Phòng thí nghiệm điều khiển quá trình


Module 1: MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH DỊCH VỤ TRONG TÒA NHÀ - HVAC

1.     Cấu hình tổng quan hệ thống

Hệ thống thiết bị thí nghiệm cung cấp dựa trên mô hình một hệ thống điều hòa không khí và thông gió. Những công đoạn chính trong một hệ thống điều hòa không khí đã được mô hình hóa trong thiết bị đảm bảo sẽ là một giáo cụ trực quan giúp cho học viên có thể dễ dàng tiếp cận với kỹ thuật đo lường và điều khiển, cấu trúc và nguyên lý điểu khiển hệ DCS.

Toàn bộ thiết bị thí nghiệm bao gồm các phần sau:

- Hệ thống 01 máy tính có cấu hình mạnh chạy phần mềm giám sát và thiết lập tham số điều khiển. Các phần mềm được cài đặt trên máy tính cho phép học viên thực hiện thí nghiệm có thể đặt lại các chương trình, thiết lập các tham số điều khiển hệ thống, cũng như lập mới các bài thí nghiệm

- Tủ điều khiển quá trình thí nghiệm. Mọi việc điều khiển quá trình đều được thực hiện bởi tủ điều khiển. Các máy tính được kết nối với tủ điều khiển thông qua đường truyền tốc độ cao …Mọi thông tin về tốc độ gió, điện áp thiết bị gia nhiệt, nhiệt độ không khí đầu vào, nhiệt độ không khí đầu ra, nhiệt độ gia nhiệt … được gửi về máy tính. Và qua đó, thông qua máy tính học viên có thể can thiệp bằng cách đặt lại các thông số cho hệ thống.

- Mô hình quá trình công nghệ được xây dựng để đảm bảo hệ thống thí nghiệm cho phép học viên có thể quan sát trực tiếp bằng mắt thường các quá trình hoạt động của một hệ thống HVAC. Tại đây có lắp đặt các thiết bị đo giám sát các tham số hệ thống. Sơ đồ công nghệ, bản vẽ chi tiết sẽ được trình bày ở những phần sau.

 

 Hình 1 Mô hình tổng quan hệ thống “Quá trình diịch vụ trong tòa nhà - HVAC”

Bảng 1Các thiết bị trong mô hình

STT

Mô tả

Đơn vị

Số lượng

Ghi chú

1

Thiết bị điều khiển cho hệ thống

Tủ

01

 

 

Kích thước (Cao × Rộng × Sâu):

1500 × 1200 × 750

Cấp bảo vệ:

Hãng cung cấp: Siemens

Loại thiết bị: PLC S7 – 300

Các thiết bị được lắp đặt chi tiết bao gồm:

- 01 bộ CPU 313C-2DP:

+ 16 kênh vào số

+ 16 kênh ra số

- 01 Module AI8×13Bit

- 01 Module AO4×12Bit

- Biến tần Delta VFB – D 0.75kW

- Biến tần Delta VFB – D 3.7 kW

- Phụ kiện bao gồm các thiết bị phục vụ cho lắp đặt bao gồm Aptomat, Rơle, Côngtắctơ, cầu chì…

 

 

 

2

Máy tính làm nhiệm vụ giám sát và thực hiện bài thí nghiệm

Bộ

01

 

 

Máy tính được cung cấp với cấu hình mạnh và được cài đặt sẵn các phần mềm giám sát điều khiển phục vụ cho thí nghiệm, màn hình hiển thị chất lượng cao tạo điều kiện tốt nhất cho việc quan sát. Cấu hình cụ thể được sử dụng như sau :

 Kiểu CPU                                                                 Intel Core i3                                             

Bộ nhớ RAM                                                                 2 GB

Dung lượng ổ cứng                                                                 320 GB

Ổ đĩa quang                                                                 DVD 16X                                                                                                                                                                                  

Nguồn cấp                                                                 550 W

Màn hình                                                                 Asus 18.5 VH197T LED’’ Wide TFT

