Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp - Chương 2: Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BÀI GIẢNG

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Thị Huế

Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp

1

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

NỘI DUNG MÔN HỌC

Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo

và điều khiển công nghiệp

1

Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

Các bộ điều khiển khả trình

2

3

4

5

6

Các thiết bị giám sát trong công nghiệp

Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp

Các giao thức công nghiệp tiêu biểu

Một số hệ thống công nghiệp thực tế

7

2

1/21/2015

Hệ thống trong công nghiệp

3

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

Hệ thống trong công nghiệp

V Hình bên là một hệ thống

cân bằng định lượng, trong

đó tổng tích luỷ vật liệu của

băng cân sau thời gian t là:

M (kg) = k.v.m.t

Trong đó

∑ k là một hệ số tỷ lệ,

∑ v là vận tốc băng cân

được xác định từ cảm

biến đo tốc độ encoder,

∑ m khối lượng tức thời từ

cảm biến đo khối lượng

loadcell,

∑ t là thời gian hoạt động.

4

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1.1. Thiết bị đo trong hệ thống tự động

5

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

NỘI DUNG CHƯƠNG 2

Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

2

2.1 Các thiết bị đo lường trong công nghiệp

2.2. Các thiết bị chấp hành trong công nghiệp

6

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1 CÁC THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG

2.1.1.Tổng quan chung về thiết bị đo trong hệ thống tự động

2.1.2 Các thiết bị đo các đại lượng điện trong công nghiệp

2.1.3 Các thiết bị đo các đại lượng không điện trong CN

7

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1.1. Thiết bị đo trong hệ thống tự động

V Nhìn chung các thiết bị đo hiện

trường có thể giao tiếp với

trung tâm xử lí thông qua các

chuẩn truyền 4-20 mA hoặc các

giao thức

số như

profibus,

CAN,

modbus…

hoặc giao

thức lai là

HART

protocol.

8

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

Mô hình thiết bị đo

V Y_xcó thể là một chỉ thị α_x(cơ điện) gọi là thiết bị đo tương tự,

có thể là con số N_xgọi là thiết bị đo số. Ngoài ra còn có các đại

lượng A, B là các yếu tố ảnh hưởng hay là nhiễu tác dụng lên

thiết bị đo và làm ảnh hưởng đến kết quả đo lường.

V Phương trình đặc tính cơ bản của thiết bị đo có thể viết:

Y_x= F (X,A,B...)

9

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

Đặc tính của thiết bị đo

V Độ nhạy của thiết bị đo (S)

V Khoảng đo D_x= X_max- X_min

V Ngưỡng nhạy ε_x

R N

V Khả năng phân ly của thiết bị đo ,

x

V Mở rộng thang đo của thiết bị đo

V Độ chính xác của thiết bị đo (sai số)

V Thời gian đo của thiết bị

V Tổn hao công suất của thiết bị

V Cấp chính xác của thiết bị đo.

V ...

10

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1.2 Các thiết bị đo các đại lượng điện

V Thiết bị đo áp

∑ Đo điện áp DC và AC tần số tới hàng MHz

∑ Điện áp trong dải từ vài mV đến hàng MV

∑ Dụng cu đo chỉ thị tương tự hoặc số

V Thiết bị đo dòng điện (dùng cơ cấu chỉ thị điện từ và điện động

hoặc số)

∑ Đo dòng điện DC và AC tần số tới hàng MHz

∑ dòng điện trong dải từ vài mV đến hàng MV

∑ Dụng cu đo chỉ thị tương tự hoặc số

11

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1.2 Thiết bị đo các đại lượng điện

V Thiết bị đo công suất, đo công suất phản kháng

∑ Chủ yếu đo ở tần số công nghiệp

∑ Công suất đến hàng ngàn MW hay MVA

∑ Cos (phi) = 0-1

12

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1.2 Thiết bị đo các đại lượng điện

V Thiết bị đo tần số

∑ Đo tần số đến hàng trăm GHz

∑ Chủ yếu đo tần số công nghiệp

∑ Độ phân giải đến 0.01Hz

13

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1.2 Thiết bị đo các đại lượng điện

V Thiết bị đo các thông số mạch điện RLC

∑ Đo từng thông số hay đo thông số phức hợp

∑ Phục vụ cho xác định thông số mạch điện

∑ Phục vụ cho đo các đại lượng không điện

14

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1.3 Các thiết bị đo các đại lượng không điện

V Qua các thời kỳ phát triển, thiết bị đo các đại lượng không điện

hiện đại được xây dựng trên cơ sở vi xử lý (micro processor

based) và bắt đầu chuyển sang giai đoạn xây dựng trên cơ sở

vi hệ thống (micro system based).

