TỔNG QUAN
Nêu vấn đề
Hệ thống lạnh hiện nay rất phổ biến, từ máy lạnh đến thiết bị đông lạnh, phục vụ nhu cầu của con người và sản xuất Trong suốt quá trình hoạt động, hệ thống lạnh không thể tránh khỏi các lỗi Dưới đây là 10 lỗi điển hình thường gặp trong một hệ thống lạnh cơ bản.
(5) Thiếu lưu lượng không khí ở TBBH
(6) Pan có khí không ngưng
(9) Thiếu lưu lượng không khí ở TBNT
Khi hệ thống lạnh gặp sự cố, người vận hành cần sử dụng nhiều thiết bị như ampe kìm, đồng hồ đo áp suất và nhiệt kế để kiểm tra lỗi.
Hình 1.1: Các thiết bị đo a) Các thiết bị đo truyền thống b) Thiết bị đo Testo 550
Thiết bị đo Testo 550 là một công cụ cao cấp, cho phép đo đồng thời nhiệt độ và áp suất mà không cần nhiều thiết bị phụ trợ Nó cung cấp giá trị t0 và tk trực tiếp, giúp người dùng tiết kiệm thời gian tra cứu Tuy nhiên, thiết bị này không thể hiển thị các giá trị quan trọng cho việc chẩn đoán sự cố của hệ thống lạnh như ΔTSH, ΔTSC, và ΔTair Điều này khiến người vận hành không thể dự đoán sự cố trước khi xảy ra, mà chỉ nhận biết khi hệ thống đã gặp lỗi.
Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu nhiệt độ cho hệ thống lạnh bằng máy tính là rất cần thiết.
Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thu thập, xử lý dữ liệu nhiệt độ cho hệ thống lạnh bằng máy tính, với hai chức năng chính là đánh giá chất lượng và dự báo lỗi tiềm ẩn Hệ thống được ứng dụng thực tiễn trên hệ thống lạnh trữ đông 1 cấp nén tại xưởng Nhiệt – Điện lạnh, nhằm đánh giá hiệu quả của việc thu thập dữ liệu trong thực tế.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay, các hệ thống lạnh đang được phát triển đa dạng để đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau Nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã được thực hiện nhằm phân tích tác động đến "sức khỏe" của hệ thống lạnh Mục tiêu của những nghiên cứu này là đưa ra phán đoán và chẩn đoán liên quan đến 10 pan trong hệ thống lạnh, đồng thời đề xuất các biện pháp cải thiện và bảo trì nhằm phục hồi hoặc nâng cấp hiệu suất của hệ thống.
Theo nghiên cứu của Theo Sun và các cộng sự, sự thất thoát năng lượng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống HVAC trong các tòa nhà cao tầng Để chẩn đoán lỗi hệ thống, các biện pháp được phát triển dựa trên việc thu thập dữ liệu và mô phỏng Các nhà nghiên cứu đã thiết lập các thông số lý tưởng cho hệ thống HVAC, từ đó so sánh với trạng thái hiện tại để xác định nguyên nhân gây lỗi Bên cạnh đó, Zhang và các cộng sự cũng đề cập đến nghiên cứu chẩn đoán lỗi trong hệ thống lạnh của tòa nhà nhằm giảm thiểu năng lượng tiêu thụ Phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.
Bài viết đề cập đến việc sử dụng ba hàm tích phân, các thuật toán ma trận và biểu đồ đường thẳng để phân tích sự lân cận và chuyển động của các con số, từ đó so sánh với ngân hàng lỗi nhằm xác định các lỗi hệ thống từ giai đoạn sớm Liu và các cộng sự đã nghiên cứu chương trình quản lý nhiệt thải trong động cơ xe hơi thông qua hệ thống làm mát không khí, kết hợp với mô phỏng 3D để giúp người sử dụng hình dung và khắc phục vấn đề Cezar và nhóm nghiên cứu đã trình bày phương pháp kiểm soát dòng nhiệt trong dung dịch điện phân LiBr/H2O, nhằm tăng gấp đôi hiệu quả của hệ thống làm lạnh hấp thụ Hệ thống này tích hợp các tính chất vật lý của dung dịch làm mát và cấu trúc của máy làm lạnh hấp thụ, với chi phí vận hành và kiểm soát thấp nhờ vào bộ điều khiển PID được lưu trữ trên nền tảng Arduino.
Theo nghiên cứu của Theo Huang và các cộng sự, van giãn nở ảnh hưởng lớn đến hoạt động của hệ thống lạnh, với dữ liệu môi chất lạnh được thu thập và phân tích để mô phỏng hiệu suất hệ thống Yang và các cộng sự đã đề xuất phương pháp chẩn đoán lỗi hệ thống lạnh thông qua thuật toán FDI và ngân hàng lỗi UIO, mặc dù phương pháp này vẫn còn nhiều hạn chế Nyemba và các cộng sự nhấn mạnh sự độc hại của các môi chất lạnh hiện tại đối với môi trường và kêu gọi việc tìm kiếm các giải pháp thay thế để bảo vệ tầng Ozon, trong khi một phương pháp làm lạnh mới cho bảo quản vaccine đã được thử nghiệm với chi phí thấp và an toàn cho môi trường Cuối cùng, Yan và các cộng sự cho rằng hiệu suất của hệ thống HVAC phụ thuộc vào môi chất làm lạnh, với EEV hoạt động dựa trên các thuật toán PID phức tạp để tối ưu hóa tốc độ và lưu lượng môi chất, trong khi Montazeri và các cộng sự đã áp dụng các phương pháp mạng thần kinh PCA và RBF để phát hiện và chẩn đoán lỗi hiệu quả.
Bài viết này trình bày một phân tích với 30% dữ liệu dành cho thử nghiệm, được minh họa qua các sơ đồ Trục dọc thể hiện các loại lỗi, trong khi trục ngang liên quan đến số lượng dữ liệu theo thời gian liên tiếp.
Yan cùng các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng thiết bị làm lạnh FDD để tìm kiếm tập hợp con tối ưu các tính năng, kết hợp với hệ thống BMS Quy trình xử lý ngoại lệ của FDD, bao gồm tính năng chọn lọc, phát hiện trạng thái ổn định, mô hình không có lỗi, và phân loại chẩn đoán, đã được trình bày chi tiết Ông Subaramanian và cộng sự cho rằng hiệu suất của nhiều hệ thống thực tế có thể được cải thiện bằng kỹ thuật điều khiển trước như NMPC, với hiệu suất phụ thuộc vào độ chính xác của dự đoán và chất lượng mô hình Ông Spanos và cộng sự đã đề xuất chiến lược hai giai đoạn cho nhiệm vụ chẩn đoán và phát hiện lỗi hệ thống lạnh, sử dụng phân tích phân biệt tuyến tính (LDA) để chiếu dữ liệu vào không gian chiều thấp hơn nhằm đạt được sự phân tách lớp tối đa.
Bài viết mô tả phương pháp phát hiện lỗi hệ thống HVAC thiết bị đầu cuối (TU) và chẩn đoán tự động từ xa, sử dụng phương pháp trích xuất tính năng mới từ bộ điều khiển PID Nghiên cứu của ông Cui và cộng sự kết hợp công nghệ xử lý dữ liệu mất cân bằng với máy vectơ hỗ trợ (SVM) để chuyển giao kiến thức từ máy làm lạnh ly tâm sang máy làm lạnh trục vít với ít dữ liệu mới Công nghệ PCASMOET-SVM cải thiện hiệu suất chẩn đoán của máy làm lạnh trục vít, nhờ vào kiến thức trước từ máy làm lạnh ly tâm Ông Fan và cộng sự chỉ ra rằng chỉ có tám cảm biến thường được lắp đặt trong hệ thống làm lạnh tại nhà máy, ít hơn so với phòng thí nghiệm Nghiên cứu đã trích xuất thông tin từ ba cảm biến để thiết lập các mô hình SVM 3 và SVM 8, đạt độ chính xác 97,68% cho bảy lỗi điển hình Cuối cùng, Saleh và cộng sự đã giới thiệu công nghệ điều khiển mới nhằm tiết kiệm năng lượng.
