đo của quá trình thực tế,
là thao tác được sử dụng để điều chỉnh một thiết bị đo sao cho
độ chính xác của nó nằm trong mô tả kỹ thuật của nhà chế tạo
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 21 3/11/2021
Hiệu chuẩn (Calibration)
Hiệu chuẩn phương tiện đo
Hiệu chuẩn là hoạt động cần thiết mang tính tự nguyện của
cơ sở sản xuất kinh doanh, nghiên cứu để đánh giá
được tình trạng phương tiện đo trong quá trình bảo
quản sử dụng nhằm đảm bảo độ chính xác phù hợp với
yêu cầu sản xuất kinh doanh, nghiên cứu của cơ sở
Kiểm định là biện pháp quản lý của Nhà nước đối với
phương tiện đo, mang tính bắt buộc, được Nhà nước quy
định bằng luật pháp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 22 3/11/2021
Hiệu chuẩn (Calibration)
Hiệu Chuẩn, Hiệu Chỉnh là so sánh các giá trị vào ra
của thiết bị đo với chuẩn đã biết để đánh giá độ chính
xác và có thể chỉnh lại
Vận hành thành công một quá trình phụ thuộc vào độ
chính xác và đặc tính của từng thiết bị đo trong mạch
điều khiển
Hiệu Chuẩn, Hiệu Chỉnh thiết bị giúp cho quá trình
công nghệ vận hành an toàn trong phạm vi kỹ thuật
cho phép
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 23 3/11/2021
Ý NGHĨA CỦA HIỆU CHUẨN HIỆU CHỈNH
Hiệu chuẩn, hiệu chỉnh thiết bị đo lường có thể cần
thiết khi thay đổi các thông số của quá trình công
nghệ hoặc thay đổi thiết bị.
Thường xuyên yêu cầu hiệu chuẩn, hiệu chỉnh theo
định kỳ để ngăn ngừa các vấn đề trước khi xảy ra hư
hỏng
Hiệu chuẩn phải được xem là một hoạt động bình
thường và cần thiết của mọi cơ sở sản xuất, kinh
doanh, để phù hợp với mục tiêu kinh doanh, nghiên
cứu của mình.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 24 3/11/2021
Ý NGHĨA CỦA HIỆU CHUẨN HIỆU CHỈNH
Các thiết bị đo có thể được yêu cầu cân chỉnh lại vì một số
lý do
Sau một thời gian vận hành
Trôi các thông số của quá trình công nghệ
Vật liệu và điều kiện môi trường có thể bị thay đổi
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 25 3/11/2021
TẦM QUAN TRỌNG CỦA HIỆU CHUẨN HIỆU
Do đó việc hiệu chuẩn, hiệu chỉnh lại thiết bị đo lường trong hệ
thống điều khiển là cần thiết. Việc hiệu chuẩn, hiệu chỉnh
thường được thực hiện trong quá trình shutdown nhà máy.
Các thiết bị đo sau khi được sửa chữa và trước khi đưa chúng
vào làm việc trở lại cần phải được hiệu chuẩn, hiệu chỉnh.
Các thiết bị đo sau khi hoạt động thường xuyên lâu dài cần
phải được hiệu chuẩn, hiệu chỉnh theo chu kỳ: 03 tháng, 06
tháng, 12 tháng
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 26 3/11/2021
TẦM QUAN TRỌNG CỦA HIỆU CHUẨN HIỆU
Độ lệch zero là trường hợp tín hiệu ngõ ra của thiết bị đo cao
hơn hoặc thấp hơn giá trị mong đợi khi tín hiệu vào nằm trong
dải đo của nó.
Để kiểm tra độ lệch zero, người ta sử dụng một thiết bị thiết bị
hiệu chuẩn (calibrator). Thiết bị này cung cấp một tín hiệu vào
đã biết và tin cậy cho thiết bị đo cần kiểm tra.
Phương thức kiểm tra là calibrator sẽ tạo ra tín hiệu chuẩn ở
5 điểm.
