Lắp đặt hệ thống điều khiển

Tuổi thọ và độ chính xác của hệ thống điều khiển có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố lắp đặt. Hướng dẫn này thảo luận về những cân nhắc quan trọng cơ bản bao gồm vị trí thiết bị và đấu dây, nhiễu tần số vô tuyến, và bảo vệ khỏi môi trường.

Cảm biến nhiệt độ

Vị trí cảm biến Vị trí của cảm biến rất quan trọng, và nó phải được đặt ở nơi có thể cảm nhận được áp suất, nhiệt độ hoặc mức chất lỏng đại diện. Chiều dài của cảm biến cũng phải được xem xét. Nếu cảm biến sử dụng lớn hoặc dài, cần phải có dự phòng cho điều này trong hệ thống ống nơi nó được lắp đặt. Cảm biến cho hệ thống điều khiển tự hành có thể có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Nói chung, cảm biến cho hệ thống điều khiển điện tử và khí nén nhỏ hơn so với cảm biến cho điều khiển tự hành. Yêu cầu tiếp theo là đặt cảm biến ở vị trí không dễ bị hư hại, và có thể lắp vào ống bảo vệ nếu cần. Ống bảo vệ phải đủ dài để toàn bộ cảm biến được ngập trong chất lỏng. Trong Hình 8.4.1, nếu đầu nối ngắn dài hơn, cảm biến có thể không được ngập đúng cách trong chất lỏng. Bảo vệ cảm biến Nếu cảm biến được lắp trong bể, có thể tốt hơn nếu đặt nó gần một trong các góc, nơi có độ bền thành lớn nhất, với ít khả năng bị uốn cong hơn. Với một số chất lỏng, cần phải bảo vệ cảm biến để tránh bị ăn mòn hoặc hòa tan. Ống bảo vệ thường có sẵn trong nhiều vật liệu khác nhau, bao gồm:

• Thép không gỉ.
• Thép mềm.
• Đồng và đồng thau, phù hợp cho các ứng dụng ít khắc nghiệt hơn.
• Thủy tinh chịu nhiệt, cung cấp bảo vệ tốt chống lại các sản phẩm ăn mòn như axit và kiềm, nhưng chúng có thể dễ vỡ. Ống mao dẫn điều khiển tự hành thường có thể được cung cấp với lớp phủ PVC, hữu ích trong môi trường ăn mòn. Khi có thể lắp cảm biến qua thành bể, việc có ống bảo vệ cũng cho phép tháo cảm biến mà không cần xả hết nội dung. Ống bảo vệ sẽ có xu hướng tăng độ trễ thời gian trước khi điều khiển có thể phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ dung dịch, và điều quan trọng là sắp xếp để giữ mức này ở mức tối thiểu. Sẽ có, chẳng hạn, không gian không khí giữa cảm biến và bên trong ống bảo vệ, và không khí là chất cách nhiệt. Để khắc phục điều này, keo dẫn nhiệt có thể được sử dụng để lấp đầy không gian.

Van và bộ truyền động

Vị trí ưa thích của bộ truyền động sẽ phụ thuộc vào loại hệ thống điều khiển sử dụng. Đối với van điều khiển tự hành, nói chung tốt hơn nếu bộ truyền động được lắp bên dưới van. Ngược lại, thường tốt hơn nếu lắp bộ truyền động điện hoặc khí nén phía trên van, nếu không bất kỳ rò rỉ nào từ thân van có thể dẫn đến chất lỏng quy trình, có thể nóng hoặc ăn mòn, tràn lên bộ truyền động. Lắp ngang không được khuyến nghị vì theo thời gian:

• Có thể xảy ra mòn thân van không đều.
• Đĩa van có thể không đặt chính xác vào đế van. Vật liệu chế tạo của bộ truyền động điện phải phù hợp với môi trường về xếp hạng vỏ bọc chống hơi ẩm quá mức, và khí và chất lỏng nguy hiểm. Van và bộ truyền động sẽ nặng hơn một chiều dài ống tương đương, và sẽ cần hỗ trợ đầy đủ. Điều quan trọng là, trước và sau khi lắp đặt, kiểm tra rằng van được lắp với mũi tên hướng dòng chảy đúng. Phải để đủ không gian xung quanh van và bộ truyền động cho bảo trì, và để nâng bộ truyền động ra khỏi van.