Việc kéo dài tuổi thọ của thiết bị trong hệ thống điều hòa không khí có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tần số quay của máy nén và kích thước van điện từ để phù hợp với các mức tải cố định khác nhau Nasution và các cộng sự đã chứng minh rằng việc sử dụng hệ thống điều khiển PI để điều chỉnh lưu lượng và tốc độ máy nén mang lại kết quả vượt trội so với bộ điều khiển On-Off, như giảm nhiệt độ đầu ra và tiết kiệm năng lượng Cheng và nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới để đo đạc các thông số, sử dụng cảm biến thông minh từ thiết bị di động để điều chỉnh hoạt động của điều hòa không khí theo thói quen và vị trí của người dùng Rasmussen và các cộng sự đã giới thiệu một mô hình điều hòa không khí nhằm đo đạc các thông số phục vụ cho nghiên cứu, với mục tiêu phát triển một hệ thống thực sự tiên tiến, bao gồm các tính năng mới như chẩn đoán lỗi cho các thiết bị như dàn bay hơi.
Ali và các cộng sự đã đề xuất một hệ thống tương tác với người dùng thông qua việc ghi nhận cảm giác của họ về môi trường làm việc, sử dụng dữ liệu cảm biến và mô hình PMV nâng cao để điều khiển điều hòa không khí thông minh, nhằm mang lại sự hài lòng về nhiệt độ Aftab và các cộng sự nhấn mạnh xu hướng sử dụng cảm biến không dây thay cho cảm biến cố định, mang lại sự tiện lợi hơn Các thuật toán đã được mô phỏng để kiểm tra hiệu suất, với mục tiêu tối ưu hóa và thương mại hóa hệ thống BMS Tastana và các cộng sự phát triển ứng dụng nhà thông minh, cho phép thu thập dữ liệu từ các thiết bị như dòng điện, điện áp, công suất, nhiệt độ và độ ẩm, lưu trữ trên đám mây để phân tích đặc tính vận hành, từ đó giảm mức tiêu thụ năng lượng cho hộ gia đình Moussa và các cộng sự đã giới thiệu một thế hệ cảm biến không dây mới, được coi là cách mạng trong thiết kế hệ thống HVAC, giúp kiểm soát khí hậu và theo dõi hành vi con người một cách nhanh chóng.
Có 6 điều kiện phòng có thể tích hợp với hệ thống thông tin, giải trí và an ninh gia đình, cho phép các hệ thống điều khiển thông minh tiên tiến cung cấp dịch vụ quan trọng hơn trong tương lai.
Tassou, Kocyigit, Gao và các cộng sự đã phát triển một hệ thống chẩn đoán và phát hiện rò rỉ môi chất lạnh dựa trên trí thông minh nhân tạo, giám sát hiệu suất hệ thống theo thời gian thực và chẩn đoán lỗi trong chu trình làm lạnh nén hơi, đặc biệt trong hệ thống HVAC Woradechjumroen và nhóm nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp chẩn đoán và khắc phục lỗi thiết kế dư công suất cho hệ thống điều hòa không khí Packaged thương mại, sử dụng dữ liệu thời tiết và vận hành để cải thiện chế độ vận hành và tiết kiệm chi phí Yan và nhóm nghiên cứu đã xây dựng các mạng lưới điều kiện bất lợi cho máy điều hòa không khí chiller, với độ chính xác phân loại lỗi đạt trung bình 90,40% từ 30 mẫu dữ liệu cho mỗi loại lỗi, cho thấy tính khả thi trong thực tế.
Zhu và các cộng sự đã phát triển một phương pháp chẩn đoán lỗi hệ thống điều hòa trong các trung tâm dữ liệu, đạt tỷ lệ chính xác 94,17% và tỷ lệ báo động sai chỉ 5% Wang và nhóm nghiên cứu đã giới thiệu một giải pháp tự phát hiện và tự sửa lỗi cảm biến dựa trên mạng phi tập trung, nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế Beghi cùng cộng sự đã đề xuất một phương pháp phát hiện lỗi dựa trên dữ liệu giám sát, giúp giảm đáng kể tỷ lệ sai sót trong chẩn đoán, với độ chính xác từ 95%-98% cho các lỗi thường gặp của chiller Pedersen và cộng sự đã nghiên cứu kiểm soát chức năng dự đoán quá nhiệt trong hệ thống lạnh, mở ra hướng đi mới cho việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống này.
Bảy lược được nghiên cứu để giành quyền kiểm soát PI bao gồm kiểm soát theo lịch trình, kiểm soát chức năng dự đoán, và kiểm soát chức năng dự đoán thông qua mạng thần kinh Hiệu suất tương tự giữa các phương pháp cho thấy lựa chọn phương pháp điều khiển có thể phụ thuộc vào các yếu tố như khả năng điều chỉnh và yêu cầu về năng lực tính toán Song và các cộng sự đã chỉ ra những ảnh hưởng đối với sự dao động nhiệt độ phòng và tiêu hao năng lượng Nguyên mẫu công cụ FDD được phát triển thông qua việc phân loại và tổ chức kết luận, với độ tin cậy cao khi áp dụng cho FDD và hiệu quả trong việc giảm thiểu sự suy giảm môi trường phòng và lãng phí năng lượng.
Zhi Li, Hua Han, Liangliang Sun và các cộng sự đã nghiên cứu nhằm cải thiện hệ thống chẩn đoán lỗi trong hệ thống lạnh, giúp phát hiện và khắc phục lỗi sớm, giảm thiểu năng lượng hao phí Yu và cộng sự đã đánh giá các phương pháp chẩn đoán trên đơn vị xử lý không khí, cho thấy nghiên cứu kiểm soát tiên tiến có thể duy trì hiệu suất hệ thống trong trường hợp hỏng hóc Các nghiên cứu này dựa trên sự hiểu biết về FDD, mô hình hóa động lực và nguyên tắc hệ thống điều khiển Miguel và cộng sự đã phát triển hệ thống phát hiện lỗi cho lắp đặt điện lạnh công nghiệp, mặc dù kết quả khó đánh giá do thiếu dữ liệu lỗi thực tế, nhưng họ coi FDI dựa trên mô hình định lượng là công cụ cải thiện bảo trì Liu và các cộng sự đã đề xuất chiến lược chẩn đoán lỗi cho hệ thống VRF dựa trên kỹ thuật cảm biến ảo và phương pháp PCA-EWMA, cho thấy mô hình lai trong thử nghiệm trực tuyến có hiệu quả chẩn đoán lỗi vượt trội và xác định chính xác dữ liệu của các hệ thống khác.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Đối với hệ thống lạnh ở nước ta hiện nay, ở các xí nghiệp đã ứng dụng phổ biến công nghệ tự động hóa từ các thiết bị động lực bảo vệ và điều khiển, bên cạnh đó có nhiều
8 nghiên cứu khoa học nhằm nâng cấp phát hiện, giả lập sự cố, nhằm đưa ra các giải pháp tối ưu vận hành hệ thống
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở tính toán
2.1.1 Sơ đồ nguyên lý chu trình lạnh 1 cấp
Chu trình lạnh 1 cấp ở hình 2.1 được sử dụng rộng rãi cả trong công nghiệp và dân dụng
Hình 2.11:Sơ đồ nguyên lý chu trình lạnh 1 cấp
Nguyên lý hoạt động hệ thống lạnh 1 cấp nén:
Quá trình làm việc của máy nén bắt đầu từ trạng thái hơi quá nhiệt ở nhiệt độ thấp T0 và áp suất thấp p0 Sau đó, hơi được nén đến trạng thái có nhiệt độ cao Tk và áp suất cao pk trong quá trình nén đẳng entropy Tiếp theo, hơi nóng được làm mát đẳng áp qua thiết bị trao đổi nhiệt (TBNT) đến trạng thái lỏng bão hòa (3) và sau đó được quá lạnh trước khi vào thiết bị tiết lưu (4) Tại thiết bị tiết lưu, quá trình tiết lưu đẳng enthalpy diễn ra, đưa hơi đến trạng thái hơi bão hòa ẩm (5) Cuối cùng, tại thiết bị bay hơi (TBBH), hơi nhận nhiệt đẳng áp và đạt đến trạng thái hơi bão hòa khô (6), trước khi quay trở lại máy nén để bắt đầu chu trình mới với hơi bão hòa khô được quá nhiệt trở lại trạng thái (1).