Loa                                                                 2 × 1W RMS

 

 

 

 

 

2G

320Gb

 

 

 

 

4

Mô hình hệ thống

Hệ

01

 

 

Kích thước (Cao × Rộng × Sâu) :

Hệ thống được cung cấp với các thiết bị :

- 01 cảm biến đo tốc độ gió

- 03 cảm biến đo độ ẩm

- 03 cảm biến nhiệt độ

- 02 bộ gia nhiệt

- 01 bộ làm lạnh

 

 

 

 

2. Mục tiêu các bài thí nghiệm:

2.1. Bài thí nghiệm 1: Chu trình lạnh nén hơi

Mục tiêu bài thí nghiệm

Bài thí nghiệm chu trình lạnh nén hơi được xây dựng nhằm mục đích mô hình hóa hoạt động của một chu trình lạnh thực tế. Qua bài thí nghiệm này, học viên có thể có được những cảm nhận trực quan về nguyên lý hoạt động của một chu trình lạnh, tính toán và đo đạc những tham số của một hệ thống HVAC như: vận tốc khí trao đổi nhiệt, nhiệt độ gia nhiệt, độ ẩm không khí, nhiệt độ không khí trước và sau giàn lạnh …

2.2 Bài thí nghiệm 2: Ổn định tốc độ quạt

2.2.1. Phạm vi khai thác bài thí nghiệm

Bài thí nghiệm sử dụng bộ điều khiển PID mềm FB41 tích hợp trong PLC S7-300, kết hợp với tín hiệu cảm biến lưu lượng (AI: 4 – 20mA) từ Sensor cảm biến tốc độ gió đưa về để điều khiển tốc độ quạt bằng biến tần với tín hiệu điều khiển (AO: 0 – 10V DC)

Bài thí nghiệm này được xây dựng thích hợp cho các học viên chuyên ngành điều khiển tự động, đo lường điều khiển, kỹ thuật điện tử.

2.2.2. Bài thí nghiệm ổn định tốc độ quạt gió

Mục tiêu bài thí nghiệm

Bài thí nghiệm giúp học viên:

- Tiếp cận những thiết bị thực tế thường sử dụng trong công nghiệp: Thiết bị cảm biến (tốc độ gió,…), thiết bị điều khiển (biến tần, van điều khiển góc mở, quạt,…).

- Phân tích quá trình hoạt động của một hệ thống HVAC và đưa ra các bài toán điều khiển quạt gió trong từng quá trình.

- Làm quen và sử dụng bộ phần mềm giám sát và điều khiển của hãng Siemens để điều khiển và giám sát quá trình hoạt động của đối tượng.

3. Các bài thí nghiệm điều khiển mở rộng

Dựa trên mô hình thiết bị đã có chúng ta có thể xây dựng thêm những bài thí nghiệm đo lường, điều khiển vòng hở, vòng kín khác như:

- Bài thí nghiệm ổn định điện áp gia nhiệt

- Bài thí nghiệm phương pháp đo và hiệu chỉnh thiết bị

3.1. Bài thí nghiệm ổn định nhiệt độ ống gia nhiệt

Bài thí nghiệm sử dụng bộ điều khiển xoay chiều xoay chiều một pha, kết hợp với tín hiệu phản hồi từ cảm biến nhiệt độ đưa về để điều khiển điện áp gia nhiệt, qua đó điều khiển nhiệt độ ống gia nhiệt

Cấu trúc điều khiển ổn định nhiệt độ sử dụng vòng đơn:

Trong cấu trúc này sử dụng một bộ điều khiển PID số được tích hợp trong PLC để điều khiển điện áp gia nhiệt còn các yếu tố khác được coi là nhiễu của hệ thống.