Kiểm tra 5 điểm là quá trình kiểm tra đơn giản các giá trị output
tương tứng với các giá trị input theo 5 điểm đọc theo thang đo
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 27 3/11/2021
NHẬN BIẾT ĐỘ LỆCH ZERO VÀ SAI LỆCH SPAN
Một bảng ghi số liệu hiệu chuẩn, hiệu chỉnh điển hình được
trình bày dưới đây, nó được sử dụng để ghi các số liệu được
tạo ra trong quá trình thử thiết bị đo. Bởi vì sai lệch zero được
quan tâm qua toàn bộ thang đo của thiết bị đo, do đó sai lệch
zero có thể được dò dễ dàng nhờ việc sử dụng bảng số liệu
này
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 28 3/11/2021
NHẬN BIẾT ĐỘ LỆCH ZERO VÀ SAI LỆCH SPAN
Calibration
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 29 3/11/2021
NHẬN BIẾT ĐỘ LỆCH ZERO VÀ SAI LỆCH SPAN
LỆCH ZERO
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 30 3/11/2021
NHẬN BIẾT ĐỘ LỆCH ZERO VÀ SAI LỆCH SPAN
LỆCH SPAN
Hiệu chỉnh thiết bị áp suất
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 31 3/11/2021
Một sô mạch hiểu chỉnh thiết bị
Hiệu chuẩn thiết bị đo nhiệt độ
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 32 3/11/2021
Một sô mạch hiểu chỉnh thiết bị
What is an Instrument Calibrator?
https://www.youtube.com/watch?v=dzQYv2m6ApA
What is Sensor Calibration and Why is it Important?
https://www.youtube.com/watch?v=n_lZCIA25aI
DP Flow Transmitter Testing and Recalibration
https://www.youtube.com/watch?v=4MzFQtQOl3c
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 33 3/11/2021
Một sô mạch hiểu chỉnh thiết bị
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 34 3/11/2021
Một số cảm biến công nghiệp thường gặp
Đo tiếp xúc
Đo bằng nhiệt điện trở (Pt100. Pt1000, N, W, ...)
Đo bằng cặp nhiệt ngẫu (K, E, J,...)
......
Đo không tiếp xúc
Đo bằng phương pháp hỏa quang kế
Đo bằng hồng ngoại
......
35 3/11/2021
Đo nhiệt độ
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Nhiệt ngẫu (can nhiệt)
ET = KT (tnóng - ttự do) = KT tnóng – KT ttự do
ET: sức điện động nhiệt ngẫu
KT: độ nhạy của cặp nhiệt (µV/
0C)
tnóng: nhiệt độ đầu nóng (nhiệt độ cần đo)
ttự do: nhiệt độ đầu tự do
36 3/11/2021
Đo nhiệt độ
0
2
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Ta phải chỉnh KT thế nào để cho 0
0C ứng với 4 mA và nhiệt độ
định mức ứng với 20 mA. Muốn thế ta phải khuếch đại và phải
bố trí để có thể định hệ số khuếch đại ứng với các KT mong
muốn.
37 3/11/2021
Transmitter nhiệt ngẫu
Sơ đồ nguyên lý của transmitter nhiệt ngẫu 7MC1932 của Siemens
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Nhiệt kế nhiệt điện trở thường dùng trong công nghiệp, thường
được chế tạo bằng Pt, dây đồng, dây Ni và có ký hiệu là: Pt-
100, Cu-100, Ni-100
Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ cho bởi:
38 3/11/2021
Nhiệt kế nhiệt điện trở
α.t1RR 0t
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
1- Nhiệt điện trở 2- Modul vào
3- Dòng cung cấp (hằng) 4- Khuếch đại điện áp một chiều
5- Modul ra 6- Điều chỉnh điện áp
39 3/11/2021
Transmitter nhiệt điện trở
Sơ đồ nguyên lý của transmitter nhiệt điện trở; (b) Transmitter nhiệt
điện trở 7MC2932 của Siemens
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Để tránh ảnh hưởng của điện trở đường dây ta phải bố trí để
có thể lắp sơ đồ 2 dây, 3 dây, 4 dây.