2.1.2 Đồ thị và các công thức tính toán a) Đồ thị chu trình lạnh 1 cấp
Các quá trình diễn ra trong hệ thống lạnh được thể thiện qua đồ thị T-s và đồ thị lgp-h như hình bên dưới
Hình 2.12:2.1 Đồ thị T-s và lg p - h
1 – 2: quá trình nén đoạn nhiệt đẳng entropy ở MN; 2 – 3: nhả nhiệt đẳng áp ở TBNT ;
3 – 4: quá lạnh ở TBNT; 4 – 5: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở TL; 5 – 6: nhận nhiệt đẳng áp ở TBBH ; 6 – 1: quá nhiệt ở TBBH
2.1.3 Các công thức tính toán
- Công riêng cấp cho máy nén: l = h1 – h2 (kJ/kg) (2.1)
Trong đó: h1: Enthalpy tại đầu hút của máy nén (kJ/kg) h2: Enthalpy tại đầu đẩy của máy nén (kJ/kg)
- Nhiệt lượng riêng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 – h4 (kJ/kg) (2.2)
Với h4: Enthalpy tại điểm 4 trước van tiết lưu (kJ/kg)
- Nhiệt lượng riêng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 – h5 (kJ/kg) (2.3)
Với h5: Enthalpy tại điểm 5 trước khi vào thiết bị bay hơi (kJ/kg)
2.1.4 Các thông số được sử dụng trong chẩn đoán pan a) Nhiệt độ quá nhiệt Tsh của TBBH: thể hiện mức độ lỏng môi chất có trong TBBH Nếu ΔTSH của TBBH trong khoảng tốt, chứng tỏ TBBH đủ lỏng, và ngược lại TBBH thừa hoặc thiếu lỏng ΔTSH= T0 – Tsau TBBH (2.4)
Nhiệt độ quá lạnh Tsc phản ánh mức độ môi chất trong hệ thống TBNT Nếu giá trị ΔTsc đạt tiêu chuẩn, điều này cho thấy TBNT đang có đủ môi chất cần thiết Ngược lại, nếu ΔTsc không đạt yêu cầu, có thể TBNT đang thiếu hoặc đủ lượng lỏng Công thức tính ΔTSC là ΔTSC = Tk – Ttrước tiết lưu (2.5).
Phương pháp nghiên cứu và cơ sở lý thuyết
Dựa trên kiến thức tích lũy từ quá trình học, chúng tôi đã xây dựng quy trình chuẩn đoán pan cho hệ thống lạnh một cách hệ thống và đầy đủ Sử dụng sơ đồ và thông số thực tế, người vận hành có thể xác định sự cố của hệ thống lạnh trong quá trình vận hành, từ đó chủ động sắp xếp và lên lịch bảo trì hiệu quả cho hệ thống.
Hình 2.23: Sơ đồ chuẩn đoán pan
Quy trình chẩn đoán bắt đầu khi phát hiện sự suy giảm năng suất lạnh của hệ thống, thể hiện qua việc nhiệt độ kho hoặc phòng lạnh không đạt mức cài đặt trong thời gian dài Các bước chẩn đoán bao gồm kiểm tra áp suất đầu hút, đặc biệt là đối với pan máy nén bé, để xác định xem áp suất có thấp hay không.
- Trường hợp đúng: ta xét đến độ quá lạnh, độ quá nhiệt, kết luận pan khác
- Trường hợp sai: ta xét đến phía áp suất cao có bất thường hay không?
+ Nếu bình thường, tiếp tục xét và chẩn đoán pan khác
Nếu phát hiện bất thường, cần kết luận rằng hệ thống gặp phải tình trạng pan máy nén bé Đối với pan TBBH bị bám bẩn và thiếu lưu lượng không khí, hãy kiểm tra xem áp suất đầu hút có thấp hay không.
- Trường hợp đúng: ta xét đến độ quá nhiệt có lớn hay không?
Nếu độ quá nhiệt thấp, điều này cho thấy lượng môi chất trong TBBH nhiều Khi xem xét độ chênh lệch nhiệt độ không khí trước và sau TBBH (∆TAIR), nếu ∆TAIR lớn, có thể kết luận rằng quạt hoạt động yếu Ngược lại, nếu ∆TAIR nhỏ, điều này cho thấy TBBH bị bám bẩn.
Trong trường hợp sai, cần tiếp tục xét và chẩn đoán các vấn đề khác Đối với pan TBNT bị bám bẩn và thiếu lưu lượng không khí, cần kiểm tra xem áp suất đầu hút có thấp hay không.
+ Ta xét đến áp suất đầu đẩy có bình thường hay không không? Nếu áp suất đầu đẩy thấp, kết luận pan khác,
+ Nếu áp suất đầu đẩy cao, xét tiếp độ quá lạnh
+ Nếu độ quá lạnh lớn, xét tiếp pan khác
+ Nếu độ quá lạnh bé (chứng tỏ lỏng môi chất trong TBNT ít), xét độ chênh nhiệt độ không khí trước và sau TBNT (∆TAIR)
+ Nếu ∆TAIR lớn, kết luận quạt yếu Ngược lại, kết luận TBNT bám bẩn
Trong trường hợp đúng, cần tiếp tục xét và chẩn đoán tình trạng pan khác Đặc biệt, đối với pan thừa gas và khí không ngưng, việc kiểm tra áp suất đầu hút là rất quan trọng để xác định xem áp suất có thấp hay không.
+ Ta xét đến áp suất đầu đẩy có bình thường hay không không? Nếu áp suất đầu đẩy thấp, kết luận pan khác
+ Nếu áp suất đầu đẩy cao, xét tiếp độ quá lạnh
+ Nếu độ quá lạnh bé, xét và chẩn đoán pan khác
+ Nếu độ quá lạnh lớn (chứng tỏ lỏng trong TBNT nhiều), tiến hành kiểm tra khí không ngưng có trong hệ thống hay không?
+ Nếu không có khí không ngưng, kết luận pan thừa gas
- Trường hợp đúng: Tiếp tục xét và chẩn đoán pan khác e) Đối với pan tiết lưu sớm: Kiểm tra áp suất đầu hút có thấp hay không?
- Trường hợp sai: Xét pan khác
+ Ta xét đến độ quá nhiệt
+ Nếu độ quá nhiệt bé, xét tiếp pan khác
+ Nếu độ quá nhiệt lớn (chứng tỏ lỏng môi chất trong TBBH ít), xét tiếp độ quá lạnh
+ Nếu độ quá lạnh không tốt (chứng tỏ lỏng môi chất trong TBNT ít), kết luận pan khác
Để đánh giá hiệu quả của hệ thống, nếu nhiệt độ quá lạnh cho thấy lượng môi chất trong TBNT cao, cần xem xét độ chênh lệch nhiệt độ của môi chất dọc theo ống dẫn từ TBNT đến van tiết lưu.
