Tự động hóa hệ thống lạnh

Giáo trình tự động hóa hệ thống lạnh nghề kỹ thuật máy lạnh tại Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng

• Tác giả: Lâm Thiện Tín
• Trường học: Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí
• Đề tài: Tự động hóa hệ thống lạnh
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Sóc Trăng

Tóm tắt

I. Tổng quan tự động hóa hệ thống lạnh Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng

Tự động hóa hệ thống lạnh là học phần then chốt trong chương trình đào tạo nghề kỹ thuật máy lạnh tại Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng. Giáo trình này được biên soạn bám sát khung đào tạo chuẩn của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội. Tài liệu hướng đến mục tiêu trang bị kiến thức thực hành thực tế cho sinh viên trình độ cao đẳng. Nội dung đào tạo kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết điều khiển tự động và thao tác vận hành thiết bị thực tế. Học viên được tiếp cận các sơ đồ nguyên lý điều khiển máy nén, dàn ngưng, bình bay hơi và van tiết lưu. Cấu trúc bài giảng chia làm ba phần chính từ cơ bản đến nâng cao. Phần đầu làm rõ các nguyên lý tự động hóa thiết bị lạnh truyền thống. Phần kế tiếp hướng dẫn làm chủ các bộ điều khiển vi xử lý công nghiệp Dixell. Phần cuối cùng đi sâu vào lập trình hệ thống điều khiển thông minh qua PLC Siemens S7-1200. Giáo trình chú trọng phương pháp diễn giải trực quan, dễ tiếp thu và có tính ứng dụng cao. Tài liệu là cẩm nang học tập giá trị cho học sinh, sinh viên và kỹ thuật viên cơ điện lạnh tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.

1.1. Mục tiêu đào tạo nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

Mô đun tự động hóa hệ thống lạnh xác lập mục tiêu kiến thức và kỹ năng rất cụ thể. Học viên cần nắm vững quy trình vận hành và kiểm tra an toàn hệ thống máy lạnh công nghiệp. Sinh viên phải giải thích được nguyên lý làm việc của từng linh kiện trong mạch điều khiển. Khóa học rèn luyện kỹ năng đọc bản vẽ điện và đấu nối thiết bị điều khiển chuẩn xác. Người học được trang bị khả năng phát hiện sự cố áp suất và nhiệt độ nhanh chóng. Các bài thực hành trực tiếp trên mô hình giúp sinh viên tự tin làm việc sau khi tốt nghiệp. Môi trường đào tạo đáp ứng tốt nhu cầu tuyển dụng kỹ thuật của doanh nghiệp.

1.2. Cấu trúc logic ba bài học then chốt trong giáo trình

Chương trình giảng dạy được phân bổ tuần tự theo ba chuyên đề rõ ràng. Bài một phân tích nguyên lý tự động hóa thiết bị đơn lẻ như máy nén và dàn trao đổi nhiệt. Sinh viên hiểu rõ cơ chế đóng ngắt ON-OFF và các phương pháp điều khiển PID. Bài hai chuyển trọng tâm sang công nghệ điều khiển nhiệt độ Dixell XR60CX. Học viên thực hành đấu nối rơ le, cài đặt thông số và xử lý mã lỗi thực tế. Bài ba mở rộng sang điều khiển tự động hóa cao cấp bằng PLC Siemens S7-1200. Sinh viên học lập trình logic để đồng bộ toàn bộ cụm máy công nghiệp. Trình tự này giúp người học tiếp thu kiến thức vững chắc và khoa học.

