Đề tài Thiết kế dựa trên nền mô hình của hệ thống điều khiển của hệ thống điều khiển điều hoà không khí công suất lớn

Më ®Çu Ngµy nay, ®iÒu hoµ kh«ng khÝ lµ mét phÇn rÊt quan träng trong cuéc sèng sinh ho¹t còng nh­ trong s¶n xuÊt. §Æc biÖt khi n­íc ta ®· trë thµnh mét thµnh viªn cña WTO. ViÖc c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lµm viÖc cho c«ng nh©n lµ mét yªu cÇu gÇn nh­ b¾t buéc cña c¸c doanh nghiÖp khi muèn xuÊt khÈu s¶n phÈm, thªm vµo ®ã lµ c¸c ®iÒu kiÖn nghiªm ngÆt cÇn ph¶i tu©n thñ khi s¶n xuÊt, b¶o qu¶n hµng ho¸ xuÊt khÈu nªn ®iÒu hoµ kh«ng khÝ trong c«ng nghiÖp ngµy cµng cã vai trß quan träng. Mét phÇn cña hÖ thèng ®iÒu hoµ lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cña nã. §iÒu khiÓn hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ kh«ng ph¶i lµ mét lÜnh vùc míi, nh­ng lu«n chiÕm vÞ trÝ rÊt quan träng trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ mét hÖ thèng ®iÒu hoµ. Dï hÖ thèng ®iÒu hoµ lµ lín hay nhá th× hÖ thèng ®iÒu khiÓn cña nã ®Òu ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh ®Õn chÊt l­îng lµm viÖc cña hÖ thèng. HiÖn nay, víi sù tiÕn bé vÒ c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ( vÝ dô c«ng nghÖ SCADA, DCS, PLC/ HMI, bus tr­êng…) ngµy cµng t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi h¬n trong viÖc n©ng cao chÊt l­îng cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn nãi chung vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ nãi riªng. Trong ®å ¸n nµy, t«i xin ®­a ra mét thiÕt kÕ míi dùa trªn nÒn m« h×nh cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÒu hoµ kh«ng khÝ c«ng suÊt lín lµm l¹nh kiÓu Water Chiller t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng. ThiÕt kÕ míi nµy dùa trªn c¬ së ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh vµ c¸c bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh PLC cña Siemens. §å ¸n bao gåm 5 ch­¬ng: Ch­¬ng 1: Giíi thiÖu vÒ hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng. Ch­¬ng nµy giíi thiÖu: vÞ trÝ ®Þa lý, khÝ hËu vµ ®Æc ®iÓm cña kh«ng gian ®iÒu hoµ; cÊu t¹o, nguyªn lý ho¹t ®éng cña hÖ thèng ®iÒu hoµ vµ hÖ ®iÒu khiÓn cña nã. Ch­¬ng 2: Kh¸i niÖm chung vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh vµ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho mét sè hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ. Néi dung chÝnh cña ch­¬ng 2 ®Ò cËp ®Õn: c¸c kh¸i niÖm ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh, c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh vµ giíi thiÖu vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho mét sè hÖ thèng NhiÖt - L¹nh. Ch­¬ng 3: Bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh – PLC, Giíi thiÖu thiÕt bÞ PLC S7 – 300 cña h·ng Siemens. Bao gåm 2 phÇn chÝnh: phÇn mét giíi thiÖu tæng quan vÒ bé ®iÒu khiÓn lËp tr×nh - PLC, phÇn 2 giíi thiÖu vÒ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PLC S7 – 300 cña h·ng Siemens – lµ thiÕt bÞ sÏ ®­îc sö dông trong ®å ¸n. Ch­¬ng 4: C¸c ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tham sè lµm viÖc cña hÖ thèng ®iÒu chØnh. Ch­¬ng nµy sÏ giíi thiÖu tæng quan vÒ mét sè ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tham sè lµm viÖc cña hÖ thèng ®iÒu chØnh, c¸ch x¸c ®Þnh c¸c tham sè. Ch­¬ng 5: X©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn míi dùa trªn nÒn m« h×nh cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÒu hoµ kh«ng khÝ c«ng suÊt lín lµm l¹nh kiÓu Water Chiller t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng. KÕt luËn. Trªn ®©y lµ kh¸i qu¸t vÒ ®å ¸n tèt nghiÖp, trong c¸c ch­¬ng sau t«i sÏ nªu cô thÓ tõng vÊn ®Ò ®Ó ®i ®Õn ®Ých lµ mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn míi tho¶ m·n c¸c yªu cÇu ®Æt ra cña bµi to¸n ®iÒu khiÓn còng nh­ ­u ®iÓm cña nã ®èi víi hÖ thèng cò. Ch­¬ng 1 giíi thiÖu tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu hoµ t¹i viÖn vÖ sinh dÞch tÔ trung ­¬ng Khi thiÕt kÕ mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn nãi chung hay hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng ®iÒu hoµ nãi riªng, mét c«ng viÖc kh«ng thÓ thiÕu ®­îc ®ã lµ t×m hiÓu vÒ ®èi t­îng ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng. Còng víi môc ®Ých ®ã, trong ch­¬ng ®Çu tiªn nµy, t«i sÏ giíi thiÖu chung vÒ c¸c vÊn ®Ò chÝnh sau: VÞ trÝ ®Þa lý, khÝ hËu vµ ®Æc ®iÓm kh«ng gian cÇn ®iÒu hoµ: Giíi thiÖu tæng quan vÒ ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng víi c¸c ®Æc ®iÓm riªng cña kh«ng gian ®iÒu hoµ t¹i ®©y. HÖ thèng ®iÒu hoµ sö dông t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng: Giíi thiÖu vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ dïng m¸y l¹nh kiÓu Water Chiller lµm m¸t b»ng n­íc cña h·ng Century – Hµn Quèc. HÖ thèng ®iÒu khiÓn ®­îc sö dông t¹i ®©y: §­îc chia thµnh hai hÖ thèng chÝnh lµ hÖ thèng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é t¹i c¸c AHU vµ OAH; hÖ thèng ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh. Ngoµi ra, hÖ thèng b¶o vÖ vµ c¸c bé c¶m biÕn ®o l­êng còng lµ phÇn kh«ng thÓ thiÕu cña hÖ ®iÒu khiÓn. 1.1. VÞ trÝ ®Þa lý, khÝ hËu vµ ®Æc ®iÓm cña kh«ng gian cÇn ®iÒu hoµ: §èi víi viÖc s¶n xuÊt vµ b¶o qu¶n c¸c lo¹i hµng ho¸ ®Æc biÖt nh­ thuèc, v¸c xin, dông cô y tÕ th× c¸c yªu cÇu vÒ ®iÒu kiÖn vi khÝ hËu lµ rÊt kh¾t khe. N­íc ta cã khÝ hËu nhiÖt ®íi giã mïa nªn ®Ó ®iÒu kiÖn vi khÝ hËu trong phßng s¶n xuÊt còng nh­ b¶o qu¶n ®¹t yªu cÇu th× kh«ng thÓ thiÕu ®­îc hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ. Còng v× lý do nµy mµ mét trong trung t©m s¶n xuÊt v¸c xin lín ë n­íc ta nh­ ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng – sè 1 Y. Ec. Xanh – Hµ Néi ®· l¾p ®Æt mét hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ rÊt lín, hiÖn ®¹i, ®¶m b¶o ho¹t ®éng hoµn toµn tù ®éng d­íi sù gi¸m s¸t vËn hµnh cña bé phËn kü thuËt. Kh«ng gian cÇn ®iÒu hoµ ë t¹i n¬i s¶n xuÊt vµ b¶o qu¶n cña ViÖn VÖ Sinh DÞch TÔ lµ rÊt lín do tÝnh chÊt cña mét ®Þa ®iÓm s¶n xuÊt vµ b¶o qu¶n v¸c xin mang tÇm cì quèc gia. Kh«ng gian ®­îc chia thµnh nhiÒu khu vùc kh¸c nhau phô thuéc vµo chøc n¨ng cña tõng khu hay tõng phßng. Riªng khu nhµ s¶n xuÊt ®­îc ®Ò cËp trong ®Ò tµi nµy ®· cã diÖn tÝch mÆt b»ng lªn ®Õn 7000m2 trong ®ã cã kho¶ng 5000m2 diÖn tÝch lµ kh«ng gian ®iÒu hoµ, phÇn cßn l¹i lµ phßng m¸y vµ kho l¹nh chøa s¶n phÈm cuèi cïng. Nh­ trªn ®· nãi, kh«ng gian ®iÒu hoµ ®­îc chia thµnh tõng khu, tõng phßng phô thuéc vµo chøc n¨ng cña nã. Do chøc n¨ng kh¸c nhau sÏ cã ®iÒu kiÖn vi khÝ hËu kh¸c nhau ë mçi phßng. §iÒu kiÖn vi khÝ hËu t¹i ®©y ph¶i ®¶m b¶o cho viÖc s¶n xuÊt thuèc, v¸c xin ®óng theo tiªu chuÈn cña tõng c«ng ®o¹n s¶n xuÊt thuèc. Nãi chung, t¹i ®©y, yªu cÇu chung vÒ ¸p suÊt trong c¸c phßng ph¶i ®¶m b¶o ®¹t 1,3 mmH2O ®Ó tr¸nh kh«ng khÝ bªn ngoµi lät vµo phßng (trõ mét sè phßng chøa c¸c chÊt ®éc h¹i cho m«i tr­êng th× cÇn ®Ó ¸p suÊt thÊp h¬n ¸p suÊt m«i tr­êng), thªm vµo ®ã lµ yªu cÇu rÊt kh¾t khe vÒ ®é s¹ch cña kh«ng gian cÇn ®iÒu hoµ, cÊp ®é s¹ch cña phßng ®¸nh gi¸ th«ng qua: mËt ®é h¹t bôi/ m3 kh«ng khÝ. CÊp ®é s¹ch ®­îc chia thµnh ba cÊp ®é kh¸c nhau: CÊp ®é: 10.000 cã 10.000 h¹t bôi/m3 kh«ng khÝ 100.000 cã 100.000 h¹t bôi/m3 kh«ng khÝ 300.000 cã 300.000h¹t bôi/m3 kh«ng khÝ. Tõ c¸c cÊp ®é s¹ch, kh«ng gian ®iÒu hoµ sÏ ®­îc chia thµnh c¸c vïng kh¸c nhau víi cÊp ®é s¹ch gièng nhau ®Ó thuËn lîi cho c«ng viÖc ®iÒu hoµ kh«ng khÝ. §­îc thÓ hiÖn nh­ h×nh vÏ M -103 Nãi chung, do ®Æc ®iÓm ®Æc tr­ng ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng lµ n¬i s¶n xuÊt, b¶o qu¶n thuèc, v¸c xin – mét lo¹i hµng ho¸ ®Æc biÖt cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn søc khoÎ céng ®ång, nªn c¸c c«ng ®o¹n s¶n xuÊt vµ b¶o qu¶n cÇn ph¶i tu©n thñ nghiªm ngÆt c¸c tiªu chuÈn. V× vËy viÖc ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn vi khÝ hËu theo tiªu chuÈn ®Þnh ra vµ duy tr× c¸c th«ng sè æn ®Þnh lµ mét yªu cÇu b¾t buéc cña viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng nµy. 1.2. C¸c ®Æc ®iÓm cña hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ lín dïng m¸y l¹nh Water Chiller t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng §Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu ®· ®Æt ra ë trªn, mét hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ lín dïng m¸y l¹nh kiÓu Water Chiller gi¶i nhiÖt n­íc ®· ®­îc thiÕt kÕ vµ l¾p ®Æt t¹i ®©y. Tæ hîp m¸y l¹nh nµy bao gåm hai m¸y l¹nh gièng nhau cña h·ng Century ®­îc l¾p ®Æt theo kiÓu song song, tøc lµ mét trong hai m¸y cã nhiÖm vô lµm m¸y dù phßng. Do c«ng suÊt l¹nh cña kh«ng gian cÇn ®iÒu hoµ lµ rÊt lín nªn mçi m¸y l¹nh ®­îc l¾p ®Æt cã c«ng suÊt l¹nh rÊt lín: 450 USRT (1USRT = 12.000Btu/h = 3516 W). Mçi m¸y ho¹t ®éng nhê nguån ®iÖn 3 pha- 3300V-50Hz, víi c­êng ®é dßng ®iÖn khi vËn hµnh lµ 72,5A vµ khi khëi ®éng lµ 225,5A. Nh­ h×nh 1.1 H×nh 1.1 – H×nh ¶nh mét m¸y chiller t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng Mçi m¸y l¹nh gåm bé phËn chÝnh lµ m¸y nÐn ly t©m(Centrifugal Compressor) (sè 1 -b¶n vÏ sè 1), b×nh bay h¬i èng vá kiÓu ngËp (Flooded Shell – and – Tube Evaporator) (sè 2) vµ b×nh ng­ng d¹ng èng vá n»m ngang (sè 3) (Shell- and-Tube), vµ mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn kÌm theo. C¸c ®­êng èng n­íc lµm m¸t b×nh ng­ng, ®­êng èng n­íc l¹nh ra, vµo côm m¸y ®­îc miªu t¶ nh­ h×nh vÏ d­íi. Trong m¸y l¹nh nµy ng­êi ta sö dông m«i chÊt l¹nh lµ CHCl2 – CF3 hay R-123. B×nh ng­ng èng vá (sè 3) cã m«i chÊt l¹nh ®i ngoµi èng, ®­îc lµm m¸t bëi n­íc ®i trong èng vµ m«i chÊt gi¶m nhiÖt ®é, ng­ng tô hoµn toµn sau khi ra khái b×nh ng­ng. N­íc lµm m¸t ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao nhÊt cña n­íc ra khái b×nh ng­ng kh«ng qu¸ 37oC, trong ®iÒu kiÖn vËn hµnh b×nh th­êng nhiÖt ®é n­íc ra khái b×nh ng­ng lµ 30oC khi n­íc vµo cã nhiÖt ®é lµ 23oC. N­íc sau khi ®· nhËn nhiÖt ë b×nh ng­ng sÏ ®­îc b¬m cña hÖ thèng n­íc lµm m¸t (sè 5) ®Èy ®Õn th¸p gi¶i nhiÖt (sè 4) nh»m gi¶m nhiÖt ®é ®Ó tiÕp tôc vßng tuÇn hoµn lµm m¸t b×nh ng­ng tiÕp theo. T¹i ®©y, th¸p gi¶i nhiÖt (sè 4) ®­îc l¾p ®Æt gåm 2 tæ hîp lo¹i hép n»m ngang øng víi hai m¸y l¹nh víi c«ng suÊt lµm m¸t mçi th¸p lªn ®Õn 2.340.000 Kcal/h mçi tæ hîp ®­îc l¾p 3 qu¹t rÊt lín, ®­êng kÝnh qu¹t Æ2000x3, ®éng c¬ qu¹t ®­îc vËn hµnh bëi hÖ thèng ®iÖn 3 pha /380V/ 50Hz vµ quay víi duy nhÊt mét cÊp tèc ®é: 460 vßng/phót. L­u l­îng n­íc qua th¸p gi¶i nhiÖt cã thÓ ®¹t 9760 lÝt/phót (h×nh 1.2). Nh­ vËy n­íc lµm m¸t sau khi qua th¸p gi¶i nhiÖt sÏ gi¶m nhiÖt ®é xuèng ®Ó khi quay trë l¹i b×nh ng­ng ®¹t kho¶ng 23OC. Trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng l­îng n­íc thÊt tho¸t trong qu¸ tr×nh lµm m¸t n­íc sÏ ®­îc bæ sung n­íc ngay t¹i th¸p bëi nguån n­íc thµnh phè th«ng qua b¬m cÊp n­íc thµnh phè. H×nh 1.2 – Côm th¸p gi¶i nhiÖt ®­îc sñ dông t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng B×nh bay h¬i èng vá kiÓu ngËp (sè 2) cã m«i chÊt ®i ngËp xung quanh c¸c ®­êng èng chøa n­íc l¹nh, m«i chÊt (R123) nhËn nhiÖt tõ n­íc l¹nh vµ bay h¬i. Lóc ®ã nhiÖt ®é cña n­íc l¹nh gi¶m xuèng tõ 15oC xuèng 80C. N­íc ®­îc tuÇn hoµn trong qu¸ tr×nh nhê b¬m n­íc l¹nh (sè 7) víi l­u l­îng n­íc qua b×nh bay h¬i lµ 272,2 m3/h. Sau khi ®i qua b×nh bay h¬i, n­íc ®­îc b¬m ®Èy ®Õn èng ph©n phèi n­íc l¹nh råi n­íc ®­îc chia theo c¸c ®­êng kh¸c nhau ®Ó ®i ®Õn c¸c AHU (sè 11) (Air Handling Unit) hoÆc OAH (sè 10) (Out door Air Handling unit – Lµm l¹nh khÝ t­¬i) ®Ó trao ®æi nhiÖt víi kh«ng khÝ. C¸c ®­êng èng n­íc ®Õn OAH, c¸c AHU lµ song song víi nhau vµ cã ®­êng kÝnh lµ F80. §Õn ®©y nhiÖt ®é cña n­íc l¹nh lµ 8oC vµ ®i vµo giµn trao ®æi nhiÖt cña AHU hoÆc OAH, n­íc l¹nh trao ®æi nhiÖt víi kh«ng khÝ, nhËn nhiÖt vµ t¨ng nhiÖt ®é lªn 15oC (d¶i nhiÖt ®é cña n­íc l¹nh tõ b×nh bay h¬i ra lµ 80C ®Õn 150C, n­íc sau khi qua AHU lµ 120C ®Õn 190C). Sau qu¸ tr×nh nµy n­íc tiÕp tôc vßng tuÇn hoµn (quay vÒ èng gãp n­íc l¹nh, quay trë l¹i b×nh bay h¬i). Ngoµi giµn l¹nh, t¹i AHU cßn ®­îc l¾p thªm giµn nãng, nã rÊt Ýt khi ®­îc sö dông do ®iÒu kiÖn khÝ hËu cña n­íc ta, chØ ®­îc sö dông trong mïa ®«ng khi nhiÖt ®é ngoµi trêi rÊt thÊp (d­íi 00C) (v× vËy trong giíi h¹n cña ®å ¸n chØ ®Ò cËp ®Õn hÖ thèng n­íc l¹nh vµ c¸c giµn l¹nh). N­íc nãng do c¸c lß h¬i cung cÊp sÏ ®i qua giµn nãng vµ cÊp nhiÖt thªm cho kh«ng khÝ, ®Ó ®¹t yªu cÇu ®Æt ra vÒ nhiÖt ®é. Nh­ vËy, hÖ thèng ®­êng èng n­íc l¾p ®Æt trong hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ nµy lµ hÖ thèng 4 ®­êng èng, trong ®ã cã 2 ®­êng èng l¹nh vµ 2 ®­êng èng nãng. Trong vßng tuÇn hoµn cña n­íc l¹nh ®èi víi hÖ thèng kÝn kh«ng thÓ thiÕu ®­îc mét thiÕt bÞ rÊt quan träng ®ã lµ b×nh gi·n në. B×nh gi·n në cã nhiÖm vô ®iÒu tiÕt sù d·n në nhiÖt cña n­íc trong hÖ thèng n­íc l¹nh khi cã thay ®æi nhiÖt ®é hoÆc khi toµn hÖ thèng ngõng lµm viÖc. Ngoµi ra, nã cßn cã nhiÖm vô cÊp n­íc vµ bæ sung n­íc cho hÖ thèng. C¸c OAH ®­îc l¾p trong hÖ thèng ®iÒu hoµ víi môc ®Ých gi¶m nhiÖt ®é cña khÝ t­¬i xuèng mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh. Sau ®ã, khÝ t­¬i nµy ®­îc hÖ thèng qu¹t cña OAH ®Èy ®Õn c¸c AHU kh¸c nhau, tuú theo ®é lín c«ng suÊt l¹nh cña AHU mµ l­îng khÝ t­¬i ®­îc cÊp vµo c¸c AHU mét c¸ch cè ®Þnh. Trong h×nh 1.3 vµ 1.4 lµ h×nh ¶nh vÒ AHU ®­îc sö dông t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng. T¹i c¸c AHU, khÝ håi tõ c¸c phßng ®­îc mét qu¹t hót vÒ AHU, mét phÇn khÝ håi ®­îc th¶i trùc tiÕp ra ngoµi th«ng qua hÖ thèng ®­êng èng th¶i khÝ, l­îng khÝ th¶i ra ®óng b»ng l­îng khÝ t­¬i cÊp vµo, phÇn cßn l¹i tiÕp tôc ®­îc hoµ trén víi khÝ t­¬i. Sau khoang hoµ trén, hçn hîp khÝ ®­îc qu¹t hót qua c¸c giµn l¹nh vµ giµn nãng (víi ®iÒu kiÖn vËn hµnh ë ViÖt Nam, c¸c giµn nãng rÊt hiÕm khi ph¶i sö dông). T¹i ®©y, th«ng qua c¸c giµn trao ®æi nhiÖt, n­íc l¹nh lµm cho nhiÖt ®é cña hçn hîp khÝ gi¶m xuèng. AHU cã cÊu t¹o nh­ h×nh vÏ 1.5. H×nh 1.3 – H×nh ¶nh cña mét AHU t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng Do kh«ng gian ®iÒu hoµ ë ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng lµ rÊt lín nªn sè l­îng AHU lªn ®Õn 16 chiÕc. Tuú thuéc vµo kh«ng gian ®iÒu hoµ mµ mçi AHU cã c«ng suÊt kh¸c nhau, c«ng suÊt tõ 23.260 Kcal/h (AHU 16) ®Õn 140.179 Kcal/h (AHU 9). Cét ¸p cña mçi qu¹t trong AHU lµ kh«ng gièng nhau: qu¹t hót cã cét ¸p tõ 48 mm Aq ®Õn 66 mm Aq(1mmAq = 9,8 Pa » 1mmH2O), trong khi ®ã qu¹t ®Èy cã cét ¸p lín h¬n: tõ 97mmAq ®Õn 164mmAq. C¸c qu¹t nµy ®Òu lµ ly t©m qu¹t 1 cÊp tèc ®é, v× vËy l­u l­îng kh«ng khÝ qua c¸c giµn l¹nh lµ kh«ng ®æi. Ngoµi ra, t¹i c¸c AHU cßn cã c¸c phin läc nh­: phin läc s¬ cÊp, phin läc trung cÊp. Kh«ng khÝ sau khi qua c¸c giµn l¹nh sÏ ®­îc qu¹t ®Èy thæi ®Õn c¸c phßng kh¸c nhau th«ng qua hÖ thèng ®­êng èng ph©n phèi giã. Do c¸c ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn nghiªm ngÆt vÒ cÊp ®é s¹ch t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng nªn kh«ng khÝ tr­íc khi ®­a vµo phßng hay khu vùc s¶n xuÊt vµ b¶o qu¶n ph¶i ®­îc läc s¹ch lÇn l­ît qua c¸c phin läc cã tªn Hepa - mét lo¹i phin läc ®Æc biÖt ®­îc dïng trong ngµnh s¶n xuÊt d­îc phÈm, lo¹i phin läc nµy cã kh¶ n¨ng xö lý kh«ng khÝ s¹ch bôi (phßng s¹ch) vµ s¹ch khuÈn (phßng v« trïng). C¸c lo¹i phin läc nµy cã thÓ cã c¸c d¹ng kh¸c nhau nh­ d¹ng ®Üa, d¹ng hép, d¹ng « nhá. H×nh 1.4 – H×nh ¶nh vÒ mét AHU t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng Víi c¸c vïng cã cÊp ®é kh¸c nhau th× viÖc bè trÝ l­íi läc lµ kh¸c nhau. Sao cho sau khi kh«ng khÝ l¹nh ®i qua l­íi läc, nã ph¶i ®¶m b¶o ®­îc yªu cÇu vÒ cÊp ®é s¹ch ®Æt ra tr­íc ®ã. Kh«ng khÝ ®i vµo phßng sau khi ®· trao ®æi nhiÖt sÏ ®­îc hót quay trë l¹i AHU qua ®­êng èng giã håi ®Ó tiÕp tôc vßng tuÇn hoµn cña kh«ng khÝ. Ngoµi ra, trªn c¸c ®­êng èng giã ë t¹i c¸c phßng cßn bè trÝ mét thiÕt bÞ tªn lµ Fire Damper hay van khãi. Van nµy cã t¸c dông ®ãng ngay ®­êng èng giã t¹i phßng hay khu vùc cã x¶y ra ch¸y, ng¨n kh«ng cho ngän löa lan réng ra khu vùc hay phßng kh¸c qua ®­êng èng giã. C¸ch bè trÝ c¸c thiÕt bÞ t¹i gian m¸y ®­îc thÓ hiÖn trªn b¶n vÏ sè 2. H×nh 1.5 - Côm AHU trong hÖ thèng ®iÒu hoµ Nh­ng ®Ó hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ dïng m¸y l¹nh kiÓu Water Chiller vËn hµnh tr¬n tru, ®¹t chÊt l­îng yªu cÇu vµ æn ®Þnh th× kh«ng thÓ thiÕu ®­îc hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®Æt trªn ®ã. 1.3. HÖ thèng ®iÒu khiÓn cña ®iÒu hoµ kh«ng khÝ t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng HÖ thèng ®iÒu khiÓn dïng trong hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ ë ®©y cã thÓ chia thµnh hai phÇn chÝnh sau: HÖ thèng ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh m¸y nÐn. HÖ thèng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é t¹i OAH vµ c¸c AHU. (h×nh 1.6) C¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn, b¶o vÖ, khëi ®éng ®éng c¬ cña c¸c qu¹t AHU, OAH, ®éng c¬ b¬m n­íc l¹nh, ®éng c¬ b¬m n­íc lµm m¸t, ®éng c¬ m¸y nÐn, ®éng c¬ qu¹t th¸p gi¶i nhiÖt vµ b¶o vÖ côm chiller. Trong c¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh nµy, lu«n bao gåm c¸c bé c¶m biÕn vµ ®o l­êng. V× vËy, nã sÏ ®­îc nãi ®Õn ®Çu tiªn. H×nh 1.6 – B¶ng hiÖn thÞ cña bé ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é t¹i OAH vµ c¸c AHU 1.3.1. C¸c bé c¶m biÕn ®o l­êng: C¸c c¶m biÕn ®o l­êng lµ cÊp thÊp nhÊt cña hÖ thèng tù ®éng, cung cÊp th«ng tin ®o l­êng cho hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh ho¹t ®éng. Ngoµi ra cßn cã thiÕt bÞ hiÓn thÞ gióp ng­êi vËn hµnh x¸c ®Þnh râ rµng th«ng sè cña c¸c ®¹i l­îng cÇn ®o ®Ó ®Ò ra ph­¬ng thøc vËn hµnh kinh tÕ vµ tèi ­u. Nh­ vËy yªu cÇu c¸c hÖ thèng ®o l­êng ph¶i ®¶m b¶o chÝnh x¸c, nhanh, nhËy, ph¶n ¸nh kÞp thêi c¸c th«ng sè cÇn ®o. Trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng c¸c ®Çu ®o ®­îc kÕt hîp víi c¸c bé biÕn ®æi tÝn hiÖu ®o l­êng chuÈn t¹o thµnh c¸c hîp bé ®o l­êng ®Ó biÕn ®æi c¸c ®¹i l­îng kh«ng ®iÖn (l­u l­îng, nhiÖt ®é, ¸p suÊt) thµnh tÝn hiÖu ®iÖn mét chiÒu thèng nhÊt tõ 4¸20mA (kiÓu nguån dßng) vµ 0¸5V (kiÓu nguån ®iÖn ¸p). a) §o nhiÖt ®é: T¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng, cã sö dông c¸c lo¹i c¶m biÕn sau: C¸c cÆp nhiÖt ngÉu: Platin – Rodi (10%)/Platin – Century, ®­îc l¾p t¹i ®­êng n­íc l¹nh khi ra khái b×nh bay h¬i, tÝn hiÖu cßn ®­îc ®­a vÒ bé ®iÒu chØnh ®Ó ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh theo t¶i. C¸c nhiÖt ®iÖn trë: Platin NPT P100 cña Honeywell, ®­îc l¾p t¹i ®­êng håi kh«ng khÝ cña AHU vµ ®­êng kh«ng khÝ ra cña OAH. CÆp nhiÖt ngÉu: lµ c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é dùa trªn hiÖu øng nhiÖt ®iÖn cña cÆp nhiÖt, chuyÓn tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p.[10] HiÖu øng nhiÖt ®iÖn: Mét vËt dÉn ®ång chÊt bao giê còng chøa mét l­îng ®iÖn tö nhÊt ®Þnh, biÓu thÞ bëi mËt ®é ®iÖn tö tù do cña vËt dÉn (hiÖu øng Seebeck). MËt ®é ®iÖn tö tù do phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña vËt. Gäi NA lµ mËt ®é ®iÖn tö tù do trong vËt dÉn A. Gi¶ sö nhiÖt ®é hai ®Çu vËt lµ t vµ to (víi t >to) t­¬ng øng cã NAt, NA0(víi NAt > NAO). XuÊt hiÖn sù chuyÓn dÞch cña c¸c ®iÖn tö tù do tõ ®Çu cã mËt ®é NA lín sang ®Çu cã mËt ®é NA nhá h¬n vµ t¹o sù chªnh lÖch ®iÖn thÕ ë hai ®Çu, lµm xuÊt hiÖn ®iÖn tr­êng chèng l¹i sù chuyÓn dÞch ®ã. §Õn mét thêi ®iÓm nµo ®ã ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng, mét søc ®iÖn ®éng ®­îc sinh ra (hiÖn øng Thomson). Søc ®iÖn ®éng eA(t, t0): eA(t,t0) = uA(t) – uA(t0) = víi sA – hÖ sè Thomson cña vËt liÖu A. Khi cã hai d©y dÉn A, B kh¸c nhau hai ®Çu nèi víi nhau ®Æt ë hai nhiÖt ®é t vµ t0 sÏ xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng t­¬ng øng: VËt A: eA(t,t0) = = VËt B: eB(t,t0) = = Gi¶ sö NA > NB dÉn ®Õn cã mét søc ®iÖn ®éng do khuÕch t¸n c¸c ®iÖn tö tù do tõ A sang B lµ eAB(t) t¹i ®Çu t vµ eAB(to) t¹i ®Çu to: eAB(t) = eAB(t0) = Khi ®ã trong hÖ tån t¹i 4 søc ®iÖn ®éng vµ ta ®­îc søc ®iÖn ®éng tæng lµ: ES = ; EAB (t, t0) = EAB (t) - EAB (t0) Khi gi÷ nhiÖt ®é t0 kh«ng ®æi th× EAB(t0) = const, ta ®­îc: EAB (t, t0) = EAB (t) – C = F(t) - ®©y lµ nguyªn lý ®Ó dïng kh¾c ®é cÆp nhiÖt ®é. CÆp nhiÖt: C¸c cÆp th­êng ®­îc dïng: Cr«men – K«pen, Cr«men – Alumen, B¹ck kim – R« ®i – B¹ch kim. øng víi mçi cÆp nhiÖt sÏ cã kho¶ng ®o kh¸c nhau. C¸c lo¹i cÆp nhiÖt nµy ®Òu cã cÊu t¹o chung: cÆp nhiÖt ®­îc ®Æt trong sø c¸ch ®iÖn vµ trang bÞ thªm mét líp b¶o vÖ bªn ngoµi. ViÖc bäc vá bªn ngoµi nh»m tr¸nh khÝ lät qua vµ chèng th¨ng gi¸ng nhiÖt ®é ®ét ngét. Ph­¬ng ph¸p ®o: SuÊt ®iÖn ®éng ®o gi÷a hai ®Çu cña cÆp nhiÖt sÏ cung cÊp th«ng tin vÒ nhiÖt ®é cÇn ®o. Chóng chØ cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c nÕu nh­ ta gi¶m tíi møc tèi thiÓu sù sôt ¸p do cã dßng ch¹y trong c¸c phÇn tö cÆp nhiÖt vµ d©y dÉn: do rÊt khã ®o¸n biÕt ®iÖn trë cña chóng v× ®iÖn trë lµ hµm cña nhiÖt ®é m«i tr­êng vµ cña nhiÖt ®é cÇn ®o. Trªn thùc tÕ th­êng sö dông hai ph­¬ng ph¸p ®o suÊt ®iÖn ®éng: + Sö dông miliv«n kÕ cã ®iÖn trë trong rÊt lín ®Ó gi¶m ®iÖn thÕ trªn d©y dÉn. + Sö dông ph­¬ng ph¸p xung ®èi ®Ó dßng ch¹y qua cÆp nhiÖt b»ng kh«ng. NhiÖt ®iÖn trë: [10] §iÖn trë thay ®æi theo nhiÖt ®é, sö dông trong nhiÖt trë kim lo¹i (Resistance Temperature Detector, RTD) hoÆc nhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn (Thermistor). Trong tr­êng hîp tæng qu¸t, tÝnh gi¸ trÞ cña mét ®iÖn trë phô thuéc vµo nhiÖt: R(T) = RoF(T – To) Víi Ro lµ ®iÖn trë ë nhiÖt ®iÖn trë To vµ F lµ hµm ®Æc tr­ng cho vËt liÖu. Tr­êng hîp kim lo¹i: R(T) = Ro(1 + AT + BT2 + CT3) Trong ®ã T ®o b»ng oC vµ To = 0oC Tr­êng hîp nhiÖt ®iÖn trë (hçn hîp cña c¸c oxit b¸n dÉn): R(T) = R0. exp[ B()] Trong ®ã T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi C¸c hÖ sè ®­îc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c b»ng c¸ch ®o nh÷ng nhiÖt ®é ®· biÕt tr­íc. Khi ®· biÕt gi¸ trÞ cña c¸c h»ng sè, tõ gi¸ trÞ cña R ng­êi ta x¸c ®Þnh ®­îc nhiÖt ®é cÇn ®o. Khi ®é biÕn thiªn nhiÖt ®é DT (xung quanh gi¸ trÞ T) nhá, nhiÖt ®é cã thÓ thay ®æi theo hµm tuyÕn tÝnh: R(T+DT) = R(T). (1+aRDT) aR = aR lµ hÖ sè nhiÖt ®é cña ®iÖn trë, phô thuéc vµo vËt liÖu vµ nhiÖt ®é. b) §o ¸p suÊt: [10] Trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng, bé ®o ¸p suÊt ®­îc bè trÝ ®Ó ®o ¸p suÊt n­íc l¹nh còng nh­ n­íc lµm m¸t t¹i c¸c vÞ trÝ nh­: ®Çu ®Èy, ®Çu hót c¸c b¬m; ®Çu vµo, ®Çu ra cña b×nh bay h¬i vµ b×nh ng­ng tô. C¸c gi¸ trÞ nµy hiÓn thÞ gióp ng­êi vËn hµnh ®­a ra c¸c ph­¬ng ph¸p vËn hµnh hîp lý. C¸c c¶m biÕn ¸p suÊt sö dông trong hÖ thèng ®a sè lµ lo¹i c¶m biÕn ®µn håi hai phÇn tö. C¶m biÕn ®µn håi hai phÇn tö: PhÇn tö c¶m biÕn s¬ cÊp biÕn ®æi ¸p suÊt thµnh dÞch chuyÓn dùa trªn tÝnh chÊt lý ®µn håi(vÝ dô nh­ èng Bourdon, mµng rung, mµng ch¾n). PhÇn tö thø cÊp lµ mét c¶m biÕn dÞch chuyÓn, chuyÓn ®æi ®é dÞch chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn (vÝ dô chiÕt ¸p, c¶m biÕn søc c¨ng, c¶m biÕn c¶m øng, c¶m biÕn tô ®iÖn).Lo¹i c¶m biÕn nµy bao gåm nh÷ng lo¹i sau: C¶m biÕn dïng mµng d¹ng l­íi: C¶m biÕn dïng m¹ng l­íi d¸n lªn vËt trung gian th­êng ®­îc dïng ®Ó biÕn ®æi trùc tiÕp biÕn d¹ng e do ¸p suÊt g©y nªn thµnh biÕn thiªn ®iÖn trë DR/R. BiÕn thiªn ®iÖn trë ®­îc ®o vµ th«ng qua biÕn thiªn nµy ta biÕt ®­îc chØ sè cña ¸p suÊt ®o ®­îc. VËt trung gian cã thÓ lµ èng Bourdon víi d¶i ®o ¸p suÊt rÊt lín (mét vµi bar ®Õn hµng ngh×n bar), hay mµng máng, mµng d¹ng l­íi khi ®o ¸p suÊt thÊp h¬n 1 bar. C¶m biÕn c¶m øng: C¶m biÕn nµy ho¹t ®éng trªn nguyªn t¾c chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ¸p suÊt thµnh biÕn thiªn ®é tù c¶m b»ng c¸ch sö dông mét m¹ch tõ. BiÕn thiªn nµy do mét hoÆc nhiÒu khe tõ g©y nªn. Th­êng sö dông èng Bourdon nèi víi mét m¹ch tõ, b¶n cña m¹ch tõ nµy nèi víi ®Çu tù do cña èng Bourdon, nã cã thÓ xoay quanh mét ®iÓm cè ®Þnh khi cã lùc ¸p suÊt t¸c ®éng. Khi b¶n cùc quay sÏ t¹o nªn biÕn thiªn vi sai c¸c khe tõ vµ kÐo theo sù thay ®æi ®é tù c¶m. Sù thay ®æi nµy sÏ ®­îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®o th«ng qua mét m¹ch cÇu. c) L­u l­îng kÕ l¸ ch¾n:[10] L­u l­îng kÕ l¸ ch¾n biÓu diÔn nh­ h×nh 1.7. L¸ ch¾n chÞu lùc t¸c ®éng cña dßng ch¶y, träng l­îng vµ ph¶n lùc cña lß xo. VÞ trÝ cña l¸ ch¾n lµ vÞ trÝ më vµ ®ãng øng víi cã n­íc hay kh«ng cã n­íc qua ®­êng èng n­íc. VÞ trÝ cña l¸ ch¾n sÏ ®­îc biÕt th«ng qua mét c«ng t¾c l­u l­îng kÕ l¸ ch¾n theo kiÓu ON/OFF. TÝn hiÖu nµy sÏ ®­îc göi tíi bé ®iÒu khiÓn. H×nh 1.7 – L­u l­îng kÕ l¸ ch¾n L­u l­îng kÕ nµy ®­îc l¾p trªn ®­êng èng n­íc thµnh phè cÊp cho th¸p gi¶i nhiÖt, nã gióp b¶o vÖ th¸p gi¶i nhiÖt. d) Bé chuyÓn ®æi ®o chuÈn (C§CH): Chøc n¨ng cña bé chuyÓn ®æi ®o chuÈn: C¸c hÖ thèng th«ng tin ®o l­êng ®iÒu khiÓn cïng mét lóc qu¶n lý mét sè l­îng lín c¸c sensor m¾c ë ®Çu vµo. C¸c sensor ®ã cã thÓ kh¸c nhau vÒ nguyªn lý hoÆc nÕu cïng mét lo¹i th× kh¸c nhau vÒ giíi h¹n ®o. Do ®ã, ®Ó ®ång bé tÝn hiÖu gi÷a nhiÒu lo¹i sensor vµ hÖ thèng ng­êi ta ph¶i ®­a vµo c¸c bé C§CH tÝn hiÖu ®Ó biÕn c¸c tÝn ra tõ sensor thµnh mét ®¹i l­îng duy nhÊt vµ mét thang ®o duy nhÊt phï hîp víi c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo cña hÖ thèng. C¸c tÝn hiÖu chuÈn ho¸ mét chiÒu ®ã th­êng ®­îc quy ®Þnh: Dßng mét chiÒu tõ §iÖn ¸p 1 chiÒu 0 ¸ 20 mA 0 ¸ 1 mV 4 ¸ 20 mA - 10 ¸ 0 ¸ 10 mV 0 ¸ 5 mA - 100 ¸ 0 ¸ 100 mV - 5 ¸ 5 mA - 1 ¸ 0 ¸1 V - 20 ¸ 20 mA 0 ¸ 5V; 0 ¸ 10 V hoÆc tÝn hiÖu bus tr­êng... Nh­ vËy gi÷a c¸c sensor vµ hÖ thèng nhÊt thiÕt ph¶i cã bé C§CH. C¸c bé C§CH cã thÓ lÊy tÝn hiÖu riªng cho tõng sensor, hoÆc cho c¶ mét nhãm c¸c sensor. Sau khi tÝn hiÖu ®· ®­îc xö lý qua tÝn hiÖu bé chuyÓn ®æi ®o chuÈn, tÝn hiÖu ®o sÏ ®­îc ®­a ®Õn bé ®iÒu khiÓn ®Ó bé ®iÒu khiÓn ®­a ra c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tù ®éng ®Õn thiÕt bÞ chÊp hµnh. 1.3.2. HÖ thèng ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh Muèn viÖc ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh m¸y nÐn tèt th× ph¶i t×m hiÓu kü vÒ nguyªn lý lµm viÖc vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh cña m¸y nÐn.[13] Nguyªn lý lµm viÖc vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh: ViÖc vËn hµnh cña m¸y nÐn lµ gièng nh­ ®èi víi qu¹t hoÆc b¬m ly t©m. Ga ë thÓ khÝ ®­îc hót qua lèi vµo vµ ®i xuyªn qua c¸nh dÉn h­íng lèi vµo (cã h×nh d¸ng gièng chong chãng giã nh­ h×nh 1.9) ®i vµo trong khoang hoÆc c¸c c¸nh ph©n t¸n tõ trung t©m cña b¸nh c«ng t¸c, nh­ h×nh 1.8 m« t¶ h­íng cña dßng m«i chÊt chuyÓn ®éng. B¸nh c«ng t¸c quay víi tèc ®é cao, ®Èy ga ra tíi vßng trßn ngoµi cïng cña b¸nh c«ng t¸c bëi lùc ly t©m. §iÒu nµy sÏ lµm t¨ng tèc ®é vµ ¸p suÊt cña ga. Ga sau khi ®­îc ®Èy ra tõ b¸nh c«ng t¸c sÏ ®i vµo èng xo¾n, t¹i ®©y hÇu hÕt vËn tèc (®éng n¨ng) sÏ biÕn ®æi thµnh ¸p suÊt.