Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN
MÁY LẠNH CỤC BỘ
SINH VIÊN : ĐỖ SUN FA

14062701

PHẠM HỮU THẢO

14066031

TRẦN ĐỨC THIỆN

14133321

LỚP

: DHDI10D

GVHD

: THS. HUỲNH GIA THỊNH
TP. HCM, NĂM 2018

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Khóa luận tốt nghiệp

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.

2.

Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài
(1): Đỗ Sun FA

14062701

(2): Phạm Hữu Thảo

14066031

(3): Trần Đức Thiện

14133321

Tên đề tài
ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN MÁY LẠNH CỤC BỘ

3.

Nội dung
A. Lý thuyết

- Xây dựng cấu trúc hệ thống
- Quy trình cơng nghệ hệ thống
- Viết chương trình PLC điều khiển hệ thống
B. Thi công, vận hành hệ thống
- Thi công phần cơ
- Thi cơng phần điện
- Nạp chương trình điều khiển, vận hành hệ thống

4.

Kết quả
Hồn thành được mơ hình hệ thống lạnh.
Vận hành hệ thống đạt được yêu cầu với nhiệt độ định trước.
Giảng viên hướng dẫn

Tp. HCM, ngày

tháng

Sinh viên

i

năm 2018


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ii


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

MỤC LỤC
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................ I
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN................................................... II
MỤC LỤC ............................................................................................................... III
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ...............................................................................VI
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP ................. 1
1.1. Tổng quan về kỹ thuật lạnh ...........................................................................1
1.2. Vai trò của hệ thống lạnh công nghiệp ..........................................................2
1.3. Cấu trúc của một hệ thống lạnh cơng nghiệp ................................................4
1.4. Tự động hóa hệ thống lạnh ..........................................................................13
1.4.1. Sơ đồ tự động hóa hệ thống lạnh .............................................................. 15
1.4.2. Các phương pháp điều khiển ....................................................................18
1.4.2.1. Vi xử lí ...................................................................................................18
1.4.2.2. Vi điều khiển .........................................................................................18
1.4.2.3. SCADA ..................................................................................................20
1.4.2.4. PLC ........................................................................................................20
1.4.3. Lựa chọn phương pháp .............................................................................24
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG HỆ THỐNG LẠNH ........................ 26
2.1. Lựa chọn hệ thống lạnh ...............................................................................26
2.2. Chương trình lạnh ........................................................................................27
2.3. Xây dựng cấu trúc mơ hình hệ thống lạnh...................................................30
2.3.1. Máy nén ....................................................................................................31

2.3.2. Dàn ngưng ................................................................................................ 34
2.3.3. Dàn bay hơi............................................................................................... 35
2.3.4. Van tiết lưu ............................................................................................... 35
2.3.5. Van điện từ ............................................................................................... 36
2.3.6. Van đảo chiều ...........................................................................................37
2.3.7. Phin lọc .....................................................................................................39
2.4. Giám sát, đo lường hệ thống lạnh ................................................................ 39
2.4.1. Đồng hồ ampe ...........................................................................................39
iii


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

2.4.2. Mắt gas .....................................................................................................40
2.4.3. Đồng hồ đo áp suất ...................................................................................40
2.4.4. Module cảm biến nhiệt độ Relay (3 LEDs) (H06) ...................................41
2.5. Chọn các thiết bị điều khiển, bảo vệ............................................................ 42
2.5.1. PLC FX1N-24MR-ES/UL Mitsubishi ......................................................42
2.5.2. Relay trung gian........................................................................................43
2.5.3. Relay khởi động máy nén .........................................................................45
2.5.4. Thermic bảo vệ quá nhiệt máy nén ...........................................................46
2.5.6. Relay bảo vệ áp suất .................................................................................47
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG KẾT NỐI .................................................................... 49
BỘ ĐIỀU KHIỂN VỚI PLC ................................................................................... 49
3.1. Liệt kê các tín hiệu ngõ vào .........................................................................49
3.2. Liệt kê các tín hiệu ngõ ra ...........................................................................49
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TỐN .......................................... 50
4.1. Xây dựng lưu đồ thuật tốn - thuyết minh...................................................50

4.2. Giới thiệu phần mềm lập trình Gx works 2 .................................................53
4.3. Một số Tập lệnh cơ bản PLC họ Melsec Fx Series của Mitsubishi ............55
4.3.1. Các thiết bị của PLC họ FX:.....................................................................55
4.3.2. Tập lệnh cơ bản FX SERIES ....................................................................55
4.4. Chương trình điều khiển PLC......................................................................62
4.4.1. Chương trình điều khiển PlC ....................................................................62
4.4.2. Sơ đồ đấu điện của hệ thống lạnh ............................................................. 66
4.5. Viết chương trình nạp, thi cơng và vận hành ..............................................67
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ....................................................................................... 68
5.1. Nhận xét .......................................................................................................68
5.2. Hướng phát triển đề tài ................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 70
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... 71

iv


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

v


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Cấu trúc chung của một hệ thống lạnh .................................................4