II. Phân tích rủi ro trong tự động hóa hệ thống lạnh công nghiệp

Vận hành hệ thống lạnh công nghiệp luôn tiềm ẩn nhiều rủi ro kỹ thuật nghiêm trọng. Máy nén là trái tim của hệ thống cơ điện lạnh và rất dễ bị hư hại. Hiện tượng ngập dịch lỏng có thể phá hủy hoàn toàn tay biên và xi lanh máy nén. Sự cố tụt giảm áp suất hút dẫn đến hiện tượng chân không hóa đường ống. Khi đó, không khí ẩm và bụi bẩn dễ xâm nhập vào bên trong chu trình lạnh. Ngược lại, áp suất ngưng tụ tăng quá cao gây nguy cơ nổ vỡ thiết bị trao đổi nhiệt. Động cơ máy nén cũng đứng trước nguy cơ quá tải và cháy cuộn dây do nhiệt độ cao. Hiện tượng đóng băng dàn lạnh làm giảm sút nghiêm trọng hiệu suất truyền nhiệt. Kho lạnh không đạt độ lạnh yêu cầu sẽ gây hư hỏng toàn bộ hàng hóa bảo quản. Việc điều khiển thủ công hoàn toàn không thể kiểm soát kịp thời các biến đổi áp suất đột ngột. Con người khó có thể túc trực liên tục để giám sát từng chỉ số vận hành. Nếu thiếu các cơ chế bảo vệ tự động, hậu quả kinh tế và rủi ro lao động sẽ vô cùng lớn. Vì vậy, việc phân tích sự cố và thiết kế mạch bảo vệ là yêu cầu sống còn đối với kỹ sư điện lạnh.

2.1. Nguy cơ sự cố quá áp và tụt áp trên đường ống môi chất

Sự biến động áp suất môi chất là nguyên nhân hàng đầu gây hư hỏng thiết bị lạnh. Áp suất đẩy tăng cao thường bắt nguồn từ quạt dàn ngưng hỏng hoặc thiếu nước giải nhiệt. Áp suất cao làm tăng công nén, khiến động cơ tiêu thụ điện năng quá mức. Nếu áp lực vượt ngưỡng cho phép, đường ống và bình chứa có nguy cơ nổ vỡ. Ngược lại, áp suất hút tụt thấp do rò rỉ gas hoặc van tiết lưu bị nghẹt. Áp suất bay hơi quá thấp khiến dầu bôi trơn khó hồi về các te máy nén. Thiếu dầu gây ma sát lớn, làm cháy bạc trục và kẹt cơ cấu chuyển động. Hệ thống bắt buộc phải có thiết bị bảo vệ áp suất tức thời.

2.2. Khó khăn khi kiểm soát nhiệt độ và chu kỳ xả đá kho lạnh

Kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ trong kho lạnh bảo quản là bài toán phức tạp. Nhiệt độ buồng lạnh dao động lớn sẽ làm giảm phẩm chất thực phẩm đông lạnh. Băng tuyết bám dày trên bề mặt cánh tản nhiệt của dàn bay hơi cản trở lưu thông gió. Lớp tuyết đóng vai trò như lớp cách nhiệt, làm giảm nghiêm trọng khả năng trao đổi nhiệt. Nếu chu kỳ xả đá diễn ra quá sớm, nhiệt lượng xả đá làm tăng nhiệt độ kho lạnh. Ngược lại, xả đá chậm khiến quạt gió bị kẹt và máy nén làm việc quá tải. Phương pháp điều khiển thời gian đơn thuần không còn đáp ứng tốt thực tế. Hệ thống đòi hỏi các giải pháp xả đá thông minh dựa trên cảm biến nhiệt độ.

III. Giải pháp tự động hóa hệ thống lạnh bằng thiết bị Dixell và PLC

Giáo trình Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng đưa ra hệ thống giải pháp tự động hóa toàn diện và đồng bộ. Ở cấp độ bảo vệ cơ bản, các rơ le áp suất đơn và kép của Danfoss được tích hợp trực tiếp. Thiết bị này ngắt mạch tức thì khi phát hiện áp suất cao hoặc áp suất thấp vượt ngưỡng cài đặt. Van tiết lưu tự động cân bằng áp lực giúp duy trì độ quá nhiệt ổn định cho dàn bay hơi. Ở cấp độ điều khiển nhiệt độ chuyên sâu, bộ điều khiển kỹ thuật số Dixell XR60CX đóng vai trò trung tâm. Thiết bị nhận tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ NTC để điều khiển máy nén, quạt dàn lạnh và điện trở xả đá. Ở cấp độ tự động hóa cao nhất, PLC Siemens S7-1200 đóng vai trò bộ não điều phối toàn bộ hệ thống lạnh. PLC thu thập tín hiệu analog và digital từ các cảm biến, đồng thời xử lý thuật toán PID chính xác. Bộ điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ quạt dàn ngưng, van bypass và công suất làm việc của cụm máy nén. Sự kết hợp giữa khí cụ bảo vệ, vi điều khiển Dixell và PLC tạo nên một hệ thống tự động hóa an toàn, linh hoạt và tiết kiệm điện năng.

3.1. Ứng dụng bộ vi điều khiển Dixell XR60CX trong vận hành

Bộ điều khiển Dixell XR60CX là giải pháp tối ưu cho kho lạnh nhiệt độ âm. Thiết bị có ba rơ le ngõ ra điều khiển máy nén, quạt dàn lạnh và xả đá. Màn hình kỹ thuật số hiển thị rõ nét nhiệt độ phòng và trạng thái hoạt động. Kỹ thuật viên dễ dàng cài đặt điểm đặt nhiệt độ Setpoint và độ trễ vi sai Hy. Thiết bị hỗ trợ hai đầu dò cảm biến NTC phục vụ kiểm soát buồng lạnh và dàn lạnh. Khi xảy ra sự cố, Dixell lập tức phát tín hiệu cảnh báo trên màn hình. Các mã lỗi như P1, P2 hay HA giúp kỹ thuật viên phát hiện nhanh nguồn gốc hỏng hóc. Giải pháp này giúp đơn giản hóa mạch điện và tăng độ tin cậy vận hành.

3.2. Phương pháp lập trình điều khiển tự động với PLC Siemens S7 1200

PLC Siemens S7-1200 mang lại giải pháp điều khiển linh hoạt cho hệ thống lạnh công nghiệp phức tạp. Thiết bị sở hữu tốc độ xử lý nhanh cùng khả năng mở rộng module linh động. Kỹ sư sử dụng phần mềm TIA Portal để lập trình các khối hàm điều khiển máy nén và bơm nước. Thuật toán PID được tích hợp nhằm điều tiết biến tần quạt giải nhiệt theo áp suất ngưng tụ. PLC quản lý chu trình luân phiên các tổ máy nén để cân bằng giờ chạy của động cơ. Mạng truyền thông công nghiệp cho phép kết nối PLC với màn hình HMI hoặc hệ thống máy tính giám sát SCADA. Nhờ đó, quy trình vận hành toàn bộ nhà máy đông lạnh được giám sát tập trung và liên tục.

IV. Ứng dụng thực tế của giáo trình tự động hóa hệ thống lạnh

Giáo trình tự động hóa hệ thống lạnh Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng mang giá trị thực tiễn rất lớn đối với nền kinh tế khu vực. Tỉnh Sóc Trăng và các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long sở hữu thế mạnh vượt trội về chế biến thủy hải sản và nông sản xuất khẩu. Các doanh nghiệp chế biến tại địa phương đòi hỏi hệ thống kho đông, hầm cấp đông và kho bảo quản vận hành ổn định. Nhu cầu nhân lực kỹ thuật am hiểu công nghệ tự động hóa máy lạnh đang không ngừng gia tăng. Sinh viên học theo giáo trình này có thể làm chủ ngay các thao tác lắp ráp tủ điện và vận hành kho lạnh thực tế. Người học có kỹ năng phân tích sự cố áp suất, cài đặt thiết bị Dixell và xử lý lỗi phần cứng PLC nhanh chóng. Doanh nghiệp tuyển dụng đánh giá rất cao tay nghề thực tế và tính chủ động của sinh viên nhà trường. Bên cạnh giá trị đào tạo chính khóa, tài liệu còn là nguồn tham khảo hữu ích cho đội ngũ kỹ thuật viên bảo trì. Năng lực làm chủ tự động hóa giúp các nhà máy tiết kiệm điện năng tiêu thụ và giảm thiểu rủi ro hư hỏng nguyên liệu thủy sản.

4.1. Ứng dụng trong nhà máy chế biến và bảo quản thủy hải sản

Ngành chế biến thủy sản tại Sóc Trăng yêu cầu chuỗi dây chuyền lạnh nghiêm ngặt. Tôm và cá nguyên liệu cần cấp đông nhanh chóng để giữ trọn vẹn chất lượng xuất khẩu. Các kiến thức từ giáo trình được ứng dụng trực tiếp tại các kho bảo quản đông lạnh công nghiệp. Kỹ thuật viên vận hành hệ thống điều khiển tự động duy trì mức nhiệt độ ổn định âm hai mươi độ C. Quy trình xả đá tự động ngăn chặn tình trạng biến động nhiệt gây giảm chất lượng sản phẩm. Các cảm biến áp suất giúp phát hiện sớm nguy cơ rò rỉ môi chất lạnh ra môi trường chế biến. Việc tự động hóa giúp các cơ sở chế biến giảm thiểu tổn thất và nâng cao uy tín thương hiệu.

