Tự Động Hóa Các Công Trình Cấp và Thoát Nước - Phạm Thị Giới Phần 2

Tác giả : Nguyễn Minh | 25 - 06 - 2025 | 8:14 PM | 13 Lượt xem

Phần 2: Các thành phần cơ bản trong hệ thống điều khiển tự động

Phần này mô tả chi tiết về cấu tạo và chức năng của từng "viên gạch" xây dựng nên một hệ thống TĐH, từ khâu thu thập thông tin đến khâu thực thi mệnh lệnh.

2.1. Cảm biến và các loại thông dụng

Cảm biến (sensor) là phần tử đầu tiên của thiết bị đo lường tự động, có nhiệm vụ "cảm nhận" sự biến đổi của các đại lượng vật lý không điện (mức, nhiệt độ, áp suất) và biến đổi chúng thành các đại lượng khác (thường là đại lượng điện) để thuận tiện cho việc truyền đi xa và xử lý.

Phân loại: Cảm biến điện được chia làm hai nhóm chính: cảm biến thông số (biến đại lượng không điện thành sự thay đổi của thông số mạch điện như điện trở, điện cảm, điện dung) và cảm biến nhóm phát điện (biến đại lượng không điện thành sức điện động).

Các loại thường dùng trong ngành cấp thoát nước:

Cảm biến điện trở: Dùng biến trở thẳng hoặc biến trở quay quanh trục để đo sự dịch chuyển.

Cảm biến điện cảm: Biến đổi chuyển dời thành sự thay đổi điện cảm của cuộn dây khi lõi thép bên trong nó di chuyển. Chúng thường được mắc vào mạch cầu để đo lường.

Cảm biến điện dung: Biến đổi sự thay đổi về khoảng cách giữa hai bản cực, diện tích bề mặt công tác của bản cực, hoặc chất điện môi thành sự thay đổi của điện dung.

Cảm biến nhiệt điện (Cặp nhiệt ngẫu): Được cấu tạo từ hai thanh kim loại khác chất hàn với nhau ở một đầu. Khi điểm hàn bị nung nóng, một sức điện động tỷ lệ với nhiệt độ sẽ xuất hiện ở hai đầu còn lại.

Cảm biến quang điện: Biến đổi các thông số không điện thành cường độ bức xạ ánh sáng để đo lường.

2.2. Rơle và các thiết bị điều khiển gián đoạn

Rơle (Relay) là thiết bị thực hiện các tác động điều khiển gián đoạn (đóng/cắt) một cách tự động khi tín hiệu đầu vào đạt một ngưỡng nhất định.

Cấu tạo và Phân loại: Một rơle gồm 3 bộ phận chính: bộ phận nhạy cảm (nhận tín hiệu), bộ phận trung gian, và bộ phận chấp hành (thường là các tiếp điểm). Chúng được phân loại rất đa dạng: rơle điện và không điện; rơle điện từ, từ-điện, điện tử, cảm ứng; rơle dòng điện, điện áp, công suất; rơle khởi động, trung gian, thời gian, cực đại, cực tiểu.

Một số loại điển hình:

Rơle điện từ phân cực: Khác với rơle đơn giản, loại này có thêm một nam châm vĩnh cửu tạo ra từ thông phân cực. Sự tương tác giữa từ thông phân cực và từ thông làm việc (do cuộn dây điều khiển sinh ra) sẽ quyết định chiều di chuyển của phần ứng, làm cho rơle nhạy hơn và có thể phản ứng với chiều của dòng điện điều khiển.

Rơle thời gian và Thiết bị cho lệnh theo chương trình: Rơle thời gian tạo ra một khoảng trễ thời gian giữa các tác động. Ví dụ điển hình là rơle thời gian kiểu mô tơ, sử dụng một động cơ đồng bộ để quay các đĩa cam cắt khuyết, từ đó đóng/mở các tiếp điểm sau một khoảng thời gian định trước. Một thiết bị phức tạp hơn là KEP-12, có thể điều khiển tuần tự 12 mạch điện hoặc khí nén theo một chương trình đã cài đặt sẵn.

Phần tử logic và Rơle không tiếp điểm: Để khắc phục các nhược điểm của rơle tiếp điểm (độ tin cậy thấp, tác động chậm, kích thước lớn), người ta đã phát triển các phần tử logic không tiếp điểm dựa trên công nghệ bán dẫn, từ tính hoặc khí nén. Chúng thực hiện các hàm logic cơ bản như VÀ, HOẶC, và PHỦ ĐỊNH mà không cần tiếp điểm cơ học.

2.3. Bộ khuếch đại và Cơ cấu chấp hành

Bộ khuếch đại (BKĐ): Tín hiệu từ cảm biến thường có công suất nhỏ, không đủ để điều khiển trực tiếp các cơ cấu lớn, do đó cần phải có BKĐ. BKĐ không chỉ khuếch đại công suất tín hiệu mà còn có thể biến đổi nó sang dạng năng lượng khác. Các loại BKĐ chính bao gồm: BKĐ thuỷ lực (dùng dầu có áp, ví dụ loại phun tia), BKĐ khí nén (dùng khí nén, ví dụ cơ cấu "vòi-tấm chắn"), và BKĐ điện (dùng đèn điện tử, bán dẫn, khuếch đại từ, hoặc máy điện).

Cơ cấu chấp hành (CCCH) và Cơ quan điều chỉnh (CQĐC): Đây là khâu cuối cùng trong chu trình điều khiển.

Cơ cấu chấp hành là "cơ bắp" của hệ thống, nhận tín hiệu điều khiển đã được khuếch đại và tạo ra lực cơ học để di chuyển cơ quan điều chỉnh. Ví dụ điển hình là các động cơ điện, các nam châm điện (van điện từ), các cơ cấu piston-xylanh thuỷ lực hoặc khí nén.

Cơ quan điều chỉnh là thiết bị tác động trực tiếp lên dòng vật chất hoặc năng lượng của đối tượng điều khiển (ví dụ, dòng nước trong ống). Trong ngành cấp thoát nước, chúng thường là các loại khoá van, vòi, và tấm chắn.

Mục lục :

Phần 1: Tổng quan và các khái niệm nền tảng về Tự động hóa

Phần 2: Các thành phần cơ bản trong hệ thống điều khiển tự động

Phần 3: Cơ sở lý thuyết điều chỉnh và phân tích hệ thống

Phần 4: Ngôn ngữ thiết kế và ứng dụng thực tiễn trong ngành Cấp thoát nước

Tải tài liệu đầy đủ TẠI ĐÂY

Tag: ,