Dòng Sản phẩm omron

Từ các dòng điều khiển nhiệt tương tự đơn giản cho đến các loại đa vòng, kỹ thuật số phức tạp hỗ trợ nhiều giao thức mạng khác nhau, Omron luôn có một Thiết bị kiểm soát Nhiệt độ đáp ứng hoặc vượt trên các yêu cầu ứng dụng.

Trong phần này của khóa học, chúng ta sẽ thảo luận:

• nhóm thiết bị kiểm soát
• E5CB của Omron là một ví dụ đại diện

• Một số ứng dụng của thiết bị kiểm soát nhiệt độ.

Hiệu suất và Tính năng

E5CB

Chúng ta cùng xem E5CB, một ví dụ đại diện cho công nghệ kiểm soát nhiệt độ của Omron.

Thiết bị kiểm soát nhiệt độ E5CB cung cấp hiệu suất cao với chi phí thấp cho việc kiểm soát nhiệt cơ bản.

Chúng tôi sẽ giải thích một số tính năng phổ biến của nhiều thiết bị kiểm soát do Omron cung cấp, bao gồm:

• Dễ đọc, màn hình màu mã hóa
• Tính năng điều khiển cao cấp
• Liên lạc với PC qua USB
• Đầu ra Cảnh báo
• Điều chỉnh thông số tự động

Mặt trước của E5CB

Đây là mặt trước của thiết bị điều khiển E5CB. Bạn có thể tìm thấy thông số sau không?

• Nhiệt độ Đo được
• Nhiệt độ Điểm đặt
• Đèn báo Cảnh báo
• Đèn báo Đầu ra
• Đèn báo Dừng
• Nút Vận hành

Tính năng Kiểm soát Nâng cao của E5CB

E5CB chia sẻ một số tính năng kiểm soát nâng cao có trong nhiều Thiết bị kiểm soát Nhiệt độ của Omron. Những tính năng này bao gồm:

• Tốc độ lấy mẫu nhanh 250ms  cho phép kiểm soát chính xác hơn, đặc biệt khi nhiệt độ có thể thay đổi nhanh.

• Đầu ra cảnh báo với trên 10 điều kiện có thể lập trình kích hoạt cảnh báo! Ví dụ: cảnh báo khi nhiệt độ lệch khỏi giới hạn mà người dùng lập trình xung quanh điểm đặt.

• Kiểm soát PID đảm bảo sự cân bằng giữa tốc độ, độ ổn định và độ quá nhiệt.

Tính năng nâng cao bổ sung của nhiều thiết bị kiểm soát Omron, bao gồm:

• Cả chức năng Điều chỉnh Thủ công và Điều chỉnh Tự động mạnh mẽ đều tiết kiệm thời gian và giúp đạt được hiệu suất cao nhanh chóng.

• Dễ dàng lập trình và sao chép các tham số giữa các thiết bị
  với PC , Phần mềm ThermoMini của Omron qua kết nối USB.

• Hỗ trợ các cặp nhiệt loại K, J, T, R, và S cũng như
  RTD bạch kim để dễ dàng phù hợp với ứng dụng.

• Các mô hình sẵn có với đầu ra rơle (đóng kín điểm tiếp xúc)
  hoặc đầu ra điện áp (để dẫn động rơle bán dẫn).

Các ứng dụng

E5CB là thiết bị kiểm soát nhiệt độ rất có hiệu quả, nhưng chúng ta cùng xem thêm dòng E5CN trong điều khiển lò nướng. E5CN có thêm các tính năng rất hữu ích cho ứng dụng này.

Lưu ý rằng nhiệt độ tăng dần đến điểm đặt, duy trì ở đó trong một khoảng thời gian cụ thể và sau đó giảm ở tốc độ xác định trước.

Chức năng này được gọi là Ramp / Soak và có sẵn trong E5CN.

Chú ý màn hình thay đổi màu. Trong ví dụ này, màn hình màu đỏ bất cứ khi nhiệt độ khác điểm đặt. Các điều kiện khác có thể được lập trình để thay đổi màu hiển thị tùy model.

Ở đây, chúng ta lại thấy E5CN trong ứng dụng đóng gói. Những chiếc kẹp nhiệt làm tan chảy bao bì và trong thời gian này, bạn có thể thấy nhiệt độ đo được giảm xuống dưới điểm đặt khi vật liệu đóng gói hấp thu một lượng nhiệt.

Trong ví dụ này, màu sắc thay đổi là dấu hiệu cho biết giá trị xử lý ở dưới điểm đặt.