Điện áp nhiệt điện trở đưa qua A/D biến thành số. Vi xử lý tính
toán ra nhiệt độ, sau đó qua D/A thành dòng điện ra 4-20 mA
ứng với khoảng đo của nhiệt độ vào. Vi xử lý còn làm nhiệm vụ
tuyến tính hóa nhiệt kế.
40 3/11/2021
Transmitter nhiệt điện trở
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
TDY
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 41 3/11/2021
Một số Transmitter nhiệt độ trong công nghiệp
Tranmitter kết nối theo giao thức MODBUS
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 42 3/11/2021
Một số Transmitter nhiệt độ trong công nghiệp
Tranmitter TMZ
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 43 3/11/2021
Một số Transmitter nhiệt độ trong công nghiệp
44 3/11/2021
Một số Transmitter nhiệt độ trong công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 45 3/11/2021
Một số Transmitter nhiệt độ trong công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 46 3/11/2021
Một số Transmitter nhiệt độ trong công nghiệp
Như trên ta đã thấy thì hiện nay có rất nhiều loại cảm biến đo
nhiệt độ khác nhau, và việc lựa chọn chúng phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố: độ chính xác, khoảng nhiệt, tốc độ phản ứng, môi
trường (hóa học, vật lý, hay điện) và giá thành.
Việc lựa chọn cảm biến không hề dễ dàng, cách an toàn và
hay được sử dụng nhất là lựa chọn theo ngành nghề bởi thông
thường, mỗi loại cảm biến được thiết kế để phục vụ cho một
chuyên ngành riêng.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 47 3/11/2021
Đo nhiệt độ
Dưới dây là các yêu cầu đặt ra khi lựa chọn 1 loại cảm biến
nhiệt và Bảng tổng hợp kinh nghiệm lựa chọn cảm biến nhiệt
dựa theo các ngành nghề khác nhau:
- Độ chính xác
- Sự linh hoạt, có thể lắp ráp dễ dàng
- Giới hạn khoảng nhiệt cần đo
- Giá thành
- Có thể điều chỉnh riêng lẻ hay không
- Sự tương thích với môi trường và những ảnh hưởng (nếu có)
của các tác nhân bên ngoài môi trường
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 48 3/11/2021
Đo nhiệt độ
Áp suất
Cảm biến và sơ đồ khối bộ biến đổi đo áp suất
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 49 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
pe : Áp suất, biến đầu vào 5 : Khuếch đại đo lường
IA, UH : Tín hiệu vào và nguồn cung cấp 6 : Chuyển đổi áp tần
1 : Ống dẫn kết nối 7 : Vi điều khiển
2 : Màng chắn 8 : Chuyển đổi số - tương tự
3 : Chất lỏng để truyền áp suất 9 : Mạch điốt và kết nối với ampemet bên ngoài
4 : Cảm biến điện trở lực căng màng
Silic
Áp suất
Áp suất đo tác động vào một màng vừa để ngăn cách 2, vừa
để truyền áp suất qua một chất truyền áp suất. Áp suất được
truyền lên một màng đo. Màng đo là một màng biến dạng, trên
ấy có một cầu đo bằng 4 điện trở lực căng bán dẫn.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 50 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
2
pR
0.49
Ed
ε : biến dạng ở tâm màng đàn hồi
p : áp suất tác dụng lên màng
R : bán kính màng
E : modul đàn hồi của màng
d : chiều dày màng
Áp suất
∆U này được đưa vào khuếch đại, qua bộ biến đổi U f vào vi
điều khiển và một mặt sẽ truyền đi bằng số, một mặt biến
thành dòng 4 – 20 mA truyền lên các thiết bị thu thập số đo.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 51 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
R
k
R
CC CCU URU k
2 R 2
CC
U
Kp
U
∆R/R : biến thiên tương đối của điện trở
k : độ nhạy của cảm biến ( k = 50 – 100 đối với Si)
ε : biến dạng của màng
Áp suất
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 52 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
Áp suất
Một số cảm biến áp suất của siemen
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 53 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
Áp suất
Một số cảm biến áp suất của siemen
SITRANS P DS III dải đo 0 – 400 bar
SITRANS P250
SITRANS P200/P210/P220
SITRANS P280
SITRANS P300
SITRANS P500
SITRANS P Compact
SITRANS P MPS
Archive SITRANS P
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 54 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
Đo lực
Cảm biến điện trở lực căng
Cảm biến áp điện, áp từ
....