 

Module 2: HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN

1.     Cấu hình tổng quan hệ thống

Hệ thống thiết bị thí nghiệm cung cấp dựa trên mô hình một hệ thống trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức. Những công đoạn chính trong một hệ thống trao đổi nhiệt đã được mô hình hóa trong thiết bị đảm bảo sẽ là một giáo cụ trực quan giúp cho sinh viên hiểu rõ quá trình trao đổi nhiệt và kiểm định lại các phương thức tính toán bài toán trao đổi nhiệt trên lý thuyết.

Hệ thống có các thiết bị đo lường: nhiệt độ, lưu lượng gió, dòng điện, điện áp,.. Giúp sinh viên thể dễ dàng tiếp cận với kỹ thuật đo lường và điều khiển, cấu trúc và nguyên lý điểu khiển hệ DCS.

Toàn bộ thiết bị thí nghiệm bao gồm các phần sau :

- Hệ thống 01 máy tính có cấu hình mạnh chạy phần mềm giám sát và thiết lập tham số điều khiển. Các phần mềm được cài đặt trên máy tính cho phép sinh viên thực hiện thí nghiệm có thể đặt lại các chương trình, thiết lập các tham số điều khiển hệ thống, cũng như lập mới các bài thí nghiệm. Sinh viên sẽ quan sát trực quan sự biến đổi của các tham số trong quá trình thí nghiệm, ghi lại các tham số để tính toán và kiểm định lại cơ sở lý thuyết đã học.

- Tủ điều khiển quá trình thí nghiệm. Mọi việc điều khiển quá trình đều được thực hiện bởi tủ điều khiển. Các máy tính được kết nối với tủ điều khiển thông qua đường truyền tốc độ cao …Mọi thông tin về tốc độ gió, điện áp buồng lọc, hiệu suất lọc bụi … được gửi về máy tính. Và qua đó, thông qua máy tính sinh viên có thể can thiệp bằng cách đặt lại các thông số cho hệ thống.

- Mô hình quá trình công nghệ được xây dựng để đảm bảo hệ thống thí nghiệm cho phép sinh viên có thể quan sát trực tiếp bằng mắt thường các quá trình hoạt động của một hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Tại đây có lắp đặt các thiết bị đo giám sát các tham số hệ thống

 

 






 


 


 







 

 
 

Hình 1: Mô hình tổng quan hệ thống “Lọc bụi tĩnh điện”

Bảng 1: Các thiết bị trong mô hình.

STT

Mô tả

Đơn vị

Số lượng

Ghi chú

1

Thiết bị điều khiển cho hệ thống

Tủ

01

 

 

Kích thước (Cao × Rộng × Sâu):

1500 × 1200 × 750

Cấp bảo vệ:

Hãng cung cấp: Siemens

Loại thiết bị: PLC S7 – 300

Các thiết bị được lắp đặt chi tiết bao gồm:

- 01 bộ CPU 313C-2DP:

+ 16 kênh vào số

+ 16 kênh ra số

- 01 Module AI8×13Bit

- 01 Module AO4×12Bit

- Biến tần Delta BFB – D 0.75KW

- Phụ kiện bao gồm các thiết bị phục vụ cho lắp đặt bao gồm Aptomat, Rơle, Côngtắctơ, cầu chì…

 

 

 

2

Máy tính làm nhiệm vụ giám sát và thực hiện bài thí nghiệm

Bộ

01

 

 

Cấu hình phần cứng chi tiết xem trong phần mô tả thiết bị phần cứng

 

 

 

4

Mô hình hệ thống

Hệ

01

 

 

Kích thước (Cao × Rộng × Sâu) :

Hệ thống được cung cấp với các thiết bị :

- 01 cảm biến đo tốc độ gió

- Các điện cực âm và dương

- Máy biến áp tăng áp

 

 

 

2. Mục tiêu các bài thí nghiệm

2.1. Giới thiệu chung

Hệ thống được xây dựng trên cơ sở mô hình hóa quá trìnhlọc bụi tĩnh điện trong thực tế. Mô hình giúp sinh viên có thể quan sát trực quan nguyên lý hoạt động của một hệ thống lọc bụi tĩnh điện và kiểm chứng lại cơ sở lý thuyết.