Các ví dụ khác về kiểm soát nhiệt độ, bao gồm:

• hoạt động đun nóng sơ bộ
• hoạt động ủ
• khử trùng
• dụng cụ rán
• ép khuôn dẻo
• xử lý nước và hóa chất
• kiểm soát nhiệt độ không khí
• và nhiều ứng dụng quan trọng khác

CÁC BÀI VIẾT KHÁC:

• Bài 1: Lý thuyết kiểm soát nhiệt độ
• Bài 2: Nguyên tắc Kiểm soát Cơ bản
• Bài 3: Dòng Sản phẩm Omron

Basic Control Principles

Giới thiệu 

Trong phần này của khóa học, bạn sẽ khám phá sự khác nhau
giữa các, thủ , , tự động ,.

Chúng ta sẽ xác định được nhiều bộ phận khác nhau trong hệ thống kiểm soát nhiệt độ và tìm hiểu cách kiểm soát nhiệt độ chính xác yêu cầu phản hồi  tỷ lệ,tích phânvà  dẫn xuất đối với thay đổi về nhiệt độ.

Cuối cùng, chúng ta sẽ xem qua cấu hình của hệ thống kiểm soát nhiệt độ.

Đầu vào, Xử lý, Đầu ra

Nguyên tắc cơ bản về kiểm soát quy trình, bao gồm kiểm soát nhiệt độ, bắt đầu với ba khối:

• Tín hiệu Đầu vào
• Xử lý
• Tín hiệu Đầu ra

Khi xem xét ba khối này, có hai loại kiểm soát cơ bản:

• KIỂM SOÁT THỦ CÔNG
• KIỂM SOÁT TỰ ĐỘNG

Chúng ta cùng tìm hiểu những điểm tương đồng và những điểm khác biệt quan trọng của từng loại…

Kiểm soát Thủ công

Xem qua hệ thống kiểm soát cơ bản này để bật bóng đèn.

Công tắc cơ học được vận hành bằng tay sẽ cung cấp TÍN HIỆU ĐẦU VÀO.  Công tắc này sẽ làm cho nguồn điện, theo dây dẫn hệ thống tạo nên TÍN HIỆU ĐẦU RA để bật đèn.

Cách kiểm soát này được gọi là kiểm soát thủ công vì hệ thống sẽ không thực hiện bất cứ điều gì cho đến khi trạng thái đầu vào được lệnh thay đổi thủ công.

Hệ thống này cũng là vòng mở vì hệ thống không thể biết được liệu bóng đèn có thực sự bật lên hay không.

Kiểm soát Tự động

Xem qua hệ thống kiểm soát chiếu sáng hiện đại hơn này.

Ở đây, ánh sáng sẽ rơi vào cảm biến quang điện. Cảm biến sẽ tạo ra một điện áp thay đổi tương ứng với độ sáng của đèn. Đây chính là tín hiệu đầu vào của hệ thống kiểm soát.

Độ sáng mà cảm biến phát hiện ra (tín hiệu đầu vào) được so sánh với độ sáng mong muốn hoặc “ điểm đặt ” của Chương trình Kiểm soát.

Kiểm soát Tự động

Nếu đèn không đủ sáng (dưới điểm đặt), thiết bị kiểm soát sẽ tăng công suất đầu ra để đèn sáng hơn.

Nếu đèn quá sáng (trên điểm đặt), công suất sẽ giảm để đèn tối hơn. Vòng này tiếp tục cho đến khi lượng ánh sáng khớp với giá trị điểm đặt.

Đây không chỉ được coi là kiểm soát tự động mà còn là kiểm soát vòng kín vì cảm biến quang điện phát hiện được thay đổi độ sáng ngay khi thiết bị kiểm soát điều chỉnh công suất.

Phản hồi của đầu ra thiết bị kiểm soát quay ngược lại đầu vào của thiết bị kiểm soát, thường gọi là vòng hồi tiếp , là khái niệm quan trọng trong lý thuyết kiểm soát quy trình.

Kiểm soát Nhiệt độ

Nào, chúng ta cùng xem ví dụ về Kiểm soát Nhiệt độ same principles apply.

Ở sơ đồ bên phải, cảm biến nhiệt độ đo được nhiệt độ thực tế của nước trong bình ĐẦU VÀO này được so sánh với nhiệt độ mong muốn của nước hoặc ĐIỂM ĐẶT (“Điểm đặt” là nhiệt độ mong muốn của quá trình. Điểm đặt thường được cung cấp cho thiết bị kiểm soát bằng tay thông qua bàn phím hoặc phần mềm cấu hình.) ĐẦU RA của bình nóng lạnh dùng điện  BẬT nếu nhiệt độ đo được dưới điểm đặt hoặc TẮT nếu nhiệt độ đo được trên điểm đặt.