Nhiễu tần số vô tuyến (RFI)

Nhiễu tần số vô tuyến là nhiễu điện có thể gây hỏng tín hiệu điều khiển và ảnh hưởng đến hoạt động của bộ điều khiển điện tử. Có hai dạng RFI:

• Liên tục
• Xung (tạm thời). Máy phát vô tuyến, máy tính, máy gia nhiệt cảm ứng, và các thiết bị tương tự khác phát ra nhiễu vô tuyến tần số cao liên tục. Nhiễu xung được tạo ra từ hồ quang điện, có thể xảy ra khi mở tiếp điểm công tắc, đặc biệt là những công tắc chịu trách nhiệm đóng ngắt các thành phần cảm ứng, như động cơ hoặc máy biến áp. Kỹ sư điều khiển thường quan tâm nhất đến nhiễu xung. Các xung có cường độ rất cao và thời gian rất ngắn, và có thể làm gián đoạn tín hiệu điều khiển điện thực sự. Truyền dẫn RFI Nhiễu vô tuyến có thể truyền qua hai chế độ:
• Dẫn truyền.
• Bức xạ. Nhiễu dẫn truyền được truyền đến bộ điều khiển qua cáp nguồn. Có bộ chống nhiễu trong nguồn càng gần bộ điều khiển càng tốt có thể giảm tác dụng của nó. Nhiễu bức xạ là vấn đề lớn hơn vì khó khắc phục hơn. Dạng nhiễu này giống như tín hiệu phát sóng được thu bởi ăng-ten được hình thành tự nhiên bởi dây tín hiệu, và sau đó được phát lại bên trong hộp bộ điều khiển đến các vùng nhạy cảm hơn. Các thành phần điện tử bên trong bộ điều khiển cũng có thể nhận truyền dẫn trực tiếp, đặc biệt nếu nguồn nhiễu nằm trong khoảng 200 mm. Tác dụng của RFI Các loại bộ điều khiển phản ứng với các dạng nhiễu khác nhau theo cách khác nhau. Bộ điều khiển tương tự thường phản ứng với nhiễu liên tục hơn là nhiễu tạm thời nhưng thường hồi phục khi nhiễu chấm dứt. Các triệu chứng của nhiễu liên tục không dễ nhận ra vì chúng thường ảnh hưởng đến độ chính xác đo lường. Thường khó phân biệt giữa tác dụng của nhiễu và hoạt động bình thường của thiết bị. Nhiễu tạm thời có nhiều khả năng ảnh hưởng đến đầu ra rơle, vì sự xuất hiện của nó nhanh hơn mức mà mạch tương tự có thể phản ứng. Bộ điều khiển dựa trên vi xử lý dễ bị hỏng hơn từ nhiễu xung tạm thời nhưng có khả năng chống nhiễu liên tục cao hơn. Dấu hiệu đầu tiên rằng nhiễu đã xảy ra thường là màn hình bị đơ, bị xáo trộn hoặc chứa các ký hiệu vô nghĩa ngoài hiển thị bình thường. Các triệu chứng khó phát hiện hơn bao gồm sai lệch đo lường hoặc vị trí bộ truyền động không chính xác, điều này có thể tiếp tục không được phát hiện cho đến khi hệ thống rõ ràng mất kiểm soát. Thực hành lắp đặt để hạn chế RFI Việc chọn và lắp đặt đúng dây tín hiệu điều khiển rất quan trọng để giảm tính nhạy cảm với RFI. Các cặp dây xoắn ít bị nhiễu hơn cáp chạy song song (Hình 8.4.2). Cáp có bọc che nối đất ít bị nhiễu hơn nữa so với cặp dây xoắn, nhưng điều này không phải lúc nào cũng đáng tin cậy, đặc biệt gần cáp dòng điện lớn.

Cáp có bọc che (Hình 8.4.3) chỉ nên nối đất ở một đầu, xem Hình 8.4.3 (A và B); nối đất ở cả hai đầu sẽ dẫn đến tình trạng xấu hơn. Giữ dây tách biệt khỏi dây nguồn (Hình 8.4.4) có thể giảm bắt nhiễu qua dây tín hiệu. BS 6739: 1986 khuyến nghị rằng khoảng cách tách biệt này phải ít nhất 200 mm cho dây nguồn thiết bị và 250 mm cho cáp nguồn khác.