[13] C¸nh dÉn h­íng ®­îc ®Æt ë ®Çu hót cña m¸y nÐn, ®iÒu chØnh dßng khÝ ga bëi c¸c c¸nh h¹n chÕ dßng. Khi vÞ trÝ c¸nh dÉn h­íng thay ®æi, l­u l­îng m«i chÊt vµ c«ng suÊt l¹nh cña m¸y nÐn sÏ thay ®æi theo. M¸y nÐn ly t©m ®­îc dÉn ®éng ®éng c¬ ®iÖn hoÆc ®éng c¬ ®èt trong. N¨ng suÊt l¹nh cã thÓ thay ®æi nhê c¸nh dÉn h­íng ®Æt t¹i ®Çu hót hoÆc ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬. Mçi ph­¬ng ph¸p cã hiÖu suÊt vµ ®Æc tÝnh kh¸c nhau. Sù kÕt hîp gi÷a ®iÒu khiÓn tèc ®é vµ ®iÒu khiÓn c¸nh dÉn h­íng sÏ ®­a l¹i hiÖu suÊt vËn hµnh cao nhÊt. H×nh 1.8 - H­íng dßng m«i chÊt di chuyÓn H×nh 1.9 - Côm c¸nh dÉn h­íng vµ b¸nh c«ng t¸c ®¬n H×nh 1.10 - Côm c¸nh dÉn h­íng vµ b¸nh c«ng t¸c ®«i Mèi quan hÖ cña l­u l­îng m«i chÊt vµ ¸p suÊt cña mét lo¹i m¸y nÐn ly t©m t¹i vËn tèc kh«ng ®æi víi viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ c¸nh dÉn h­íng ®Çu vµo ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1.11. H×nh 1.11 – §­êng lµm viÖc cña m¸y nÐn ly t©m mét tÇng khi tèc ®é vßng quay kh«ng ®æi §­êng surge line miªu t¶ giíi h¹n lµm viÖc an toµn cña m¸y nÐn. Surge lµ do ¸p suÊt kh«ng ®ñ ®¸p øng viÖc t¨ng ¸p tõ b×nh bay h¬i ®Õn b×nh ng­ng tô. NÕu ho¹t ®éng t¹i tr¹ng th¸i nµy, m«i chÊt l¹nh ®¶o ng­îc dßng ch¶y sÏ g©y tiÕng kªu lín, rung ®éng vµ nãng m¸y. NÕu tiÕp tôc t×nh tr¹ng nµy, m¸y nÐn sÏ bÞ nguy hiÓm. NÕu s¾p ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i surge th× cÇn ph¶i gi¶m ¸p suÊt m«i chÊt l¹nh vµ/hoÆc gi¶m t¶i l¹nh cña m¸y nÐn sÏ lµm m¸y nÐn tr¸nh ®­îc ®iÒu kiÖn ho¹t ®éng nguy hiÓm. Khi sö dông ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh b»ng viÖc ®iÒu khiÓn tèc ®é, ®iÒu khiÓn c¸nh dÉn h­íng ®Çu vµo vÉn ph¶i sö dông cho tr­êng hîp t¶i qu¸ thÊp ®Ó tr¸nh tr¹ng th¸i t¹i surge. V× c¸nh dÉn h­íng ®Çu vµo ®ãng, tèc ®é cña m¸y nÐn t¨ng ®Ó ®iÒu chØnh ¸p suÊt vµ l­u l­îng ®ñ cao ®Ó tr¸nh t×nh tr¹ng surge. §iÒu chØnh tèc ®é kÕt hîp víi ®iÒu chØnh c¸nh dÉn h­íng sÏ lµm cho viÖc vËn hµnh ®¹t hiÖu suÊt n¨ng l­îng rÊt tèt. HÖ thèng ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh m¸y nÐn t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng: T¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng, hÖ thèng ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh theo c¸ch ®iÒu chØnh c¸nh dÉn h­íng nh­ng tèc ®é vßng quay cña ®éng c¬ hay cña b¸nh c«ng t¸c lµ kh«ng ®æi. TÝn hiÖu nhiÖt ®é n­íc l¹nh ra sau b×nh bay h¬i lµ tÝn hiÖu ®Ó ®iÒu chØnh vÞ trÝ cña c¸nh dÉn h­íng. TÝn hiÖu nhiÖt ®é nµy ®­îc ®­a vÒ bé ®iÒu chØnh b»ng mét cÆp nhiÖt, nã ®­îc so s¸nh víi tÝn hiÖu nhiÖt ®é n­íc l¹nh ®Æt. Khi gi¸ trÞ nhiÖt ®é thay ®æi kh¸c so víi nhiÖt ®é ®Æt, bé ®iÒu chØnh sÏ dùa trªn sù sai kh¸c ®ã vµ ®­a tÝn hiÖu ®Õn bé ®iÒu khiÓn cña ®éng c¬ servo vµ ®iÒu chØnh vÞ trÝ c¸nh dÉn h­íng. Mét ®éng c¬ servo 0,75kW sÏ dÉn ®éng c¸nh dÉn h­íng thay ®æi vÞ trÝ th«ng qua mét c¬ cÊu truyÒn ®éng. Khi nhËn ®­îc tÝn hiÖu tõ bé ®iÒu chØnh, ®Õn bé ®iÒu khiÓn cña ®éng c¬ servo sÏ lµm trôc ®éng c¬ servo chuyÓn ®éng ®Õn vÞ trÝ t­¬ng øng víi ®é lín cña tÝn hiÖu nhËn ®­îc. C¸c bé ®iÒu chØnh nµy ®Òu ho¹t ®éng theo luËt ®iÒu khiÓn PID vµ cña h·ng Century – Hµn Quèc s¶n xuÊt. Yªu cÇu: §iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh cña m¸y nÐn ®Ó ®¶m b¶o nhiÖt ®é cña n­íc l¹nh t¹i ®Çu ra lu«n n»m trong giíi h¹n cho phÐp (8oC ¸15 oC) khi ®Çu vµo lµ 10 oC ¸ 21 oC. §iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh nµy ®­îc ®iÒu chØnh th«ng qua qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn l­u l­îng m«i chÊt ®i qua m¸y nÐn tøc lµ ®iÒu chØnh c¸nh h­íng thay ®æi trong kho¶ng 120o. Khi m«i chÊt l¹nh qua m¸y nÐn thay ®æi th× n¨ng suÊt l¹nh cña m¸y nÐn còng thay ®æi theo. B¶n vÏ sè 3 sÏ m« t¶ vÒ hÖ thèng ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh m¸y nÐn vµ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é t¹i OHA, AHU cña hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng. ViÖc b¶o vÖ m¸y nÐn ly t©m sÏ ®­îc giíi thiÖu trong phÇn hÖ thèng b¶o vÖ. 1.3.3. HÖ thèng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é t¹i OAH, AHU: C¸ch ®iÒu chØnh nhiÖt ®é cña AHU vµ OAH t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng lµ gÇn gièng nhau. C¸c damper (van ®iÒu chØnh l­u l­u giã) ®­îc cè ®Þnh t¹i nh÷ng vÞ trÝ ®· ®Þnh tr­íc, sao cho tho¶ m·n ®­îc yªu cÇu vÒ l­u l­îng giã t­¬i, giã th¶i, ¸p suÊt d­ cña tõng khu vùc, tõng phßng,… lµ hîp lý nhÊt. ViÖc thay ®æi vÞ trÝ cña c¸c damper nµy lµ do viÖc ®iÒu chØnh b»ng tay, ®­îc hiÖu chØnh lÇn ®Çu vµ mçi n¨m mét lÇn. a)§iÒu chØnh nhiÖt ®é kh«ng khÝ t­¬i t¹i OAH: CC M Bé ®iÒu khiÓn CCV CWR OA SA TD H×nh 1.12 - S¬ ®å ®iÒu khiÓn cña OAH OA: Out Air CC: Cooling coil CCV: Cooling Control Valve SA: Supply Air CWR: Chilled Water Return TD: Termperature Detector Nguyªn lý lµm viÖc: §iÒu chØnh nhiÖt ®é kh«ng khÝ t­¬i ®­îc ®iÒu khiÓn th«ng qua l­u l­îng n­íc l¹nh ®i qua giµn l¹nh (do c¸c van giã ®­îc gi÷ lµ cè ®Þnh). L­u l­îng cña n­íc l¹nh ®­îc ®iÒu khiÓn th«ng qua van ®iÒu khiÓn n­íc qua giµn l¹nh (Cooling Control Valve – CCV). ViÖc ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é nh­ sau: Kh«ng khÝ ®­îc hót vµo víi nhiÖt ®é m«i tr­êng ®­îc ®i qua giµn l¹nh, nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ gi¶m xuèng. TiÕp tôc qu¸ tr×nh, kh«ng khÝ ®­îc qu¹t ®Èy vµo ®­êng èng vµ ph©n phèi ®i c¸c AHU. C¶m biÕn nhiÖt ®é trªn ®­êng èng tõ OAH ®Õn c¸c AHU sÏ cã nhiÖm vô ®­a tÝn hiÖu vÒ nhiÖt ®é kh«ng khÝ sau giµn l¹nh vÒ bé ®iÒu chØnh. TÝn hiÖu nµy ®­a vÒ vµ ®­îc so s¸nh víi tÝn hiÖu nhiÖt ®é ®Æt, dùa vµo ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é bé ®iÒu chØnh ®­a tÝn hiÖu ®Õn van ®iÒu khiÓn ®Ó ®iÒu chØnh n­íc qua giµn l¹nh sao cho nhiÖt ®é ra ®¹t yªu cÇu. Yªu cÇu cña ®iÒu chØnh lµ ph¶i duy tr× nhiÖt ®é ®Çu ra cña kh«ng khÝ t­¬i hót vµo n»m trong kho¶ng (180C ¸220C) tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é m«i tr­êng tr¸nh bÞ ®äng s­¬ng qu¸ nhiÒu, víi l­u l­îng kh«ng khÝ t­¬i cÇn lµ 50070 cm3/h. b)§iÒu chØnh nhiÖt ®é kh«ng khÝ t¹i AHU: Nguyªn lý lµm viÖc: T­¬ng tù nh­ viÖc ®iÒu chØnh nhiÖt ®é cho OAH, chØ kh¸c lµ c¶m biÕn nhiÖt ®é ®­îc ®Æt t¹i ®­êng håi cña kh«ng khÝ nh­ h×nh vÏ 1.13. TÝn hiÖu cña c¶m biÕn ®­îc göi vÒ bé ®iÒu chØnh, tõ ®©y bé ®iÒu chØnh sÏ ®­a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c van ®iÒu khiÓn CCV hoÆc HCV ®Ó ®iÒu chØnh nhiÖt ®é kh«ng khÝ. Cßn c¸c qu¹t håi vµ ®Èy t¹i c¸c AHU lµ qu¹t mét cÊp tèc ®é, ®­îc khëi ®éng vµ dõng th«ng qua mét tñ ®iÒu khiÓn cÊp tr­êng bëi ng­êi vËn hµnh. Nh­ ®· nãi ë phÇn ®Çu, ë ®iÒu kiÖn khÝ hËu ë ViÖt Nam th× giµn nãng rÊt Ýt khi ®­îc sö dông. V× vËy, viÖc ®iÒu chØnh chñ yÕu dµnh cho ®iÒu chØnh giµn l¹nh, nªn trong giíi h¹n cña ®Ò tµi t«i chØ xin ®­a ra qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh cho giµn l¹nh. Yªu cÇu: §iÒu chØnh nhiÖt ®é cho c¸c AHU lµ t­¬ng tù nhau, víi l­u l­îng giã kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh vËn hµnh (do qu¹t ®Òu lµ mét cÊp tèc ®é, vÞ trÝ c¸c damper trong AHU lµ kh«ng thay ®æi), yªu cÇu nhiÖt ®é t¹i c¸c phßng lµ thay ®æi trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh (18oC ¸25«C) hay xung quanh mét gi¸ trÞ ®Æt tr­íc nh­ 23oC, ®iÒu chØnh l­u l­îng n­íc l¹nh qua giµn l¹nh khi nhiÖt ®é cña n­íc l¹nh n»m trong giíi h¹n (®Çu vµo: 8oC ¸15 oC, ®Çu ra: 12 oC ¸ 19 oC). Do ®ã, trong phÇn ®iÒu khiÓn AHU t«i chØ xin ®­a ra viÖc thiÕt kÕ cho mét AHU cô thÓ lµ AHU 1 víi c¸c th«ng sè cô thÓ nh­ sau: nhiÖt ®é kh«ng khÝ t­¬i ®­îc cung cÊp tõ OAH n»m trong kho¶ng (180C¸220C), l­u l­îng kh«ng khÝ t­¬i chiÕm 30% hçn hîp khÝ cÊp, l­îng khÝ håi lµ 16400cm3/h, l­u l­îng khÝ cÊp lµ 18300 cm3/h, n¨ng suÊt l¹nh lµ 64739 Kcal/h. Bé ®iÒu khiÓn CC CCV CWR RA TD EA OA SA HC HCV HWR M M H×nh 1.13 - S¬ ®å ®iÒu chØnh cña AHU Víi RA: Return Air HC: Heating coil HCV: Heating Control Valve EA: Exhaust Air HWR: Hot Water Return TD: Termperature Detector HÖ thèng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é ë ®©y lµ 17 bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é cña h·ng Honeywell t­¬ng øng víi mét OAH vµ 16 AHU kh¸c nhau. C¸c bé ®iÒu khiÓn nµy ho¹t ®éng theo luËt ®iÒu khiÓn PID. C¸c bé ®iÒu chØnh lµ hoµn toµn ®éc lËp víi nhau c¶ vÒ ®­êng truyÒn tÝn hiÖu ®Õn c¶m biÕn nhiÖt ®é vµ van ®iÒu khiÓn. 1.3.4. C¸c hÖ thèng b¶o vÖ: a) HÖ thèng b¶o vÖ côm chiller, b¬m n­íc lµm m¸t vµ th¸p gi¶i nhiÖt: B¶o vÖ côm chiller: Khi ë t×nh tr¹ng kh«ng an toµn, m¸y nÐn cã thÓ dõng ho¹t ®éng mét c¸ch tù ®éng. ViÖc ®iÒu khiÓn c¾t m¸y an toµn cã thÓ ®­îc ®Æt chÕ ®é mét c¸ch tù ®éng hoÆc thñ c«ng vµ bao gåm c¸c tr­êng hîp sau: ¸p suÊt ®Çu ®Èy kh«ng qu¸ cao ¸p suÊt ®Çu hót kh«ng qu¸ thÊp NhiÖt ®é dÇu qu¸ thÊp hoÆc qu¸ cao Qu¸ t¶i ®éng c¬ T¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng, m¸y nÐn ®­îc b¶o vÖ nh­ sau: ¸p suÊt ®Çu ®Èy kh«ng qu¸ cao b»ng r¬le ¸p suÊt cao (gi¸ trÞ lín nhÊt cho phÐp lµ 5 at). ¸p suÊt ®Çu hót kh«ng qu¸ thÊp b»ng r¬le ¸p suÊt thÊp (gi¸ trÞ nhá nhÊt cho phÐp lµ -550mmHg). NhiÖt ®é dÇu qu¸ thÊp b»ng r¬le nhiÖt ®é (gi¸ trÞ thÊp nhÊt cho phÐp lµ 30oC). NhiÖt ®é dÇu qu¸ cao b»ng r¬le nhiÖt ®é (gi¸ trÞ lín nhÊt cho phÐp lµ 55oC). B¶o vÖ thø tù pha cho ®éng c¬ m¸y nÐn. B¶o vÖ qu¸ t¶i ®éng c¬: tÝn hiÖu dßng ®iÖn qu¸ t¶i cña m¸y nÐn ®­îc mét bé biÕn dßng h¹ thÊp theo tØ lÖ nhÊt ®Þnh, ®­a vÒ côm b¶o vÖ vµ thiÕt bÞ hiÓn thÞ dßng ®iÖn. B¶o vÖ hÖ thèng b¬m n­íc lµm m¸t: lµ b¶o vÖ ®éng c¬ m¸y b¬m khái ho¹t ®éng trong t×nh tr¹ng nguy hiÓm: Ng¾n m¹ch, lÖch pha, mÊt pha, ®¶o pha. B¶o vÖ tr¸nh qu¸ t¶i ®éng c¬. B¸o tÝn hiÖu khi ®éng c¬ dõng ho¹t ®éng. B¶o vÖ thø tù pha. B¶o vÖ th¸p gi¶i nhiÖt: b¶o vÖ th¸p gi¶i nhiÖt tr¸nh c¸c tÝnh tr¹ng sau: Kh«ng cã n­íc vµo ®­êng èng cÊp n­íc cho th¸p gi¶i nhiÖt (lµm cho hÖ thèng n­íc lµm m¸t kh«ng ®ñ n­íc lµm m¸t) b»ng c«ng t¾c l­u l­îng kÕ. B¶o vÖ ®éng c¬ c¸c qu¹t kh«ng bÞ: Ng¾n m¹ch, lÖch pha, mÊt pha. Qu¸ t¶i ®éng c¬. B¸o tÝn hiÖu khi ®éng c¬ dõng ho¹t ®éng b) HÖ thèng b¶o vÖ côm OAH, AHU vµ c¸c b¬m hÖ thèng n­íc l¹nh: Môc ®Ých chÝnh cña côm nµy lµ b¶o vÖ c¸c ®éng c¬ cña hÖ thèng qu¹t, ®éng c¬ b¬m tr¸nh khái c¸c tr­êng hîp: Ng¾n m¹ch, lÖch pha, mÊt pha, ®¶o pha. B¶o vÖ tr¸nh qu¸ t¶i ®éng c¬. B¸o tÝn hiÖu khi ®éng c¬ dõng ho¹t ®éng. B¶o vÖ thø tù pha cho ®éng c¬ b¬m. t­¬ng tù nh­ viÖc b¶o vÖ ®éng c¬ thuéc phÇn a). ViÖc b¶o vÖ c¸c ®éng c¬ ®­îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c tñ ®iÒu khiÓn ®iÖn cÊp tr­êng. Trong mçi côm b¶o vÖ cña côm chiller, côm m¸y b¬m, côm qu¹t th¸p gi¶i nhiÖt, hÖ thèng qu¹t OAH, AHU sÏ cã mét tñ ®iÒu khiÓn cÊp tr­êng. Thùc chÊt nã lµ c¸c tñ ®iÒu khiÓn ®iÖn ®éng lùc cña c¸c ®éng c¬. Trong h×nh 1.14 lµ s¬ ®å m¹ch ®iÖn cña mét tö ®iÒu khiÓn ®iÖn ®éng lùc cña m¸y nÐn chiller. Nh­ vËy, mçi tñ nµy sÏ cã c¸c khèi chÝnh nh­: khèi khëi ®éng ®éng c¬; khèi b¸o tÝn hiÖu ng¾n m¹ch, mÊt pha, lÖch pha, b¸o tÝn hiÖu khi ®éng c¬ háng; khèi b¸o tÝn hiÖu qu¸ t¶i ®éng c¬, mét bé chèng ®¶o pha. C¸c tÝn hiÖu vÒ sù cè ®éng c¬ vµ dßng ®iÖn t¹i hÖ thèng b¶o vÖ côm chiller, hÖ thèng b¬m n­íc lµm m¸t, th¸p gi¶i nhiÖt sÏ ®­îc tñ ®iÒu khiÓn ®iÖn cÊp tr­êng ®­a tÝn hiÖu vÒ bé ®iÒu khiÓn. §©y lµ tÝn hiÖu chÝnh trong viÖc b¶o vÖ m¹ch ®iÖn ®éng lùc c¸c ®éng c¬. H×nh 1.14 – S¬ ®å m¹ch ®iÖn cña tñ ®iÒu khiÓn Chiller. c) C¸c lo¹i role b¶o vÖ ®­îc sö dông: R¬ le ¸p suÊt: cã hai lo¹i lµ r¬le ¸p suÊt thÊp vµ r¬le ¸p suÊt cao. H×nh1.15 – R¬le tæ hîp ¸p suÊt cao vµ thÊp H×nh 1.15 m« t¶ mét cÆp r¬le tæ hîp cña r¬le ¸p suÊt cao HP vµ r¬le ¸p suÊt thÊp LP, chóng ho¹t ®éng hoµn toµn ®éc lËp víi nhau, mçi r¬le cã èng nèi lÊy tÝn hiÖu riªng. R¬le ¸p suÊt cao ®­îc sö dông ®Ó b¶o vÖ m¸y nÐn khi ¸p suÊt ®Çu ®Èy cao qu¸ møc quy ®Þnh, nã sÏ t¸c ®éng tr­íc khi van an toµn më. H¬i ®©u ®Èy ®­îc dÉn vµo hép xÕp phÝa d­íi cña r¬le, tÝn hiÖu ¸p suÊt ®­îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu c¬ khÝ vµ chuyÓn dÞch hÖ thèng tiÕp ®iÓm, qua ®ã ng¾t m¹ch ®iÒu khiÓn, t¸c ®éng ®Õn m¹ch ®iÖn ®éng lùc lµm t¾t m¸y nÐn. Sau khi x¶y ra sù cè ¸p suÊt vµ ®· tiÕn hµnh xö lý, kh¾c phôc xong Ên nót Reset ®Ó ng¾t m¹ch duy tr× sù cè míi cã thÓ khëi ®éng l¹i ®­îc. T­¬ng tù vËy cã r¬le ¸p suÊt thÊp LP. R¬le ¸p suÊt sö dông trªn m¸y chiller t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng cã nguyªn lý ho¹t ®éng hoµn toµn t­¬ng tô nh­ lo¹i r¬le ¸p suÊt trªn d) VÊn ®Ò c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc: Ph­¬ng ph¸p c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch ®iÖn ®éng lùc ®­îc dïng lµ sö dông mét bé ghÐp quang (Opto – Coupler, Photocoupler) (h×nh 1.16). Opto – Coupler cã ë phÝa vµo lµ mét diode ph¸t LED mµ khi ®­îc cÊp dßng sÏ ph¸t s¸ng (¸nh s¸ng tr«ng thÊy hoÆc ¸nh s¸ng hång ngo¹i tuú lo¹i LED). PhÝa ®Çu ra cña Opto – Coupler lµ mét phÇn tö c¶m quang (Photo Resistor, Phototransistor, Photothyristor, Phototriac). Khi LED ph¸t s¸ng, phÇn tö c¶m quang sÏ ph¶n øng, dÉn th«ng vµ m¹ch t¶i ®Çu ra ®­îc cÊp ®iÖn. M¹ch vµo Trigger §Çu vµo §Çu ra Ung PT ~ Opto – Coupler LED Photo – transistor M¹ch ph¸t hiÖn ®iÖn ¸p qua O H×nh 1.16. C¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc b»ng Opto – Coupler Ch­¬ng 2 Kh¸i niÖm vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho mét sè hÖ thèng nhiÖt l¹nh §Ó x©y dùng bÊt kú mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn nµo còng cÇn ph¶i cã mét nÒn t¶ng kiÕn thøc vÒ mét hÖ ®iÒu khiÓn nãi chung. Môc ®Ých cña ®Ò tµi nµy lµ x©y dùng mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn míi cho qu¸ tr×nh nhiÖt t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng. V× vËy, c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n cña ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cña mét sè hÖ thèng nhiÖt l¹nh nãi chung sÏ ®­îc nªu ra. Néi dung cña ch­¬ng nµy sÏ bao gåm c¸c phÇn sau: Kh¸i niÖm chung vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh [2]. Môc ®Ých vµ chøc n¨ng cña ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh [2]. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh [2]. M« h×nh ho¸ ®èi t­îng ®iÒu chØnh Mét sè hÖ thèng ®iÒu hoµ vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn t­¬ng øng [6, 7,12]. 2.1. Kh¸i niÖm chung vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh: §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh lµ lÜnh vùc øng dông quan träng cña kü thuËt ®iÒu khiÓn trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp n¨ng l­îng vµ ho¸ chÊt. Trong néi dung cña ®å ¸n nµy, ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ®­îc hiÓu lµ øng dông kü thuËt ®iÒu khiÓn tù ®éng trong ®iÒu khiÓn, vËn hµnh vµ gi¸m s¸t c¸c qu¸ tr×nh, ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh nh»m ®¶m b¶o chÊt l­îng s¶n phÈm, hiÖu qu¶ s¶n xuÊt vµ an toµn cho con ng­êi, m¸y mãc vµ m«i tr­êng. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh nhiÖt còng kh«ng n»m ngoµi quy luËt ®ã, V× vËy, dùa trªn kh¸i niÖm chung vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ta cã thÓ t×m hiÓu ®­îc vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh nhiÖt. Trong ®ã, qu¸ tr×nh ®­îc hiÓu lµ mét tr×nh tù c¸c diÔn biÕn vËt lý, ho¸ häc hoÆc sinh häc, trong ®ã vËt chÊt, n¨ng l­îng hoÆc th«ng tin ®­îc biÕn ®æi, vËn chuyÓn hoÆc l­u tr÷. Qu¸ tr×nh nhiÖt lµ qu¸ tr×nh mµ tr¹ng th¸i cña hÖ thèng nhiÖt ®éng thay ®æi tr¹ng th¸i, n¨ng l­îng cña nã cã sù biÕn ®æi tõ d¹ng nµy sang d¹ng kh¸c. Tuú theo vµo ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh qu¸ tr×nh mµ tr¹ng th¸i cña hÖ thay ®æi kh¸c nhau vµ hiÖu qu¶ biÕn ho¸ n¨ng l­îng còng kh¸c nhau [9]. Tr¹ng th¸i ho¹t ®éng vµ biÓu diÔn cña mét qu¸ tr×nh thÓ hiÖn qua c¸c biÕn qu¸ tr×nh. Kh¸i niÖm qu¸ tr×nh cïng víi sù ph©n lo¹i c¸c biÕn qu¸ tr×nh ®­îc minh ho¹ nh­ h×nh 2.1. Trong ®ã mét biÕn vµo lµ mét ®¹i l­îng hoÆc mét ®iÒu kiÖn ph¶n ¸nh t¸c ®éng bªn ngoµi vµo qu¸ tr×nh, vÝ dô nh­ l­u l­îng dßng, nhiÖt ®é n­íc l¹nh,… Mét biÕn ra lµ mét ®¹i l­îng hoÆc mét ®iÒu kiÖn thÓ hiÖn t¸c ®éng cña qu¸ tr×nh ra bªn ngoµi, vÝ dô nh­ nhiÖt ®é hçn hîp khÝ l¹nh, l­u l­îng cña hçn hîp khÝ nµy,… Khi c¸c biÕn vµo thÓ hiÖn nguyªn nh©n trong khi c¸c biÕn ra thÓ hiÖn kÕt qu¶ th× mèi quan hÖ gi÷a hai biÕn nµy sÏ thÓ hiÖn mèi quan hÖ nh©n - qu¶. Bªn c¹nh c¸c biÕn vµo ra, ®èi víi ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh th× ng­êi ta rÊt quan t©m ®Õn c¸c biÕn tr¹ng th¸i. C¸c biÕn tr¹ng th¸i mang th«ng tin vÒ tr¹ng th¸i bªn trong qu¸ tr×nh, vÝ dô nh­ ¸p suÊt, nhiÖt ®é cña n­íc l¹nh khi ra khái Water Chiller, møc n­íc cã trong b×nh d·n në, th¸p gi¶i nhiÖt… BiÕn vµo BiÕn ®iÒu khiÓn NhiÔu VËt chÊt N¨ng l­îng Th«ng tin VËt chÊt N¨ng l­îng Th«ng tin BiÕn tr¹ng th¸i BiÕn ra BiÕn kh«ng cÇn ®iÒu khiÓn BiÕn kh«ng cÇn ®iÒu khiÓn BiÕn kh«ng cÇn ®iÒu khiÓn Qu¸ tr×nh H×nh 2.1 - Qu¸ tr×nh vµ ph©n lo¹i biÕn qu¸ tr×nh BiÕn cÇn ®iÒu khiÓn lµ mét biÕn ra hoÆc mét biÕn tr¹ng th¸i cña qu¸ tr×nh nhiÖt ®­îc ®iÒu khiÓn/®iÒu chØnh sao cho gÇn tíi mét gi¸ trÞ mong muèn hay gi¸ trÞ ®Æt hoÆc b¸m theo mét biÕn chñ ®¹o/tÝn hiÖu mÉu. C¸c biÕn cÇn ®iÒu khiÓn liªn quan hÖ träng ®Õn sù vËn hµnh æn ®Þnh, an toµn cña hÖ thèng hoÆc chÊt l­îng s¶n phÈm. BiÕn ®iÒu khiÓn lµ mét biÕn vµo cña qu¸ tr×nh nhiÖt cã thÓ can thiÖp ®­îc trùc tiÕp tõ bªn ngoµi, qua ®ã t¸c ®éng tíi biÕn ra theo ý muèn. Nh÷ng biÕn vµo cßn l¹i kh«ng can thiÖp ®­îc mét c¸ch trùc tiÕp hay gi¸n tiÕp trong ph¹m vi qu¸ tr×nh nhiÖt ®ang quan t©m ®­îc coi lµ nhiÔu. NhiÔu t¸c ®éng tíi qu¸ tr×nh mét c¸ch kh«ng mong muèn, v× thÕ cÇn cã biÖn ph¸p lo¹i bá hoÆc Ýt nhÊt lµ gi¶m thiÓu ¶nh h­ëng cña nã. NhiÔu cã thÓ ph©n biÖt thµnh hai lo¹i tuú theo ®Æc tr­ng cña nã lµ nhiÔu qu¸ tr×nh vµ nhiÔu ®o. NhiÔu qu¸ tr×nh lµ nh÷ng biÕn vµo t¸c ®éng lªn qu¸ tr×nh nhiÖt mét c¸ch cè h÷u nh­ng kh«ng can thiÖp ®­îc, cßn nhiÔu ®o lµ nhiÔu t¸c ®éng lªn phÐp ®o, g©y ra sai sè trong gi¸ trÞ ®o ®­îc. 2.2. Môc ®Ých vµ chøc n¨ng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh: Toµn bé c¸c chøc n¨ng cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh cã thÓ ph©n lo¹i vµ s¾p xÕp nh»m phôc vô c¸c môc ®Ých c¬ b¶n sau: §¶m b¶o vËn hµnh hÖ thèng æn ®Þnh, tr¬n tru: Gi÷ cho hÖ thèng ho¹t ®éng æn ®Þnh t¹i ®iÓm lµm viÖc còng nh­ chuyÓn chÕ ®é mét c¸ch tr¬n tru, ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn theo yªu cÇu cña chÕ ®é vËn hµnh, kÐo dµi tuæi thä m¸y mãc, vËn hµnh thuËn tiÖn. §¶m b¶o n¨ng suÊt vµ chÊt l­îng s¶n phÈm: §¶m b¶o l­u l­îng s¶n phÈm theo kÕ ho¹ch s¶n xuÊt vµ duy tr× th«ng sè liªn quan ®Õn chÊt l­îng s¶n phÈm trong ph¹m vi yªu cÇu. §¶m b¶o vËn hµnh hÖ thèng an toµn: Gi¶m thiÓu c¸c nguy c¬ x¶y ra sù cè còng nh­ b¶o vÖ cho con ng­êi, m¸y mãc, thiÕt bÞ vµ m«i tr­êng trong tr­êng hîp x¶y ra sù cè. B¶o vÖ m«i tr­êng: gi¶m « nhiÓm m«i tr­êng th«ng qua gi¶m nång ®é khÝ th¶i ®éc h¹i, gi¶m l­îng n­íc sö dông vµ n­íc th¶i, h¹n chÕ l­îng bôi vµ khãi, gi¶m tiªu thô nhiªn liÖu vµ nguyªn liÖu. N©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ: §¶m b¶o n¨ng suÊt vµ chÊt l­îng theo yªu cÇu trong khi gi¶m chi phÝ nh©n c«ng, nguyªn liÖu vµ nhiªn liÖu, thÝch øng nhanh víi yªu cÇu thay ®æi cña thÞ tr­êng. Nh÷ng môc ®Ých ®iÒu khiÓn ®­îc ph©n tÝch ë trªn sÏ quyÕt ®Þnh ®Õn viÖc thiÕt kÕ mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh. 2.3. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh: Tuú theo quy m« øng dông vµ møc ®é tù ®éng ho¸, c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh nhiÖt cã thÓ ®¬n gi¶n ®Õn t­¬ng ®èi phøc t¹p, nh­ng chóng ®Òu dùa trªn ba thµnh phÇn c¬ b¶n lµ thiÕt bÞ ®o, thiÕt bÞ chÊp hµnh vµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. Chøc n¨ng cña mçi thµnh phÇn hÖ thèng vµ quan hÖ cña chóng ®­îc thÓ hiÖn nh­ h×nh sau: Bé ®iÒu khiÓn ThiÕt bÞ chÊp hµnh Qu¸ tr×nh ThiÕt bÞ ®o Gi¸ trÞ ®Æt TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn BiÕn ®iÒu khiÓn BiÕn cÇn ®iÒu khiÓn TÝn hiÖu ®o §¹i l­îng ®o H×nh 2.2 - C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh nhiÖt Trong phÇn nµy, c¸c kh¸i niÖm vÒ c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ®­îc tr×nh bµy mét c¸ch s¬ l­îc ®Ó hiÓu râ h¬n vÒ chøc n¨ng cña tõng thµnh phÇn trong hÖ thèng vµ quan hÖ gi÷a chóng. a) ThiÕt bÞ ®o: Chøc n¨ng cña mét thiÕt bÞ ®o lµ cung cÊp mét tÝn hiÖu ra tØ lÖ theo mét nghÜa nµo ®ã víi ®¹i l­îng ®o. Mét thiÕt bÞ ®o gåm hai thµnh phÇn c¬ b¶n lµ c¶m biÕn vµ chuyÓn ®æi ®o chuÈn. Mét c¶m biÕn thùc hiÖn chøc n¨ng tù ®éng c¶m nhËn ®¹i l­îng quan t©m cña qu¸ tr×nh kü thuËt vµ biÕn ®æi thµnh mét tÝn hiÖu. §Ó cã thÓ truyÒn ®i xa vµ sö dông ®­îc trong thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn hoÆc dông cô chØ b¸o, tÝn hiÖu ra tõ c¶m biÕn cÇn ®­îc khuÕch ®¹i, ®iÒu hoµ vµ chuyÓn ®æi sang d¹ng thÝch hîp. Mét bé chuyÓn ®æi ®o chuÈn lµ mét bé chuyÓn ®æi ®o mµ cho ®Çu ra lµ mét tÝn hiÖu chuÈn. b) ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn: ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn hay bé ®iÒu khiÓn lµ mét thiÕt bÞ tù ®éng thùc hiÖn chøc n¨ng ®iÒu khiÓn, lµ thµnh phÇn cèt lâi cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt. Trªn c¬ së c¸c tÝn hiÖu ®o vµ mét s¸ch l­îc ®iÒu khiÓn ®­îc lùa chän, bé ®iÒu khiÓn thùc hiÖn thuËt to¸n ®iÒu khiÓn vµ ®­a ra c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó can thiÖp trë l¹i qu¸ tr×nh nhiÖt th«ng qua c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh. Tuú theo d¹ng tÝn hiÖu vµo ra vµ ph­¬ng ph¸p thÓ hiÖn luËt ®iÒu khiÓn, mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn cã thÓ lµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t­¬ng tù, thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic hoÆc thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè. c) ThiÕt bÞ chÊp hµnh: Mét hÖ thèng/thiÕt bÞ chÊp hµnh nhËn tÝn hiÖu tõ bé ®iÒu khiÓn vµ thùc hiÖn t¸c ®éng tíi biÕn ®iÒu khiÓn. C¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh th­êng dïng trong ®iÒu khiÓn c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt vµ c¸c van ®iÒu khiÓn, ®éng c¬ m¸y nÐn, m¸y b¬m, qu¹t giã, ®éng c¬ servo. Th«ng qua c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh mµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã thÓ can thiÖp vµo diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh nhiÖt. Mét thiÕt bÞ chÊp hµnh bao gåm hai thµnh phÇn c¬ b¶n lµ c¬ së chÊp hµnh hay c¬ cÊu dÉn ®éng vµ phÇn tö ®iÒu khiÓn. C¬ cÊu chÊp hµnh cã nhiÖm vô chuyÓn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn thµnh n¨ng l­îng, trong khi phÇn tö ®iÒu khiÓn can thiÖp trùc tiÕp vµo biÕn ®iÒu khiÓn. Trªn ®©y ®· giíi thiÖu vÒ c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh . Tõ ®©y, cÇn ph¶i m« h×nh ho¸ ®èi t­îng cña c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt trong hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng. 2.4. M« h×nh ho¸ ®èi t­îng ®iÒu khiÓn: T«i xin ®­îc ®­a ra m« h×nh kiÓu P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) cña c¸c qu¸ tr×nh nh­ sau: tn1r, wn1r OAH Dßng n­ícl¹nh Dßng kh«ng khÝ TC tn1v tkkv,wkkv tkkr Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt BiÕn ®iÒu khiÓn tn1v tn1r wnlr tkkr wkkv tkkv BiÕn ra kh«ng cÇn ®iÒu khiÓn BiÕn ra cÇn ®iÒu khiÓn 2.4.1 Qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh nhiÖt ®é t¹i OAH vµ AHU: lµ nh­ nhau lªn cã m« h×nh t­¬ng ®­¬ng nhau nh­ sau: H×nh 2.3 - S¬ ®å c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh nhiÖt ®é t¹i OAH Nh­ h×nh vÏ ta thÊy, trong qu¸ tr×nh nhiÖt cã hai biÕn ra lµ tnlr vµ tkkr. Tuy nhiªn theo yªu cÇu cña qu¸ tr×nh th× biÕn cÇn ®iÒu khiÓn chÝnh lµ tkkr. Víi bèn biÕn vµo lµ tkkv, wkkv, tn1v vµ wn1r th× cã biÕn wnr1 chÝnh lµ biÕn ®iÒu khiÓn cho qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt nµy, c¸c biÕn cßn l¹i nh­ tkkv, wkkv, tn1v lµ nhiÔu cña qu¸ tr×nh. §èi víi AHU, thay v× sö dông biÕn cÇn ®iÒu khiÓn lµ tkkr b»ng c¸ch sö dông mét ®¹i l­îng kh¸c lµ nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ håi tkkh tõ phßng trë vÒ AHU. Víi c¸ch nµy c¸c ¶nh h­ëng cña nhiÔu sÏ ¶nh h­ëng tíi møc tèi ®a. Bªn c¹nh ®ã, ®Ó h¹n chÕ nhiÔu, ng­êi ta cè g¾ng duy tr× wkkv lµ h»ng sè b»ng c¸ch ®Æt vÞ trÝ c¸c damper cè ®Þnh, qu¹t ®­îc sö dông lµ lo¹i mét cÊp tèc ®é t¹i c¶ OHA vµ AHU. Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt BiÕn ®iÒu khiÓn tn1v tn1r wn1r tkkr wkkv tkkv BiÕn ra kh«ng cÇn ®iÒu khiÓn Phßng cÇn ®iÒu hoµ Hoµ trén khÝ tkkt tkkh BiÕn cÇn ®iÒu khiÓn Tãm l¹i, trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn OAH th× vÊn ®Ò cÇn quan t©m ®ã lµ mèi quan hÖ gi÷a l­u l­îng n­íc l¹nh ra wn1r vµ nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ t­¬i tkktr sau khi ®i qua OAH . Cßn ®èi víi AHU, vÊn ®Ò lµ mèi quan hÖ gi÷a l­u l­îng n­íc l¹nh ra wn1r vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ håi tõ phßng håi vÒ tkkh. H×nh 2.4 - S¬ ®å c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh nhiÖt ®é t¹i AHU 2.4.2 §iÒu khiÓn n¨ng suÊt m¸y nÐn: Theo yªu cÇu cña qu¸ tr×nh th× biÕn cÇn ®iÒu khiÓn lµ nhiÖt ®é cña n­íc l¹nh khi ra khái b×nh bay h¬i tnr, biÕn ®iÒu khiÓn lµ l­u l­îng cña m«i chÊt l¹nh ®i qua m¸y nÐn wgv. C¸c biÕn kh¸c nh­: nhiÖt ®é n­íc l¹nh vµo tnv, l­u l­îng n­íc l¹nh qua b×nh bay h¬i wnv hay wnr, ¸p suÊt cña n­íc l¹nh tr­íc khi vµo b×nh bay h¬i pnv, nhiÖt ®é bay h¬i cña m«i chÊt tgv (hay nhiÖt ®é cña m«i chÊt t¹i ®Çu hót hoÆc ¸p suÊt bay h¬i cña m«i chÊt) lµ c¸c nhiÔu cña qu¸ tr×nh. M« h×nh qu¸ tr×nh nh­ h×nh 2.5. tgv,wgv tgr,wgr tnr,wnr tnv,wnv, pnv H×nh 2.5 – S¬ ®å cña qu¸ tr×nh lµm l¹nh n­íc 2.5. C¸c hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn t­¬ng øng: Trong thùc tÕ cã rÊt nhiÒu kiÓu ®iÒu hoµ kh«ng khÝ, t­¬ng øng víi nã lµ cã rÊt nhiÒu hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ. Trong giíi h¹n cña ®å ¸n nµy, t«i sÏ ®­a ra mét sè hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ tiªu biÓu ®­îc øng dông nhiÒu trong thùc tÕ vµ c¸ch ®iÒu khiÓn t­¬ng øng cña hÖ thèng ®iÒu hoµ ®ã. 2.5.1. HÖ thèng ®iÒu hoµ côc bé: a) CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng: HÖ thèng ®iÒu hoµ côc bé gåm hai lo¹i chÝnh lµ m¸y ®iÒu hoµ cöa sæ vµ m¸y ®iÒu hoµ t¸ch n¨ng suÊt l¹nh ®Õn 7 kW (24.000 Btu/h). §©y th­êng c¸c lo¹i m¸y nhá, viÖc b¶o d­ìng söa ch÷a dÔ dµng, tuæi thä kh«ng cao nh­ng cã ®é tin cËy lín, gi¸ thµnh rÎ, thÝch hîp víi c¸c phßng vµ c¸c c¨n hé nhá. Trong phÇn nµy, t«i xin tr×nh bµy vÒ lo¹i m¸y ®iÒu hoµ t¸ch hai côm hai chiÒu. Nh­ ®· biÕt, m¸y ®iÒu hoµ lo¹i cã hai phÇn t¸ch rêi nhau: phÇn trong nhµ (Indoor Unit – IU) vµ phÇn ngoµi nhµ (Outdoor Unit – OU). Bé phËn chñ yÕu cña phÇn trong nhµ IU gåm cã: giµn trao ®æi nhiÖt (ë chÕ ®é lµm l¹nh lµ giµn bay h¬i, ë chÕ ®é b¬m nhiÖt lµ giµn ng­ng tô), qu¹t giã ly t©m, läc bôi vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. PhÇn ngoµi nhµ OU gåm: giµn trao ®æi nhiÖt, qu¹t giã (kiÓu däc trôc) vµ lèc m¸y (m¸y nÐn). Trªn c¸c m¸y lo¹i m¸y nµy èng mao sÏ ®­îc l¾p thay cho viÖc l¾p van tiÕt l­u (nh­ h×nh vÏ 2.6). H×nh 2.6 - S¬ ®å nguyªn lý m¸y ®iÒu hoµ hai côc C¸c giµn l¹nh (Indoor) cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau tuú thuéc vµo kiÓu d¸ng cña nã nh­ng ®Òu cã chung c¸c bé phËn chÝnh: giµn trao ®æi nhiÖt, qu¹t giã, b¬m th¶i n­íc ng­ng (cã thÓ kh«ng), thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn tõ xa (cã thÓ lµ lo¹i