+ Nếu có sự chênh nhiệt độ tại mội vị trí nào đó trên đường ống, chứng tỏ vị trí đó bị tắt nghẽn, kết luận pan tiết lưu sớm
Nếu không có sự chênh lệch nhiệt độ tại bất kỳ vị trí nào trên đường ống, cần đưa ra kết luận khác Đối với van tiết lưu có kích thước quá nhỏ, cần kiểm tra xem áp suất đầu hút có bị thấp hay không.
- Trường hợp sai: Xét pan khác
+ Ta xét đến độ quá nhiệt
+ Nếu độ quá nhiệt bé, xét tiếp pan khác
+ Nếu độ quá nhiệt lớn (chứng tỏ lỏng môi chất trong TBBH ít), xét tiếp độ quá lạnh
+ Nếu độ quá lạnh không tốt (chứng tỏ lỏng môi chất trong TBNT ít), kết luận pan khác
Để đánh giá hiệu suất của hệ thống, cần xem xét độ lạnh của môi chất trong TBNT, vì độ lạnh cao cho thấy lượng lỏng môi chất nhiều Tiếp theo, cần phân tích độ chênh lệch nhiệt độ của môi chất trên đường ống từ TBNT đến trước van tiết lưu để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.
+ Nếu có sự chênh nhiệt độ tại mội vị trí nào đó trên đường ống, chứng tỏ vị trí đó bị tắt nghẽn, kết luận pan khác
Nếu không có sự chênh lệch nhiệt độ tại bất kỳ vị trí nào trên đường ống, và trường hợp lỏng môi chất trong thiết bị nén khí (TBNT) nhiều nhưng trong thiết bị bay hơi (TBBH) lại ít, có thể kết luận rằng van tiết lưu bị tắc nghẽn hoặc van tiết lưu quá bé Đối với trường hợp thiếu gas, cần kiểm tra xem áp suất đầu hút có thấp hay không.
- Trường hợp sai: Xét pan khác
+ Ta xét đến độ quá nhiệt
+ Nếu độ quá nhiệt bé, xét tiếp pan khác
+ Nếu độ quá nhiệt lớn (chứng tỏ lỏng môi chất trong TBBH ít), xét tiếp độ quá lạnh
+ Nếu độ quá lạnh tốt (chứng tỏ lỏng môi chất trong TBNT nhiều), xét tiếp pan khác
+ Nếu độ quá lạnh không tốt (chứng tỏ lỏng môi chất trong TBNT ít), kết luận pan thiếu gas
2.2.3 Nguyên nhân: a) Pan máy nén quá bé:
Máy nén thường có mối quan hệ giữa áp suất hút và áp suất đầu đẩy, trong đó áp suất hút thấp tương ứng với áp suất đầu đẩy thấp và ngược lại Khi máy nén bị hư hỏng các chi tiết nội bộ, áp suất hút và đẩy sẽ thay đổi bất thường Các hư hỏng phổ biến của máy nén bao gồm hỏng lá van hút, van đẩy, van xả đá bằng gas nóng, bypass, xéc măng bị mòn, và các cơ cấu bị gãy Ngoài ra, việc pan TBNT bám bẩn và thiếu lưu lượng không khí cũng là một vấn đề đáng lưu ý.
- Dàn bay hơi bám bẩn, có vật cản trên đường gió hồi
- Quạt yếu c) Pan tiết lưu sớm:
Pan tiết lưu sớm xảy ra khi các thiết bị lắp đặt trên đường lỏng trước van tiết lưu bị tắc nghẽn, dẫn đến việc hạn chế dòng chảy Sự tắc nghẽn này có thể do đường ống hoặc các thiết bị trước van tiết lưu gây ra, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Trong thực tế, pan tiết lưu sớm thường xuất hiện ở các thiết bị như phin lọc, van điện từ và van xuất phát lỏng từ các bình chứa Bên cạnh đó, hiện tượng flash gas cũng được xem là pan tiết lưu sớm, mặc dù ít gặp, thường xảy ra khi đường ống quá dài.
- Phin lọc bị tắc bẩn
- Kẹt van xuất phát lỏng (van 3 ngã, …)
- Van điện từ mở không hoàn toàn
- Lựa chọn sai thiết bị trên đường lỏng
- Đường kính ống dẫn quá bé
- TBBH đặt quá cao, quá xa
- Đường chất lỏng đi qua chỗ nóng (tiếp xúc với đường ống đẩy, gần nguồn nhiệt lớn, …) d) Pan tiết lưu quá bé:
Trong quá trình vận hành hệ thống lạnh, van tiết lưu có thể gặp phải tình trạng tắc nghẽn hoặc hư hỏng, dẫn đến việc giảm lượng môi chất đi qua van Tình trạng này tương tự như việc lắp đặt một van tiết lưu mới có công suất nhỏ hơn nhiều so với công suất thiết kế của hệ thống, gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống lạnh.
- Các nguyên nhân thường gặp thực tế:
+ Van tiết lưu chọn sai hay ống của nó quá bé
+ Van tiếu lưu bị đóng quá nhiều do hiệu chỉnh sai
+ Đường kết nối thermostat của van tiết lưu bị thủng
+ Vị trí nối sai giữa bầu cảm biến và đường cân bằng ngoài
+ Đường thermostat của van tiết lưu được dự kiến dùng cho môi chất lạnh khác với môi chất đang dùng trong hệ thống
+ Van tiết lưu bị hỏng về cơ khí (đóng mở không tốt)
+ Phin lọc đầu vào của van tiết lưu bị tắc
+ Áp suất HP yếu bất thường
+ Màng ngăn bộ phân phối quá bé
+ Thân van tiết lưu lạnh hơn bầu
+ Bầu van tiết lưu đặt sai e) Pan TBBH bám bẩn và thiếu lưu lượng không khí ở TBBH
- Dàn bay hơi bám bẩn, có vật cản trên đường gió hồi
- Quạt yếu f) Pan có khí không ngưng và thừa gas
Sự cố này rất hiếm gặp trong hệ thống, thường xảy ra sau khi khắc phục một sự cố Nguyên nhân có thể do người sửa chữa nạp quá nhiều gas vào hệ thống hoặc thực hiện thao tác không đúng, dẫn đến việc không khí lọt vào hệ thống.
1) Triệu chứng pan máy nén quá bé:
- Nhiệt độ phòng không đạt
- Áp suất đầu hút không thấp, áp suất đầu đẩy không đạt
2) Triệu chứng pan TBNT bám bẩn và thiếu lưu lượng không khí ở TBNT
- Áp suất đầu hút và đầu đẩy tăng
- Nhiệt độ đầu hút tăng
- Độ chênh nhiệt độ không khí tại TBNT tăng → pan thiếu lưu lượng không khí ở TBNT
- Độ chênh nhiệt độ không khí tại TBNT giảm → pan TBNT bám bẩn
3) Triệu chứng pan tiết lưu sớm:
- Nhiệt độ phòng không đạt
- Áp suất đầu hút giảm
- Xuất hiện độ chênh nhiệt độ trên đường ống từ sau TBNT đến trước van tiết lưu
4) Triệu chứng pan tiết lưu quá bé:
- Nhiệt độ phòng không đạt
- Áp suất đầu hút giảm, ΔTSH lớn
5) Triệu chứng pan thiếu gas:
- Nhiệt độ phòng không đạt
- Áp suất đầu hút giảm
- ΔTSH lớn, ΔTSC không tốt
6) Triệu chứng pan TBBH bám bẩn và thiếu lưu lượng không khí ở TBBH
- Nhiệt độ phòng không đạt
- Áp suất đầu hút thấp
- ΔTSH tốt, độ chênh nhiệt độ không khí tăng → pan TBBH bám bẩn
- ΔTSH tốt, độ chênh nhiệt độ không khí giảm → thiếu lưu lượng không khí ở TBBH
7) Triệu chứng pan có khí không ngưng và thừa gas
- Nhiệt độ phòng không đạt
- Áp suất đầu hút và đầu đẩy tăng
Cơ sở thiết kế
Microsoft đã phát hành Visual Studio 2019 vào đầu năm 2019, cho phép lập trình viên viết mã bằng nhiều ngôn ngữ và nền tảng khác nhau, trong đó có Visual Basic 2019 Visual Studio hỗ trợ 36 ngôn ngữ lập trình khác nhau và cung cấp trình chỉnh sửa mã cùng trình gỡ lỗi cho hầu hết các ngôn ngữ, miễn là có dịch vụ dành riêng cho ngôn ngữ đó Các ngôn ngữ cài sẵn bao gồm C, C++, C++/CLI, Visual Basic NET, C#, F#, JavaScript, TypeScript, XML, XSLT, HTML và CSS Ngoài ra, hỗ trợ cho các ngôn ngữ khác như Python, Ruby, Node.js và M có sẵn thông qua các trình cắm thêm Visual Basic 2019 là phiên bản mới nhất của ngôn ngữ lập trình VB.NET do Microsoft phát hành.