Hình 1. 2 Cấu tạo của máy nén piston ..................................................................5
Hình 1. 3 Chu kỳ nạp của máy nén piston ............................................................5
Hình 1. 4 Chu kỳ nén và xả của máy nén piton ....................................................6
Hình 1. 5 Cấu tạo bình ngưng làm mát bằng nước ...............................................8
Hình 1. 6 Cấu tạo bình ngưng làm mát bằng khơng khí.......................................9
Hình 1. 7 Cấu tạo van điện từ, van cơ và van giảm áp .......................................10
Hình 1. 8 Một số kiểu dàn bay hơi .....................................................................11
Hình 1. 9 Cấu tạo bình tách lỏng hồi nhiệt .........................................................12
Hình 1. 10 Cấu tạo bình tách dầu kiểu nón chắn (hungtri.vn) ...........................13
Hình 1. 11 Sơ đồ tự động hóa hệ thống lạnh ......................................................15
Hình 1. 12 Ví dụ sơ đồ điều khiển của một hệ thống lạnh .................................17
Hình 1. 13 Cấu trúc chung của PLC ...................................................................21
Hình 1. 14 Sơ đồ vịng qt của PLC .................................................................22

Hình 2. 1 Sơ đồ hệ thống lạnh cở nhỏ ................................................................ 27
Hình 2. 2 Sơ đồ hệ thống lạnh ở chế độ làm lạnh ..............................................28
Hình 2. 3 Sơ đồ hệ thống lạnh ở chế độ sưởi .....................................................30
Hình 2. 4 Máy nén .............................................................................................. 31
Hình 2. 5 Cấu tạo của máy nén xoắn ốc ............................................................. 32
Hình 2. 6 Cấu tạo hai xoắn ốc ............................................................................33
Hình 2. 7 Quá trình nén hút gas trong xoắn ốc ...................................................33
Hình 2. 8 Dàn ngưng ..........................................................................................34
Hình 2. 9 Dàn bay hơi.........................................................................................35
Hình 2. 10 Cấu tạo van điện từ ...........................................................................37
Hình 2. 11 Cấu tạo van đảo chiều .......................................................................38
Hình 2. 12 Đồng hồ ampe ...................................................................................39
vi


Khóa luận tốt nghiệp


Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Hình 2. 13 Mắt gas ............................................................................................. 40
Hình 2. 14 Đồng hồ đo áp suất thấp và đo áp suất cao.......................................41
Hình 2. 15 Module cảm biến nhiệt độ ................................................................ 42
Hình 2. 16 Plc Mitsubishi fx1n-24mr-es/ul ........................................................43
Hình 2. 17 Sơ đồ chân role 24VDC....................................................................45
Hình 2. 18 Cấu tao relay khởi động máy nén .....................................................45
Hình 2. 19 Cấu tạo thermic bảo vệ nhiệt quá nhiệt máy nén ............................. 47
Hình 2. 20 Sơ đồ chân của relay áp suất ............................................................ 48

Hình 4. 1 Chương trình trên gx works 2 ............................................................. 53
Hình 4. 2 Cài đặt tham số cho CPU....................................................................53
Hình 4. 3 Quan sát chương trình mơ phỏng .......................................................54
Hình 4. 4 Chuẩn đốn trạng thái khối CPU ........................................................55
Hình 4. 5 Lệnh Load và Load Inverse ................................................................ 56
Hình 4. 6 Lệnh Out ............................................................................................. 56
Hình 4. 7 Lệnh And và And inverse ...................................................................56
Hình 4. 8 Lệnh Or, Or inverse ............................................................................57
Hình 4. 9 Lệnh Load Pulse and Load Trailing pulse ..........................................57
Hình 4. 10 Lệnh And Pulse, And Trailing Pulse ................................................58
Hình 4. 11 Lệnh OR Pulse ,OR Trailling Pulse .................................................58
Hình 4. 12 Lệnh Set và Reser .............................................................................58
Hình 4. 13 Đặc điểm Set và Reset ......................................................................59
Hình 4. 14 Lệnh Timer, Counter (Out and Reset) ..............................................59
Hình 4. 15 Hoạt động của bộ định thì và bộ đếm ...............................................60
Hình 4. 16 Lệnh End...........................................................................................60
Hình 4. 17 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển PLC ...............................................66
Hình 4. 18 Sơ đồ đấu dây mạch động lực...........................................................67

Hình 4. 19 Sơ đồ đấu dây rele trung gian ...........................................................67
Hình 4. 20 Sơ đồ đấu dây module cảm biến nhiệt độ .........................................67
Hình 4. 21 Sơ đồ đấu dây module cảm biến áp suất ..........................................67
vii


Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH
CÔNG NGHIỆP
1.1. Tổng quan về kỹ thuật lạnh
Kỹ thuật lạnh là kỹ thuật tạo ra mơi trường có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bình
thường của mơi trường. Giới hạn giữa nhiệt độ lạnh và nhiệt độ bình thường cịn có
nhiều quan điểm khác nhau. Nhưng nhìn chung thì giới hạn mơi trường lạnh là mơi
trường có nhiệt độ nhỏ hơn 200C . Trong môi trường lạnh được chia làm 2 vùng
nhiệt độ. Đó là khoảng nhiệt độ dương thấp, khoảng này từ 0  200C còn khoảng
nhiệt độ còn lại là nhiệt độ lạnh đơng của sản phẩm. Bởi vì khoảng nhiệt độ này
là khoảng nhiệt độ đóng băng của nước tuỳ theo từng sản phẩm mà nhiệt độ đóng
băng khác nhau .Từ trước công nguyên con người tuy chưa biết làm lạnh, nhưng đã
biết đến tác dụng của lạnh và ứng dụng chúng phục vụ cuộc sống. Họ đã biết
dùng mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để chứa thực phẩm, giữ cho thực
phẩm được lâu hơn .Người ai cập cổ đại đã biết dùng quạt cho nước bay hơi ở các hộp
xốp đế làm mát khơng khí cách đây 2500 năm. Người ấn độ và người trung quốc cách
đây 2000 năm đã biết trộn muối với nước hoặc với nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn
.Kỹ thuật lạnh hiện đại phát triển khi giáo sư Black tìm ra ẩn nhiệt hố hơi và ẩn
nhiệt nóng chảy vào năn 1761- 1764. Con người đã biết làm lạnh bằng cách cho bay
hơi chất lỏng ở áp suất thấp.
Sau đó là sự hố lỏng khí CO2 vào năm 1780 do Clouet và Monge tiến hành.

Sang thế kỷ thứ 19 thì Faraday đã hố lỏng được hàng loạt các chất khí như:
H2S ; CO2 ; C2H2 ; NH3 ; O2 ; N2 ; HCL. Năm 1834 Tacob Perkins (Anh) đã phát
minh ra máy lạnh nén hơi đầu tiên với đầy đủ các thiết bị hiện đại gồm có máy nén,
dàn ngưng, dàn bay hơi, và van tiết lưu. Sau đó có hàng loạt các phát minh của kỹ sư
Carres (pháp) về máy lạnh hấp thụ chu kỳ và liên tục với các mộ chất khác nhau.
+ Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hồn tồn khơng có chi tiết chuyển động được
Gerppt (Đức) đăng ký phát minh 1899 và được Platen cùng Munter (Thụy điển) hoàn
thiện năm 1922. Máy lạnh Ejector hơi nươc đầu tiên do Leiblane chế tạo năm 1910.
Nó cấu tạo sất đơn giản, năng lượng tiêu tốn là nhiệt năng do đó có thể tận dụng các
1


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

nguồn phế thải. Một sự kiện quan trọng của lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh là việc sản
xuất và ứng dụng Freon ở Mỹ vào năm 1930. Freon là các khí Hidrocarbon được thay
thế một phần hay tồn bộ các nguyên tử hidro bằng các nguyen tử Halogen như :Cl ; F
; Br.Freon là những chất lạnh có nhiều tính q báu như khơng cháy khơng nổ, khơng
độc hại, phù hợp với chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi. Nó đã góp phần tích cực
vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển. Nhất là kỹ thuật điều hịa khơng khí .Ngày
nay kỹ thuật lạnh hiện đại đã phát triển sất mạnh mẽ, cùng với sự phát triển của khoa
học, kỹ thuật lạnh đã có những bước tiến vượt bậc.
+ Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày càng được mở rộng. Người ta đang
tiến dần nhiệt độ không tuyệt đối .
+ Công suất lạnh của máy cũng được mở rộng, từ máy lạnh vài mW sử dụng
trong phịng thí nghiệm đến các tổ hợp có công suất hàng triệu W ở các trung tâm điều
tiết khơng khí.
+ Hệ thống lạnh ngày nay thay vì lắp rắp các chi tiết, thiết bị lại với nhau thì

tổ hợp ngày càng hồn thiện, do đó q trình lắp rắp, sử dụng thuận tiện và chế độ
làm việc hiệu quả hơn .
+ Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư và chi phí cho một đơn vị lạnh
giảm xuống. Tuổi thọ và độ tin cậy tăng lên. Mức độ tự đơng hóa của các hệ thống
lạnh và các máy lạnh tăng lên rõ rệt. Những thiết bị tự động hóa hồn bằng điện tử
và vi điện tử thay thế cho các thiết bị thao tác bằng tay.
1.2. Vai trị của hệ thống lạnh cơng nghiệp
Kỹ thuật lạnh ngày càng đóng vai trị quan trọng trong nền kinh tế quốc dân
cũng như trong khoa học kỹ thuật. Kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hơn 70 ngành kinh
tế quan trọng như: Công nghệ thực phẩm, chế biến thủy sản rau quả, rượu bia và nước
giải khát, sinh học, hóa lỏng hóa chất và tách khí, điện tử, cơ khí chính xác, y tế, điều
hịa khơng khí....Kỹ thuật lạnh đã ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực . Một trong
những ngành ứng dụng quan trọng đó là ngành cơng nghệ thực phẩm, theo thống kê thì
khoảng 80% cơng nghệ lạnh được sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Các sản phẩm
được bảo quản như thịt cá sữa...là những thực phẩm dễ bị hư hỏng do tác dụng của vi
sinh vật và các enzyme nội tạng có trong thực phẩm, vì vậy mà nó cần được bảo
quản lạnh.Vi sinh vật và các enzyme nội tạng là nguyên nhân chính gây nên
2