Nguyên lý hoạt động của mô hình: Bụi được đưa vào từ phễu rót bụi và được một quạt gió thổi chạy qua một buồng lọc tĩnh điện đã được cấp một điện trường một chiều có trị số lớn, khi đó các hạt bụi sẽ bị ion hóa mang điện tích âm và bị hút về các bản cực dương được đặt ở trong buồng lọc. Mô hình có bố trí các cảm biến để đo các thông số của quá trình lọc bụi (cảm biến tốc độ gió).

Các thông số hệ thống của quá trình lọc bụi tĩnh điện được hiển thị trực tiếp trên bảng điều khiển giúp sinh viên có thể quan sát một cách trực tiếp. Bộ điều khiển giúp sinh viên có thể thay đổi điện áp buồng lọc, tốc độ không khí qua buồng lọc và đánh giá ảnh hưởng của các tham số này đến hiệu suất của hệ thống lọc bụi và kiểm nghiệm lại cơ sở lý thuyết.

Mô hình còn được thiết kế có thể thực hiện các bài thí nghiệm về điều khiển như điều khiển ổn định tốc độ quạt gió, điều khiển điện áp …

Mô hình có thể kết nối với hệ DCS để thực hiện thu thập dữ liệu, hiển thị và điều khiển trên màn hình máy tính điều khiển. Lưu trữ dữ liệu hệ thống và vẽ đồ thị các tham số quá trình truyền nhiệt. Kết nối giữa mô hình “Lọc bụi tĩnh điện” và “Mô hình điều khiển trung tâm” bằng chuẩn truyền thông prôfibus, MPI,… Trên cơ sở này cho phép xây dựng các bài toán truyền thông công nghiệp giúp sinh viên ngành điện tử viễn thông, tin học công nghiệp hiểu rõ nguyên lý truyền thông trong công nghiệp và thực hành các bài toán truyền thông.

2.2. Mục tiêu bài thí nghiệm

Bài thí nghiệm lọc bụi tĩnh điện được xây dựng nhằm mục đích mô hình hóa hoạt động của một hệ thống lọc bụi tĩnh điện thực tế. Qua bài thí nghiệm này, sinh viên có thể có được những cảm nhận trực quan về quy trình hoạt động của một hệ thống lọc bụi tĩnh điện, tính toán và đo đạc hiệu suất lọc bụi của hệ thống và xây dựng được những đường đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa hiệu suất lọc bụi và tốc độ gió đầu vào cũng như điện áp buồng lọc.

 

Module 3: NGUYÊN LÝ TRUYỀN NHIỆT

1.     Cấu hình tổng quan hệ thống

Hệ thống thiết bị thí nghiệm cung cấp dựa trên mô hình một hệ thống trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức. Những công đoạn chính trong một hệ thống trao đổi nhiệt đã được mô hình hóa trong thiết bị đảm bảo sẽ là một giáo cụ trực quan giúp cho sinh viên hiểu rõ quá trình trao đổi nhiệt và kiểm định lại các phương thức tính toán bài toán trao đổi nhiệt trên lý thuyết.

Hệ thống có các thiết bị đo lường: nhiệt độ, lưu lượng gió, dòng điện, điện áp,.. Giúp sinh viên thể dễ dàng tiếp cận với kỹ thuật đo lường và điều khiển, cấu trúc và nguyên lý điểu khiển hệ DCS.

Toàn bộ thiết bị thí nghiệm bao gồm các phần sau :

- Hệ thống 01 máy tính có cấu hình mạnh chạy phần mềm giám sát và thiết lập tham số điều khiển. Các phần mềm được cài đặt trên máy tính cho phép sinh viên thực hiện thí nghiệm có thể đặt lại các chương trình, thiết lập các tham số điều khiển hệ thống, cũng như lập mới các bài thí nghiệm. Sinh viên sẽ quan sát trực quan sự biến đổi của các tham số trong quá trình thí nghiệm, ghi lại các tham số để tính toán và kiểm định lại cơ sở lý thuyết đã học.