Môi trường phát triển tích hợp Visual Studio của Microsoft là một IDE mạnh mẽ, hỗ trợ chỉnh sửa, gỡ lỗi và xây dựng mã để xuất bản ứng dụng Nó không chỉ cung cấp trình soạn thảo và trình gỡ lỗi tiêu chuẩn mà còn tích hợp trình biên dịch, công cụ hoàn thành mã, thiết kế đồ họa cùng nhiều tính năng khác, giúp đơn giản hóa quy trình phát triển phần mềm.
Visual Studio có sẵn trên cả Windows và Mac, với phiên bản cho Mac cung cấp nhiều tính năng tương tự như Visual Studio 2019 Phiên bản này được tối ưu hóa đặc biệt để phát triển ứng dụng di động và đa nền tảng.
Có ba phiên bản của Visual Studio 2019: Community, Professional, và Enterprise Phần mềm Visual Studio 2019 mà nhóm sử dụng là Visual Studio 2019 Community
The Arduino IDE, short for Arduino Integrated Development Environment, is a text editor designed for writing code to upload to Arduino boards Its primary functions include providing an intuitive interface for coding, compiling, and uploading sketches, making it an essential tool for Arduino developers.
- Biên dịch các chương trình đang soạn thảo để kiểm tra lỗi lập trình
- Biên dịch và upload các chương trình đang soạn thảo
- Mở một trang soạn thảo mới
- Mở các chương trình đã lưu
- Lưu chương trình đang soạn
- Gửi và nhận dữ liệu giữa máy tính và board Arduino
- Giao diện thân thiện, dễ sử dụng
Hình 2.34: Giao diện trên Arduino IDE
Giao diện Arduino IDE như hình trên, là giao diện đơn giản giúp người dùng thuận tiện trong khi thao tác các lệnh
2.3.3 Phần cứng xử lý trung tâm a) Giới thiệu
Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển do Arduino.cc phát triển, thuộc nền tảng điện tử mã nguồn mở, chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P.
Arduino chúng ta có thể xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau thông qua phần mềm và phần cứng hỗ trợ
Arduino Uno R3 kết nối trực tiếp với máy tính qua USB để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với hệ điều hành Windows, MAC và Linux, nhưng Windows là lựa chọn tối ưu IDE sử dụng các ngôn ngữ lập trình như C và C++.
Arduino Uno tích hợp cổng USB, cho phép giao tiếp nối tiếp với máy tính Bo mạch sử dụng vi điều khiển Atmega328, cung cấp nhiều tính năng như hẹn giờ, bộ đếm, ngắt, chân PWM, và chân I/O, hoạt động với xung nhịp 16 MHz, giúp tối ưu hóa tần số và số lệnh trong mỗi chu kỳ Đây là nền tảng mã nguồn mở, cho phép người dùng tùy chỉnh và cải tiến bảng dựa trên hướng dẫn và nhiệm vụ cụ thể.
Arduino tích hợp tính năng điều chỉnh điện áp, giúp duy trì ổn định khi kết nối với thiết bị bên ngoài Chân reset trên Arduino cho phép thiết lập lại toàn bộ và khôi phục chương trình về trạng thái ban đầu, rất hữu ích khi thiết bị bị treo trong quá trình hoạt động.
Có 14 chân I / O digital và 6 chân analog được tích hợp trên Arduino cho phép kết nối bên ngoài với bất kỳ mạch nào với Arduino Các chân này cung cấp sự linh hoạt và dễ sử dụng cho các thiết bị bên ngoài có thể được kết nối thông qua các chân này 6 chân analog được đánh dấu là A0 đến A5 và có độ phân giải 10 bit Các chân này đo từ 0 đến 5V, tuy nhiên, chúng có thể được cấu hình ở phạm vi cao bằng cách sử dụng chức năng analogReference và chân ISF
Bộ nhớ flash 13KB cho phép lưu trữ nhiều hướng dẫn dưới dạng mã, chỉ cần nguồn 5V để sử dụng với Arduino hoặc có thể lấy nguồn trực tiếp từ cổng USB Arduino hỗ trợ nguồn điện bên ngoài lên đến 12V, có thể điều chỉnh và giới hạn ở mức 5V hoặc 3,3V tùy thuộc vào yêu cầu của dự án.
Mỗi mạch điều khiển sẽ có các bộ thông số kết nối khác nhau Dưới đây là các thông số cụ thể của mạch Arduino
Bảng 1: Các thông số mạch Arduino
Chip điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (khuyên dung) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Số chân Digital 14 (of which 6 provide PWM output)
Dòng điện DC trên mỗi chân
Dòng điện DC trên chân
32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by bootloader
Tốc độ thạch anh 16 MHz
Cân nặng 25 g d) Sơ đồ chân kết nối Arduino UNO R3
Trên mạch Arduino UNO R3 có rất nhiều chân để kết nối với các thiết bị phụ trợ Mỗi chân sẽ có 1 ý nghĩa, điều khiển 1 phần riêng biêt
Hình 2.36: Sơ đồ chân kết nối Arduino UNO R3
Vin là điện áp đầu vào cho board mạch Arduino, khác với 5V từ cổng USB Pin này cung cấp điện áp toàn mạch qua jack nguồn, thường nằm trong khoảng 7-12VDC.
Chân 5V trên Arduino có chức năng cung cấp điện áp đầu ra, cho phép bo mạch hoạt động hiệu quả Arduino có thể được cấp nguồn qua ba phương thức: kết nối USB, chân Vin của bo mạch hoặc thông qua giắc nguồn DC.