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

những hư hỏng của thực phẩm. Nhưng dưới tác dụng của nhiệt độ thấp thì chúng bị bất
hoạt hoặc bị ức chế hoạt động, do đó sản phẩm của chúng ta ít bị biến đổi về chất
lượng cũng như hương vị mầu sắc, chất dinh dưỡng...nhờ thế thời gian giữ sản
phẩm lâu hơn tạo điều kiện tốt cho quá trình chế biến, tiêu thụ sản phẩm.
Các sản phẩm sữa liên tục cần phải làm lạnh. Thịt, gia cầm và cá đều phải được
giữ trong mơi trường có kiểm sốt nhiệt độ trước khi được bán. Làm lạnh cũng giúp

giữ cho trái cây và rau quả ăn được lâu hơn.
Một trong những ứng dụng làm lạnh có ảnh hưởng nhất ngành thực phẩm là
phát triển ngành công nghiệp sushi - sashimi tại Nhật Bản. Trước khi phát hiện ra tủ
lạnh, nhiều người sành sushi đã có nguy cơ mắc bệnh. Sự nguy hiểm của sashimi
không được nhân lên không được đưa ra ánh sáng trong nhiều thập niên do thiếu
nghiên cứu và phân phối chăm sóc sức khỏe trên khắp vùng nông thôn Nhật Bản.
Khoảng giữa thế kỷ, công ty Zojirushi , có trụ sở tại Kyoto, đã đột phá trong thiết kế tủ
lạnh, làm cho tủ lạnh rẻ hơn và dễ tiếp cận hơn đối với các chủ nhà hàng và cơng
chúng nói chung.
Trong thương mại và sản xuất, có rất nhiều ứng dụng sử dụng kỹ thuật lạnh. Ví
dụ, điện lạnh được sử dụng để hóa lỏng khí - oxy , nitơ , propan và mêtan . Trong
thanh lọc khơng khí nén, nó được sử dụng để ngưng tụ hơi nước từ khơng khí nén để
giảm độ ẩm của nó. Trong nhà máy lọc dầu , nhà máy hóa chất , và hóa dầu thực vật,
làm lạnh được sử dụng để duy trì quy trình nhất định ở nhiệt độ thấp cần thiết của họ
(ví dụ, trong alkyl hóa của butenes và butan để tạo ra một cao chỉ số octan thành
xăng). Công nhân kim loại sử dụng tủ lạnh để làm nóng thép và dao kéo. Khi vận
chuyển thực phẩm nhạy cảm với nhiệt độ và các vật liệu khác bằng xe tải, tàu hỏa,
máy bay và tàu biển, việc làm lạnh là điều cần thiết.
Máy lạnh công nghiệp được sử dụng trong công nghiệp chế biến và bảo quản
thực phẩm, cơng nghiệp sinh học, cơng nghiệp hóa chất, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết
kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, ứng dụng trong y học, thể thao, trong đời sống...
Khi nhu cầu bảo quản thực phẩm giúp thực phẩm luôn tươi ngon, giữ được thời
gian lâu mà khơng làm mất chất dinh dưỡng của nó ngày càng cao. Thì sự lựa chọn hệ
thống lạnh cơng nghiệp, máy lạnh công nghiệp cho các nhà hàng, khách sạn,… là sự
lựa chọn tối ưu nhất lúc bấy giờ.
3


Khóa luận tốt nghiệp


Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Theo MarketsandMarkets, thị trường kho lạnh tồn cầu có trị giá 17,98 tỷ USD
vào năm 2017 và dự kiến đạt giá trị 29,17 tỷ USD vào năm 2022, với tốc độ tăng
trưởng trung bình hàng năm là 10,2% trong giai đoạn dự báo.
1.3. Cấu trúc của một hệ thống lạnh cơng nghiệp
Một hệ thống lạnh cơng nghiệp có cấu trúc cơ bản như sau:

Hình 1. 1 Cấu trúc chung của một hệ thống lạnh

Hệ thống là một hệ kín, sử dụng công chất lỏng dễ bay hơi như NH3,
Freon 12 hoặc Freon 22. Công chất khi bay hơi ( từ dạng lỏng sang hơi) sẽ thu nhiệt
của buồng lạnh.
a) Máy nén:
Máy nén thường dùng là loại bơm piston, hút công chất ở dạng hơi từ dàn bay
hơi về, nén tạo áp suất cao, qua bình ngưng trao đổi nhiệt với nước làm mát ngưng tụ
biến thành dạng công chất lỏng cung cấp cho dàn bay hơi. Khi công chất lỏng qua van
tiết lưu sẽ biến thành dạng hơi. Máy nén trong hệ thống lạnh có thể là loại một xi lanh
hoặc nhiều xilanh, nén một hay nhiều cấp tuỳ thuộc vào công suất làm lạnh và nhiệt độ
làm lạnh yêu cầu.
 Sau đây là ví dụ về cấu tạo của một máy nén kiểu piston:
Công việc của máy nén là hút hơi từ thiết bị bay hơi và đưa vào bình ngưng,duy
trì áp suất trong thiết bị bay hơi rằng chất làm lạnh lỏng có thể bay hơi ở nhiệt độ cần
thiết, nén chất làm lạnh để nó có thể cơ đặc ở nhiệt độ bình thường.
Vỏ máy nén qua lại bán số, được biểu diễn trong hình , là vỏ chứa xi lanh,
piston, trục khuỷu, ổ đỡ chính, thùng chứa dầu, động cơ quay và động cơ kín, bao gồm
cả rôto và stato. Các crankcase là phần dưới cùng của nhà ở của máy nén pittơng trong
đó trục khuỷu được đặt.
4



Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Hình 1. 2 Cấu tạo của máy nén piston

Hình 1. 3 Chu kỳ nạp của máy nén piston

5


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Hình 1. 4 Chu kỳ nén và xả của máy nén piton

Khối xi lanh và Piston: Trong hầu hết các máy nén, khối xi lanh được tích
hợp với crankcase và tạo thành một khuôn đúc. Các trụ và khối xi lanh thường được
làm bằng gang cao cấp. Trong máy nén pittơng trung bình và lớn, lớp lót xi lanh
thường được chèn vào trong thùng, và chúng có thể được thay thế khi hoạt động . Các
piston thường được làm bằng nhơm, hợp kim nhơm, hoặc gang. Đối với piston nhơm,
vịng piston thường được sử dụng để ngăn chặn sự rò rỉ của chất làm lạnh khí từ xilanh và ngăn chặn dầu xâm nhập vào xi-lanh. Các vòng piston trên được gọi là vòng
nén, và các vòng thấp hơn được gọi là vịng dầu. Đối với pít tơng gang, độ hở chạy
bằng 0.0004 in. / In. (Cm / cm) đường kính hình trụ có vịng dầu.
Hút và xả Van: Van hút điều khiển chất làm lạnh hơi nước vào trong xy lanh,
và van xả điều khiển khí nóng chảy ra từ xilanh. Van hút và xả thường được làm bằng
thép hợp kim cacbon cao hoặc thép không gỉ. Các van vòng lò xo hoạt động được sử
dụng rộng rãi nhất trong các máy nén trung bình và lớn. Các van vòng thường được xử

lý bằng nhiệt đối với khả năng đàn hồi của thép lò xo và phải được nghiền chính xác
thành bề mặt hồn hảo (Độ lệch chỉ 0,001 in (0,025 mm ) cũng có thể gây rị rỉ.)
Ngồi ra, van reed( Lưỡi gà), hoặc là tự do hoặc nằm ở một đầu. Một van sậy
mở ra dưới áp suất xả và được đóng bởi sự co dãn. Van Reed thường chỉ giới hạn ở
các cổng van nhỏ. Một khu vực mở van thơng gió phải được cung cấp để giảm tổn thất
áp suất. Một van có thể mở tới 0,01 in (0,25 mm) trong khi hút hoặc xả. Vận tốc tối đa
của HCFC-22 do các van có thể đạt tới 150 ft / s (45m/s).
6


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Dầu bôi trơn: Dầu bôi trơn để bảo vệ tiết bị khỏi bị mòn và ăn mòn. Dầu cũng
được sử dụng làm chất làm mát để mang nhiệt đi và làm lạnh chất làm lạnh. Dầu chạy
giữa piston và xi lanh và giữa các van và van tấm. Trong các hệ thống làm lạnh, dầu
khoáng và dầu tổng hợp được sử dụng để bôi trơn. HCFC-22 là một phần dầu có thể
trộn lẫn để hỗn hợp chất làm lạnh dầu có thể trở lại máy nén. Hỗn hợp HFC và HFC
khơng trộn lẫn với dầu khống. Dầu tổng hợp dựa trên polyolester nên được sử dụng
để bôi trơn. Dầu không rắn như sáp, phải ổn định về mặt hóa học và phải có độ nhớt
thích hợp. Trong máy nén pittơng sử dụng HCFC-22 và các chất làm lạnh halogen hóa,
độ nhớt phổ quát (SSU) của Saybolt giây từ 150 đến 300 được khuyến cáo bởi
ASHRAE Handbook 1994, Hệ thống lạnh và Ứng dụng. Độ nhớt động học 1 ft / s
(92.900 mm2 / s).
Trong các máy nén pittơng trung bình và lớn, bơm bôi trơn cưỡng bức thông
qua một cánh gạt chuyển động dương hoặc bơm dầu bánh răng thường được sử dụng.
Chất bôi trơn được đưa vào các bề mặt chịu lực chính và trục khuỷu qua các đoạn dầu.
Một sương dầu hình thành bởi vịng quay trục khuỷu bôi trơn các bức tường trụ và
chân piston. Bơm dầu thường được gắn trên một đầu của trục khuỷu. Một bộ lọc dầu