Trong thực tế đã phát hiện rằng dây tín hiệu có thể chạy bên cạnh hoặc gần dây nguồn miễn là chúng được chứa trong vỏ bọc nối đất riêng, xem Hình 8.4.5. Nhiễu xung sinh ra từ hồ quang điện có thể được giảm bằng cách sử dụng bộ chống nhiễu phù hợp nối ngang tiếp điểm công tắc. Bắt nhiễu qua bức xạ trực tiếp có thể được giảm bằng cách lắp bộ điều khiển cách xa nguồn nhiễu ít nhất 250 mm, như bộ ngắt mạch hoặc rơle chuyển mạch nguồn. Tách biệt cáp Thông tin sau được trích từ Bộ quy tắc thực hành Tiêu chuẩn Anh về Thiết bị đo lường trong hệ thống điều khiển quy trình: thiết kế lắp đặt và thực hành BS 6739: 1986: Đoạn 10.7.4.2.2 - Tách biệt khỏi cáp nguồn

• Cáp thiết bị nên được đi trên hoặc dưới mặt đất, tách biệt khỏi cáp nguồn điện (tức là cáp xoay chiều, thường trên 50 Vac với xếp hạng 10 A).
• Nên tránh chạy cáp song song. Tuy nhiên, khi không thể tránh, phải cung cấp khoảng cách vật lý đầy đủ.
• Khoảng cách 250 mm được khuyến nghị từ cáp nguồn xoay chiều lên đến xếp hạng 10 A. Đối với xếp hạng cao hơn, khoảng cách nên tăng dần.
• Khi không thể tránh được việc cáp tín hiệu và nguồn giao nhau, cáp nên được sắp xếp cắt nhau vuông góc với phương tiện tách biệt chắc chắn ít nhất 250 mm. Đoạn 10.7.4.2.3 - Tách biệt giữa các cáp thiết bị

1. Danh mục 1 và 2 cách nhau 200 mm.
2. Danh mục 2 và 3 cách nhau 300 mm.
3. Danh mục 1 và 3 cách nhau 300 mm. Các cáp được phân loại như sau:
4. Cáp nguồn xoay chiều - Cáp thường trên 50 Vac với xếp hạng 10 amp.
5. Danh mục 1. Nguồn thiết bị và dây điều khiển trên 50 V - Nhóm này bao gồm nguồn xoay chiều và một chiều và tín hiệu điều khiển lên đến xếp hạng 10 A.
6. Danh mục 2. Dây tín hiệu mức cao (5 V đến 50 Vdc) - Nhóm này bao gồm tín hiệu số, tín hiệu báo động, tín hiệu tắt khẩn cấp và tín hiệu tương tự mức cao, ví dụ 4 - 20 mA.
7. Danh mục 3. Dây tín hiệu mức thấp (dưới 5 Vdc) - Nhóm này bao gồm tín hiệu nhiệt độ và tín hiệu tương tự mức thấp. Dây cặp nhiệt điện thuộc danh mục này. Mặc dù không phải lúc nào cũng thực tế, mọi nỗ lực nên được thực hiện để đạt được khoảng cách tách biệt được khuyến nghị.

