44
Chương 4
CẤU TRÚC CỦA SƠ ĐỒ TỰ ĐỘNG HÓA
CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
4.1. NHỮNG SỐ LIỆU CẦN THIẾT TRƯỚC KHI THIẾT KẾ SƠ ĐỒ TỰ ĐỘNG
HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
Muốn thành lập một sơ đồ tự động hóa, một quá trình sản xuất người thiết kế cần tập
hợp được các vấn đề sau:
1. Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất có kèm theo đặc tính của trang thiết bị và hiện
trạng hệ thống đường ống dẫn của công trình.
2. Danh mục các đại lượng cần kiểm tra và điều chỉnh có bản vẽ các thiết bị công nghệ,
nhà xưởng sản xuất kèm theo.
3. Yêu cầu về dộ tin cậy của hệ thống tự động hóa, về mức độ tự động hóa quá trình.
4. Kết quả các công tác nghiên cứu kho học cùng với các biểu diễn toán học về tính
chất động học của đối tượng tự động hóa theo từng kênh điều khiển.
5. Khả năng vốn của các nhà đầu tư và các yêu cầu phát sinh có thể khác…
4.2. CÁC LOẠI SƠ ĐỒ TỰ ĐỘNG HÓA VÀ CÁCH THỂ HIỆN CHÚNG
Trong thực tế, các quá trình sản xuất có nhu cầu tự động hóa ngày càng tăng. Để giúp
các công việc thiết kế, thi công và vận hành các sơ đồ tự động hóa các quá trình sản xuất
được thuận lợi, người ta thường sử dụng các “Hệ thống tài liệu thiết kế” cho chuyên ngành.
Ở Việt Nam “Hệ thống thiết kế tài liệu tự động hóa” chưa ra đời sớm, song các nhà chuyên
môn vẫn sử dụng các ký hiệu bằng hình vẽ trên sơ đồ điện, điện tử và các ngành khác có
liên quan…đã được tiêu chuẩn hóa để thực hiện công việc của mình.
Các tiêu chuẩn Việt Nam có thể sử dụng như:
TCVN 1615-75: Về các thiết bị đóng cắt.
TCVN 1624-75: Về nam châm điện.
TCVN 1631-75: Về phần tử truyền động và điều khiển thông dụng.
TCVN 1633-75: Về các phần tử và thiết bị kỹ thuật của máy tính số.
TCVN 1636-87 :Về thiết bị cơ học từ xa.
TCVN 185-86: Về thiết bị điện và dây dẫn trên mặt bằng.
TCVN 1614-87: Về cuộn cảm, biến áp, máy nối điện và khuếch đại từ.
TCVN 1616-87: Về điện trở tụ điện.
TCVN 1617-87: Về dụng cụ đo lường điện.
TCVN 1619-87: Về máy điện quay.
TCVN 1622-87: Về nguồn sáng.
45
TCVN 1626-87: Về linh kiện bán dẫn.
TCVN 1625-87: Về dụng cụ chân không và có khí.
TCVN 1627-87: Về dụng cụ điện thanh và các TCVN liên quan khác.
Trong chương này chúng tôi trích dẫn “Hệ thống tài liệu thiết kế” của Liên Xô cũ nay
là Liên bang Nga và một số TCVN để bạn đọc tham khảo.
Trong tài liệu nói trên có xác định 4 loại sơ đồ:
- Sơ đồ điện.
- Sơ đồ thủy lực.
- Sơ đồ khí nén.
- Sơ đồ động học.
Và 7 loại sơ đồ chức năng sau:
- Sơ đồ cấu trúc.
- Sơ đò chức năng.
- Sơ đồ nguyên lý (đầy đủ).
- Sơ đồ lắp ráp.
- Sơ đồ mắc nối thiết bị.
- Sơ đồ chung.
- Sơ đồ lắp đặt vị trí hay gọi là sơ đồ thiết trí.
Sơ đồ cấu trúc xác định những phần chức năng chủ yếu của thiết bị, cách đặt và mối
liên quan giữa các phần thiết bị đó với nhau.
Sơ đồ chức năng giải thích các quá trình xác định xảy ra trong từng mạch chức năng
của thiết bị hay trong toàn bộ thiết bị nói chung.
Sơ đồ nguyên lý (đầy đủ) xác định tổ hợp đầy đủ các thành phần và mối liện hệ giữa
chúng với nhau trong sơ đồ đồng thời cho biết các chi tiết về nguyên lý làm việc của các
thiết bị.
Sơ đồ chung xác định thành phần cấu tạo nên tổ hợp thiết bị và cách nối chúng với nhau
trên vị trí vận hành.
Các sơ đồ khác cho biết bản vẽ cụ thể mà từ đó nói rõ chức năng chính của từng sơ đồ
theo tên gọi của chúng.
Để thực hiện các bản vẽ của sơ đồ tự động hóa các quá trình sản xuất người ta thường
dùng các ký hiệu đã được tiêu chuẩn hóa trong tài liệu thiết kế.