- USB: Hỗ trợ điện áp khoảng 5V trong khi Vin và Power Jack hỗ trợ dải điện áp trong khoảng từ 7V đến 20V
- GND: Chân mass chung cho toàn mạch Arduino
- Reset: Chân reset để thiết lập lại về ban đầu
- IOREF: Chân này rất hữu ích để cung cấp tham chiếu điện áp cho Arduino
- PWM: PWM được cung cấp bởi các chân 3,5,6,9,10, 11 Các chân này được cấu hình để cung cấp PWM đầu ra 8 bit
- SPI: Chân này được gọi là giao diện ngoại vi nối tiếp Các chân 10 (SS), 11 (MOSI),
12 (MISO), 13 (SCK) cung cấp liên lạc SPI với sự trợ giúp của thư viện SPI
- AREF: Chân này được gọi là tham chiếu tương tự, được sử dụng để cung cấp điện áp tham chiếu cho các đầu vào tương tự
- TWI: Chân Giao tiếp TWI được truy cập thông qua thư viện dây Chân A4 và A5 được sử dụng cho mục đích này
- Serial Communication: Giao tiếp nối tiếp được thực hiện thông qua hai chân 0 (Rx) và 1 (Tx)
- Rx: Chân này được sử dụng để nhận dữ liệu trong khi chân Tx được sử dụng để truyền dữ liệu
- External Interrupts (Ngắt ngoài): Chân 2 và 3 được sử dụng để cung cấp các ngắt ngoài
- Robot: Arduino được ứng dụng trong các thiết kế về Robot, cụ thể như điều khiển motor, nhận biết và xử lý thông qua cảm biến
- Máy CNC mini sử dụng cho điêu khắc sử dụng laser hoặc spindle tốc độ cao
- Máy in 3D, sử dụng in chi tiết sản phẩm 3D
- Máy bay không người lái
- Điều khiển thiết bị thông qua internet (IoT)
- Nhận biết và xử lý và cảnh báo các vấn đề nguy hiểm như báo cháy, nồng độ hóa chất, khí ga độc hại, thông qua cảm biến
- Điều khiển thiết bị tắt bật đơn giản, cảm biến âm thanh, ánh sáng
- Giám sát và theo dõi nhiệt độ, áp suất hệ thống lạnh thông qua cảm biến.
Thiết bị cảm biến thu thập dữ liệu
2.4.1 Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 nổi bật với nhiều ưu điểm như dễ sử dụng, giá thành thấp, dãy nhiệt độ đo rộng và độ sai số thấp Chính vì những lý do này, cảm biến DS18B20 đã trở thành lựa chọn phổ biến trong các hệ thống lạnh.
Hình 2.47: Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Cảm biến có thể kết hợp được các modul, dây dẫn khác nhau, thuận tiện trong việc sử dụng a) Thông số kỹ thuật
Các thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ DS18B20 được thể hiện một cách cụ thể như ở bảng 2 bên dưới
Bảng 2: Các thông số của cảm biến nhiệt độ DS18B20
PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
Supply Voltage VDD Local power (Note 1) +3.0 +5.5 V
Input Logic-Low VIL (Notes 1,4,5) -0.3 +0.8 V
Input Logic-High VIH Local power (Notes 1,6) +2.2 V
Sink Current IL VI/O = 0.4V 4.0 mA
Standby Current IDDS (Notes 7,8) 750 nA
DQ Input Current IDQ (Note 10) 5 àA
- Điện áp cung cấp: 3.0V ~ 5.5V b) Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ với mạch Arduino
Cảm biến có 3 chân ra để kết nối vào mạch Arduino theo sơ đồ trong hình
Hình 2.48: Sơ đồ kết nối cảm biến và mạch Arduino
- VCC kết nối vào chân 5V (Arduino)
- GND kết nối vào chân GND (Arduino)
- DATA kết nối vào chân 2 (Arduino)
Cảm biến áp suất Sensys M5256-C3079E-020BG là sản phẩm chất lượng cao, được ứng dụng phổ biến trong nhiều mô hình và hệ thống thực tế, khẳng định độ tin cậy của nó.
Hình 2.49: Cảm biến Sensys M5256-C3079E-020BG a) Thông số kỹ thuật:
- Ngõ ra: 4~20mA (được bảo vệ nối ngược cực và ngắn mạch)
- Điện trở cách điện: 100㏁ @500VDC
- Kiểu nối cáp: Mini DIN43650
- Áp suất đột ngột: 5 lần áp suất định mức
- Thân vỏ thép không gỉ
- Môi chất: nước, dầu, khí
- Giấy hợp chuẩn CE về công nghệ nặng b) Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất với mạch Arduino :
Khi đấu nối cảm biến áp suất 4-20mA, có ba loại cơ bản cần lưu ý: cảm biến 2 dây, 3 dây và 4 dây Mỗi loại cảm biến này có đặc điểm và cách kết nối riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong hệ thống đo lường và điều khiển.
29 cách đấu nối khác nhau và có ưu nhược điểm khác nhau Tuy nhiên hiện nay người ta dùng nhiều nhất là cảm biến loại 3 dây như hình 2.10.
Hình 2.410: Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất
Thiết bị hiển thị dữ liệu
Màn hình LCD Nokia 5110 là màn hình đơn sắc sử dụng IC điều khiển Philips PCD8544, cho phép hiển thị hình ảnh đơn giản và thông số theo yêu cầu Với ưu điểm dễ sử dụng và lập trình, cùng kích thước nhỏ gọn, màn hình này là lựa chọn lý tưởng để kết nối với mạch Arduino.
Hình 2.511: Màn hình LCD Nokia 5110 b) Thông số kỹ thuật:
- Loại màn hình: LCD Graphic đơn sắc
- Mã sản phẩm: Nokia 5110 LCD
- Giao tiếp: SPI mức TTL
- Kích thước: 45x45mm c) Sơ đồ kết nối
Các chân kết nối của LCD và Arduino được quy định theo thứ tự như hình 2.12
Hình 2.512 : Sơ đồ kết nối màn hình LCD Nokia 5110
Hình ảnh minh họa các vị trí kết nối giữa mạch Arduino và màn hình LCD, giúp người dùng thực hiện kết nối một cách chính xác Để kết nối màn hình LCD Nokia 5110 với mạch Arduino, cần sử dụng các điện trở ngăn dòng để đảm bảo kết nối ổn định Bảng 2 cung cấp thông tin chi tiết về ý nghĩa của các chân kết nối và thứ tự kết nối giữa hai thiết bị.
Bảng 3: Thứ tự kết nối các chân LCD Nokia 5110 và Arduino
STT Các chân kết nối của
Vị trí kết nối trên Arduino Ý nghĩa
2 CE 4 Chip Enable (Chip Select)
7 Led+ GND Chân điều khiển đèn nền
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU
Ý tưởng thiết kế
Sau khi nghiên cứu các công trình khoa học trong Chương 1, nhóm chúng em đã thu thập nhiều thông tin hữu ích về các thuật toán và phương pháp chẩn đoán lỗi hệ thống lạnh từ các giáo sư trong và ngoài nước Chúng em cũng tìm hiểu về các thiết bị đo hiện có và cách các thuật toán hoạt động trên phần mềm, được trình bày trong phần 2.3 của Chương 2 Học hỏi từ bạn bè trong ngành cũng rất có ích, giúp chúng em tổng hợp tài liệu và thực nghiệm để phát triển phương pháp giải quyết thông minh cho đề tài Cuối cùng, chúng em thiết kế một hệ thống mạch điện tử hiện đại có khả năng thu thập và xử lý dữ liệu qua các đoạn code lập trình sẵn, như được thể hiện trong hình 3.1.
Hình 3.11: Bản vẽ thiết kế mạch tổng thể
Mạch điện tử ARDUINO UNO R3 trong hệ thống chuẩn đoán hoạt động bằng cách nhận tín hiệu truyền về từ các cảm biến Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên việc xử lý và phân tích dữ liệu để đưa ra các kết quả chính xác Hệ thống này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy trong quá trình chuẩn đoán.
Bài viết mô tả 33 thiết bị đo kết nối qua các chân trên bo mạch, cho phép truyền tín hiệu điện áp qua bộ chuyển đổi thành dòng HW Tín hiệu này được gửi đến mạch xử lý trung tâm, nơi thực hiện tính toán và tạo ra chuỗi số tín hiệu 0110101 để truyền đến máy tính qua cổng USB Đồng thời, một màn hình LCD hiển thị thông tin dữ liệu dưới dạng sóng cột Tất cả quy trình này được thực hiện thông qua các dòng code có mục đích rõ ràng.
Hình 3.1 minh họa rõ ràng các đường đi tín hiệu, dây điện nguồn và vị trí lắp đặt từng bộ phận thiết bị trong hệ thống Để làm rõ hơn về bo mạch chính, chúng tôi đã trình bày chi tiết qua hình 3.2.