ngập trực tiếp trong bể chứa dầu được kết nối với lượng hút của máy bơm dầu. Bởi vì
chất làm lạnh hơi trong crankcase ln ở áp suất hút, áp suất của bơm dầu bằng với
chênh lệch áp suất xả tại bơm dầu và áp lực hút.
Trong máy nén pittơng nhỏ, dầu bơi trơn sử dụng vịng quay của trục khuỷu và
thanh nối để văng dầu lên bề mặt ổ đỡ, thành xi-lanh và các bộ phận chuyển động
khác. Thơng thường, các đoạn dầu, vịng dầu và các thiết bị khác được sử dụng để tăng
cường văng dầu. Nhược điểm của nó là độ hở vịng bi phải lớn hơn bình thường, làm
tăng tiếng ồn trong quá trình hoạt động.
Đối với HCFC-22 và các chất làm lạnh halocacbon khác, việc bôi trơn các van
hút và xả được thực hiện bởi vì chất làm lạnh có thể trộn lẫn với dầu bôi trơn. Thiết kế
đường ống làm lạnh phải phù hợp với sự quay lại của dầu từ thiết bị bay hơi và bình
ngưng. Dầu nên được tách ra khỏi hơi hút tại máy nén và quay trở lại với thùng.
b) Bình ngưng:

7


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Hơi cơng chất sau máy nén có áp suất và nhiệt độ cao, để biến hơi công chất
thành dạng lỏng thì ta phải lấy nhiệt của hơi cơng chất, tức là phải làm mát cơng chất,
có hai cách cơ bản làm mát:
+ Dùng nước làm mát: thông thường dùng nước ngọt làm mát công chất, nước
biển làm mát cho nước ngọt. Phương pháp này thường sử dụng trong các hệ thống
lạnh. Để cấp nước làm mát thì người ta thường dùng một bơm nước riêng biệt.
1: quạt; 2: tấm tản nhiệt; 3: vỏ; 4: ống bơm; 6: khơng khí nạp vào; 7: khây chứa;
8: ống tràn; 9 :nước làm mát từ bình ngưng; 10: khơng khí nạp vào; 11: nước làm mát
trở lại bình ngưng.


Hình 1. 5 Cấu tạo bình ngưng làm mát bằng nước

+ Dựng quạt gió: Thổi khơng khí qua làm mát cơng chất, hay sử dụng trong các
hệ thống điều hịa (dàn nóng).

8


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Hình 1. 6 Cấu tạo bình ngưng làm mát bằng khơng khí

c) Van tiết lưu:
Cơng chất lỏng qua van tiết lưu thì áp suất bị giảm mạnh, làm cơng chất biến từ
dạng lỏng sang dạng hơi. Khi công chất bay hơi nhiệt độ sẽ giảm mạnh, thu nhiệt từ
vật cần làm lạnh. Van tiết lưu có chức năng làm giảm áp suất của công chất và dùng để
điều chỉnh mức (lưu lượng) chất lỏng cung cấp cho dàn bay hơi.
Các loại van khác
- Van điện từ: được sử dụng rộng rãi trong các đường hút, xả, và chất lỏng, và ở
những nơi thiết bị và linh kiện được cách ly để bảo trì và sửa chữa. Chúng thường
được điều khiển tự động bằng điều khiển kỹ thuật số trực tiếp (DDC) và các điều
khiển khác. Van điện từ điều khiển mơi chất lạnh được thể hiện trong hình 11.8a. Khi
cuộn dây điện từ hoặc solenoid được cấp nguồn, pit tông và chốt van gắn vào được
nâng lên. trở lên để mở cổng van hồn tồn. Van được đóng bởi lực hấp dẫn hoặc hành
động lò xo. Đối với van cỡ trung bình, van điện từ hoạt động bằng thí điểm thường
được sử dụng. Trong loại van này, cuộn dây solenoid mở ra một cổng thí điểm, tạo ra
sự mất cân bằng áp suất trên cơ hồnh, đẩy nó lên trên, và mở cổng chính. Khi cuộn

dây solenoid đóng, pit tơng đóng cổng thí điểm. Áp lực trên cơ hồnh được cân bằng
thông qua một lỗ cân bằng.

9


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

- Van cơ: Các van này được sử dụng để tắt hoặc mở hoàn toàn chất làm lạnh
bằng tay. Van thứ hai để ngăn chặn rị rỉ mơi chất lạnh thông qua các thân cây và cổng
trở lại chỗ ngồi.
- Van giảm áp: Trong các hệ thống làm lạnh, áp suất làm lạnh có thể tăng lên
đến mức có thể dẫn đến nổ trong trường hợp sự cố, hỏng hóc, hoặc tắt máy. Như trong
các hệ thống nước, các van giảm áp trong các hệ thống làm lạnh được sử dụng để làm
giảm áp suất mơi chất lạnh khi nó vượt quá giới hạn định sẵn.