- Tủ điều khiển quá trình thí nghiệm. Mọi việc điều khiển quá trình đều được thực hiện bởi tủ điều khiển. Các máy tính được kết nối với tủ điều khiển thông qua đường truyền tốc độ cao …Mọi thông tin về tốc độ gió, điện áp thiết bị gia nhiệt, nhiệt độ không khí đầu vào, nhiệt độ gia nhiệt … được gửi về máy tính. Và qua đó, thông qua máy tính sinh viên có thể can thiệp bằng cách đặt lại các thông số cho hệ thống.

- Mô hình quá trình công nghệ được xây dựng để đảm bảo hệ thống thí nghiệm cho phép sinh viên có thể quan sát trực tiếp bằng mắt thường các quá trình hoạt động của một hệ thống trao đổi nhiệt. Tại đây có lắp đặt các thiết bị đo giám sát các tham số hệ thống

Hình 1: Mô hình tổng quan hệ thống “Nguyên lý truyền nhiệt”

Bảng 1: Các thiết bị trong mô hình.

STT

Mô tả

Đơn vị

Số lượng

Ghi chú

1

Thiết bị điều khiển cho hệ thống

Tủ

01

 

 

Kích thước (Cao × Rộng × Sâu):

1500 × 1200 × 750

Cấp bảo vệ:

Hãng cung cấp: Siemens

Loại thiết bị: PLC S7 – 300

Các thiết bị được lắp đặt chi tiết bao gồm:

- 01 bộ CPU 313C-2DP:

+ 16 kênh vào số

+ 16 kênh ra số

- 01 Module AI8×13Bit

- 01 Module AO4×12Bit

- Biến tần Delta BFB – D 0.75KW

- Phụ kiện bao gồm các thiết bị phục vụ cho lắp đặt bao gồm Aptomat, Rơle, Côngtắctơ, cầu chì…

 

 

 

2

Máy tính làm nhiệm vụ giám sát và thực hiện bài thí nghiệm

Bộ

01

 

 

Cấu hình phần cứng chi tiết xem trong phần mô tả thiết bị phần cứng

 

 

 

4

Mô hình hệ thống

Hệ

01

 

 

Kích thước (Cao × Rộng × Sâu) :

Hệ thống được cung cấp với các thiết bị :

- 01 cảm biến đo tốc độ gió

- 02 cảm biến nhiệt độ

- Bộ gia nhiệt bó ống đơn và chùm ống

 

 

 

2. Mục tiêu các bài thí nghiệm:

2.1. Giới thiệu chung

Hệ thống được xây dựng trên cơ sở mô hình hóa quá trình truyền nhiệt, đây là quá trình thực tiễn thường gặp trong các bài toán công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác. Mô hình giúp sinh viên hiểu được đặc tính truyền nhiệt đối lưu, truyền nhiệt bề mặt và kiểm nghiệm kiến thức đã học.

Mô hình xây dựng hệ thống truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức dòng chuyển động của không khí trong ống đi qua bề mặt phát nhiệt (sử dụng ống, bó ống và bề mặt) bằng tác dụng của quạt. Mô hình bố trí các thiết bị cảm biến để đo giá trị các thông số quá trình truyền nhiệt (nhiệt độ, vận tốc dòng chảy không khí, áp suất).

Các thông số hệ thống quá trình truyền nhiệt được đo và hiện thị trực tiếp trên bảng điều khiển giúp sinh viên có thể quan sát thực tế quá trình truyền nhiệt. Bộ điều khiển giúp sinh viên có thể thay đổi công suất nhiệt, tốc độ dòng chảy không khí và đánh giá mối quan hệ giữa các thông số (vận tốc luồng không khí, diện tích bề mặt truyền nhiệt, …) trong quá trình truyền nhiệt.Kiểm nghiệm các tiêu chuẩn đồng dạng của trao đổi nhiệt đối lưu ổn định tìm dạng phương trình tiêu chuẩn Nu = f(Re, Gr, Pr).