Dựa trên những gì chúng ta đã tìm hiểu từ đầu đến giờ, theo bạn đây là kiểm soát tự động hay kiểm soát thủ công? Theo bạn đây là kiểm soát vòng mở hay vòng đóng?

Ví dụ này được coi là kiểm soát tự động. Khi nhiệt độ đo được (giá trị xử lý) không bằng nhiệt độ điểm đặt, thiết bị kiểm soát sẽ điều chỉnh bộ cấp nhiệt tự động mà không cần sự tác động của con người.

Đây cũng được coi là kiểm soát vòng kín vì có  Hồi tiếp.  In other words, thiết bị kiểm soát đo kết quả của tác động trước đó và thông tin này được dùng để điều chỉnh tác động tiếp theo.  Hồi tiếp là tính năng chung của các thiết bị kiểm soát vòng kín.

Theo lý tưởng, nếu nhiệt độ tại điểm đặt, bạn sẽ muốn giữ nguyên nhiệt độ đó và precisely tại the desired setpoint value.  However simple this requirement sounds, this condition is không dễ gì đạt được điều kiện đó.

Quán tính Nhiệt

Không thể đun nóng và làm lạnh chất lỏng ngay tức thì. Độ cản đối với sự thay đổi tức thì này trong nhiệt độ được gọi là Quán tính Nhiệt và khiến quá trình kiểm soát nhiệt độ trở thành một vấn đề rất “thú vị”!

Chúng ta sử dụng nhiệt nhưng cần có thời gian để nhiệt độ tăng lên. Chúng ta loại bỏ nhiệt nhưng cần có thời gian để chất lỏng nguội đi.

Trong một số quy trình công nghiệp, sự chậm trễ này có thể mất đến hàng phút hoặc tùy thuộc vào từng quy trình, có thể mất đến hàng tiếng hoặc thậm chí là nhiều ngày!

Loại bỏ nhiệt khỏi chiếc cốc và lưu ý thời gian hệ thống cần để làm mát. Đây là Quán tính Nhiệt.

Kiểm soát BẬT/TẮT đơn giản

Chúng ta có thể kiểm soát nhiệt độ bằng tín hiệu BẬT/TẮT đơn giản của bộ cấp nhiệt.

Trong ví dụ này, nếu nhiệt độ ở trên điểm đặt, chúng ta TẮT nhiệt nhưng như vậy thì đã quá muộn! Nhiệt độ sẽ tiếp tục tăng lên trước khi bắt đầu chậm lại và giảm xuống. Quá trình này là do quán tính nhiệt.

Khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm đặt, hiện tượng ngược lại sẽ xảy ra. Nhiệt độ sẽ tiếp tục giảm mặc dù nhiệt được sử dụng trước khi nhiệt độ bắt đầu tăng lại từ từ.

Có thể bạn đã gặp hiện tượng “Quá lạnh hoặc quá nóng” xảy ra với hệ thống điều hòa không khí trong nhà hoặc trong ô tô!

Kiểm soát theo Tỷ lệ

Để cải thiện quá trình kiểm soát nhiệt độ, chúng ta cần phản hồi kiểm soát theo TỶ LỆ (

Trong kiểm soát nhiệt độ, thuật ngữ “Tỷ lệ” dùng để chỉ phản hồi cụ thể của thiết bị kiểm soát đối với chênh lệch giữa nhiệt độ đo được và nhiệt độ mong muốn. Phản hồi của thiết bị kiểm soát có tính tỷ lệ khi tỷ số của đầu ra và đầu vào không đổi.). 

Thay vì chỉ bật hoặc tắt nhiệt khi nhiệt độ tăng/giảm so với điểm đặt, chúng ta cần điều chỉnh nhiệt liên tục giữa lượng nhiệt tối thiểu và tối đa hiện có tùy theo khoảng cách giữa nhiệt độ và điểm đặt trong một thời gian định sẵn bất kỳ.

Thiết bị kiểm soát nhiệt độ hiện đại như E5CB của Omron có thể cung cấp tính năng kiểm soát theo TỶ LỆ  và loại bỏ hiện tượng dao động của nhiệt độ ở trên và dưới giá trị điểm đặt trong một khoảng thời gian ngắn.

Nghe có vẻ như sự cố của chúng ta đã được giải quyết nhưng thực tế lại không đơn giản như thế.