55 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Đo lực, gia tốc, di chuyển
Cám biến điện cảm, điện dung
Encorder, resolver
Máy phát tốc AC hay DC
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 56 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
Thiết bị đo lưu lượng
Cảm biến cảm ứng điện từ
Sử dụng rotor
Cảm biến siêu âm
Đo chênh lệch áp
.........
57 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Đo mức
Bằng phao nổi
Siêu âm
Quá áp suất thủy tĩnh
.....
58 3/11/2021
Thiết bị đo các đại lượng không điện
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Thiết bị chấp hành
Thiết bị đo lường và điều khiển quá trình 59
2.2 Các thiết bị chấp hành
Các thừa hành có nhiệm vụ thực hiện các thao tác tác động
vào đối tượng.
Có thể nêu lên các loại thừa hành sau:
Điều khiển ON/OF: Cuộn dây điều khiển các rơle, các công
tắc tơ, các khởi động từ, các van vói các điều khiển đóng –
mở (on – off) nối vào các đầu ra số (DO) của PLC.
Các bộ điều chỉnh hoặc truyền lực (nối đầu ta tương tự của
PLC (AO):
Điều chỉnh tốc độ cho các môtơ: speed controller
Bộ thừa hành tạo di chuyển xác định (positioner):
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 60 3/11/2021
Các thừa hành
Thiết bị bảo vệ
Thiết bị truyền động
Cơ cấu chấp hành cơ
Cơ cấu chấp hành điện
Cơ cấu chấp hành thủy lực
Cơ cấu chấp hành khí nén
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 61 3/11/2021
2.2. Các thiết bị chấp hành
Các thiết bị bảo vệ được nối với đầu ra số (DO) của PLC
Các tiếp điểm của thiết bị bảo vệ thường được nối vào đầu vào
số (DI) của PLC
Công tắc phụ của các rơle, thiết bị điện (khởi động từ, công tắc tơ, máy
cắt, v.v) cho biết trạng thái đóng - cắt của thiết bị.
Công tắc báo trạng thái của các rơle bảo vệ khi giá trị đo vượt qua giá trị
cho phép.
Một số thiết bị bảo vệ
Rơ le
Contactor
Áp to mát
Khởi động từ
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 62 3/11/2021
Thiết bị bảo vệ
Rơ le cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị
điện tử, nguyên lý hoạt động của Rơle là biến đổi dòng điện
thành từ trường thông qua quộn dây, từ trường lại tạo thành lực
63 3/11/2021
Rơ le
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
cơ học thông qua lực hút để
thực hiện một động tác về cơ
khí như đóng mở công tắc,
đóng mở các hành trình của một
thiết bị tự động vv...
Rơ le được nối với đầu ra số
(DO) của PLC
Các bộ phận (các khối) chính của rơle
Cơ cấu tiếp thu (cuộn dây)
Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và
biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín
hiệu phù hợp cho khối trung gian.
Cơ cấu trung gian (nam châm điện)
Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ
khối tiếp
thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle
tác động.
Cơ cấu chấp hành (hệ thống tiếp điểm)
Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.
64 3/11/2021
Rơ le
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Công tắc tơ là một loại thiết bị điện dùng để đóng cắt từ xa, tự
động hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải điện áp đến
500V, dòng điện đến 600A.
Công tắc tơ có hai vị trí là đóng và cắt. Tần số đóng có thể tới
1500 lần một giờ.
Công tắc tơ điện từ có các bộ phận chính như sau:
+ Hệ thống tiếp điểm chính.
+ Hệ thống dập hồ quang.
+ Cơ cấu điện từ.
+ Hệ thống tiếp điểm phụ.