cã d©y hoÆc kh«ng d©y). CÊu t¹o cña giµn trao ®æi nhiÖt cña giµn nãng (Outdoor) còng bao gåm:giµn trao ®æi nhiÖt, qu¹t h­íng trôc, m¸y nÐn. Ngoµi ra, ®èi víi lo¹i hai côc hai chiÒu cßn cã thªm mét van ®¶o chiÒu, nã cã t¸c dông thay ®æi chiÒu chuyÓn ®éng cña m«i chÊt l¹nh ®Ó ch¹y chÕ ®é nãng. b) Nguyªn lý lµm viÖc cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn: HÖ thèng ®iÒu khiÓn cña m¸y ®iÒu hoµ lo¹i nµy ®­îc nhµ s¶n xuÊt chÕ t¹o thµnh mét b¶ng main, c¸c chÕ ®é ®Æt cña m¸y ®­îc nhµ s¶n xuÊt quy ®Þnh vµ khã cã thÓ can thiÖp vµo ®ã. Nã kh«ng t¸ch biÖt râ rµng gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch ®éng lùc. ViÖc ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh cña m¸y ®iÒu hoµ th«ng qua ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh cña m¸y nÐn vµ ®iÒu chØnh tèc ®é cña qu¹t ly t©m theo hai hoÆc ba cÊp tèc ®é. Trong lo¹i m¸y nµy, viÖc ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh cña m¸y nÐn lµ ®iÒu chØnh theo chÕ ®é hai vÞ trÝ “ON – OFF”, th«ng qua r¬le nhiÖt ®é vµ r¬le ¸p suÊt kÕt hîp víi tÝn hiÖu ®­a vÒ cña c¶m biÕn nhiÖt ®é ®Æt t¹i ®­êng håi cña kh«ng khÝ trong phßng, sÏ ®­a ra tÝn hiÖu ®ãng, c¾t trùc tiÕp tiÕp ®iÓm ®iÖn hai hoÆc nhiÒu cùc. Trong viÖc ®iÒu chØnh, tÝn hiÖu ®­a ra ®Ó ®iÒu khiÓn ®· ®­îc tÝnh to¸n th«ng qua b¶ng m¹ch ghÐp nèi s½n do nhµ s¶n xuÊt chÕ t¹o chØ ®Ó thùc hiÖn mét sè thuËt to¸n ®· ®Þnh tr­íc, phï hîp víi yªu cÇu ®iÒu chØnh vµ an toµn cña m¸y nµy. §Ó chuyÓn chÕ ®é lµm l¹nh sang chÕ ®é lµm Êm, mét tÝn hiÖu ®iÖn sÏ ®­îc t¸c ®éng ®Õn van ®¶o chiÒu lµm cho piston trong van chuyÓn ®éng ®Õn mét vÞ trÝ míi lµm cho dßng m«i chÊt chuyÓn ®éng theo chiÒu ng­îc l¹i, thay ®æi sang chÕ ®é míi. Trong lo¹i m¸y nµy, viÖc b¶o vÖ m«t¬ m¸y nÐn, m«t¬ qu¹t còng th«ng qua c¸c m¹ch b¶o vÖ. Trong viÖc b¶o vÖ qu¹t th× ng­êi ta dïng mét bé ®iÒu nhiÖt trong m¸y. Bé nµy ®­îc g¾n vµo cuén d©y cña m«t¬ qu¹t. Khi cuén d©y nãng lªn kh«ng b×nh th­êng v× m«t¬ qu¹t bÞ kho¸ l¹i hay sù cè qu¸ t¶i nµo ®ã, mét l¸ l­ìng kim trong bé ®iÒu nhiÖt ®­îc kÝch ho¹t nhê sù t¨ng cao nhiÖt ®é cuén d©y vµ ng¾t nguån ®iÖn. ViÖc nµy gióp ng¨n ngõa nhiÖt ®é t¨ng cao kh«ng b×nh th­êng cña cuén d©y vµ tr¸nh ®­îc cuén d©y bÞ ch¸y. Mét sè lo¹i cã l¾p cÇu ch× víi chøc n¨ng t­¬ng tù cho bé ®iÒu nhiÖt. M¹ch b¶o vÖ m«t¬ m¸y nÐn: h¹n chÕ dßng ®iÖn qu¸ lín, g©y tæn h¹i ®Õn m«t¬, ch¹y qua m¹ch b»ng mét r¬le qu¸ dßng trong c¸c tr­êng hîp: m¸y nÐn khëi ®éng ngay sau khi võa ngõng m¸y, m¸y nÐn ch¹y qu¸ t¶i, ng¾n m¹ch hoÆc khëi ®éng qu¸ l©u. Bªn c¹nh ®ã, ®èi víi c¸c m¸y l¹nh cã m¸y nÐn kiÓu r«to, trªn ®­êng håi cña m¸y nÐn cßn l¾p thªm mét b×nh t¸ch láng nhá ®Ó tr¸nh m¸y nÐn hót ph¶i láng, g©y va ®Ëp thuû lùc cho m¸y nÐn. 2.5.2. HÖ thèng ®iÒu hoµ ®Æc chñng Trong phÇn nµy t«i sÏ giíi thiÖu vÒ hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ trªn «t« vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cña nã. a) Cấu tạo chung: Nói chung, một hệ thống điều hoà không khí trên ôtô về cơ bản có cấu tạo không khác nhiều so với một hệ thống điều hoà dân dụng hiện nay. Điểm khác biệt lớn nhất là: động cơ của ôtô vừa dùng để vận hành vừa là nguồn động lực được sử dụng để vận hành hệ thống điều hoà. Bên cạnh đó, do vận hành trong điều kiện chịu nhiều rung động khi ôtô chạy và khoang máy có nhiệt độ cao, chật hẹp nên hệ thống đường ống, các thiết bị được chế tạo đặc biệt với cách lắp đặt khác biệt. Điện được sử dụng cho điều hoà ôtô là điện 1 chiều (với xe từ 12 chỗ trở xuống DC 12V, xe từ 24 chỗ trở lên DC 24V). Một hệ thống điều hoà ôtô bao gồm hai phần: Hệ thống làm lạnh: + Máy nén: dùng loại máy nén hở + Giàn ngưng tụ: được lắp ở trước két làm mát nước (ôtô con) hoặc hai bên thân xe (với xe khách) + Bình chứa/bộ hút ẩm/fil lọc + Mắt ga: thường được lắp cùng với bình chứa/bộ hút ẩm + Cụm làm mát: giàn bay hơi, mô tơ quạt và quạt, van tiết lưu Van tiết lưu: thường dùng van tiết lưu cân bằng trong Giàn bay hơi: được lắp cùng với quạt gió Quạt: thường dùng kiểu ly tâm Hệ thống sưởi: + Van nước: nằm trên vòng tuần hoàn nước làm mát của động cơ + Két sưởi: có cấu tạo gần giống giàn bay hơi + Quạt gió: gồm mô tơ và cánh quạt. . H×nh 2.7 - Hệ thống sưởi H×nh 2.8 - Hệ thống lạnh Bên cạnh những bộ phận trên còn có các loại cảm biến, các bộ phận điều khiển, bộ phận chấp hành của bộ điều khiển và một phần rất quan trọng đó là hệ thống phân phối gió. b)Nguyên lý hoạt động: Khi bật nút A/C (hoạt động chế độ làm lạnh), thermosat (Rơ le khống chế nhiệt độ) chỉ màu xanh (cool) có điện cấp vào khớp điện từ của máy nén, dẫn ®éng máy nén với động cơ. Nhờ động cơ ôtô dẫn động, máy nén của hệ thống điều hoà quay, ga của hệ thống lạnh ở thể hơi, áp suất thấp (với ôtô từ 1996 về trước sử dụng ga R12) (với ôtô từ 1997 về sau sử dụng ga R134a) được hút từ giàn bay hơi về máy nén. Tại đây, ga nhiệt độ thấp và áp suất thấp được nén thành ga nhiệt độ cao và áp suất cao ở thể hơi. Sau đó ga được làm mát tại giàn ngưng tụ nhờ quạt làm mát (dùng chung quạt với két nước làm mát) hoặc hệ thống quạt riêng (với xe khách từ 24 chỗ ngồi trở lên). Cuối giàn ngưng tụ ga ở thể lỏng áp suất cao tiếp tục qua bình chứa/bộ hút ẩm/fil lọc, mắt ga. Ga lỏng áp cao đã được làm sạch chảy đến van tiết lưu giảm áp thành ga lỏng áp suất thấp. Ga tiếp tục đi vào giàn bay hơi, thực hiện quá trình trao đổi nhiệt. Quá trình này diễn ra như sau: nhờ quạt, không khí trong ôtô chuyển động qua lưới lọc thành không khí sạch trao đổi nhiệt với giàn bay hơi (trong đường ống của giàn bay hơi ga lỏng bay hơi và thu nhiệt bên ngoài) làm nhiệt độ giảm xuống và nhờ chính quạt này phun lại vào ôtô. Ga lỏng sau khi trao đổi nhiệt với không khí tại giàn bay hơi sẽ được hút về máy nén và tiếp tục chu trình tiếp theo. Khi hoạt động ở chế độ sưởi, nút A/C sẽ được tắt hoặc máy nén sẽ được tách ra khỏi động cơ do khớp điện từ không có điện. Lúc này thermosat chỉ màu đỏ (heat) sẽ có điện vào van điện từ. Van này có tác dụng đóng, mở van nước khi không, có điện. Vì vậy nước làm mát động cơ qua van nước đi vào két sưởi. Tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa nước nóng và không khí. Thông qua quạt lượng không khí đã hút từ trong xe qua két sưởi và quay trở lại ôtô với nhiệt độ cao. Nước làm mát sau khi qua két sưởi sẽ quay trở lại động cơ để tiếp tục quá trình tiếp theo. Các quá trình trên được minh hoạ bởi các hình ở 2.9 c) HÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiªt ®é: Trên ôtô hiện nay phổ biến hai hệ thống điều khiển: Loại điều khiển bằng bộ khuếch đại và loại điều khiển bằng bộ vi xử lý. Trong giới hạn của đồ án, nguyên lý hoạt động của loại điều khiển bằng bộ khuếch đại với bộ phận điều khiển chính là điều khiển nhiệt độ sẽ được đề cập đến. H×nh 2.9 - Sơ đồ nguyªn lý hoạt động Một bộ điều khiển nói chung bao giờ cũng bao gồm những phần chính: Cảm biến, bộ điều khiển và bộ phận chấp hành. Các cảm biến có tác dụng nhận biết sự thay đổi nhiệt độ bên trong và bên ngoài; sự toả nhiệt của mặt trời. Các loại cảm biến được sử dụng trên ôtô chủ yếu là loại cảm biến nhiệt điện trở và cảm biến điốt quang học. Bộ phận chấp hành: môtơ bộ thổi khí, máy nén và các động cơ môtơ servo (dùng để dịch chuyển các cánh gió). Các hệ thống điều khiển trong loại khuếch đại A/C hoạt động bằng cách gạt các cần điều khiển và bật các công tắc đặt trên các bảng điều khiển điều khiển. Cần điều khiển nhiệt độ: được gạt bằng tay để đặt nhiệt độ trong xe theo ý muốn. Công tắc tự động đặt chế độ thổi khí: công tắc này cho phép chế độ thổi khí thay đổi tự động giữa FACE và BI – LEVEL, BI – LEVEL và FOOT tương ứng với nhiệt độ khí thổi. Cấu tạo: như trong hình vẽ 2.10 . H×nh 2.10 – S¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é Hoạt động: H×nh 2.11 - Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ Các cảm biến, trừ cảm biến mặt trời được mắc nối tiếp vào bộ khuếch đại hệ thống. Trong đó: R2: Biến trở thay đổi theo nhiệt độ đặt trước (tín hiệu nhiệt độ đặt trước) Rpo: Điện trở của chiết áp (tín hiệu vị trí cánh điều khiển hoà trộn khí) R1 Rr: Điện trở của cảm biến nhiệt độ trong xe (tín hiệu nhiệt độ trong xe) Ram: Điện trở của cảm biến nhiệt độ khí môi trường (tín hiệu nhiệt độ môi trường) Sự thay đổi của các điện trở này được đưa vào bộ khuếch đại hệ thống như những thay đổi về điện áp(Vi). Với Vi là sự sụt áp xảy ra trên R1 tạo bởi Vo, Vo do bộ khuếch đại hệ thống tạo ra, chia bởi R1 và R2. Vì vậy, Vi thay đổi khi điện trở R1 (Rpo + Rr + Ram) hay R2 thay đổi. Mối liên kết giữa Vi và Vo cho phép bộ khuếch đại dẫn động môtơ servo điều khiển hoà trộn khí. Khi nhiệt độ đặt trước và nhiệt độ trong xe bằng nhau: R1 và R2 gần bằng nhau. Vi ≈ ½Vo. Do đó, bộ khuếch đại vi sai sẽ gửi một điện áp thấp đến bộ khuếch đại chuyển đổi 1 và 2, và môtơ servo điều khiển hoà trộn khí được giữ ở tình trạng hiện thời. Khi nhiệt độ trong xe thấp hơn nhiệt độ đặt trước: Điều này xảy ra khi nhiệt độ đặt cao hơn, kết quả là làm giảm R2, hay khi nhiệt độ bên trong xe giảm xuống dưới nhiệt độ đặt trước, kết quả là tăng Rr. Trong các trường hợp trên, R2 trở nên nhỏ hơn R1, kết quả là làm Vi trở nên lớn hơn 1/2Vo, do vậy cho phép bộ khuếch đại vi sai phát hiện ra sự thay đổi này ( có nghĩa là Vi trở nên lớn hơn 1/2Vo). Bộ khuếch đại vi sai sau đó cấp điện “H” (cao) đến bộ khuếch đại chuyển đổi 2 và “L” (thấp) đến bộ khuếch đại chuyển đổi 1. Điều này sẽ dẫn động môtơ servo điều khiển hoà trộn khí (với dòng điện chạy theo hướng từ dưới lên), môtơ sẽ quay cánh điều khiển hoà trộn khí đến “L” (thấp) để tăng tỷ lệ của luồng khí đi qua bộ sưởi ấm, vì vậy tăng được nhiệt độ khí thổi vào. Điều này làm giảm Rpo (điện trở của chiết áp gắn với cánh điều khiển hoà trộn khí), làm giảm dần dần Vi cho đến khi môtơ servo điều khiển hoà trộn khí ngừng hoạt động. Hoàn toàn ngược lại cho trường hợp nhiệt độ trong xe cao hơn nhiệt độ đặt trước. 2.5.3. HÖ thèng ®iÒu hoµ dïng m¸y l¹nh kiÓu Water Chiller a) Giíi thiÖu vÒ hÖ thèng ®iÒu hoµ dïng m¸y l¹nh kiÓu Water Chiller: HÖ thèng ®iÒu hoµ trung t©m n­íc lµ hÖ thèng sö dông n­íc l¹nh kho¶ng 70 C ®Ó lµm l¹nh ®Ó lµm l¹nh kh«ng khÝ qua c¸c giµn trao ®æi nhiÖt FCU vµ AHU. HÖ ®iÒu hoµ trung t©m n­íc chñ yÕu gåm cã: M¸y lµm l¹nh n­íc (Water Chiller) th­êng tõ 120 C xuèng 70 C HÖ thèng èng dÉn n­íc l¹nh HÖ thèng n­íc gi¶i nhiÖt C¸c giµn trao ®æi nhiÖt ®Ó lµm l¹nh hoÆc s­ëi Êm b»ng n­íc nãng FCU hoÆc AHU HÖ thèng giã t­¬i, giã håi, vËn chuyÓn vµ ph©n phèi kh«ng khÝ HÖ thèng tiªu ©m vµ gi¶m ©m HÖ thèng läc bôi, thanh trïng vµ triÖt khuÈn cho kh«ng khÝ Bé röa khÝ HÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é, ®é Èm phßng, ®iÒu chØnh giã t­¬i, giã håi vµ ph©n phèi kh«ng khÝ, ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh vµ ®iÒu khiÓn còng nh­ b¸o hiÖu vµ b¶o vÖ hÖ thèng 1-Côm Chiller; 2- Th¸p gi¶i nhiÖt; 3- B¬m n­íc l¹nh; 4- B¬m n­íc gi¶i nhiÖt; 5- AHU; 6-FCU; 7- B×nh gi·n në vµ cÊp n­íc bæ sung H×nh 2.12 - S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng ®iÒu hoµ lµm l¹nh b»ng n­íc §Æc ®iÓm cña c¸c thiÕt bÞ chÝnh: Côm Chiller: Côm Chiller lµ thiÕt bÞ quan träng nhÊt cña hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ kiÓu lµm l¹nh n­íc. Nã ®­îc sö dông ®Ó lµm l¹nh chÊt t¶i l¹nh láng. Trong ®iÒu hoµ kh«ng khÝ sö dông ®Ó lµm l¹nh kh«ng khÝ tíi kho¶ng 70 C. ë ®©y n­íc ®ãng vai trß lµ chÊt t¶i l¹nh. Nã bao gåm c¸c thiÕt bÞ sau: M¸y nÐn: Cã rÊt nhiÒu d¹ng nh­ng ë c¸c hÖ thèng lín vµ rÊt lín lo¹i m¸y nÐn ®­îc sö dông th­êng lµ lo¹i trôc vÝt vµ tua bin kiÓu ly t©m. ThiÕt bÞ ng­ng tô: Tuú thuéc vµo h×nh thøc gi¶i nhiÖt mµ thiÕt bÞ ng­ng tô lµ b×nh ng­ng tô hay giµn ng­ng. NÕu gi¶i nhiÖt b»ng n­íc th× hÖ thèng cßn cã thªm th¸p gi¶i nhiÖt vµ b¬m n­íc gi¶i nhiÖt. Trªn thùc tÕ, ng­êi ta hay sö dông gi¶i nhiÖt b»ng n­íc do tÝnh æn ®Þnh vµ hiÖu qu¶ cao. B×nh bay h¬i: B×nh bay h¬i th­¬ng sö dông lµ lo¹i b×nh bay h¬i èng vá kiÓu ngËp vµ b×nh bay h¬i èng chïm m«i chÊt s«i trong èng. B×nh bay h¬i ®­îc bäc c¸ch nhiÖt vµ duy tr× nhiÖt ®é kh«ng ®­îc d­íi 70 C nh»m ng¨n ngõa n­íc ®ãng b¨ng g©y næ vì b×nh HÖ thèng n­íc l¹nh: Tuú theo c¸ch bè trÝ ®­êng èng mµ cã thÓ ph©n ra thµnh hÖ thèng hai ®­êng èng, hÖ thèng håi ng­îc, hÖ thèng ba èng, hÖ thèng bèn èng. HÖ thèng n­íc gi¶i nhiÖt: gåm cã th¸p gi¶i nhiÖt, b¬m n­íc gi¶i nhiÖt vµ hÖ thèng ®­êng èng n­íc tuÇn hoµn tõ b×nh ng­ng tíi th¸p vµ ng­îc l¹i. Xu h­íng hiÖn nay lµ sö dông n­íc lµm m¸t tuÇn hoµn víi th¸p gi¶i nhiÖt. H×nh 2.13 - Th¸p gi¶i nhiÖt cña RINKI. C¸c AHU, FCU: VÒ FCU: C¸c FCU lµ c¸c giµn trao ®æi nhiÖt èng xo¾n cã qu¹t, n­ícl¹nh (hoÆc n­íc nãng) ch¶y trong èng xo¾n, kh«ng khÝ ®i qua phÝa ngoµi. §Ó t¨ng c­êng ®é trao ®æi nhiÖt phÝa kh«ng khÝ, ng­êi ta bè trÝ c¸nh t¶n nhiÖt b»ng nh«m.Nh­ng lo¹i FCU cã nh­îc ®iÓm lµ kh«ng cã cöa lÊy giã t­¬i. Gièng nh­ giµn bay h¬i, FCU còng cã rÊt nhiÒu lo¹i nh­ treo t­êng, tñ t­êng, ®Æt sµn, giÊu t­êng… H×nh sau giíi thiÖu cÊu t¹o cña mét FCU giÊu trÇn. H×nh 2.14 – CÊu t¹o cña mét lo¹i FCU VÒ AHU: Gièng nh­ FCU còng lµ c¸c giµn trao ®æi nhiÖt nh­ng cã n¨ng suÊt l¹nh lín h¬n ®Ó sö dông cho c¸c phßng lín, cã cöa lÊy giã t­¬i, cã c¸c bé phËn läc khÝ, röa khÝ, gia nhiÖt ®Ó cã thÓ ®iÒu chØnh vµ khèng chÕ chÝnh x¸c nhiÖt ®é còng nh­ ®é Èm t­¬ng ®èi cña kh«ng khÝ thæi vµo phßng. AHU cã qu¹t ly t©m cét ¸p cao ®Ó cã thÓ l¾p víi hÖ thèng èng giã lín. AHU cã hai lo¹i lµ lo¹i kh« (cßn gäi lµ lo¹i kÝn) vµ lo¹i ­ít (lo¹i hë). ë lo¹i kh«, n­íc vµ kh«ng khÝ trao ®æi nhiÖt