Hình 1. 7 Cấu tạo van điện từ, van cơ và van giảm áp

- Van sạc lạnh: Van nạp chất làm lạnh là van ngắt hoạt động bằng tay chỉ được
sử dụng trong quá trình sạc lạnh. Nó thường được gắn trên dịng chất lỏng ở đầu ra của
bình ngưng hoặc ở phía đầu ra của máy thu. Các van kiểm tra để kiểm soát chất làm
lạnh tương tự như trong việc xây dựng và vận hành các van nước.
d) Dàn bay hơi:
Là nơi công chất lỏng bay hơi, thu nhiệt từ của các vật cần làm lạnh trong
buồng lạnh. Tùy thuộc vào ứng dụng, các yêu cầu khác nhau được áp dụng trên thiết bị
bay hơi. Thiết bị bay hơi do đó được thực hiện trong một loạt các phiên bản khác
nhau: thiết bị bay hơi bằng ống đồng, thiết bị bây hơi vây, thiết bị bay hơi có gân.


10


Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 1. 8 Một số kiểu dàn bay hơi

Có hai phương pháp để làm lạnh:
+ Làm lạnh trực tiếp: Dàn bay hơi đặt trực tiếp ngay trong buồng lạnh, trao đổi
nhiệt trực tiếp với vật cần làm lạnh. Ví dụ như tủ lạnh, điều hồ khơng khí gia đình,
văn phịng.
+ Làm lạnh gián tiếp: Dùng một công chất trung gian để truyền từ dàn bay hơi
vào buồng lạnh. Công chất trung gian này có thể là khơng khí hoặc nước muối.
Phương pháp này thường dùng trong các hệ thống làm lạnh có cơng suất lớn, nhiều
buồng lạnh hoặc khu vực khác nhau như trong các kho lạnh công nghiệp, các hệ thống
điều hồ khơng khí trung tâm trong các siêu thị, tồ nhà văn phịng. Trong hệ thống
điều hồ khơng khí tồn tàu thường dùng quạt thơng gió thổi qua dàn bay hơi đi vào
từng phịng.
e) Tách lỏng:
Cơng chất ở dạng hơi sau dàn bay hơi có thể cịn lẫn hơi nước hoặc các hạt
công chất ở dạng lỏng, máy nén hút về cửa hút có thể sẽ gây hiện tượng thuỷ kích,
hỏng máy nén. Đe tránh hiện tượng này thì người ta bố trí các bình tách lỏng giữa dàn
bay hơi và máy nén.

11


Khóa luận tốt nghiệp


Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Hình 1. 9 Cấu tạo bình tách lỏng hồi nhiệt

Trong đó: 1- ống hút về máy nén; 2- ống hơi vào; 3-nón chắn; 4-lỏng vào; 5- xả
lỏng; 6-lỗ tiết lưu dầu và lỏng; 7-lỏng ra; 8-ống hồi nhiệt.
f) Tách dầu:
Các máy lạnh khi làm việc làm việc cần phải tiến hành bôi trơn các chi tiết
chuyển động nhằm giảm ma sát, tăng tuổi thọ thiết bị. Trong quá trình máy nén làm
việc dầu thường bị cuốn theo môi chất lạnh.Việc dầu bị cuốn theo mơi chất lạnh có thể
gây ra các hiện tượng:
+ Máy nén thiếu dầu, chế độ bôi trơn không tốt nên dễ cháy, hư hỏng.
+ Dầu sau khi theo môi chất lạnh sẽ đọng bám ở các thiết bị trao đổi nhiệt như
thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt, ảnh hưởng chung
đến chế độ làm việc của toàn hệ thống.
Vì vậy để tách lượng dầu cuốn theo mơi chất khi máy nén làm việc, ngay trên
đầu ra của máy nén người ta bố trí bình tách dầu. Lượng đầu được tách ra sẽ được đưa
về bình thu hồi dầu.

12


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Hình 1. 10 Cấu tạo bình tách dầu kiểu nón chắn (hungtri.vn)