Hình 3.12: Bản vẽ mạch điện tử Arduino
Mạch điện tử xử lý trung tâm được trang bị nhiều chân kết nối nhằm truyền và nhận dữ liệu từ môi trường bên ngoài Trong hình 3.2, chúng tôi đã liệt kê một số tên chân của mạch để minh họa.
Mạch hoạt động với nguồn điện DC 9V và có cổng USB cho phép kết nối với nhiều thiết bị như máy tính và máy chiếu Nó được trang bị đèn báo tín hiệu màu vàng để hiển thị việc truyền dữ liệu đã được nhận, cùng với đèn màu đỏ cho biết mạch đang hoạt động Ngoài ra, mạch còn có chân cắm 4 chân giúp kết nối trực tiếp để lấy thông tin dữ liệu.
Kiểm tra chất lượng thiết bị đo
Từ bản vẽ thiết kế đã thể hiện trong hình 3.1, nhóm em đã thống nhất chọn các thiết bị cần có trong hệ thống gồm:
- 7 con cảm biến nhiệt độ DS18B20
- 1 con cảm biến áp suất Sensys M5156-10286X-020BG-Ecomm
- 1 con cảm biến áp suất Keller PA-21G
- 1 bo mạch điện tử xử lý trung tâm Arduino UNO R3
- 2 bộ chuyển đổi tín hiệu dòng thành tín hiệu điện áp HW-685
- 1 bộ nguồn DC 24V, 1 bộ nguồn DC 9V
- Dây điện tín hiệu và dây điện nguồn
- 1 tấm phíp hàn mạch 18x30cm
Tất cả các thiết bị được liệt kê đều có sẵn trên thị trường hiện nay Trước khi tích hợp vào hệ thống cho đề tài, nhóm chúng tôi đã tiến hành kiểm tra chất lượng từng thiết bị và đánh giá phương thức liên kết cũng như hoạt động của chúng để đảm bảo sử dụng hiệu quả nhất.
3.2.1 Kiểm tra cảm biến đo nhiệt độ a) Tại nhiệt độ thấp:
Cho 7 con cảm biến nhiệt độ vào cùng một môi trường nhiệt độ thấp (kho trữ đông -
18 0 C) để xác định ngưỡng chênh lệch nhiệt độ giữa các con cảm biến nhiệt độ Cách thức được thể hiện cụ thể thông qua hình:
Hình 3.23: Kiểm tra trong môi trường nhiệt độ thấp
Trong quá trình theo dõi nhiệt độ kho lạnh, chúng tôi đã ghi nhận sự thay đổi số liệu từ các đầu cảm biến khi nhiệt độ giảm dần theo thời gian Khi nhiệt độ đạt đến ngưỡng nhất định mà tín hiệu từ cảm biến không còn thay đổi, chúng tôi có thể xác định được ngưỡng hoạt động của cảm biến ở nhiệt độ thấp Phương pháp kiểm tra này cho phép nhóm chúng tôi đánh giá ba yếu tố quan trọng của cảm biến đo ở nhiệt độ thấp.
Trong thí nghiệm với 7 cảm biến trong môi trường nhiệt độ cao (nước đang đun sôi), quá trình được thể hiện qua hình 3.4 Khi đun sôi nước, chúng ta quan sát dữ liệu trên đồng hồ số từ các cảm biến đo nhiệt độ, cho phép xác định độ chênh lệch nhiệt độ giữa các cảm biến Đồng thời, khi nhiệt độ tăng lên đến mức mà các cảm biến không còn nhận tín hiệu, chúng ta có thể xác định ngưỡng hoạt động nhiệt độ cao của cảm biến.
Như vậy qua hai bước mà nhóm đã thực nghiệm kiểm tra, xác nhận khoảng hoạt động cụ thể của cảm biến cho quá trình đo đạc
Hình 3.24: Kiểm tra trong môi trường nhiệt độ cao c) Độ sụt áp trên đường truyền tín hiệu:
Tại cùng một vị trí đo nhiệt độ, hai cảm biến có khoảng cách truyền dẫn khác nhau sẽ cho ra giá trị tín hiệu khác nhau Hình 3.5 minh họa cách thức kiểm tra xác định sự khác biệt này.
Hai cảm biến nhiệt độ được đặt tại cùng một vị trí, trong đó một cảm biến có đường truyền tín hiệu dài 1 mét và cảm biến còn lại có đường truyền 10 mét Khoảng cách 10 mét của dây tín hiệu cho phép xác định độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai cảm biến, từ đó giúp hiệu chỉnh số liệu và thu thập dữ liệu nhiệt độ một cách chính xác nhất.
Hình 3.25: Xác định độ sụt áp trên đường truyền tín hiệu
37 d) Tại nhiệt độ môi trường:
Kiểm tra độ ổn định tín hiệu đo của cảm biến nhiệt độ tại nhiệt độ môi trường là bước cuối cùng nhưng rất quan trọng Hình 3.6 mô tả cụ thể cách thức thực hiện phép đo này.
Nhiệt độ môi trường được hiển thị trên màn hình và được so sánh với tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ để xác định độ chênh lệch và độ ổn định của cảm biến theo thời gian Việc thay đổi các cảm biến khác nhau và quan sát trong khoảng thời gian cố định giúp kiểm tra độ ổn định của từng thiết bị một cách thực nghiệm.
Hình 3.26: Kiểm tra cảm biến ở nhiệt độ môi trường
3.2.2 Kiểm tra cảm biến đo áp suất : a) Bằng bình gas:
Kết nối cảm biến áp suất với bình gas R22 thông qua bộ đồng hộ đo nạp gas Cách thức kiểm tra được thể hiện thông qua hình 3.7
Hình 3.27: Kiểm tra cảm biến áp suất
Để xác định độ chênh áp của thiết bị đo, cần so sánh giá trị áp suất trên đồng hồ đo nạp gas với tín hiệu từ cảm biến áp suất hiển thị trên màn hình máy tính Giá trị đo được sẽ được xem là áp suất dư, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán kiểm tra Khi khóa bình gas lại và xả từ từ lượng gas còn lại, cần quan sát sự thay đổi áp suất trên đồng hồ và tín hiệu truyền về để đảm bảo tính đồng bộ, từ đó điều chỉnh nhằm tối ưu hóa quá trình thu thập dữ liệu.
Vị trí kết nối áp suất đo áp cao và áp thấp được thể hiện rõ qua hình 3.8, với mỗi hệ thống có giá trị áp thấp và cao khác nhau Để đảm bảo độ kín và độ bền cho các mối nối, thiết bị cần sử dụng cao su non, giúp đo đạc chính xác Hình 3.7 cũng chỉ ra vị trí lắp đặt áp suất khi đo áp suất cao và thấp, nhằm tránh nhầm lẫn có thể gây hư hỏng cho đồng hồ đo gas.
Hình 3.28: Cách thức kiểm tra thực nghiệm cảm biến áp suất b) Bằng hệ thống thực tế:
Tiến hành thực nghiệm cảm biến áp suất ngay trên hệ thống thực tế, hình 3.9 thể hiện rõ cách thức kiểm tra này
Khi tích hợp vào hệ thống thực tế và tiến hành đo đạc, đồng hồ hiển thị trên hệ thống lạnh cho phép so sánh độ chính xác của cảm biến nhiệt độ một cách dễ dàng Đồng thời, việc theo dõi trong thời gian dài giúp đánh giá sự ổn định của tín hiệu đo được từ thiết bị áp suất.