15

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

2.1.3 Các thiết bị đo các đại lượng không điện

V Đo nhiệt độ

V Đo áp suất

V Đo lưu lượng

V Đo vân tốc

V Đo mức

V Đo khoảng cách

V ....

16

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

Đo nhiệt độ

‹ Đo tiếp xúc

∑ Đo bằng nhiệt điện trở (Pt100. Pt1000, N, W, ...)

∑ Đo bằng cặp nhiệt ngẫu (K, E, J,...)

∑ ......

‹ Đo không tiếp xúc

∑ Đo bằng phương pháp hỏa quang kế

∑ Đo bằng hồng ngoại

∑ ......

17

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

0

2

Đo nhiệt độ

Nhiệt ngẫu (can nhiệt)

E_T= K_T(t_nóng- t_{tự do}) = K_Tt_nóng– K_Tt_{tự do}

V E_T: sức điện động nhiệt ngẫu

V K_T: độ nhạy của cặp nhiệt (µV/⁰C)

V t_nóng: nhiệt độ đầu nóng (nhiệt độ cần đo)

V t_{tự do}: nhiệt độ đầu tự do

18

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

0

φ

2

Giới hạn nhiệt độ đo với các ống bảo vệ khác nhau

Dạng của cặp Đường kính của dây Giới hạn nhiệt độ làm

Ống bảo vệ

nhiệt

việc

O.D x I.D

Ký hiệu

Đường Giới hạn Giới hạn đo Ống bảo vệ Ống bảo vệ

kính bên đo chuẩn

trên

bằng kim không bằng

ngoài

loại

kim loại

( mm)

BPtRh 30%

PtRh 6%

L

0.5

1500 C

1700 C

-

15 x 11

RPtRh 13% -Pt

RPtRh 10% -Pt

L

0.5

1400 C

1600 C

-

15 x 11

K (Chromel -

Alumel)

D

C

B

A

H

3.2

2.3

1000 C

900 C

860 C

750 C

650 C

1200 C

1100 C

1050 C

950 C

21.7x16.1

15 x 11

12 x 9

17 x 13

15 x 11

10 x 6

1.6

1.0

0.65

850 C

10 x 7

19

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

0

φ

2

Giới hạn nhiệt độ đo với các ống bảo vệ khác nhau

Dạng của cặp

nhiệt

Đường kính của dây

Giới hạn nhiệt độ làm việc

Ống bảo vệ

O.D x I.D

Ký hiệu

Đường

kính bên

ngoài

Giới hạn

đo chuẩn

Giới hạn đo

Ống bảo vệ

trên

bằng kim loại không bằng

( mm)

kim loại

( mm)

E (Chromel -

Constantan)

B

A

H

T

1.6

1.0

550 C

500 C

450 C

300 C

550 C

500 C

450 C

400 C

300 C

250 C

200 C

650 C

550 C

500 C

400 C

750 C

650 C

550 C

500 C

350 C

300 C

250 C

15 x 11

12 x 9

-

0.65

0.32

2.3

10 x 7

-

10 x 7

-

J

C

B

A

H

B

A

H

T

21.7x16.1

15 x 11

12 x 9

17 x 13

(Sắt-Constantan)

1.6

15 x 11

1.0

15 x 11

0.65

1.6

10 x 7

10 x 6

T

15 x 11

12 x 9

-

(Đồng-

1.0

Constantan)

0.65

0.32

10 x 7

20

1/21/2015

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp - Chương 2: Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp - Nguyễn Thị Huế