Độ lệch Tỷ lệ 

Hãy xem kỹ biểu đồ. Cuối cùng thì nhiệt độ cũng ổn định. Tuy nhiên, nhiệt độ không ổn định tại điểm đặt mong muốn!

Khi nhiệt độ của hệ thống ổn định hoặc “tương đương, ”  it means that energy entering and leaving the system is equal.  At that time, temperature will be steady.

Tuy nhiên, nhiệt độ cân bằng này không chỉ xảy ra tại điểm đặt mong muốn mà còn tại nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn. Điều này là do hoạt động cân bằng năng lượng phụ thuộc vào tỷ lệ mất nhiệt hoặc đạt được nhiệt, phản hồi của thiết bị điều khiển và quy trình động lực.

Kiểm soát Dẫn xuất

Cuối cùng, để khắc phục được quán tính nhiệt cao, chúng ta có thể đạt được kiểm soát tốt hơn, nhanh hơn nếu chúng ta cũng giám sát được tỷ lệ thay đổi hoặc “DẪN XUẤT“ của nhiệt độ.

(Trong kiểm soát nhiệt độ, thuật ngữ “Dẫn xuất” dùng để chỉ phản hồi cụ thể của thiết bị kiểm soát đối với tỷ lệ thay đổi của nhiệt độ đo được.Phản hồi của thiết bị kiểm soát có tính dẫn xuất khi thay đổi đầu ra dựa trên tỷ lệ mà tại đó đầu vào thay đổi. Thay đổi nhanh ở đầu vào thậm chí còn tạo nên thay đổi nhanh hơn ở đầu ra.)

Nếu quy trình động lực thực tế là mất nhiều thời gian để cấp nhiệt cho quá trình, chúng ta có thể cấp thêm công suất cho bộ cấp nhiệt  ngay tức thời để tăng tốc quá trình cấp nhiệt.

Nếu nhiệt độ giảm rất nhanh do rối loạn quá trình, chúng ta cũng có thể phản hồi ngay bằng cách bổ sung nhiệt lượng lớn, sử dụng tác động
“DẪN XUẤT” này để duy trì nhiệt độ mong muốn tốt hơn.

PID Control

Vì vậy, để kiểm soát nhiệt độ chính xác, nhanh chóng và ổn định bằng nhiều ứng dụng, chúng ta cần tác động Pỷ lệ (Proportional), Iích phân (Integral) và Dẫn xuất (Derivative).

Khi một thiết bị kiểm soát có thể xử lý các tác động kiểm soát TỶ LỆ, TÍCH PHÂN và DẪN XUẤT, nó được gọi là  Thiết bị kiểm soát PID!

Sau đây là cách mô tả Thiết bị kiểm soát PID của một kỹ sư.  Bạn có thể tìm thấy đường dẫn hồi tiếp không?

Điều chỉnh Thiết bị kiểm soát

ượng tác động TỶ LỆ, TÍCH PHÂNvà DẪN XUẤTxác định phản hồi của thiết bị kiểm soát đối với sự thay đổi nhiệt độ.

Những tham số này có thể ĐIỀU CHỈNH được sao cho phù hợp với quy trình động lực để đạt được cân bằng tốt nhất giữa tốc độ phản hồi, độ ổn định của quy trìnhvà xung quá nhiệt của quy trình.

Từ xưa đến nay, những người hoạt động trong ngành kiểm soát quy trình đều gọi điều chỉnh phù hợp là “ma thuật”. Tuy nhiên, ngoài khả năng điều chỉnh theo cách thủ công, thiết bị kiểm soát của Omron còn có thể thực hiện điều chỉnh tự động.

Cấu hình

Trên thực tế, để thiết lập và cấu hình được một hệ thống kiểm soát nhiệt độ, bạn cần có phần cứng sau:

• Cảm biến Nhiệt độ

• Thiết bị Kiểm soát Nhiệt độ

• Thiết bị Làm nóng hoặc Làm mát

• Nguồn Điện (tùy theo kiểu thiết bị kiểm soát)

• Thiết bị Kiểm soát Nguồn

Sau đây là ví dụ sử dụng một số thiết bị của Omron.

CÁC BÀI VIẾT KHÁC:

• Bài 1: Lý thuyết kiểm soát nhiệt độ
• Bài 2: Nguyên tắc Kiểm soát Cơ bản
• Bài 3: Dòng Sản phẩm Omron

Kiểm soát Nhiệt độ

Nhiệt độ là gì?