qua giµn èng cã c¸nh. ë lo¹i ­ít, kh«ng khÝ vµ n­íc l¹nh trao ®æi nhiÖt Èm trùc tiÕp khi phun n­íc l¹nh vµo kh«ng khÝ. ë hÖ thèng ®iÒu hoµ dïng AHU hoÆc FCU kiÓu kh« gäi lµ hÖ n­íc kÝn cã b×nh d·n në. H×nh 2.15 - CÊu t¹o bªn trong cña mét lo¹i AHU b) HÖ thèng ®iÒu khiÓn: Trong ch­¬ng 1 ®· giíi thiÖu vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ lµm l¹nh b»ng Water Chiller t¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng, trong phÇn nµy t«i chØ ®­a thªm phÇn ®iÒu khiÓn cña th¸p gi¶i nhiÖt mµ t¹i hÖ thèng ®ã kh«ng sö dông. §iÒu khiÓn c«ng suÊt cña th¸p gi¶i nhiÖt [14]: §iÒu khiÓn qu¹t lµ ph­¬ng ph¸p th«ng th­êng ®Ó gi¶m c«ng suÊt cña th¸p víi viÖc ®iÒu chØnh nhiÖt ®é n­íc cÊp b×nh ng­ng trong thêi tiÕt m¸t mÎ. Mét van bypass cña th¸p còng ®­îc sö dông cho viÖc giíi h¹n nhiÖt ®é n­íc lµm m¸t khi kh«ng ®iÒu khiÓn qu¹t (h×nh 2.16). §iÒu khiÓn l­îng giã b»ng c¸c c¸nh ®iÒu chØnh l­u l­îng giã hoÆc tèc ®é cña qu¹t. Qu¹t cã nhiÒu cÊp ®æi tèc ®é sÏ hiÖu qu¶ h¬n qu¹t hai cÊp tèc ®é khi ®iÒu chØnh c«ng suÊt cña th¸p gi¶i nhiÖt. KÕt hîp c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn sÏ ®­a l¹i hiÖu qu¶ tèt nhÊt. H×nh 2.16 - Mét c¸ch ®iÒu khiÓn n¨ng suÊt th¸p gi¶i nhiÖt T¹i ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng, ng­êi ta tÝnh to¸n, l¾p ®Æt th¸p gi¶i nhiÖt vµ cho nã lu«n ho¹t ®éng ë chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nhiÖt nhÊt cña m¸y nÐn. Nãi c¸ch kh¸c, th¸p gi¶i nhiÖt cã tèc ®é qu¹t, l­u l­îng n­íc lµ kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. NhiÖt ®é lµm viÖc cña th¸p ®­îc giíi h¹n trong kho¶ng(70 C ¸350 C) lu«n ®¶m b¶o nhiÖt ®é cña n­íc lµm m¸t c¶ khi mïa ®«ng hay mïa hÌ. Trong ch­¬ng nµy ®· nªu ®­îc c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trong mét sè c¸c hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ. Trong ch­¬ng tiÕp theo sÏ ®­a ra c¸c kh¸i niÖm vÒ bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh PLC và giíi thiÖu vÒ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PLC S7 -300 cña Siemens - bé ®iÒu khiÓn ®­îc sö dông thiÕt kÕ míi. Ch­¬ng 3 Bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh – PLC Giíi thiÖu ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PLC S7 – 300 cña h·ng Siemens Trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn, c¸c bé ®iÒu khiÓn ®ãng vai trß nh­ tr¸i tim cña hÖ thèng, ®©y lµ n¬i ®­a ra c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn dùa trªn c¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn ®· ®­îc ®Þnh tr­íc. V× vËy, ®Ó x©y dùng mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn míi dùa trªn bé ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC cña Siemens ta cÇn ®i t×m hiÓu râ vÒ bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh vµ thiÕt bÞ PLC cña Siemens. Tõ ®ã, x©y dùng ®­îc c¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c nhÊt. Néi dung cña ch­¬ng nµy ®­îc chia thµnh hai phÇn chÝnh: Bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh – PLC: Giíi thiÖu tæng quan vÒ bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh – PLC, cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng, c¬ chÕ ho¹t ®éng vµ xö lý tÝn hiÖu trªn PLC, lËp tr×nh cho PLC, lùa chän h·ng s¶n xuÊt.[4] Giíi thiÖu thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PLC S7 – 300 cña h·ng Siemens: Giíi thiÖu chi tiÕt h¬n vÒ module CPU cña S7 – 300, cÊu tróc bé nhí cña CPU vµ ng«n ng÷ lËp tr×nh cho PLC S7 – 300.[8] A. Bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh -PLC: 3.1. Tæng quan vÒ PLC: 3.1.1. Kh¸i niÖm chung vÒ PLC: PLC (Programmable Logic Controller) lµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic lËp tr×nh ®­îc, lµ lo¹i thiÕt bÞ cho phÐp thùc hiÖn linh ho¹t c¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn sè th«ng qua mét ng«n ng÷ lËp tr×nh, thay cho viÖc ph¶i thÓ hiÖn thuËt to¸n ®ã b»ng m¹ch sè hoÆc m¹ch t­¬ng tù. Nh­ vËy víi ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn trong m×nh, PLC trë thµnh mét bé ®iÒu khiÓn sè nhá gän dÔ thay ®æi thuËt to¸n vµ ®Æc biÖt dÔ trao ®æi th«ng tin víi m«i tr­êng xung quanh (víi c¸c PLC kh¸c hoÆc víi m¸y tÝnh). Toµn bé ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®­îc l­u tr÷ trong bé nhí cña PLC d­íi d¹ng khèi ch­¬ng tr×nh vµ ®­îc thùc hiÖn theo chu tr×nh vßng quÐt. 3.1.2. CÊu tróc chung cña PLC NÕu xÐt PLC d­íi d¹ng c¸c khèi chøc n¨ng, th× PLC ®­îc chia thanh ba khèi chøc n¨ng c¬ b¶n: Bé xö lý, bé nhí vµ khèi vµo/ra [4]. Bé nhí ch­¬ng tr×nh Khèi vi xö lý trung t©m + HÖ ®iÒu hµnh Timer Counter BÝt cê Bé ®Öm vµo/ra CPU Cæng vµo/ra onboard Cæng ng¾t vµ ®Õm tèc ®é cao Qu¶n lý ghÐp nèi Bus cña PLC H×nh 3.1 – S¬ ®å nguyªn lý cña mét PLC H×nh 3.1 m« t¶ s¬ ®å nguyªn lý cña mét PLC. Nh­ h×nh vÏ ta thÊy, mét PLC bao gåm c¸c phÇn sau: Bé nhí ch­¬ng tr×nh: ®Ó chøa toµn bé ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cña PLC. Khèi vi xö lý trung t©m + hÖ ®iÒu hµnh: lµ bé n·o cña PLC, nã thùc hiÖn tÊt c¶ c¸c c«ng viÖc tÝnh to¸n vµ lµ nÒn ®Ó c¸c ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn. Bé ®Öm vµo/ra: lµ mét phÇn cña bé nhí cã t¸c dông nhËn d÷ liÖu tõ cæng vµo sè vµ göi d÷ liÖu tõ CPU ®Õn cæng ra sè. (CPU – Bé vi xö lý – Central Processing Unit). Cæng ng¾t vµ ®Õm tèc ®é cao, bit cê, bé ®Õm, Timer, Couter: lµ nh÷ng khèi ®­îc chØ ®¹o b»ng phÇn mÒm ch­¬ng tr×nh dïng ®Ó trî gióp CPU trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. C¸c cæng vµo/ra sè vµ t­¬ng tù: lµ n¬i nhËn hoÆc göi tÝn hiÖu sè hoÆc t­îng tù. Qu¶n lý ghÐp nèi: lµ phÇn cøng chuyªn dïng ®Ó qu¶n lý viÖc trao ®æi th«ng tin víi m«i tr­êng xung quanh (víi PLC kh¸c hoÆc víi m¸y tÝnh). Bus cña PLC lµ hÖ thèng ®­êng dÉn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, tÝn hiÖu d÷ liÖu vµ nguån nu«i. Tr¹ng th¸i ngâ vµo cña PLC ®­îc ph¸t hiÖn vµ l­u vµo bé nhí ®Öm, PLC thùc hiÖn c¸c lÖnh logic trªn c¸c tr¹ng th¸i cña chóng vµ th«ng qua ch­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ngâ ra ®­îc cËp nhËt vµ l­u vµo bé nhí ®Öm. Sau ®ã, tr¹ng th¸i ngâ ra trong bé nhí ®Öm ®­îc dïng ®Ó ®ãng/më c¸c “tiÕp ®iÓm“ kÝch ho¹t c¸c thiÕt bÞ t­¬ng øng. Sù ho¹t ®éng cña c¸c thiÕt bÞ ®­îc ®iÒu khiÓn hoµn toµn tù ®éng theo ch­¬ng tr×nh trong bé nhí. Ch­¬ng tr×nh ®­îc n¹p vµo PLC th«ng qua c¸c thiÕt bÞ chuyªn dïng. 3.2. CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña PLC: §Ó thiÕt kÕ, thay thÕ, b¶o tr×, b¶o d­ìng c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®­îc linh ho¹t, c¸c h·ng s¶n xuÊt PLC ®Òu thiÕt kÕ kh«ng cøng ho¸ chóng mµ ®­îc chia thµnh c¸c phÇn nhá cã chøc n¨ng riªng rÏ gäi lµ module. Mçi h·ng cã nh÷ng lo¹i module kh¸c nhau nh­ng vÒ nguyªn t¾c, trong mét h·ng ph¶i cã c¸c module sau: Module nguån cÊp (Power Supply – PS) Module xö lý trung t©m (Central Processing Unit – CPU) C¸c module vµo/ra (Input/Output module – I/O) Module ghÐp nèi C¸c module chuyªn dïng Module truyÒn th«ng trong m¹ng HÖ thèng Rack chuÈn vµ gi¸ ®ì ®Ó g¸ l¾p c¸c module. HÖ thèng c¸c BUS ®Þa chØ, BUS ®iÒu khiÓn, BUS sè liÖu, BUS nguån. 3.2.1. Module nguån cÊp: §©y lµ bé nguån cung cÊp cã d¶i ®iÖn ¸p vµo rÊt réng (85¸260 VAC). §Çu ra cña nguån lµ tÝn hiÖu ®iÖn 24 VDC chuÈn cung cÊp cho c¸c module cña PLC. 3.2.2. Module xö lý trung t©m (module CPU): a. NhiÖm vô: Thùc hiÖn nhiÖm vô qu¶n lý, ®iÒu khiÓn tÊt c¶ c¸c module cña bé ®iÒu khiÓn thuéc module CPU ®ã, th«ng qua c¸c Bus vµ module qu¶n lý (IM module cña PLC). b. CÊu t¹o: H×nh vÏ 3.2 Module nµy bao gåm c¸c thµnh phÇn sau: 1 bé vi xö lý 1 bé nhí trong RAM (Ramdom Access Memory) Bit cê, c¸c bé thêi gian (Timer), c¸c bé ®Õm (Counter) Khèi chøc n¨ng tiªu chuÈn (phôc vô ho¹t ®éng cña hÖ thèng nh­: Nh©n, chia, m· ho¸,… Chç chøa bé nhí phô. Cæng cho bé lËp tr×nh, khèi giao tiÕp Bus cña m¹ng LAN nèi vµo PLC. Víi c¸c PLC hiÖn ®¹i cã riªng module giao tiÕp m¹ng hç trî cho chuÈn Ethernet, TCP/IP. Dßng S7 – 300 cña h·ng Siemens cã c¸c lo¹i CPU chÝnh sau: CPU312, CPU314, CPU 315. Bé nhí ch­¬ng tr×nh CPU Bé ®Öm vµo/ra Timer Khèi vi xö lý trung t©m + HÖ ®iÒu hµnh Counter BÝt cê Bus cña PLC H×nh 3.2 – Nguyªn lý chung vÒ cÊu t¹o cña PLC Bé nhí ch­¬ng tr×nh trong CPU cã c¸c d¹ng sau: Lµ bé nhí trong cña PLC, lµ n¬i l­u ch­¬ng tr×nh sö dông cho c¸c ho¹t ®éng ®iÒu khiÓn, d­íi sù kiÓm tra cña bé vi xö lý. C¸c PLC ®Òu dïng c¸c lo¹i bé nhí nh­: ROM (Read Only Memory - Bé nhí cè ®Þnh, cã néi dung ghi s½n chØ ®Ó ®äc ra): Th«ng tin trong m¹ch kh«ng bÞ mÊt khi nguån ®iÖn nu«i cho m¹ch. RAM (Random Access Memory – Bé nhí kh«ng cè ®Þnh, bé nhí ghi/®äc) th«ng tin ghi trong m¹ch bÞ mÊt khi mÊt nguån nu«i cho m¹ch. Trong PLC th­êng sö dông 2 lo¹i RAM lµ RAM d÷ liÖu vµ RAM ch­¬ng tr×nh. RAM ch­¬ng tr×nh lµ n¬i l­u ch­¬ng tr×nh lËp tr×nh cña ng­êi dïng vµo ®ã, ch­¬ng tr×nh nµy cã thÓ thay ®æi hoÆc xo¸ bá tuú ý. §ã lµ mét thuËn lîi, tuy nhiªn khi nguån nu«i bÞ mÊt th× néi dung trong RAM còng bÞ mÊt theo. V× vËy, RAM nµy ®­îc duy tr× viÖc l­u ch­¬ng tr×nh b»ng mét nguån nu«i lµ pin. §Æc biÖt ng­êi ta cßn l¾p thªm mét Super Capacitor ®Ó b¶o vÖ ch­¬ng tr×nh kh«ng bÞ mÊt khi thay pin. C¸c tô nµy cã kh¶ n¨ng lµm nguån nu«i cho RAM trong kho¶ng 20 phót. EEPROM (Electronic Erasable Programmable Read Only Memory- Bé nhí chØ cã thÓ xo¸ vµ lËp tr×nh ®­îc) lµ bé nhí phô trong PLC, lµ c¸c ROM cã thÓ ®­îc lËp tr×nh, sau ®ã ®­îc th­êng tró trong ROM. Ngoµi ra, PLC cÇn thªm bé nhí RAM cho c¸c chøc n¨ng kh¸c nh­: Bé ®Öm ®Ó l­u tr¹ng th¸i cña ngâ vµo vµ ngâ ra, bé nhí t¹m cho t¸c vô ®Þnh thêi gian, t¸c vô ®Õm, truy xuÊt cê. Ch­¬ng tr×nh ®­îc lËp tr×nh vµ n¹p vµo bé nhí theo 2 c¸ch: C¸c lÖnh cña ch­¬ng tr×nh ®­îc ®­a tuÇn tù vµo bé nhí ch­¬ng tr×nh cña m¸y lËp tr×nh PG qua bµn phÝm hoÆc cña m¸y PC. Sau ®ã ®­îc ®­a vµo bé nhí phô (EPROM hoÆc EEPROM). Ch­¬ng tr×nh trong bé nhí ®­îc ®­a vµo trong RAM cña PLC. PG hoÆc PC ®­îc nèi trùc tiÕp víi cæng giao tiÕp cña PLC, ch­¬ng tr×nh ®­îc so¹n th¶o trªn PG vµ PC sau ®ã ®­îc ®æ vµo RAM cña PLC. §iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn nhê nóm ‘‘Copy’’ ë CPU. c) Ho¹t ®éng: Ngay sau khi PLC ®­îc cung cÊp nguån, ho¹t ®éng cña nã ®­îc khëi ®éng l¹i theo chÕ ®é khëi ®éng cøng hoÆc tuú vµo vÞ trÝ cña bé chän chÕ ®é ë CPU. Khëi ®éng cøng diÔn ra qu¸ tr×nh sau: Reset cê, bé ®Õm, bé thêi gian, bé ®Öm vµo/ra KiÓm tra c¸c Byte vµo/ra cña nh÷ng module vµo/ra. Khëi ®éng mÒm th× chu kú ho¹t ®éng cña PLC ®­îc kh«i phôc l¹i t¹i thêi ®iÓm tr­íc khi ng¾t. §ång thêi sÏ thùc hiÖn c¸c viÖc sau: Reset bé ®Öm vµo/ra KiÓm tra c¸c Byte vµo ra cña nh÷ng module vµo/ra. Trong PLC, bé xö lý thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh theo chu tr×nh vßng quÐt. Ch­¬ng tr×nh l­u gi÷ trong bé nhí cña PLC ®­îc xö lý tõ ®Çu chu tr×nh ®Õn khi kÕt thóc chu tr×nh vßng quÐt víi thêi gian lµ Tvq = Tlµm viÖc. Gi¸ trÞ cña Tvq phô thuéc vµo tèc ®é xö lý tÝn hiÖu cña tõng lo¹i CPU kh¸c nhau vµ phô thuéc vµo ®é lín cña toµn bé ch­¬ng tr×nh cÇn xö lý. Khi b¾t ®Çu mét chu tr×nh vßng quÐt, bé xö lý ®äc tÊt c¶ c¸c tr¹ng th¸i cña c¸c tÝn hiÖu trªn ®Çu vµo sè vµ l­u gi÷ chóng trong bé ®Öm vµo. Bé xö lý sÏ ®äc tr¹ng th¸i tÝn hiÖu tõ bé ®Öm vµo ®èi víi ®Çu vµo sè vµ ®äc trùc tiÕp tÝn hiÖu t­¬ng tù trªn cæng vµo t­¬ng tù råi xö lý lÇn l­ît c¸c lÖnh. §Þa chØ cña tõng « nhí l­u gi÷ lÖnh ®­îc trá ®Õn b»ng mét bé ®Öm ®Þa chØ bªn trong bé xö lý. Bé xö lý t¨ng gi¸ trÞ cña bé ®Õm nµy lªn mét ®¬n vÞ tr­íc khi ®äc lÖnh tiÕp theo. KÕt qu¶ cña viÖc xö lý c¸c lÖnh lµ c¸c tÝn hiÖu ra, nÕu tÝn hiÖu ra lµ sè th× tr¹ng th¸i hiÖn t¹i cña tÝn hiÖu nµy ®­îc l­u gi÷ t¹m thêi vµo bé ®Öm ra, cßn nÕu tÝn hiÖu ra lµ t­¬ng tù th× nã sÏ ®­îc göi trùc TruyÒn th«ng vµ kiÓm tra néi bé ChuyÓn d÷ liÖu tõ cæng vµo tíi I Thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh ChuyÓn d÷ liÖu tõ Q tíi cæng ra tiÕp ®Õn cæng ra vËt lý. Khi chu kú kÕt thóc, c¸c kÕt qu¶ tÝn hiÖu ra lµ sè sÏ ®­îc chuyÓn tõ bé ®Öm ®Õn c¸c cæng ra sè vËt lý (sÏ ®­îc nãi râ h¬n ë phÇn sau). H×nh 3.3 – Vßng quÐt ch­¬ng tr×nh 3.2.3. C¸c module vµo/ra (Input/Output module): Lµ n¬i nhËn hoÆc göi c¸c tÝn hiÖu vµo vµ ra b»ng sè hoÆc t­¬ng tù. C¸c module vµo/ra hiÖn t¹i ®­îc s¶n xuÊt ®Òu cã ®Ìn b¸o ®èi víi tõng ®èi tõng ®Çu vµo hoÆc ra, nghÜa lµ khi mét cæng nµo ®ã nhËn hoÆc göi tÝn hiÖu th× ®Ìn b¸o cho cæng ®ã ph¸t s¸ng. Cã rÊt nhiÒu lo¹i module vµo/ra kh¸c nhau nh­ng chóng ®­îc chia thµnh c¸c lo¹i sau: Module vµo sè (DI: Digital Input), sè l­îng c¸c cæng ra më réng cã thÓ lµ: 8, 16, 32 tuú thuéc vµo tõng lo¹i module Module ra sè (DO: Digital Output), sè l­îng c¸c cæng ra më réng còng tuú thuéc vµo tõng lo¹i module, chóng cã thÓ lµ: 8, 16, hay 32 cæng ra. Module vµo/ra sè (DI/DO: Digital Input/Digital Output), sè l­îng c¸c cæng c¸c cæng vµo/ra cã thÓ lµ: 8 vµo/8 ra, hoÆc 16 vµo/16 ra hoÆc 16 vµo/8 ra. Module vµo t­¬ng tù (AI: Analog Input), vÒ b¶n chÊt chóng chÝnh lµ c¸c bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù – sè (AD) tøc lµ mçi tÝn hiÖu t­¬ng tù ®­îc chuyÓn thµnh mét tÝn hiÖu sè nguyªn. Sè c¸c cæng t­¬ng tù cã thÓ lµ 2,4 hoÆc 8 tuú tõng lo¹i module. Module ra t­¬ng tù (AO: Analog Output), chóng chÝnh lµ nh÷ng bé chuyÓn ®æi sè – t­¬ng tù (DA), sè c¸c cæng ra t­¬ng tù còng tuú thuéc vµo tõng lo¹i module chóng cã thÓ lµ 2, 4 hoÆc 8 cæng ra. Module vµo/ra t­¬ng tù (AI/AO: Analog Input/Analog Output), sè c¸c cæng vµo/ra t­¬ng tù cã thÓ lµ 4 vµo/2 ra, hoÆc 4 vµo/4 ra tuú tõng lo¹i module. C¸c module vµo/ra ®­îc chia thµnh nhiÒu lo¹i vµo/ra nh­ trªn nªn viÖc øng dông, lùa chän c¸c lo¹i module cho tõng bµi to¸n lµ rÊt linh ho¹t, ngoµi ra chóng cã thÓ ®­îc l¾p thªm vµ dÔ thay thÕ. §©y còng chÝnh lµ ­u ®iÓm lín cña PLC so víi c¸c bé ®iÒu khiÓn kh¸c (m¹ch t­¬ng tù, m¹ch sè…). 