Bài giảng Tự động hóa hệ thống lạnh - Nguyễn Duy Tuệ

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG 
KHOA NHIỆT LẠNH 
 BÀI GIẢNG MÔN HỌC 
 TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH 
GIẢNG VIÊN : ThS. NGUYỄN DUY TUỆ 
2 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Tự động hóa hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi 
2. Tự động điều khiển các quá trình Nhiệt Lạnh – TS. Trịnh Văn Dũng ( chủ biên ) 
3. Hand book of Air Conditioning and Refrigerant – Shan.K.Wang 
4. Control systems and Application for HVACR – Thomas J.Horan 
3 
 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 
 I. ĐẠI CƯƠNG: 
 Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh, các dụng cụ mà nhờ những dụng cụ đó hệ thống có thể vận hành hoặc từng phần thiết bị một cách tự động, chắc chắn, an toàn với độ tin cậy con mà không cần sự tham gia trực tiếp của công nhân vận hành 
 VD: Điều khiển nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, dòng điện, khói. 
 II. Sơ đồ mạch điều khiển và một số thuật ngữ : 
 2.1 Vòng điều khiển ( Control loop ): 
 Là hệ thống bao gồm nhiều phần tử với mục đích điều khiển một đại lượng nào đó ( nhiệt độ, áp suất, độ ẩm.. ). Gồm các phần tử như: sensor, bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành, tác nhân được điều khiển, đại lượng nhiễu 
4 
 - Sensor cảm nhận tín hiệu của biến điều khiển và đưa về bộ điều khiển 
 - Bộ điều khiển nhận tín hiệu phản hồi từ sensor và tính toán sai số so với điểm cài đặt và suất ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành ( van, bướm gió.. ) 
 - Cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển để điều khiên tác nhân cần điều khiển ( đối tượng cần điều chỉnh ) 
 Gồm 2 loại: Vòng điều khiển hở và kín 
 + Vòng điều khiển hở : 
 Là vòng điều khiển không có tín hiệu phản hồi. Mạch điều khiển hở phải dự báo được đại lượng bên ngoài( external variable ) sẽ tác động lên hệ thống thế nào. 
5 
 VD: Van tiết lưu tay. Căn cứ vào nhiệt độ ngoài bể đá và các đại lượng khác như nhiệt độ, lượng đá thu hoạch, sự bám tuyết.. Người ta dự đoán năng suất lạnh để chỉnh van tiết lưu 
VD: Cảm biến nhiệt độ ngoài trời 
6 
 - Vòng điều khiển hở có thể dùng để bảo vệ hệ thống. Khi đó nó xuất tín hiệu On hay Off để đóng ngắt tác nhân cần điều khiển. 
 - Hoặc dùng trong việc điều chỉnh thời gian đóng mở máy. 
 + Vòng điều khiển kín ( Close loop ): 
 Có tín hiệu phản hồi sự thay đổi của biến điều khiển ( control variable ) về bộ điều khiển 
7 
 Ví dụ: Buồng lạnh điều khiển nhiệt độ bằng van điện từ kết hợp với ro le nhiệt độ buồng 
8 
 Ví dụ: Điều khiển hệ thống điều hòa không khí 
9 
 2.2 Nguồn năng lượng điều khiển ( Energy Source ): 
 - Hệ điều khiển bằng điện – điện tử: Nếu phần tử cảm biến và truyền tín hiệu đi là các bán dẫn, hệ được gọi là điện – điện tử hay gọi tắt là điện tử. Cần lưu ý là ngay cả hệ điện tử thì nguồn năng lượng cung cấp vẫn là điện. 
 - Hệ điều khiển bằng khí nén ( Pneumatic ): Ở đây khí nén là nguồn năng lượng để cung cấp cho bộ điều khiển để tạo ra lực tác dụng vào phần tử bị điều khiển ( van.. ) 
 - Hệ điều khiển tự cung cấp năng lượng: Năng lượng cần tạo ra lực mở van không cần lấy từ bên ngoài mà lấy từ chính tác nhân bị điều khiển 
10 
 Ví dụ: Khi van cần mở ra thì van SV mở ra cho phép dòng môi chất có as cao tác động vào power piston, để đóng van thì van điện từ đóng nhưng 1 van điện từ khác thông vào đường ống hút MN sẽ mở ra, nhờ vào lò xo sẽ đẩy power piston lên. 