Mô hình còn được thiết kế có thể thực hiện các bài thí nghiệm về điều khiển như điều khiển ổn định tốc độ quạt gió, điều khiển điện áp …

Mô hình có thể kết nối với hệ DCS để thực hiện thu thập dữ liệu, hiển thị và điều khiển trên màn hình máy tính điều khiển. Lưu trữ dữ liệu hệ thống và vẽ đồ thị các tham số quá trình truyền nhiệt. Kết nối giữa mô hình “Nguyên lý truyền nhiệt” và “Mô hình điều khiển trung tâm” bằng chuẩn truyền thông prôfibus, MPI,… Trên cơ sở này cho phép xây dựng các bài toán truyền thông công nghiệp giúp sinh viên ngành điện tử viễn thông , tin học công nghiệp hiểu rõ nguyên lý truyền thông trong công nghiệp và thực hành các bài toán truyền thông.

2.2. Bài thí nghiệm 1: “Nguyên lý truyền nhiệt”

2.2.1 Mục đích bài thí nghiệm

Bài thí nghiệm nguyên lý truyền nhiệt khảo sát quá trình trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức được xây dựng nhằm mục đích mô hình hóa hoạt động của một hệ thống trao đổi nhiệt thực tế. Qua bài thí nghiệm này, sinh viên có thể có được những cảm nhận trực quan về quy trình hoạt động của một hệ thống, thiết bị trao đổi nhiệt, tính toán và đo đạc những tham số của một hệ thống trao đổi nhiệt như nhiệt độ khí đầu vào, vận tốc khí trao đổi nhiệt, nhiệt độ không khí sau trao đổi nhiệt …

2.3. Bài thí nghiệm 2: Ổn định tốc độ quạt

2.3.1. Phạm vi khai thác bài ứng dụng

Bài thí nghiệm sử dụng bộ điều khiển PID mềm FB41 tích hợp trong PLC S7-300, kết hợp với tín hiệu cảm biến lưu lượng (AI: 4 – 20mA) từ Sensor cảm biến tốc độ gió đưa về để điều khiển tốc độ quạt bằng biến tần với tín hiệu điều khiển (AO: 0 – 10V DC)

Bài thí nghiệm này được xây dựng thích hợp cho các sinh viên chuyên ngành điều khiển tự động, đo lường điều khiển, kỹ thuật điện tử.

2.4. Bài thí nghiệm ổn định tốc độ quạt hút

2.4.1. Mục đích bài thí nghiệm

Bài thí nghiệm giúp sinh viên:

- Tiếp cận những thiết bị thực tế thường sử dụng trong công nghiệp: Thiết bị cảm biến (tốc độ gió,…), thiết bị điều khiển (biến tần, van điều khiển góc mở, quạt,…).

- Phân tích quá trình hoạt động của một hệ thống lọc bụi và đưa ra các bài toán điều khiển quạt gió trong từng quá trình.

- Làm quen và sử dụng bộ phần mềm giám sát và điều khiển của hãng Siemens để điều khiển và giám sát quá trình hoạt động của đối tượng.

2.5. Các bài thí nghiệm điều khiển mở rộng

Dựa trên mô hình thiết bị đã có chúng ta có thể xây dựng thêm những bài thí nghiệm đo lường, điều khiển vòng hở, vòng kín khác như:

- Bài thí nghiệm ổn định điện áp gia nhiệt

- Bài thí nghiệm phương pháp đo và hiệu chỉnh thiết bị

2.5.1. Bài thí nghiệm ổn định nhiệt độ ống gia nhiệt

Bài thí nghiệm sử dụng bộ điều khiển xoay chiều xoay chiều một pha, kết hợp với tín hiệu phản hồi từ cảm biến nhiệt độ đưa về để điều khiển điện áp gia nhiệt, qua đó điều khiển nhiệt độ ống gia nhiệt.

 

Tin mới hơn

Tin cũ hơn