Sau đây là những ký hiệu cảu các đại lượng cơ bản và ký hiệu các dụng cụ trong sơ đồ
tự động hóa các quá trình sản xuất theo ГOCT 3925-59.
46
Nhiệt độ: t Độ ẩm: m
Áp suất: P Lượng bức xạ phóng xạ: D
Lưu lượng: G Mức: H
Độ đục, độ màu: Độ nhớt :
Nồng độ: C
Đối với các dụng cụ đo nồng độ có thể ở vị trí của chữ C, ta thay bằng công thức hóa
học của chất cần đo hay cần điều chỉnh.
Các ký hiệu về chức năng của dụng cụ trong các sơ đồ được thể hiện như sau :
Tự chỉ Tĩnh C
T
Tự ghi C Không tĩnh Ac
Tích phân u Vi sai Д
Đo lường u Mẫu cho trước 3g
Biến đổi p Điều tiết Д3
Khuếch đại Y
C
Quân bằng И3
Theo dõi (tùy động) C Vị trí
3
Tín hiệu C Chương trình
Các dụng cụ được ký hiệu trên sơ đồ có thể là một hình tròn hay hình vuông, ở giữa có
gạch ngang. Phía trên gạch ngang trong ký hiệu dụng cụ ghi ký hiệu bằng chữ đại lượng
mà dụng cụ đó đo hay điều chỉnh; còn phía dưới đường gạch ngang ghi ký hiệu bằng chữ
các chức năng chính mà dụng cụ thực hiện. Trường hợp không đủ chỗ để ghi các kí hiệu,
cho phép thay đường tròn bằng hai nửa đường tròn và nối với nhau bằng các đường thẳng ;
còn hình vuông thay bằng hình chữ nhật.
Trong bảng 4.1 là những kí hiệu dụng cụ chủ yếu được dùng trong sơ đồ tự động hóa.
Trong bảng 4.2 là những kí hiệu thiết bị trong sơ đồ điện.
Bảng 4.3 và 4.4 trích dẫn tiêu chuẩn TCVN 1636-87 của Việt Nam.
4.3 THÀNH LẬP SƠ ĐỒ TỰ ĐỘNG CÓ RƠLE TIẾP ĐIỂM
4.3.1. Cấu trúc của sơ đồ rơle tiếp điểm
Trong thưc tế rất nhiều những quá trình công nghệ được thực hiện bởi hàng loạt các
thao tác liên tiếp nhau, thao tác này sau thao tác kia. Trong đó có các quá trình gồm những
thao tác riêng biệt hẳn nhau cả tuần tự tác động và độ kéo dài của thời gian thực hiện tác
động. Để điều khiển tự động các quá trình như vậy, người ta thường sử dụng các sơ đồ tự
động có các rơle tiếp điểm và gọi tắt là sơ đồ rơle tiếp điểm.
47
Định nghĩa: Sơ đồ rơ le tiếp điểm là một sơ dồ điện, được cấu tạo từ các tiếp điểm
điện (của nhiều loại rơle và khí cụ điện) nối với nhau theo một cách nhất định và các cơ
quan phản ứng cảu các thiết bị khác nhau mà các tiếp điểm đó tác động lên.
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ rơ le tiếp điểm: là nguyên tắc liên tiếp tác động của
các phần tử riêng rẽ.
Cấu trúc theo quan điểm về chức năng:
Các phần tử này có thể chia thành 3 nhóm chính nhưu sau:
- Nhóm phần tử thu nhận.
- Nhóm phần tử trung gian.
- Nhóm phần tử chấp hành.
Các phần tử thu nhận có nhiệm vụ tiếp nhận các tác động từ đối tượng cần điều khiển
và thực hiện các thao tác đóng, ngắt các sơ đồ mạch điện cần thiết tương ứng với các tác
động nhận được đó. Nhóm phần tử thu nhận này chính là các tiếp điểm của các cảm biến,
công tắc và nút bấm cũng như các tiếp điểm của cầu giao chuyển mạch (cầu dao có nấc
tận cùng, cầu dao có nhiều nấc) hoặc của rơle.
Các phần tử trung gian là các dạng rơle khác nhau được dùng để truyền tác động từ
phần tử thu nhận đến phần tử chấp hành. Nhờ có việc sử dụng các rơle và mắc chúng theo
nguyên tắc nhất định mà các dạng liên động khác nhau được thực hiện tạo ra các tín hiệu
ngắn hạn, trình tự làm việc xác định của các phần tử chấp hành theo thời gian (nếu nó cần)
hoặc bảo đảm được sự làm việc bình thường của sơ đồ trong 1 trình tự xác định theo yêu
cầu của các tín hiệu nhận từ ngoài vào sơ đồ.
Các phần tử chấp hành thường là khởi động từ hay công tắc tơ có nhiệm vụ thực hiện
những tác động trực tiếp lên đối tượng cần điềuk hiển.
Cách thể hiện sơ đồ: các phần tử trong sơ đồ rơ le tiếp điểm nối với nhau bằng đường
dây điện theo một trình tự nhất định phù hợp với chức năng của sơ đồ.