3.2.4 Module ghÐp nèi (Interface module – IM): §©y lµ module chuyªn dông cã nhiÖm vô nèi tõng nhãm c¸c module më réng l¹i víi nhau thµnh mét khèi ®­îc qu¶n lý chung bëi mét module CPU. Th«ng th­êng c¸c module më réng ®­îc g¸ liÒn víi nhau trªn mét thanh ®ì gäi lµ rack. Víi lo¹i CPU thuéc dßng S7 – 300 cña h·ng Siemen, trªn mçi rack chØ cã thÓ g¸ ®­îc nhiÒu nhÊt 8 module më réng (kh«ng kÓ module CPU vµ module nguån nu«i). Mét CPU thuéc dßng nµy cã thÓ lµm viÖc trùc tiÕp ®­îc víi nhiÒu nhÊt lµ 4 racks vµ c¸c module trong c¸c racks nµy ph¶i ®­îc nèi víi nhau b»ng module IM. 3.2.5. C¸c module chuyªn dïng (Function Module): Lµ c¸c lo¹i module ®­îc s¶n xuÊt ra chØ ®Ó dïng riªng cho mét chøc n¨ng nµo ®ã v× thÕ chóng cßn cã tªn lµ module chøc n¨ng chuyªn dïng.C¸c module nµy cã rÊt nhiÒu lo¹i, vÝ dô nh­: Module ®iÒu khiÓn ®éng c¬ b­íc. Module PID. Module nhËn c¶m biÕn cÆp nhiÖt ®iÖn Module nhËn c¶m biÕn nhiÖt ®é Module ®Õm tèc ®é cao… 3.2.6. Module phôc vô truyÒn th«ng trong m¹ng (Communication Module – CP): Nguån CPU IM SM CP FM Rack më réng 3 1 2 4 4 6 … 11 Slot Lµ module phôc vô truyÒn th«ng trong m¹ng gi÷a c¸c PLC víi nhau hoÆc gi÷a PLC víi PC.Nh­ vËy cÊu h×nh cña mét rack nh­ sau: H×nh 3.4– CÊu h×nh cña mét PLC 3.3. C¸c ®Æc ®iÓm kh¸c cña PLC: 3.3.1. C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña PLC: Nguån cung cÊp – c«ng suÊt cña nguån nu«i hay dßng ra. Tèc ®é xö lý – sè lÖnh xö lý ®­îc trong mét ®¬n vÞ thêi gian. Lo¹i CPU – sè cæng truyÒn th«ng, sè cæng vµo/ra onboard. Dung l­îng bé nhí ch­¬ng tr×nh. Sè l­îng cê Sè l­îng bé thêi gian vµ bé ®Õm PhÇn cøng ®ång hå ®Õm thêi gian Sè ®Çu vµo, ®Çu ra (c¶ sè vµ t­¬ng tù) lín nhÊt cã thÓ qu¶n lý. Møc ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn cho ®Çu vµo, ®Çu ra. Kh¶ n¨ng më réng Kh¶ n¨ng ghÐp nèi víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi Bé lËp tr×nh 3.3.2. Mét vµi ­u ®iÓm cña PLC: §é mÒm dÎo cao. Logic qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ®­îc thùc hiÖn b»ng ch­¬ng tr×nh chø kh«ng ph¶i b»ng d©y nèi. Nhê cã nh÷ng module ®­îc thiÕt kÕ chuÈn ho¸ mµ ng­êi ta cã kh¶ n¨ng gi¶i quyÕt hÇu hÕt c¸c vÊn ®Ò trong ®iÒu khiÓn tù ®éng mét c¸ch ®¬n gi¶n vµ thuËn tiÖn. Tèc ®é xö lý cña PLC kh¸ cao, hµng ngh×n lÖnh trong 1ms, vµ cµng ngµy tèc ®é nµy cµng ®­îc n©ng lªn. DÔ dµng sö dông, dÔ dµng ghÐp nèi vµ thay thÕ khi cã háng hãc. LËp tr×nh ®¬n gi¶n nhê sù trî gióp cña bé lËp tr×nh PG (Programmer) vµ c¸c khèi chøc n¨ng còng nh­ cña PC. DÔ dµng ch¹y thö ch­¬ng tr×nh ®Ó kiÓm tra. DÔ dµng thiÕt lËp sù trao ®æi th«ng tin víi PLC kh¸c hoÆc víi PC th«ng qua m¹ng LAN. DÔ dµng khëi ®éng. Sö dông PLC trong nh÷ng hÖ thèng ®iÒu khiÓn phøc t¹p sÏ cho ta hiÖu qu¶ kinh tÕ cao h¬n, gi¸ thµnh h¹ h¬n h¼n so víi c¸c ph­¬ng ph¸p dïng m¹ch vi xö lý. C¸c tham sè ®Æt trong ch­¬ng tr×nh d­íi d¹ng sè chÝnh x¸c vµ tin cËy h¬n so víi khi dïng c¸c ‘‘nóm xoay’’ ®Ó ®Þnh trÞ. 3.4. C¬ chÕ ho¹t ®éng vµ xö lý tÝn hiÖu trªn PLC: 3.4.1 C¬ chÕ ho¹t ®éng: HÖ thèng bus I000 Ch­ong tr×nh ®iÒu khiÓn trong RAM hay EEPROM I001 Q000 Q002 Q003 Khèi ngâ vµo Ngâ vµo Ngâ ra Khèi ngâ ra Tr¹ng th¸i ngâ vµo ®­îc l­u vµo RAM Tr¹ng th¸i RAM ngâ ra ®­îc l­u vµo khèi ngâ ra RAM ngâ vµo RAM ngâ ra Ngâ logic I0 0 I1 0 I2 1 Ngâ logic Q0 0 Q1 0 Q2 1 Logic ngâ vµo ALU Thanh ghi LD I000 000 Thanh ghi lÖnh Bé ®Õm lÖnh B­íc LÖnh 000 LD X000 001 AND X001 002 OUT Q001 … … n END Thùc hiÖn sao chÐp vµ trë vÒ ®Çu ch­¬ng tr×nh Khi ch­¬ng tr×nh ®­îc n¹p vµo PLC, chóng ®­îc ®Æt trong mét vïng nhí riªng gäi lµ bé nhí ch­¬ng tr×nh. H×nh 3.5- Xö lý tÝn hiÖu trong CPU Bé xö lý cã thanh ghi bé ®Öm lÖnh dïng ®Ó trá ®Õn lÖnh kÕ tiÕp sÏ ®­îc thi hµnh khi CPU thùc thi mét lÖnh nµo ®ã. Khi mét lÖnh ®­îc lÊy tõ CPU, nã ®­îc ®Æt vµo thanh ghi lÖnh ®Ó gi¶i m· thµnh c¸c vi lÖnh bªn trong CPU. Khi PLC ®­îc chuyÓn sang chÕ ®é ch¹y ch­¬ng tr×nh, bé ®Õm lÖnh chØ ®Õn ®Þa chØ 000, vÞ trÝ lÖnh ®Çu tiªn, nh­ h×nh 3.5. Bé xö lý lÊy lÖnh ra, gi¶i m· vµ thi hµnh lÖnh, tr­êng hîp trong h×nh lµ LD I000. Bé xö lý kiÓm tra phÇn tö ®Çu tiªn cña m¹ch logic, c«ng t¾c th­êng më vµ ngâ vµo I000. Tr¹ng th¸i cña ngâ vµo ®­îc gi÷ trong bé ®Öm ngâ vµo. V× vËy, CPU sÏ quÐt bé nhí RAM vµ ghi tr¹ng th¸i I000 vµo bé nhí t¹m. Sau ®ã, bé ®Õm ch­¬ng tr×nh sÏ tù ®éng t¨ng gi¸ trÞ lªn 1 ®Ó chØ ®Õn lÖnh kÕ tiÕp, AND I001 vµ thùc hiÖn lÖnh nµy. Bé xö lý l¹i tiÕp tôc quÐt RAM ngâ vµo ®Ó biÕt tr¹ng th¸i cña I001, thùc hiÖn lÖnh logic AND cho I001 vµ I001 vµ l­u kÕt qu¶ t¹m thêi. KÕ tiÕp, bé ®Õm ch­¬ng tr×nh t¨ng lªn ®Õn gi¸ trÞ 0003, lÖnh OUT Q000 ®­îc thi hµnh vµ CPU chuyÓn kÕt qu¶ logic cña t¸c vô tr­íc ®ã, t¸c vô I000 AND I001, vµo RAM cho ngâ ra Q000. Ho¹t ®éng nµy cø tiÕp tôc nh­ thÕ cho ®Õn khi toµn bé ch­¬ng tr×nh ®­îc thi hµnh, tøc lµ gÆp lÖnh END; vµ bé ®Õm ch­¬ng tr×nh ®­îc l¾p ®Æt l¹i gi¸ trÞ 000, ch­¬ng tr×nh ®­îc thi hµnh (quÐt) l¹i tõ ®Çu, nghÜa lµ theo chu kú liªn tôc. Bé ®Õm ch­¬ng tr×nh cã thÓ t¨ng mét kho¶ng gi¸ trÞ (kh«ng t¨ng 1 nh­ th­êng lÖ) do lËp tr×nh b»ng lÖnh nh¶y (lÖnh JMP), v× thÓ ®o¹n ch­¬ng tr×nh nh¶y qua sÏ kh«ng ®­îc thùc hiÖn. 3.4.2. Ph­¬ng ph¸p xö lý tÝn hiÖu: Cã hai ph­¬ng ph¸p xö lý tÝn hiÖu vµo/ra trªn PLC: cËp nhËt liªn tôc vµ xö lý mét khèi. a) Ph­¬ng ph¸p cËp nhËt liªn tôc: Trong ph­¬ng ph¸p nµy, CPU mÊt mét kho¶ng thêi gian ®Ó ®äc tr¹ng th¸i cña c¸c ngâ vµo sÏ ®­îc xö lý. Kho¶ng thêi gian trªn th­êng lµ 3 ms, nh»m tr¸nh t¸c ®éng xung nhiÔu g©y bëi c«ng t¾c ngâ vµo. C¸c ngâ ra ®­îc kÝch trùc tiÕp theo sau t¸c vô kiÓm tra logic. Tr¹ng th¸i c¸c ngâ ra ®­îc chèt trong khèi ngâ ra nªn tr¹ng th¸i cña chóng ®­îc duy tr× cho ®Õn lÇn cËp nhËt kÕ tiÕp. b) Ph­¬ng ph¸p xö lý mét khèi: Tr­êng hîp nµy th­êng øng dông cho c¸c PLC lo¹i lín, cã hµng tr¨m ngâ vµo/ra ®Ó tr¸nh thêi gian quÐt toµn bé qu¸ tr×nh qu¸ lín. §Ó thùc thi ch­¬ng tr×nh nhanh h¬n, viÖc cËp nhËt tr¹ng th¸i ngâ vµo vµ ra cã thÓ ®­îc thùc hiÖn t¹i mét thêi ®iÓm ®Æc biÖt nµo ®ã trong qu¸ tr×nh xö lý ch­¬ng tr×nh. ë ®©y mét vïng nhí RAM ®­îc dïng nh­ vïng nhí ®Öm gi÷a CPU (thùc hiÖn c¸c logic ®iÒu khiÓn) víi khèi vµo/ra. Trong khi l­u tr¹ng th¸i c¸c ngâ vµo/ra vµo RAM, CPU quÐt khèi ngâ vµo vµ l­u tr¹ng th¸i cña chóng vµo RAM. T¸c vô nµy ®­îc thùc hiÖn vµo ®Çu vµ cuèi chu kú quÐt ch­¬ng tr×nh. Khi ch­¬ng tr×nh ®­îc thùc hiÖn, tr¹ng th¸i cña c¸c ngâ vµo ®· l­u trong RAM ®­îc ®äc ra. C¸c t¸c vô logic ®­îc thùc hiÖn theo c¸c tr¹ng th¸i trªn vµ kÕt qu¶ tr¹ng th¸i cña c¸c ngâ ra ®­îc l­u vµo RAM ngâ ra. Sau ®ã, vµo cuèi chu kú quÐt, qu¸ tr×nh cËp nhËt tr¹ng th¸i vµo/ra chuyÓn tÊt c¶ tÝn hiÖu ngâ ra tõ RAM vµo khèi ngâ ra t­¬ng øng, kÝch c¸c ngâ ra trªn khèi vµo/ra. Khèi ngâ ra ®­îc chèt nªn chóng vÉn duy tr× tr¹ng th¸i cho ®Õn khi chóng ®­îc cËp nhËt ë chu kú quÐt kÕ tiÕp. T¸c vô cËp nhËt tr¹ng th¸i vµo/ra trªn ®­îc tù ®éng thùc hiÖn bëi CPU b»ng mét ®o¹n ch­¬ng tr×nh con ®­îc lËp tr×nh s½n bëi nhµ s¶n xuÊt. Nh­ vËy, ch­¬ng tr×nh con sÏ thùc hiÖn tù ®éng vµo cuèi chu kú quÐt hiÖn hµnh vµ ®Çu chu kú quÐt kÕ tiÕp vµ do ®ã tr¹ng th¸i cña c¸c ngâ vµo/ra ®­îc cËp nhËt. 3.5. LËp tr×nh cho PLC: LËp tr×nh cho PLC tøc lµ sö dông bé lËp tr×nh hoÆc m¸y PC ®Ó thiÕt lËp ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn th«ng qua mét ng«n ng÷ nµo ®ã, råi ch­¬ng tr×nh nµy sÏ ®­îc ®æ vµo bé nhí cña PLC vµ ®­îc thùc hiÖn theo chu tr×nh vßng quÐt. VËy nªn trong phÇn lËp tr×nh cho PLC sÏ ®Ò cËp ®Õn c¸c vÊn ®Ò sau: Bé lËp tr×nh. Ng«n ng÷ lËp tr×nh. 3.5.1. Bé lËp tr×nh: Cã hai kiÓu lµ dïng: m¸y lËp tr×nh PG hoÆc m¸y tÝnh PC. a) M¸y lËp tr×nh PG (Programmer): §©y lµ bé lËp tr×nh tiªu chuÈn cã kÕt cÊu gän nhÑ vµ hoµn toµn t­¬ng thÝch víi m¸y tÝnh c¸ nh©n PC. Nã ®­îc dïng ®Ó lËp tr×nh c¸c ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn, kiÓm tra vµ khëi ®éng c¸c bé PLC. C¸c m¸y lËp tr×nh nµy cã thÓ ho¹t ®éng theo hai chÕ ®é: ChÕ ®é nèi víi PLC: Ch­¬ng tr×nh ®­îc t¹o ra, kiÓm tra vµ söa lçi trong PG sau ®ã ®­îc chuyÓn vµo RAM cña PLC th«ng qua c¸p nèi c¸c cæng nèi tiÕp RS442/232 hoÆc RS 485 gi÷a chóng (Chó ý: C¸c module CPU ph¶i ®­îc khai b¸o ®Þa chØ MPI). ChÕ ®é kh«ng nèi PLC: Ch­¬ng tr×nh còng ®­îc t¹o ra vµ söa lçi trªn PG sau ®ã ®­îc l­u gi÷ trªn ®Üa mÒm hoÆc ®Üa cøng mµ kh«ng cÇn c¸p nèi gi÷a PLC vµ PG. Khi muèn ®­a ch­¬ng tr×nh vµo PLC ta sÏ chuyÓn ch­¬ng tr×nh vµo bé nhí phô EEPROM, EPROM cña PLC. C¸c th«ng sè kü thuËt ®Æc tr­ng cña PG: Bé vi xö lý CPU Dung l­îng bé nhí sö dông Dung l­îng æ ®Üa cøng Bµn phÝm Mµn h×nh Giao diÖn song song cho m¸y in Giao diÖn nèi tiÕp Nguån cung cÊp: pin kh« dù tr÷. b) Dïng PC ®Ó lËp tr×nh cho PLC: Do PC kh¶ n¨ng hç trî ®å ho¹ m¹nh, bé nhí RAM cã dung l­îng lín, CPU cã tèc ®é cao vµ gi¸ thµnh ngµy cµng h¹ nªn nã rÊt phï hîp víi viÖc lËp tr×nh cho PLC. Khi sö dông PC ®Ó lËp tr×nh cho PLC th× vÊn ®Ò cÇn l­u ý lµ truyÒn th«ng gi÷a hai thiÕt bÞ nµy. Trªn c¸ CPU cña c¸c h·ng hiÖn nay th­êng cã cæng truyÒn th«ng RS232 hoÆc RS485, ngoµi ra cßn cã c¸c module truyÒn th«ng riªng. VÒ phÇn PC th× ph¶i cã c¸c card t­¬ng øng ®Ó kÕt nèi. 3.5.2. Ng«n ng÷ lËp tr×nh cho PLC: Ng«n ng÷ lËp tr×nh cho tõng lo¹i PLC do c¸c h·ng chÕ t¹o viÕt riªng cho lo¹i PLC cña hä. Ng­êi thiÕt kÕ sö dông ng«n ng÷ lËp tr×nh ®Ó so¹n th¶o, söa ®æi vµ ch¹y ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn. Cã ba ph­¬ng ph¸p c¬ b¶n lËp tr×nh cho PLC: Ph­¬ng ph¸p gi¶n ®å h×nh thang (ladder diagram) viÕt t¾t “ LAD ”. Ph­¬ng ph¸p “ h×nh khèi” (Function block diagram) viÕt t¾t “FBD”. Ph­¬ng ph¸p liÖt kª lÖnh (statement list) viÕt t¾t “ STL” (cßn cã thÓ gäi lµ ng«n ng÷ Intruction). a) Ph­¬ng ph¸p ladder Diagram (LAD): LAD lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh b»ng ®å ho¹ cho phÐp nhËp ch­¬ng tr×nh cã d¹ng nh­ mét s¬ ®å m¹ch ®iÖn logic, phÇn mÒm lËp tr×nh sÏ biªn dÞch c¸c ký hiÖu logic trªn thµnh m· m¸y vµ l­u vµo bé nhí PLC. LAD lµ lo¹i ng«n ng÷ ®· ®­îc tiªu chuÈn ho¸ ë ph¹m vi quèc tÕ v× thÓ tÊt c¶ c¸c h·ng chÕ t¹o PLC ph¶i tu©n thñ theo tiªu chuÈn nµy. Start I0.0 Stop I0.1 §éng c¬ Q0.0 §Ó lµm vÝ dô c¸ch lËp tr×nh theo ph­¬ng ph¸p nµy ta xÐt m¹ch ®iÖn ®¬n gi¶n sau: H×nh 3.6 – S¬ ®å m¹ch ®iÖn ®¬n gi¶n ®ãng më mét ®éng c¬ Gi¶ sö ®éng c¬ ®iÖn (Q0.0) cã hai nót Ên: Start (I0.0) ®Ó khëi ®éng ®éng c¬. Stop (I0.1) ®Ó dõng ®éng c¬ Ta thÊy r»ng nÕu Ên: Start th× ®éng c¬ ch¹y Stop th× ®éng c¬ dõng §©y lµ vÝ dô ®¬n gi¶n nh»m gióp ta tiÕp cËn mét c¸ch nhanh vµ tæng qu¸t vÒ c¸ch lËp tr×nh theo ph­¬ng ph¸p LAD, tõ ®ã cã thÓ lËp nh÷ng ch­¬ng tr×nh lín h¬n. ë ph­¬ng ph¸p LAD c¸c bé PLC nãi chung ®Òu ®Þnh nghÜa: Nót th­êng më Start ë h×nh trªn lµ Nót th­êng ®ãng Stop ë h×nh trªn lµ §éng c¬ lµ ( ) Nh­ vËy dïng ph­¬ng ph¸p Ladder logic (theo S7 – 300) ®Ó viÕt ch­¬ng tr×nh khëi ®éng ®éng c¬ trªn th× ta viÕt nh­ sau: Q0.0 I0.1 I0.0 ( ) Q0.0 H×nh 3.7 – S¬ ®å lËp tr×nh kiÓu LAD Theo gi¶n ®å nµy khi Ên nót Start tiÕp ®iÓm th­êng më I0.0 ®ãng l¹i, ®­êng nguån tõ phÝa bªn tr¸i qua tiÕp ®iÓm th­êng ®ãng I0.1 lµm ®éng c¬ cã ®iÖn. TiÕp ®iÓm Q0.0 lµ tiÕp ®iÓm tù duy tr× v× khi Ên Start xong th¶ tay ra nã sÏ trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu lµ th­êng më. b)Ph­¬ng ph¸p Function block diagram (FBD): Ph­¬ng ph¸p nµy còng gÇn gièng víi ph­¬ng ph¸p LAD, sö dông kiÒu ng«n ng÷ ®å ho¹ ®Ó lËp tr×nh vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn logic thÝch hîp, phï hîp víi ng­êi cã thãi quen thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn sè. VÝ dô víi m¹ch trªn ta sÏ cã h×nh biÓu diÔn nh­ sau: Q0.0 I0.1 I0.0 Q0.0 ³1 & H×nh 3.8 – S¬ ®å lËp tr×nh kiÓu FBD c) Ph­¬ng ph¸p statement list (STL): Lµ d¹ng ng«n ng÷ lËp tr×nh th«ng th­êng cña m¸y tÝnh. Mét ch­¬ng tr×nh ®­îc ghÐp bëi nhiÒu c©u lÖnh theo mét thuËt to¸n nhÊt ®Þnh, mçi lÖnh chiÕm mét hµng vµ ®Òu cã cÊu tróc chung “tªn lÖnh” + “to¸n h¹ng”. Ph­¬ng ph¸p nµy liÖt kª c¸c lÖnh theo mét tr×nh tù logic chÆt chÏ. Ch¼ng h¹n ë vÝ dô trªn nÕu viÕt theo ph­¬ng ph¸p STL vµ dïng tËp lÖnh cña S7- 300 th× nã ®­îc viÕt nh­ sau: LD I0.0 O Q0.0 A I0.1 = Q0.0 Trªn ®©y lµ ba kiÓu lËp tr×nh ng«n ng÷ th­êng dïng ®èi víi c¸c PLC hiÖn nay. Thùc chÊt cña c¶ ba kiÓu ng«n ng÷ LAD, STL, FBD lµ ®Òu nh»m m« t¶ m¹ch ®iÖn (Circuit – Diagram) h×nh 3.7. 