65 3/11/2021
Contactor
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Yêu cầu khi chọn công tắc tơ
Điện áp định mức
Dòng điện định mức Iđm
Điện áp cuộn dây Ucdđm
Khả năng đóng và khả năng cắt
Tuổi thọ của công tắc tơ
Tần số đóng cắt
Tính ổn định điện
Tính ổn định nhiệt
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 66 3/11/2021
Contactor
Áp tô mát là thiết bị điện dùng để tự động cắt mạch điện bảo vệ quá tải,
ngắn mạch, sụt áp,... hồ quang được dập trong không khí.
Cấu tạo áp tô mát
- Tiếp điểm: có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang)
hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang).
- Cơ cấu truyền động cắt áptômát: truyền động cắt áptômát thường có hai
cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện)
- Móc bảo vệ sụt áp: (còn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dùng kiểu
điện từ. Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính
67 3/11/2021
Áp to mát
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Khởi động từ là một loại thiết bị điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng/cắt,
đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu có mắc thêm rơle nhiệt) cho các động cơ ba
pha rotor lồng sóc.
Khởi động từ khi có một công tắc tơ gọi là khởi động từ đơn, thường dùng
để điều khiển đóng cắt động cơ điện.
Khởi động từ có hai công tắc tơ gọi là khởi động từ kép, dùng để khởi
động và điều khiển đảo chiều động cơ điện.
Muốn khởi động từ bảo vệ được ngắn mạch phải mắc thêm cầu chảy.
68 3/11/2021
Khởi động từ
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Cơ cấu chấp hành Cơ
Cơ cấu chấp hành Điện
Cơ cấu chấp hành Thủy lực
Cơ cấu chấp hành Khí nén
69 3/11/2021
Các cơ cấu truyền lực
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 70 3/11/2021
Các dạng chuyển đổi năng lượng
Hệ thống truyền động thủy lực được ứng rụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, với những dây truyền
thiết bị có độ chính xác cao, điều khiển tinh cấp bằng máy tính,
công suất lớn.
71 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 72 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực
Ưu điểm:
Có khả năng truyền động với công suất lớn và áp suất cao.
Cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi bảo dưỡng chăm sóc ít.
Có khả năng điều chỉnh vận tốc làm việc tinh cấp hoặc vô cấp.
Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau.
Giảm kích thước, khối lượng cả hệ thống bằng cách nâng cao áp suất làm việc.
Nhờ quán tính nhỏ của máy bơm và động cơ, khả năng chịu nén cao của dầu
mà hệ thống có thể làm việc với tốc độ cao mà không cần tính toán tới yếu tố va
đập như hệ thống điện và cơ khí.
Khâu ra của hệ thống dễ dàng biến đổi từ chuyển động quay - tịnh tiến, tịnh tiến
- quay.
Phòng ngừa quá tải nhờ van an toàn.
73 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Ưu điểm:
Dễ theo dõi quan sát mạch thủy lực với sự hỗ trợ của áp kế.
Các phần tử được tiêu chuẩn hóa tạo điều kiện thiết kế chế tạo.
Nhược điểm
Hiệu suất không cao do mất mát đường ống, sự rò rỉ của các phần
tử.
Khi phụ tải thay đổi khó giữ tốc độ làm việc ổn định do tính nén của
chất lỏng và độ đàn hổi của đường ống.
Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều
khiển
Khi mới khởi động, nhiệt độ hệ thống thay đổi dẫn tới thay đổi độ
nhớt chất lỏng và kéo theo thay đổi vận tốc làm việc
74 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
75 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
76 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Ưu điểm:
Do đặc điểm chịu đàn hồi tốt của không khí, vì vậy khí nén có
thể dễ dàng chứa trong các bình chịu áp.
Có thể truyền năng lượng (khí nén) xa, bởi vì tổn thất áp suất
trên đường ống nhỏ và độ nhớt động học của khí nén nhỏ.
Không cần sử dụng đường ống hồi khí nén và đường ống thải
khí ra.
Do phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường ống dẫn khí
nén đã có sẵn cho nên chi phí sẽ thấp để tạo ra một hệ thống
truyền động bằng khí nén.
Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được đảm bảo.
77 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành khí nén
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Nhược điểm:
Lực truyền tải thấp.