11 
 Ví dụ: Nếu đường gas áp suất cao được ngắt thì lò xo làm mở van. Nếu cần đóng van thì gas áp suất cao sẽ tác động piston làm đóng van. 
12 
 - Khi cần xả đá thì van V3 mở ra, van điện từ mở 
13 
 Ví dụ: Hệ thống điều khiển bằng khí nén 
14 
 2.3 Bộ điều khiển : 
 Bộ điều khiển sẽ đánh giá sự hoạt động của quá trình và xuất tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành, qua đó sẽ điều tiết tác nhân điều khiển . Ta sẽ có một số kiểu điều khiển như sau: 
 + Điều khiển On-Off ( điều khiển 2 vị trí ) : 
 Phương pháp điều khiển này điều khiển theo giá trị lớn nhất hay nhỏ nhất được yêu cầu. Như vậy, tín hiệu ngõ ra của bộ điều khiển không liên tục và không đạt được chính xác nhiệt độ yêu cầu. Do đó nên sử dụng trong hệ thống nhỏ hay dùng trong việc bảo vệ thiết bị. 
 Ví dụ : Để điều chỉnh nhiệt độ không khí trong phòng, máy điều hòa cửa sổ thực hiện như sau : 
 + Nhiệt độ đặt trong phòng là 22 độ C 
 + Khi nhiệt độ trong phòng xuống 21 độC máy sẽ dừng chạy. 
 + Khi nhiệt độ lên 23 độC thì máy bắt đầu chạy lại . 
15 
16 
 + Điều khiển 2 vị trí có thời gian trễ : 
 Do sự đáp ứng của bộ điều khiển không kịp thời do có sai số hoạt động. Sai số hoạt động này do thời gian trễ. Thời gian trễ do cảm biến, do truyền tín hiệu, do thiết bị vận chuyển ( nước lạnh vào dàn FCU, gió lạnh.. ), do cần thời gian để trao đổi nhiệt nên việc điều khiển kém chính xác. Do đó người ta gắn thêm một điện trở nhỏ vào đầu cảm biến. 
 VD: Lắp thêm điện trở trong quá trình on của quá trình sưởi ấm và off trong quá trình làm lạnh 
17 
 Sai số hệ thống thực: 
18 
 + Điều khiển theo bước : 
 Thường được sử dụng cho hệ thống lớn có nhiều máy . Phương pháp này có ưu điểm hạn chế được sự sai lệch lớn công suất giữa các kỳ. Nhưng việc điều khiển nhiệt độ cũng không chính xác 
 Phương pháp điều khiển bước là thay đổi công suất theo từng bước, tránh công suất thay đổi quá đột ngột. Hệ điều hòa có điều khiển bước phải có nhiều tổ máy. Trong hệ thống này bộ điều khiển căn cứ vào tín hiệu của biến điều khiển sẽ tác động lên các rơ le hay công tắc và làm thay đổi công suất thiết bị ra theo từng bước hay giai đoạn. 
 Ta nghiên cứu một ví dụ: Thiết bị điều khiển công số một hệ thống điều hòa gồm 3 cụm máy chiller. 
 - Biến điều khiển là nhiệt độ của nước lạnh vào máy t nv . 
 - Giá trị định trước là t nv = 8oC 
19 
 * Khi nhiệt độ tăng : Khi nước về t nv = 8,5oC chỉ có tổ máy I làm việc. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng đến 9oC thì tổ máy II khởi động và làm việc cùng tổ I. Nếu nhiệt độ tăng đến 9,5oC thì tổ máy thứ III khởi động làm việc. 
 * Khi nhiệt độ giảm : Khi nhiệt độ giảm xuống 7,5 oC thì tổ máy thứ III ngừng hoạt động. Nếu tiếp tục giảm xuống 7oC thì tổ máy II dừng tiếp. Nếu xuống 6,5oC thì dừng thêm tổ I. 
20 
 Ta nghiên cứu đồ thị thay đổi nhiệt độ