Tiêu chuẩn bảo vệ điện

Thiết bị điện như bộ điều khiển điện tử phải phù hợp với môi trường mà chúng sẽ được sử dụng. Môi trường nguy hiểm có thể được tìm thấy trong nhà máy lọc dầu, giàn ngoài khơi, bệnh viện, nhà máy hóa chất, mỏ, nhà máy dược phẩm và nhiều nơi khác. Mức độ bảo vệ sẽ thay đổi tùy theo nguy cơ tiềm ẩn, ví dụ nguy cơ tia lửa hoặc bề mặt nóng bắt cháy khí và hơi dễ cháy có thể có mặt. Cũng quan trọng không kém là bảo vệ thiết bị chống hơi ẩm, bụi, nước xâm nhập, và thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt. Có các tiêu chuẩn và quy trình để giảm khả năng thiết bị gây ra lỗi, nếu không có thể gây cháy hoặc gây nổ trong thiết bị lân cận. Các tiêu chuẩn bảo vệ cơ bản đã được thiết kế để phục vụ cho các môi trường cụ thể. Xếp hạng IP IP, hay xếp hạng bảo vệ quốc tế được ghi cho vỏ bọc, là phương pháp phân loại mức bảo vệ mà vỏ bọc cung cấp, bằng cách sử dụng hai chữ số, như thể hiện trong Bảng 8.4.1 và 8.4.2. Chữ số đầu tiên (xem Bảng 8.4.1) đề cập đến bảo vệ chống xâm nhập của vật thể lạ như đòn bẩy, tua vít hoặc thậm chí bàn tay người. Phạm vi bao gồm bảy chữ số bắt đầu từ 0, chỉ định không có bảo vệ khỏi vật thể vật lý hoặc sự can thiệp của con người; lên đến 6, cung cấp bảo vệ tỉ mỉ chống bụi hoặc hạt cực nhỏ xâm nhập. Chữ số thứ hai (xem Bảng 8.4.2) cho biết mức độ bảo vệ chống nước xâm nhập. Phạm vi bắt đầu từ 0 nghĩa là không có bảo vệ chống nước. Cao nhất là 8, cung cấp bảo vệ tối ưu cho thiết bị liên tục ngâm trong nước. Ví dụ 8.4.1 Một vỏ bọc điện có xếp hạng IP34 sau có thể được định nghĩa như sau: Không phải là mục đích của Module này đi vào chi tiết về chủ đề bảo vệ vỏ bọc. Chủ đề này được thảo luận sâu hơn nhiều trong Tiêu chuẩn Quốc tế, BS EN 60529:1992 là một trong số đó. Người đọc được khuyên tham khảo các tiêu chuẩn như vậy nếu cần thông tin cho mục đích cụ thể. Thiết bị điện chống nổ Đã được trình bày ngắn gọn về cách xếp hạng IP bao gồm hai lĩnh vực bảo vệ quan trọng. Tuy nhiên, có nhiều loại nguy hiểm khác cần đối phó. Chúng có thể bao gồm ăn mòn, rung động, cháy và nổ. Loại sau có thể xảy ra khi thiết bị điện tạo ra tia lửa, hoạt động ở nhiệt độ cao, hoặc hồ quang; do đó bắt cháy hóa chất, dầu hoặc khí. Trong thực tế, khó xác định liệu có khí quyển nổ sẽ có mặt tại một vị trí cụ thể trong khu vực nguy hiểm tiềm ẩn hoặc nhà máy hay không. Vấn đề này đã được giải quyết bằng cách gán một khu vực trong nhà máy nơi khí dễ cháy có thể có mặt vào một trong ba vùng nguy hiểm sau:

• Vùng 1 - Khu vực mà khí nổ liên tục có mặt hoặc có mặt trong thời gian dài.
• Vùng 2 - Khu vực mà khí nổ có thể xảy ra trong quá trình hoạt động bình thường.
• Vùng 3 - Khu vực mà khí nổ không có khả năng xảy ra trong quá trình hoạt động bình thường và nếu có, chỉ tồn tại trong thời gian ngắn. Đã có nhiều nỗ lực để xây dựng các tiêu chuẩn bảo vệ được chấp nhận quốc tế. IEC (Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế) là tổ chức đầu tiên sản xuất tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực này, tuy nhiên, CENELEC (Ủy ban Điều phối Tiêu chuẩn Điện Châu Âu) hiện nay tập hợp tất cả các quốc gia sản xuất lớn ở Châu Âu dưới một bộ tiêu chuẩn. Thiết bị đo lường và điều khiển được bao phủ bởi phương pháp bảo vệ an toàn nội tại, dựa trên việc giảm nguy cơ nổ bằng cách giới hạn lượng năng lượng điện đi vào khu vực nguy hiểm, và do đó về nguyên tắc không yêu cầu vỏ bọc đặc biệt. Có hai loại thiết bị an toàn nội tại được xác định bởi CENELEC và IEC, cụ thể là EX ia và EX ib. Lớp EX ia Phân loại thiết bị là không thể gây cháy nổ trong các quy trình hoạt động bình thường, hoặc do lỗi đơn hoặc hai lỗi hoàn toàn độc lập xảy ra. Lớp EX ib Phân loại thiết bị là không thể gây cháy nổ trong các quy trình hoạt động bình thường, hoặc do lỗi đơn xảy ra. Cũng như bảo vệ IP, Module này không dự định thảo luận chủ đề này ở bất kỳ độ sâu nào; đây là một chủ đề phức tạp còn bị phức tạp hóa thêm bởi thực tế là phân nhóm thiết bị có thể khác nhau ở các quốc gia khác nhau. Gợi ý rằng, nếu người đọc cần thêm thông tin về chủ đề này, hãy nghiên cứu tiêu chuẩn liên quan phù hợp.