Không thể thực hiện được những các thao tác thẳng hoặc
quay đều bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn. Vì khi tải
trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi
Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn khí gây ra tiếng ồn.
Ngày nay trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp
hệ thống điều khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử, hoặc
hệ thống thủy lực. Cho nên rất khó xác định một cách chính
xác,rõ ràng ưu điển của từng hệ thống điều khiển.
78 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành khí nén
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Hệ thống điều khiển thủy lực – khí nén bao gồm các phần tử
điều khiển và cơ cấu chấp hành được kết nối với nhau thành
hệ thống hoàn chỉnh để thực hiện những nhiệm vụ theo yêu
cầu đặt ra. Hệ thống được mô tả như hình.
79 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực - khí nén
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Ở đó:
Tín hiệu đầu vào: nút nhấn, công tắc, công tắc hành trình, cảm biến.
Phần xử lý thông tin: xử lý tín hiệu nhận vào theo một qui tắc logic xác định,
làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển: van logic And, Or, Not, Yes,
Flip-Flop, Rơ le,
Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng, áp suất) theo
yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành: van chỉnh áp, van đảo
chiều, van tiết lưu, ly hợp,
Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, đại lượng
đầu ra của mạch điều khiển: xy lanh thủy khí, động cơ thủy khí.
Năng lượng điều khiển: bao gồm phần thông tin và công suất
80 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực – khí nén
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Bộ điều khiển phản hồi vòng kín
81 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành thủy lực – khí nén
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp
Điều chỉnh tốc độ cho các môtơ
Hiện nay, đó là các Invertor nối với đầu ra tỷ lệ 4 – 20 mA (4
mA ứng với tốc độ bằng 0, 20 mA ứng với tốc độ định mức).
Invertor điều chỉnh tốc độ hiện nay được xây dựng trên cơ
sở vi xử lý và IGBT
Bộ thừa hành tạo di chuyển xác định
Trong truyền động điện, trong công nghiệp nhiều khi có yêu
cầu các thao tác cơ khí công suất lớn như: nâng hạ cửa
cống, điều khiển van bướm, thiết bị nâng hạ. v.v
Để thực hiện việc này, phải sử dụng các bộ thừa hành thực
hiện trên nguyên tắc bộ điều chỉnh mạch vòng kín và mạch
vòng hở.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 82 3/11/2021
Cơ cấu chấp hành điện
Dòng ra 4 – 20 mA được đưa vào so sánh với dòng điện phản
hồi về do encoder đầu ra gắn với trục động cơ biến đổi trở về
dòng điện.
Với mạch điều chỉnh này, góc quay hay số chỉ của encoder tỷ
lệ với dòng (4 – 20 mA) đi vào bộ điều chỉnh. Dòng này được
lấy từ đầu ra tương tự (AO) của PLC.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 83 3/11/2021
VD: Bộ thừa hành tạo di chuyển xác định
Nguyên lý hoạt động
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 84 3/11/2021
Biến tần – điều kiển tốc độ
Các thiết bị trong cơ cấu truyền lực
Van
Động cơ
Động cơ một chiều
Đông cơ xoay chiều
• Một pha hay ba pha
• Đồng bộ
• Không đồng bộ
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 85 3/11/2021
Các cơ cấu truyền lực
Phân loại
Theo loại tín hiệu vào
Van ON/OFF
Van tỷ lệ
Theo điều khiển
Van điện từ
Van servo
Theo kết cấu cổng
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 86 3/11/2021
Van
Van hoạt động ở 2 trạng thái đóng hoặc mở hoàn toàn. Khi có
tín hiệu điện điều khiển van sẽ chuyển trạng thái phu ̣ thuộc vào
trạng thái ban đầu của van
Các loại van thường gặp
Van điện từ
Van cơ khí
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 87 3/11/2021