3.6. C¸c b­íc x©y dùng mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn dïng PLC: Khi gÆp bµi to¸n dïng PLC ®Ó x©y dùng mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho mét c«ng nghÖ nµo ®ã ta ph¶i lÇn l­ît lµm c¸c b­íc nh­ l­u ®å trang bªn. T×m hiÓu c¸c yªu cÇu cña HT tù ®«ng ®iÒu khiÓn CT ®óng Ch¹y thö ch­¬ng tr×nh CT ®óng L­u ch­¬ng tr×nh vµo bé nhí S¾p xÕp hå s¬ - b¶n vÏ KÕt thóc Nèi tiÕp c¸c thiÕt bÞ vµo/ra víi PLC M« pháng ch­¬ng tr×nh vµ x©y dùng phÇn mÒm Phiªn dÞch s¬ ®å sang gi¶n ®å h×nh thang hoÆc ®å th× b­íc LiÖt kª c¸c ®Çu/ra cña hÖ thèng X©y dùng l­u ®å chung cña HT ®iÒu khiÓn Söa l¹i phÇn mÒm BiÕn ®æi chu¬ng tr×nh Ch¹y thö ch­¬ng tr×nh §óng §óng Sai Sai 3.7. Lùa chän h·ng s¶n xuÊt: Nh­ ®· nãi ë phÇn ®Çu, trªn thÞ tr­êng PLC ë ViÖt Nam hiÖn nay cã rÊt nhiÒu h·ng s¶n xuÊt cã tiÕng cña nhiÒu n­íc kh¸c nhau nh­: Siemens cña §øc, Rock Well cña Mü, Omron cña NhËt, Honeywell cña Mü. C¸c c«ng ty nµy ®Òu cã v¨n phßng ®¹i diÖn t¹i ViÖt Nam vµ hä lu«n s½n lßng cung cÊp c¸c dÞch vô t­ vÊn kü thuËt, giíi thiÖu vµ b¸n s¶n phÈm. Trong ®å ¸n nµy t«i chän dßng S7 – 300 cña h·ng Siemens nh»m thùc hiÖn bµi to¸n cña m×nh lµ sè ho¸ c¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh nhiÖt cña ViÖn VÖ sinh DÞch tÔ Trung ­¬ng. Së dÜ t«i chän PLC cña h·ng Siemens lµ v× nh÷ng lý do sau: VÒ chÊt l­îng, c¸c thiÕt bÞ PLC cña h·ng nµy cã chÊt l­îng tèt, ®· ®­îc thö th¸ch rÊt nhiÒu t¹i n­íc ta. Chóng ®· ®­îc l¾p ®Æt vµ lµm viÖc hiÖu qu¶ t¹i nh÷ng c«ng tr×nh lín nh­: Nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn Phó Mü 1, 2, 3; nhµ m¸y xi m¨ng Hoµng Th¹ch; nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn Ph¶ L¹i II… VÒ gi¸ c¶, PLC thuéc h·ng Siemen cã gi¸ rÎ nhÊt trong tÊt c¶ c¸c h·ng ®· cã mÆt t¹i ViÖt Nam. B. Giíi thiÖu ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PLC S7 – 300 cña h·ng Siemens: Trong phÇn A, t«i ®· nªu kh¸i qu¸t vÒ PLC, thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PLC cña Siemens nh×n chung lµ còng cã cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng gièng vËy. V× vËy trong phÇn B nµy, t«i chØ xin ®­a ra thªm mét sè vÊn ®Ò cña PLC S7-300 mµ t«i sÏ sö dông trong qu¸ tr×nh lµm ®å ¸n. C¸c vÊn ®Ò ®ã lµ: module CPU cña PLC S7-300, cÊu tróc bé nhí cña CPU, lËp tr×nh cho PLC S7 – 300, cÊu tróc cña ch­¬ng tr×nh S7-300. 3.8. Module CPU: 3.8.1.CÊu t¹o vµ ho¹t ®éng Còng gièng nh­ c¸c lo¹i PLC kh¸c, module CPU cña Siemens còng chøa bé vi xö lý, hÖ ®iÒu hµnh, bé nhí, c¸c bé thêi gian (th×), bé ®Õm, cæng truyÒn th«ng (chuÈn RS485)… vµ cã thÓ cßn mét vµi cæng vµo ra sè. Trong hä cña PLC S7-300 cã nhiÒu lo¹i module CPU kh¸c nhau. Nãi chung nã ®­îc ®Æt tªn theo bé vi xö lý cã trong nã nh­ module CPU312, module CPU314, module CPU315… Nh÷ng module cïng sö dông mét lo¹i bé vi xö lý, nh­ng kh¸c nhau vÒ cæng vµo/ra onboard còng nh­ c¸c khèi hµm ®Æc biÖt ®­îc tÝch hîp trong th­ viÖn cña hÖ ®iÒu hµnh phôc vô viÖc sö dông c¸c cæng vµo/ra onboard nµy sÏ ph©n biÖt víi nhau trong tªn gäi b»ng thªm côm ch÷ c¸i IFM (viÕt t¾t cña Intergrated Function Module). Ngoµi ra cßn cã c¸c lo¹i module CPU víi hai cæng truyÒn th«ng, trong ®ã cæng thø hai phôc vô viÖc nèi m¹ng ph©n t¸n. C¸c CPU lo¹i nµy ph©n biÖt víi c¸c lo¹i kh¸c b»ng thªm côm tõ DP (Ditributed Port). H×nh 3.10 lµ h×nh d¹ng cña mét lo¹i CPU, ®ã lµ CPU 314: Trong ®ã: C¸c ®Ìn LED b¸o tr¹ng th¸i: SF: B¸o lçi trong nhãm. Lçi trong CPU hay trong module cã kh¶ n¨ng chuÈn ®o¸n. BAFT: B¸o lçi pin. Pin hÕt ®iÖn hay kh«ng cã pin DC5V: B¸o cã 5 VDC FRCE:B¸o cã Ýt nhÊt mét ngâ vµo/ra bÞ c­ìng bøc RUN: NhÊp nh¸y khi CPU khëi ®éng, æn ®Þnh khi CPU lµm viÖc STOP: §Ìn s¸ng khi dõng, chíp chËm khi cã yªu cÇu Reset bé nhí, chíp nhanh khi ®ang Reset bé nhí. Chíp chËm khi cã yªu cÇu Reset bé nhí lµ cÇn thiÕt v× card nhí ®­îc c¾m vµo. H×nh 3.9 – H×nh d¹ng cña CPU 314 Nót chän chÕ ®é ho¹t ®éng: RUN-P: ChÕ ®é xö lý ch­¬ng tr×nh, cã thÓ ®äc vµ ghi ®­îc t­ PG RUN: ChÕ ®é xö lý ch­¬ng tr×nh, kh«ng thÓ ®äc vµ ghi ®­îc STOP: ChÕ ®é dõng, ch­¬ng tr×nh kh«ng ®­îc xö lý MRES: Chøc n¨ng Reset hÖ thèng Ng¨n ®Ó pin: Ng¨n ®Ó pin n»m d­íi n¾p, pin dïng ®Ó cung cÊp n¨ng l­îng l­u tr÷ néi dung RAM trong tr­êng hîp mÊt ®iÖn. §Çu nèi MPI: §Çu nèi dµnh cho thiÕt bÞ lËp tr×nh hay c¸c thiÕt bÞ cÇn giao tiÕp qua cæng MPI. Card nhí: Dïng ®Ó l­u néi dung ch­¬ng tr×nh mµ kh«ng cÇn dïng pin trong tr­êng hîp mÊt ®iÖn. Trang sau lµ b¶ng tãm t¾t c¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña c¸c CPU thuéc dßng S7 – 300. SIMATIC S7- 300 CPU312 IMF CPU313 CPU 314IMF CPU314 CPU315 CPU315 IMF CPU316 CPU318 -2DP -Bé nhí lµm viÖc cho ch­¬ng tr×nh vµ sè liÖu. 1 c©u lÖnh =3bytes(typ) 6 kbyte/typ 2 klÖnh 12kbyte/typ 4klÖnh 24kbyte/typ 8klÖnh 48kbyte/typ 16klÖnh 64kbyte/typ 21klÖnh 128kbyte/typ 42klÖnh 512kbyte/typ 84klÖnh -Thêi gian lµm viÖc cho 1klÖnh nhÞ ph©n Tõ 0.6 2ms 0.6 2ms 0.3 0.6ms 0.3 0.6ms 0.3 0.6ms 0.1ms -BÝt nhí 1024 2048 2048 2048 2048 8192 -Bé ®Öm 32 64 64 64 64 512 -Bé ®Þnh thêi 64 128 128 128 128 512 -§Çu vµo vµ ®Çu ra sè Max144/16 tÝch hîp s½n Max128/0 tÝch hîp s½n Max 548(512)1/36 (0)1 tÝch hîp s½n Max1024/0 tÝch hîp s½n Max1024/0 tÝch hîp s½n Max1024/0 tÝch hîp s½n -§Çu vµo vµ ®Çu ra t­¬ng tù Max32/0 tÝch hîp s½n Max32/0 tÝch hîp s½n Max69/5 tÝch hîp s½n Max128/0 tÝch hîp s½n Max128/0 tÝch hîp s½n Max128/0 tÝch hîp s½n -ThiÕt bÞ giao diÖn ng­êi – m¸y ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ -Giao diÖn truyÒn th«ng MPI-kh¶ n¨ng kÕt nèi ®a ®iÓm MPI MPI MPI PROFBUS - DP(2) MPI MPI PROFBUS - DP -M¹ng lµm viÖc AS-Giao diÖn PROFBUS Ind.Ethernet AS-Giao diÖn PROFBUS Ind.Ethernet AS-Giao diÖn PROFBUS Ind.Ethernet AS-Giao diÖn PROFBUS Ind.Ethernet AS-Giao diÖn PROFBUS Ind.Ethernet AS-Giao diÖn PROFBUS Ind.Ethernet -§ång hå thêi gian thùc TÝch hîp s½n TÝch hîp s½n TÝch hîp s½n TÝch hîp s½n ¨ = cã thÓ sö dông/cã s½n (1) = CPU 314 = Kh«ng thÓ sö dông/kh«ng cã s½n (2) = CPU 315 – 2DP 3.8.2. GhÐp gi÷a module CPU víi c¸c module kh¸c: B×nh th­êng, mét CPU cã thÓ kÕt nèi víi 8 module më réng kh«ng kÓ module nguån vµ module IM, riªng víi mét sè CPU lo¹i CPU 314 hoÆc CPU 315 cã thÓ më réng ®Õn 32 khèi vµo/ra. Më réng lªn ®Õn 4 gi¸ ®ì (racks), mçi rack cã tèi ®a 8 module vµo/ra (h×nh 3.10). H×nh 3.10 Rack 0 chøa c¸c khèi nguån, CPU, khèi IM vµ c¸c module më réng. C¸c rack cßn l¹i chøa khèi IM, c¸c module më réng vµ chóng cã thÓ cã khèi nguån hoÆc kh«ng cã khèi nguån tuú thuéc vµo lo¹i IM. C¸c r·nh tõ 1 ®Õn 3 lµ c¸c r·nh ®­îc chØ ®Þnh th­êng trùc, tøc lµ r·nh nµo quy ®Þnh g¾n víi module nguån nµo, nÕu kh«ng cã module th× module ®ã ®Ó trèng. Khi l¾p c¸c module më réng trªn c¸c thanh rack, tuú theo vÞ trÝ cña nã mµ c¸c module sÏ cã nh÷ng ®Þa chØ kh¸c nhau. H×nh 3.11 vµ 3.12 sÏ tr×nh bµy quy t¾c x¸c ®Þnh ®Þa chØ cho module më réng phô thuéc vµo vÞ trÝ l¾p ®Æt cña nã. 656 ¸ 671 640 ¸ 655 IM nhËn 672 ¸ 687 720 ¸ 735 704 ¸ 719 688 ¸ 703 736 ¸ 751 752 ¸ 767 528 ¸ 543 512 ¸ 527 IM nhËn 544 ¸ 559 592 ¸ 607 576 ¸ 591 560 ¸ 575 608 ¸ 623 624 ¸ 639 400 ¸ 415 384 ¸ 399 IM nhËn 416 ¸ 431 464 ¸ 479 448 ¸ 463 432 ¸ 447 480 ¸ 495 496 ¸ 511 272 ¸ 287 256 ¸ 271 IM göi 288 ¸ 303 336 ¸ 351 320 ¸ 335 304 ¸ 319 352 ¸ 367 368 ¸ 383 CPU + Nguån nu«i Rack 3 Rack 2 Rack 1 Rack 0 Slot 4¸Slot 11 H×nh 3.11 – Quy t¾c x¸c ®Þnh ®Þa chØ cho c¸c module t­¬ng tù 100.0 ¸ 103.7 96.0 ¸ 99.7 IM nhËn 104.0 ¸ 107.7 116.0 ¸ 119.7 112.0 ¸ 115.7 108.0 ¸ 111.7 120.0 ¸ 123.7 124.0 ¸ 127.7 68.0 ¸ 71.7 64.0 ¸ 67.7 IM nhËn 72.0 ¸ 75.7 84.0 ¸ 87.7 80.0 ¸ 83.7 76.0 ¸ 79.7 88.0 ¸ 91.7 92.0 ¸ 95.7 36.0 ¸ 39.7 32.0 ¸ 35.7 IM nhËn 40.0 ¸ 43.7 52.0 ¸ 55.7 48.0 ¸ 51.7 44.0 ¸ 47.7 56.0 ¸ 59.7 60.0 ¸ 63.7 4.0 ¸ 7.7 0.0 ¸ 3.7 IM göi 8.0 ¸ 11.7 20.0 ¸ 23.7 16.0 ¸ 19.7 12.0 ¸ 15.7 24.0 ¸ 27.7 28.0 ¸ 31.7 CPU + Nguån nu«i Rack 3 Rack 2 Rack 1 Rack 0 Slot 4¸Slot 11 H×nh 3.12 – Quy t¾c x¸c ®Þnh ®Þa chØ cho c¸c module sè 3.9. CÊu tróc bé nhí cña CPU Bé nhí cña S7-300 ®­îc chia lµm ba vïng chÝnh: Vïng nhí ch­¬ng tr×nh øng dông. Vïng nhí ch­¬ng tr×nh ®­îc chia thµnh 3 miÒn: OB (Organization Block): MiÒn chøa ch­¬ng tr×nh tæ chøc. FC (Function): MiÒn chøa ch­¬ng tr×nh con ®­îc tæ chøc thµnh hµm cã biÕn h×nh thøc ®Ó trao ®æi d÷ liÖu víi ch­¬ng tr×nh ®· gäi nã. FB (Function Block): MiÒn chøa ch­¬ng tr×nh con, ®­îc tæ chøc thµnh hµm vµ cã kh¶ n¨ng trao ®æi d÷ liÖu víi bÊt cø mét khèi ch­¬ng tr×nh nµo kh¸c. C¸c d÷ liÖu nµy ph¶i ®­îc x©y dung thµnh mét khèi d÷ liÖu riªng Vïng chøa tham sè cña hÖ ®iÒu hµnh vµ ch­¬ng tr×nh øng dông, ®­îc chia thµnh 7 miÒn kh¸c nhau, bao gåm: I (Process Image Input): MiÒn bé ®Öm c¸c d÷ liÖu cæng vµo sè. Tr­íc khi b¾t ®Çu thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh, PLC sÏ ®äc gi¸ trÞ logic cña tÊt c¶ c¸c cæng ®Çu vµo vµ cÊt gi÷ chóng trong vïng nhí I. Th«ng th­êng ch­¬ng tr×nh øng dông kh«ng ®äc trùc tiÕp tr¹ng th¸i logic cña cæng vµo sè mµ chØ lÊy d÷ liÖu cña cæng vµo tõ bé ®Öm I. Q (Process Image Output): MiÒn bé ®Öm c¸c d÷ liÖu cæng ra sè. KÕt thóc giai ®o¹n thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh, PLC sÏ chuyÓn gi¸ trÞ logic cña bé ®Öm Q tíi c¸c cæng ra sè. Th«ng th­êng ch­¬ng tr×nh kh«ng trùc tiÕp g¸n gi¸ trÞ tíi tËn cæng ra mµ chØ chuyÓn chóng vµo bé ®Öm Q. M: MiÒn c¸c biÕn cê. Ch­¬ng tr×nh øng dông sö dông vïng nhí nµy ®Ó l­u gi÷ c¸c tham sè cÇn thiÕt vµ cã thÓ truy cËp nã theo bit (M), byte (MB), tõ (MW), hay tõ kÐp (MD). T: MiÒn nhí phôc vô bé thêi gian (Timer) bao gåm viÖc l­u gi÷ gi¸ trÞ thêi gian ®Æt tr­íc (PV - Preset Value), gi¸ trÞ ®Õm thêi gian tøc thêi (CV – Current Value) còng nh­ gi¸ trÞ logic ®Çu ra cña bé thêi gian. C: MiÒn nhí phôc vô bé ®Õm (Counter) bao gåm viÖc l­u gi÷ gi¸ trÞ ®Æt tr­íc (PV - Preset Value), gi¸ trÞ ®Õm thêi gian tøc thêi (CV – Current Value) vµ gi¸ trÞ ®Çu ra cña bé thêi gian PI: MiÒn ®Þa chØ cæng vµo cña c¸c module t­¬ng tù (I/O External Input). C¸c gi¸ trÞ t­¬ng tù t¹i cæng vµo cña module t­¬ng tù sÏ ®­îc module ®äc vµ chuyÓn tù ®éng theo nh÷ng ®Þa chØ. Ch­¬ng tr×nh øng dông cã thÓ truy nhËp miÒn nhí PI theo tõng byte (PIB), tõng tõ (PIW) hoÆc theo tõ kÐp (PID). PQ: MiÒn ®Þa chØ cæng ra cho c¸c module t­¬ng tù (I/O External Output). C¸c gi¸ trÞ theo ®Þa chØ nµy sÏ ®­îc module t­¬ng tù chuyÓn tíi c¸c cæng ra t­¬ng tù. Ch­¬ng tr×nh øng dông cã thÓ truy nhËp miÒn nhí PQtheo tõng byte (PQB), tõng tõ (PQW) hoÆc theo tõ kÐp (PQD). Vïng chøa c¸c khèi d÷ liÖu. ®­îc chia thµnh 2 lo¹i: DB (Data Block): MiÒn chøa c¸c d÷ liÖu ®­îc tæ chøc thµnh khèi. KÝch th­íc còng nh­ sè l­îng khèi do ng­êi sö dông quy ®Þnh, phï hîp víi tõng bµi to¸n ®iÒu khiÓn. Ch­¬ng tr×nh cã thÓ truy nhËp miÒn nµy theo tõng bit (DBX), byte (DBB), tõ (DBW) hoÆc tõ kÐp (DBD). L (Local Data Block): MiÒn d÷ liÖu ®Þa ph­¬ng, ®­îc c¸c khèi ch­¬ng tr×nh OB, FC, FB tæ chøc vµ sö dông cho c¸c biÕn nh¸p tøc thêi vµ trao ®æi d÷ liÖu cña biÕn h×nh thøc víi nh÷ng khèi ch­¬ng tr×nh ®· gäi nã. Néi dung cña mét sè d÷ liÖu trong miÒn nhí nµy sÏ bÞ xo¸ khi kÕt thóc ch­¬ng tr×nh t­¬ng øng trong OB, FC, FB. MiÒn nµy cã thÓ ®­îc truy cËp tõ ch­¬ng tr×nh theo bit (L), byte (LB), tõ (LW) hoÆc tõ kÐp (LD). 3.10. LËp tr×nh cho PLC S7-300: 3.10.1. Ng«n ng÷ lËp tr×nh: Còng gièng nh­ nhiÒu dßng PLC kh¸c, dßng PLC S7 – 300 còng cã ba lo¹i ng«n ng÷ lËp tr×nh lµ: LAD, FBD, STL. Trong ®ã ng«n ng÷ STL lµ ng«n ng÷ m¹nh nhÊt, chÝnh v× thÕ mµ mét ch­¬ng tr×nh viÕt trªn LAD hoÆc FBD cã thÓ chuyÓn sang ®­îc STL, nh­ng ng­îc l¹i th× kh«ng, v× trong ng«n ng÷ STL cã mét sè lÖnh vÒ Timer, Counter nh­ng nh÷ng lÖnh nµy l¹i kh«ng cã trong LAD hoÆc FBD. Do ®ã trong ®å ¸n nµy t«i chän ng«n ng÷ STL ®Ó x©y dùng ch­¬ng tr×nh. STL LAD FBD Thùc chÊt cña viÖc lËp tr×nh lµ ph¶i thiÕt lËp mèi quan hÖ gi÷a nh÷ng ®Çu vµo vµ ®Çu ra riªng rÏ do ®ã ta cÇn ph¶i cã mét c¬ chÕ ®¸nh gi¸ ®Þa chØ theo kiÓu gîi nhí riªng cho tõng ®Çu vµo, ®Çu ra, cê. 3.10.2. §Þa chØ vµ ph­¬ng ph¸p ®¸nh ®Þa chØ: Nh­ ta ®· biÕt mét c©u lÖnh ®­îc viÕt gåm: “Tªn lÖnh” + “To¸n h¹ng”. Trong ®ã to¸n h¹ng lµ ®Þa chØ. §Þa chØ « nhí S7 – 300 gåm 2 phÇn: phÇn ch÷ vµ phÇn sè. VÝ dô: I 8.1 hoÆc PQW 303 PhÇn ch÷ phÇn sè a) PhÇn ch÷: ChØ vÞ trÝ vµ kÝch th­íc cña « nhí, chóng cã thÓ lµ: M, MB, I, Q, PIW, PIQ. MB: ChØ « nhí trong miÒn biÕn cê cã kÝch th­íc 1 byte. PIW: ChØ « nhí cã kÝch th­íc lµ 1 tõ (2bytes) thuéc vïng Pheriperal Input, th­êng lµ ®Þa chØ cæng vµo cña c¸c module t­¬ng tù. PIQ: ChØ « nhí cã kÝch th­íc lµ 1 tõ (2bytes) thuéc vïng Pheriperal Output, th­êng lµ ®Þa chØ cæng ra cña c¸c module t­¬ng tù. b) §Þa chØ phÇn sè: Lµ ®Þa chØ cña byte hoÆc bit trong miÒn nhí ®· x¸c ®Þnh. NÕu « nhí ®· ®­îc x¸c ®Þnh th«ng qua phÇn ch÷ lµ cã kÝch th­íc 1 bit th× phÇn sè sÏ gåm ®Þa chØ cña byte vµ sè thø tù cña bit trong byte ®ã, ®­îc t¸ch bëi dÊu(.). Trong vÝ dô trªn: I 8.1 // ChØ bit thø 1 trong byte thø 8 cña miÒn bé nhí ®Öm cæng vµo sè. Trong tr­êng hîp « nhí ®· ®­îc x¸c ®Þnh lµ byte, tõ hoÆc tõ kÐp th× phÇn sè sÏ lµ ®Þa chØ ®Çu tiªn trong m¶ng byte cña « nhí ®ã. Trong vÝ dô trªn: PQW 303 // ChØ « nhí cã kÝch th­íc 1 tõ gåm 2 byte: 303 vµ 304 trong miÒn ®Þa chØ cæng ra t­¬ng tù. Sè 303 lµ byte ®Çu tiªn trong tõ ®ã. Dùa trªn thø tù cña c©u lÖnh PLC sÏ xö lý c¸c c©u lÖnh cña ch­¬ng tr×nh ®óng theo tr×nh tù cña nã trong bé nhí, PLC sÏ xö lý c¸c lÖnh tõng b­íc mét. Khi bé xö lý ®· thùc hiÖn xong lÖnh cuèi cïng th× nã thiÕt lËp qu¸ tr×nh xö lý tõ lÖnh ®Çu tiªn. A I0.0 A I0.1 OR A I0.2 A I0.3 = Q 4.1 KÕt thóc ch­¬ng tr×nh B¾t ®Çu ch­¬ng tr×nh H×nh 3.13 – Nguyªn lý ho¹t ®éng cña ch­¬ng tr×nh 3.10.3 CÊu tróc ch­¬ng tr×nh cña S7-300: Ch­¬ng tr×nh cho S7-300 ®­îc l­u trong bé nhí cña PLC ë vïng dµnh riªng cho ch­¬ng tr×nh vµ cã thÓ ®­îc lËp víi hai d¹ng cÊu tróc kh¸c nhau: LËp tr×nh tuyÕn tÝnh LËp tr×nh cã cÊu tróc a) LËp tr×nh tuyÕn tÝnh: Toµn bé ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn n»m trong mét khèi trong bé nhí. Lo¹i h×nh cÊu tróc tuyÕn tÝnh nµy phï hîp víi bµi to¸n tù ®éng nhá, kh«ng phøc t¹p. Khèi ®­îc chän lµ khèi OB1, lµ khèi mµ PLC lu«n quÐt vµ thùc hiÖn c¸c lÖnh trong nã th­êng xuyªn, tõ lÖnh ®Çu tiªn ®Õn lÖnh cuèi cïng vµ quay l¹i lÖnh ®Çu tiªn. Vßng quÐt LÖnh 1 LÖnh 2 . . . . LÖnh cuèi OB1 H×nh 3.14 – S¬ ®å khèi ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn kiÓu lËp tr×nh tuyÕn tÝnh b) LËp tr×nh cã cÊu tróc: NÕu bµi to¸n phøc t¹p mµ chóng ta lËp tr×nh tuyÕn tÝnh th× m¸y sÏ xö lý chËm ch¹p vµ c«ng viÖc trë lªn bÒ bén, phøc t¹p. Chóng ta cÇn tæ chøc ch­¬ng tr×nh thµnh nh÷ng khèi chøc n¨ng, c¸c ®o¹n ch­¬ng tr×nh râ rµng, minh b¹ch. Theo chu kú vßng quÐt ch­¬ng tr