Hình 3.29: Kiểm tra hoạt động của thiết bị đo áp suất
Chế tạo lắp đặt hệ thống
3.2.3 Lắp đặt vị trí các cảm biến:
Các vị trí lắp cảm biến trên hệ thống được thể hiện trên hình ảnh mô phỏng của hệ thống lạnh như hình 3.10
Hình 3.310: Các vị trí lắp đặt cảm biến trên hệ thống lạnh
Hình 3.10 cung cấp thông tin rõ ràng về vị trí lắp đặt các cảm biến, giúp xác định chính xác vị trí trong hệ thống thực tế và tránh sai sót trong quá trình lắp đặt và đo đạc Hình 3.9 hiển thị nhiều ký hiệu cho các cảm biến cần lắp đặt, được giải thích chi tiết qua bảng chú thích bên dưới.
Bảng 4: Ý nghĩa các vị trí lắp cảm biến
STT Vị trí Diễn giải
1 T2 Nhiệt độ môi chất ra khỏi TBBH
2 T6 Nhiệt độ môi chất ra khỏi TBNT
3 T7 Nhiệt độ môi chất trước tiết lưu
4 T8 Nhiệt độ gió vào TBBH
5 T9 Nhiệt độ gió ra TBBH
6 T10 Nhiệt độ gió vào TBNT
7 T11 Nhiệt độ gió ra TBNT
9 Pk Áp suất đầu đẩy
Bảng này cung cấp thông tin chi tiết về số lượng, vai trò và vị trí của từng cảm biến, giúp quá trình lắp đặt thiết bị trở nên thuận lợi hơn Cảm biến nhiệt độ gió ra của thiết bị năng lượng tái tạo (TBNT) đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và điều chỉnh hiệu suất hoạt động.
Cảm biến được gắn ở mép dưới trước quạt dàn ngưng thứ nhất như hình 3.11
Hình 3.311: Vị trí lắp cảm biến đo nhiệt độ gió ra TBNT
Vị trí được chọn để lắp đặt cảm biến nhiệt độ gió vào TBNT là nơi mà hơi gas quá nhiệt đi vào dàn theo chiều từ trên xuống Hướng quạt gió thổi ra bốn hướng xung quanh, giúp gió tại vị trí này có giá trị trung bình với độ chính xác tương đối cao so với các vị trí khác.
Cảm biến được gắn vào tấm lưới phía sau của dàn ngưng như hình 3.12
Để đảm bảo đo đạc số liệu chính xác, vị trí lắp cảm biến cần cách xa thiết bị nhiệt độ (TBNT) nhằm tránh bức xạ nhiệt, đồng thời cần tránh xa nguồn nhiệt từ Mặt trời và các yếu tố xung quanh.
Hình 3.312: Vị trí lắp cảm biến đo nhiệt độ gió vào TBNT e) Cảm biến nhiệt độ gas ra khỏi TBNT:
Cảm biến nhiệt độ gas ra khỏi TBNT được lắp đặt ngay tại vị trí gas vừa đi ra khỏi TBNT như hình dưới đây
Hình 3.313: Vị trí lắp cảm biến đo nhiệt độ gas ra khỏi TBNT
Để đo nhiệt độ gas chính xác mà không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường, nhóm đã chọn vị trí trên đường ống đồng dẫn ra bên ngoài dàn ngưng để lấy số liệu Họ cũng sử dụng băng keo điện để cố định cảm biến, giúp giảm thiểu tác động của nhiệt độ môi trường lên kết quả đo.
Cảm biến nhiệt độ gió ra TBBH được lắp ở phía trước quạt dàn ngưng và nằm trên khung lưới sắt bảo vệ quạt được thể hiện thông qua hình 3.14
Hình 3.314: Vị trí lắp cảm biến đo nhiệt độ gió ra TBBH
Chọn vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ gió vào TBBH ở nơi có hướng gió thổi từ bốn phía quạt để đảm bảo nhiệt độ đo được không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ phòng Điều này giúp thu thập số liệu chính xác cho các phân tích và đánh giá.
Cảm biến nhiệt độ gió vào TBBH được lắp đặt ở mặt sau của TBBH, được thể hiện như hình 3.15
Cảm biến cần được lắp đặt xa TBBH để tránh ảnh hưởng từ nhiệt, đảm bảo đo chính xác nhiệt độ phòng, và được cố định bằng băng keo điện.
Hình 3.315: Vị trí lắp cảm biến đo nhiệt độ gió vào TBBH h) Cảm biến nhiệt độ gas ra khỏi TBBH:
Cảm biến nhiệt độ gas ra TBBH được lắp đặt ở ngay tại vị trí gas lạnh vừa đi ra khỏi TBBH như hình 3.16
Hình 3.316: Vị trí lắp cảm biến đo nhiệt độ gas ra khỏi TBBH
Cảm biến nên được lắp đặt ở vị trí này để đo nhiệt độ gas vừa thoát ra khỏi TBBH một cách chính xác nhất, trước khi bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ phòng Cảm biến được cố định bằng keo điện để đảm bảo độ ổn định.
45 i) Cảm biến nhiệt độ gas trước van tiết lưu:
Vị trí cảm biến được đặt như hình 3.17
Cảm biến đo nhiệt độ gas được lắp đặt trước van TL để theo dõi nhiệt độ gas sau khi đi qua van điện từ và trước khi vào van tiết lưu Việc này giúp xác định độ chênh lệch nhiệt độ trên đoạn ống dẫn, từ đó cung cấp thông tin quan trọng cho quá trình chuẩn đoán lỗi.
Cảm biến áp suất cao được lắp đặt qua ống dẫn gas, giúp đảm bảo an toàn trong quá trình tháo lắp Vị trí lắp đặt nằm tại van ba ngã, được gắn ở đầu đẩy của máy nén, như thể hiện trong hình 3.18.
Cảm biến được lắp đặt trên đường đẩy của máy nén giúp đo lường số liệu một cách chính xác nhất Để đảm bảo tính kín và chặt chẽ, an toàn, tại các mối nối được trang bị thêm cao su non.
Hình 3.318: Vị trí lắp đặt cảm biến đo áp suất cao HP k) Cảm biến áp suất thấp LP:
Cảm biến áp suất thấp được lắp đặt qua ống dẫn gas để đảm bảo an toàn trong quá trình tháo lắp, vị trí lắp đặt nằm ở van ba ngã gắn tại đầu hút của máy nén.
Hình 3.31: Vị trí lắp cảm biến đo áp suất thấp LP
Cảm biến áp suất được lắp đặt tại đầu hút của máy nén nhằm đo giá trị áp suất thấp một cách chính xác nhất, và được kết nối thông qua ống dẫn gas.
3.2.4 Chế tạo mạch điện tử:
Bộ vi mạch điện tử xử lý trung tâm được thực hiện bằng nhiều công đoạn, cách thức thực hiện được thể hiện cụ thể qua hình 3.20
Hình 3.320: Thiết kế mạch sơ bộ
Nhóm đã phát triển một hệ thống mạch điện tử được bảo vệ trong một hộp đen, với các vị trí thiết bị chính được đánh dấu và bố trí hợp lý Hệ thống đã được khoét lỗ sẵn để dễ dàng lắp ráp, đồng thời việc định vị từng bộ phận chính cũng được thể hiện rõ ràng qua hình 3.21.
Hình 3.321: Bố trí hoàn thiện lắp ráp mạch hệ thống
Các thiết bị chính được cố định cụ thể bằng keo nến, các mối nối mạch được thực hiện bằng phương pháp hàn chị, cụ thể qua hình 3.22
Hình 3.322: Mối nối hàn chì
Mối nối được thực hiện ở nhiệt độ cao và sử dụng dây chì để hàn kín, đảm bảo độ chắc chắn và ổn định cho đường truyền tín hiệu Hình dưới đây cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp tạo ra hệ thống hoàn chỉnh.
Qua hình, những cách thức kết nối có thể nói cụ thể là:
- Arduino với LCD: kết nối bằng 6 dây tín hiệu điện, 1 dây điện nguồn của LCD nối vào chân 3,3V trên mạch Arduino Tất cả đều kết nối bằng chốt cắm