Hầu hết chúng ta đều quen thuộc với nóng và lạnh. Nhưng Nhiệt độ

Những gì chúng ta cảm nhận và những gì chúng ta có thể đo lường được là do sự chuyển động của các hạt gây nên. Chúng ta cảm nhận được độngnăng (năng lượng chuyển động) của nguyên tử và phân tử trong vật chất đang nóng lên hoặc nguội đi.

Ví dụ: đặt một tách cà phê vào lò vi sóng. Năng lượng của lò vi sóng truyền đến cà phê khiến các phân tử chuyển động đủ để làm tăng nhiệt độ. Nếu các phân tử chuyển động với đủ năng lượng thì cà phê thậm chí còn sôi lên.

Đặt một tách cà phê vào tủ lạnh và các phân tử sẽ chuyển động chậm lại. Cà phê sẽ lạnh đi và cuối cùng đông lại rồi hóa rắn nhưng ngay cả khi ở trạng thái “rắn” này, các phân tử vẫn đang chuyển động.

Có nhiệt độ tối thiểu mà tại đó chuyển động phân tử gần như dừng lại. Nếu bạn có thể làm lạnh cà phê ở -459,67 ^oF hoặc -273,51 ^o C, bạn sẽ có một tách cà phê ở “độ 0 tuyệt đối”!

Lý do cần kiểm soát nhiệt độ?

Nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và mức là bốn biến số phổ biến nhất của quá trình. Nhiệt độ cũng là một biến số quan trọng. Kiểm soát nhiệt độ là điều tối quan trọng cho quá trình đốt có hiệu quả, phản ứng hóa học, quá trình lên men, sấy khô, nung khô, chưng cất, đột dập, kết tinh, HVAC và nhiều ứng dụng khác.

Kiểm soát nhiệt độ kém có thể gây ra sự cố lớn về an toàn, chất lượng và năng suất. Thường rất khó kiểm soát nhiệt độ cho dù đây là yêu cầu quan trọng.

Hệ thống Kiểm soát Truyền thống

Năm1624,Cornelius Drebbel của Hà Lan đă phát triển một hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động dành cho ḷ nung.Thiết bị của ông dựa vào sự giăn nở của chất lỏng trong thùng kín sử dụng bộ giảm chấn để kiểm soát luồng không khí chuyển tới ḷ nung.

Ông có động lực từ niềm tin rằng các kim loại thường có thể biến đổi thành vàng bằng cách giữ chúng ở nhiệt độ không đổi đặc biệt trong khoảng thời gian dài. Tất cả chúng ta đều ước điều này là thật.

Các thiết bị điều chỉnh nhiệt độ tương tự được nghiên cứu bởi J.J. Becher vào năm 1680, Prince de Conti vào năm 1754 và W. Henry vào khoảng năm 1771 ở Mỹ. W. Henry đã đề xuất sử dụng các loại thiết bị này trong lò nung hóa học, trong sản xuất thép, đồ sứ và trong việc kiểm soát nhiệt độ của một bệnh viện.

Tuy nhiên, mãi cho đến năm 1777, Bonnemain – một kỹ sư ngư

ời Pháp mới phát triển được thiết bị điều chỉnh nhiệt độ thiết thực, phù hợp với việc sử dụng trong công nghiệp. Ông không chỉ dùng thiết bị này để đun nước nóng công nghiệp mà còn dùng cho lò ấp trứng gà !

Kiểm soát Nhiệt độ ở Thế kỷ 21?

Kiểm soát nhiệt độ ở Thế kỷ 21 thật sự mạnh mẽ, chính xác và trên hết là phát triển lâu dài.

Trái ngược với các giải pháp kiểm soát nhiệt độ dạng cơ học thuần túy trước đây, các sản phẩm kiểm soát nhiệt độ điện tử của Omron cung cấp giao diện người dùng đa lớp phù hợp với chiến lược kiểm soát cho các ứng dụng thực tế đa dạng nhất.

CÁC BÀI VIẾT KHÁC:

• Bài 1: Lý thuyết kiểm soát nhiệt độ
• Bài 2: Nguyên tắc Kiểm soát Cơ bản
• Bài 3: Dòng Sản phẩm Omron

Giới thiệu

Trong học phần này, bạn sẽ tìm hiểu về định nghĩa nhiệt độ, lý do cần kiểm soát nhiệt độ và một số phương pháp kiểm soát nhiệt độ trước đây.

Bạn có biết thiết bị kiểm soát nhiệt độ E5CB của Omron có điểm chung gì với gà con mới nở không? Chúng ta sẽ tìm hiểu, nhưng trước tiên cần biết nhiệt độ là gì?