1.4. Tự động hóa hệ thống lạnh

Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh các dụng cụ mà những
dụng cụ đó hệ thống có thể vận hành hoặc từng phần thiết bị một cách tự động, chắc
chắn, an toàn với độ tin cậy cao mà không cần sự tham gia trực tiếp của công nhân vận
hành.
Trong quá trình vận hành trạm lạnh, nhiệt độ của đối tượng cần làm lạnh
thường bị biến động do tác động của những dòng nhiệt khác nhau từ bên ngoài vào
hoặc từ bên trong buồng lạnh. Giữ cho nhiệt độ này không đổi hay thay đổi trong
phạm vi cho phép là một nhiệm vụ của điều chỉnh máy lạnh. Đơi khi việc điều chỉnh
những q trình cơng nghệ lạnh khác nhau lại phải làm thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và đại
lượng vật lý khác theo một chương trình nhất định.
Hệ thống tự động có chức năng điều khiển toàn bộ sự làm việc của hệ thống
máy lạnh, duy trì được chế độ vận hành tối ưu và giảm tổn hao sản phẩm trong phòng
lạnh. Bên cạnh việc duy trì tự động các thơng số ( nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, lưu lượng,
mức lỏng... ) trong giới hạn đã cho, cũng cần bảo vệ hệ thống thiết bị tránh chế độ làm
việc nguy hiểm. Đây chính là yêu cầu bảo vệ hệ thống tự động.
Tự động hóa sự làm việc của trạm lạnh có ưu điểm so với điều khiển bằng tay là
giữ ổn định liên tục chế độ làm việc hợp lý. Ưu điểm này kéo theo một loạt các ưu
điểm về tăng thời gian bảo quản, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tiêu hao điện
năng, tăng tuổi thọ và độ tin cập của máy và thiết bị, giảm chi phí nước làm mát, giảm
chi phí vận hành và chi phí lạnh cho một đơn vị sản phẩm góp phần hạ giá thành sản

13


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

phẩm.... Việc bảo vệ tự động cũng được thực hiện nhanh chóng, đảm bảo và tin cậy
hơn thao tác của con người.

Tuy nhiên việc trang bị hệ thống tự động cho trạm lạnh cũng chỉ hợp lý khi
hoạch toán kinh tế là có lợi hoặc do có nhu cầu tự động hóa vì khơng thể điều khiển
bằng tay do tính chính xác của q trình, lý do khác có thể là cơng nghệ địi hỏi phải
thực hiện trong mơi trường động hại hoặc dễ cháy nổ.
Trong tất cả các quá trình tự động hóa điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu, báo
động và bảo vệ thì quá trình tự động điều chỉnh là có ý nghĩa hơn cả.

14


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

1.4.1. Sơ đồ tự động hóa hệ thống lạnh

Hình 1. 11 Sơ đồ tự động hóa hệ thống lạnh

Vịng điều khiển:
Là hệ thống bao gồm nhiều phần tử với mục đích điều khiển một đại lượng nào
đó (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm...). Gồm các phần tử như: sensor, bộ điều khiển, cơ cấu
chấp hành, tác nhân được điều khiển, đại lượng nhiễu...
- Sensor cảm nhận tín hiệu của biến điều khiển và đưa về bộ điều khiển

15


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện


- Bộ điều khiển nhận tín hiệu phân phối từ sensor và tính sai số so với điểm cài
đặt và suất ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành ( van, động cơ...)
- Cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển để điều khiển tác nhân cần
điều khiển ( đối tượng cần điều chỉnh )
Vòng điều khiển gồm hai loại: vòng điều khiển hở và vịng điều khiển kín
- Vịng điều khiển hở :
Là vịng điều khiển khơng có tín hiệu phản hồi. Mạch điều khiển hở phải dự báo
được đại lượng bên ngoài sẽ tác động lên hệ thống như thế nào.
Vòng điều khiển hở có thể dùng để bảo vệ hệ thống. Khi đó nó xuất tín hiệu On
hay Off để đóng ngắt tác nhân điều khiển. Hoặc dùng trong việc điều chỉnh thời gian
đóng mở máy.
- Vịng điều khiển kín:
Có tín hiệu phản hồi sự thay đổi của biến điều khiển về bộ điều khiển.

16


Khóa luận tốt nghiệp

Đỗ Sun Fa, Phạm Hữu Thảo,Trần Đức Thiện

Ví dụ sơ đồ điều khiển của một hệ thống lạnh:

Hình 1. 12 Ví dụ sơ đồ điều khiển của một hệ thống lạnh

Trên thực tế, ta tự động hoá từng bộ phận trong hệ thống lạnh:

 Tự động hoá máy nén:
Máy nén là thành phần rất quan trọng trong hệ thống lạnh, giữ vai trò quyết

định đối với năng suất lạnh ; sự tiêu hao điện năng ; tuổi thọ; độ tin cậy và an toàn của
hệ thống.
Bằng cách :
Điều chỉnh tự động năng suất lạnh.
- Điều chỉnh điện động cơ máy nén và bảo vệ động cơ máy nén .
- Bảo vệ máy nén khỏi các chế độ làm việc nguy hiểm, như áp suất dầu đẩy quá
cao , áp suất hút quá thấp, hiệu suất dầu quá thấp, nhiệt độ dầu đẩy qáu cao, thiếu làm
mát xilanh, …
- Báo hiệu chế độ dừng, hoạt động, cũng như báo hiệu và báo động chế độ làm
việc bình thường và nguy hiểm.
 Tự động hoá thiết bị ngưng tụ :
- Duy trì nhiệt độ ngưng tụ và áp suất không đổi hoặc giao động ở một mức giới
hạn cho phép.
- Tiết kiệ nước giải nhiệt cho bình ngưng làm mát bằng nước.
17