Van ON/OFF
Van thường đóng (NC)
2/2 NC
3/2 NC
Van thường mở
2/2 NO
3/2 NO
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 88 3/11/2021
Van điện từ ON/OFF
1- Thân van 2- Cổng vào 3- Cổng ra 4- Cuộn dây 5- Lõi sắt từ
6- Điều khiển 7- Chốt đẩy 8- Lò xo 9- Khe mở
Nguyên lý hoạt động
Cấp 1 nguồn điện vào 2 đầu cuộn dây 6 (tùy thuộc vào điện áp định
mức của cuộn dây có thê ̉ là 12, 24, 110, 220 V), cuộn dây được cấp
điện sinh ra từ trường, từ trường này đủ mạnh thắng được lực đẩy
của lò xo kéo chốt chặn lên, van mở ra, lưu chất đi từ 2 sang 3
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 89 3/11/2021
Van điện từ ON/OFF
Chú ý: Khi chọn van cần
chu ́ ý đến các thông sô ́
quan trọng như: Dòng điện,
điện áp điều khiển, áp suất
tối đa, tối thiểu, nhiệt độ của
lưu chất
Van on – off nối với đầu ra
số của PLC
Van tỉ lê ̣ nối với đầu ra
tương tự của PLC
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 90 3/11/2021
Van điện từ ON/OFF
Van điện từ trong thực tế
Khái niệm
Van tỷ lệ là van có thê ̉ điều khiển được lưu lượng lưu chất
chảy qua nó bằng cách thay đổi dòng điện (điện áp) điều khiển
đặt vào cuộn dây, van được nối với đầu ra tương tự (AO) của
PLC
Phân loại
Van điện từ
Van tỷ lệ servo
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 91 3/11/2021
Van tỷ lệ
Van điện từ là van điện được điều khiển bởi dòng điện. Khi có dòng
điện chạy qua van tức là chạy qua cuộn dây quấn quanh một lõi kim
loại, cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường, từ trường này sẽ ảnh hưởng
đến trạng thái của van làm cho van đóng hoặc mở.
Van điện từ thường được sử dụng để điều khiển lưu lượng chất khí
hoặc chất lỏng. Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: thủy lợi, hê ̣ thống
phun nước, sử dụng trong công nghiệp.
Ưu điểm của van điện từ:
Tác động nhanh, an toàn, độ tin cậy cao, tuổi tho ̣ lâu dài.
Tiêu tốn năng lượng thấp, thiết kê ́ nho ̉ gọn.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 92 3/11/2021
Van điện từ
Cấu tạo: Van ty ̉ lệ gồm 3 phần
Phần thân vỏ van với lõi con trượt (tương đối giống như
valve phân phối thông thường).
Phần cuộn điện từ với phần hồi tiếp điện tử: Nhận biết vị trí
của lõi van đưa về bộ điều khiển thông qua que thăm
Card điện tử: Là nơi thu nhận tín hiệu điều khiển từ bên
ngoài để cung cấp dòng điện điều khiển cho van tỷ lệ. Nó
đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ lõi van để điều khiển
chính xác.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 93 3/11/2021
Van ty ̉ lệ điện từ (Proportional Solenoid Valves)
Cấu tạo
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 94 3/11/2021
Van tỷ lệ kí nén
Van thường đóng Van thường mở
Van tỷ lệ kí nén
Nguyen Ly Lam Viec van khí nén
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 97 3/11/2021
Ví dụ về mô hình điều khiển
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 98 3/11/2021
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 99 3/11/2021
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 100 3/11/2021
Nhiệm vụ: thông báo trạng thái của các thiết bị công nghệ và
điều khiển phục vụ cho việc tự động hóa quá trình sản xuất,
thực hiện các chức năng báo động hay chẩn đoán kỹ thuật.
Tất cả các công tắc các loại được xếp vào đối tượng “thông
báo”, ký hiệu M.
Công tắc phụ của các rơle, thiết bị điện (khởi động từ, công
tắc tơ, máy cắt, v.v) cho biết trạng thái đóng - cắt của thiết
bị.
Công tắc báo trạng thái của các rơle bảo vệ khi giá trị đo
vượt qua giá trị cho phép.
NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp 101 3/11/2021
2.2.1 Công tắc thông báo
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_he_thong_do_va_dieu_khien_cong_nghiep_chuong_2_cac.pdf