Trên quan điểm về cấu trúc mạch điện, sơ đồ rơle tiếp điểm được chia thành 2 phần
mạch:
1. Sơ đồ mạch dòng điện chính cho biết cách nối dây cuốn xtato của các động cơ vào
mạng điện và thường được vẽ bằng đường dây với nét đậm. Trong sơ đồ mạch chính có
các thiết bị sau: cầu dao, cầu chì hoặc aptômat; đặc biệt có các tiếp điểm chính của công
tắc tơ hay khởi động từ và các cơ quan phản ứng của thiết bị bảo vệ quá tải. Ngoài ra còn
có cá thiết bị phụ trợ dùng khi mở máy động cơ (cuộn cảm, điện trở, tụ điện, hay máy biến
áp…)
2. Sơ đồ mạch điều khiển (hay mạch điện phụ) được vẽ với đường dây nét nhỏ hơn ở
mạch dòng chính. Điện vào mạch phụ có thể là điện áp dây (được lấy từ 2 pha của mạch
chính) hay điện áp pha (được lấy từ 1 pha của mạch chính và dây trung tính hoặc một pha
48
với đất). mạch điện điều khiển được vẽ theo dạng cột dọc hay côt ngang, bên cạnh có để
bảng giải thích chức năng cụ thể của các mạch điều khiển nhỏ.
Trong mạch điều khiển có: các thiết bị đều khiển tự động (khởi động từ, công tắc tơ,
rơle trung gian, rơle thời gian, rơle bảo vệ sự cố…)thiết bị cho tín hiệu tự động và bảo vệ
tự động hệ thống máy móc (đèn tín hiệu có màu, còi hay chuông điện); các tiếp điểm phụ
(blốc tiếp điểm) của cầu dao chuyển mạch…
Sơ đồ rơle tiếp điểm có 1 đặc biệt ở chỗ là mỗi 1 thiết bị có thể bị chia thành nhiều
phần nhỏ (các cuộn dây, các tiếp điểm), và các phần chia nhỏ đó của cùng 1 thiết bị điện
được thể hiện nhiều chỗ khác nhau cảu sơ đồ, nhưng với kí hiệu được thống nhất từ đầu
đến cuối sơ đồ.
Cách kí hiệu thiết bị trên sơ đồ như sau: mỗi thiết bị kí hiệu cả bằng chữ và bằng số.
Các chữ thường chỉ loại rơle và thiết bị, còn số là chỉ số của thiết bị dùng trong sơ đồ.
Ví dụ: rơle điện áp kí hiệu là 1Ru và 2Ru; rơle dòng điện 1Ri, 2 Ri; rơle thời gian 1Rtg,
2Rtg; rơ le trung gian 1R
0
, 2R
0
…; cầu giao chuyển mạch 1CM, 2CM…; công tăc tơ 1K,
2K, 3K…
Nếu thiết bị được mắc trong các pha khác nhau thì viết thêm kí hiệu pha vào bên phải
kí hiệu thiết bị. Thí dụ: 1R
0
-A, 2R
0
-B, 1Rtg-A, 2Rtg-B…
Nguyên tắc chính để kí hiệu các thiết bị và tất cả các phần tử của cùng một thiết bị cần
được viết bằng một kí hiệu như đã viết cho thiết bị đó ở mạch dòng điện chính. Ví dụ ở
mạch chính mà công tắc tơ được kí hiệu là 1K, thì cuộn dây và tất cả blốc tiếp điểm của
nó cũng cần được kí hiệu là 1K ở mạch phụ. Nếu thiết bị có vài blốc tiếp điểm trong cùng
một mạch thì dùng thêm kí hiệu chỉ số bên phải. Thí dụ công tắc tơ ở mạch 2 có vài blốc
tiếp điểm được kí hiệu là 2K
1
, 2K
2
, 2K
3
…
Một điều chú ý rằng tất cả các tiếp điểm của các thiết bị tự động được vẽ trên sơ đồ
rơle tiếp điểm phải thể hiện ở trạng thái không có sự tác động cơ học hay điện học hay nói
cụ thể hơn là chúng được thể hiện ở trạng thái nghỉ việc.
4.3.2 Cách thành lập sơ đồ rơle tiếp điểm
Sơ đồ rơ le tiếp điểm thực ra là một tập hợp của hàng loạt các sơ đồ đơn giản có mắc
rơle, khởi động từ…Để tiến đến việc thành lập sơ đồ tập hợp đó đầu tiên phải được làm
quen với các sơ đồ đơn giản cơ bản sau đây:
Sơ đồ nhắc lại (hình 4-2a)
Khi ấn nút N
đ
, rơ le R được cấp điện, còn khi thả nút bấm N
đ
ra thì R mất điện, nút N
đ
trở lại trạng thái ban đầu gọi là “nhắc lại”.
Sơ đồ tự hồi (hình 4-2b)
Khi ấn nút N
đ
, mạch cuộn dây rơle R có điện, rơ le tác động và đóng tiếp điểm thường
mở của nó là R mắc song song với N
đ
.