4.2. Cơ hội việc làm cho kỹ thuật viên điện lạnh tại địa phương

Sinh viên hoàn thành học phần tự động hóa hệ thống lạnh sở hữu lợi thế việc làm rất lớn. Thị trường lao động kỹ thuật cao tại các khu công nghiệp Sóc Trăng và Cần Thơ luôn có nhu cầu lớn. Người học có thể đảm nhận các vị trí kỹ thuật viên vận hành trạm lạnh trung tâm. Ngoài ra, cơ hội làm việc trong ngành bảo trì hệ thống điều hòa không khí tòa nhà thương mại rất rộng mở. Kỹ năng lập trình PLC và cài đặt bộ điều khiển Dixell giúp ứng viên nổi bật hơn. Mức thu nhập của kỹ thuật viên tự động hóa luôn ở mức cạnh tranh so với mặt bằng chung. Đây là nền tảng vững chắc để người học phát triển sự nghiệp lâu dài.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Tự động hóa hệ thống lạnh (Mã mô đun: 23185405MDDL) do tác giả Lâm Thiện Tín làm chủ biên, được biên soạn và lưu hành nội bộ theo chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng năm 2024. Về mặt phân phối chương trình, đây là mô đun chuyên môn tự chọn dành cho hệ Cao đẳng nghề thuộc ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Mô đun có tổng thời lượng đào tạo là 90 giờ, bao gồm 30 giờ lý thuyết, 56 giờ dành cho thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập và 4 giờ thực hiện kiểm tra định kỳ.

Về mục tiêu học tập (learning outcomes), giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học ba nhóm năng lực chuẩn mực:

• Kiến thức: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý vận hành của các thiết bị đo lường, khí cụ bảo vệ và điều khiển trong hệ thống lạnh; diễn giải quy trình lắp ráp, vận hành và cài đặt các bộ điều khiển chuyên dụng cũng như bộ điều khiển khả trình công nghiệp.
• Kỹ năng: Đọc hiểu sơ đồ mạch điện động lực và điều khiển; thực hiện định vị, lắp đặt, đấu nối dây dẫn và vận hành thiết bị điều khiển vào hệ thống kho lạnh cụ thể; phát hiện và xử lý sự cố kỹ thuật thông qua mã cảnh báo.
• Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành tác phong làm việc chuẩn xác, tuân thủ nghiêm ngặt quy trình an toàn điện - lạnh và kỷ luật lao động kỹ thuật.

Cấu trúc tài liệu được thiết kế theo phương pháp diễn giải đi từ tổng quan hệ thống cơ sở đến phương pháp cấu hình thiết bị chuyên dụng và lập trình tự động hóa. Nội dung gồm 3 bài học chính:

1. Bài 1: Tự động hóa các thiết bị hệ thống lạnh (40 giờ).
2. Bài 2: Tự động hóa hệ thống lạnh sử dụng thiết bị DIXELL (25 giờ).
3. Bài 3: Tự động hóa hệ thống lạnh sử dụng thiết bị PLC (25 giờ).

Điểm đặc thù của tài liệu là sự kết hợp giữa cơ sở lý thuyết nhiệt - lạnh công nghiệp với việc cấu hình các dòng thiết bị phần cứng đang ứng dụng thực tế trên thị trường, tiêu biểu như bộ vi điều khiển Dixell XR60CX/XR06CX của Emerson, bộ điều khiển Danfoss (EKC202, EKC315A) và hệ thống PLC Siemens S7-1200 trên môi trường lập trình TIA Portal V16.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung chuyên môn của giáo trình được triển khai qua 3 bài học có tính kế thừa và phát triển logic:

Bài 1: Tự động hóa các thiết bị hệ thống lạnh (40 giờ: 16 lý thuyết, 22 thực hành, 2 kiểm tra)

• Điều khiển máy nén lạnh: Phân tích 5 dạng máy nén (pit-tông, trục vít, ly tâm, trục quay, xoắn ốc), tập trung vào pit-tông nửa kín (Copeland Discus, Bitzer) và máy nén trục vít. Trình bày phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh: đóng ngắt On/Off qua rơ le nhiệt độ hoặc rơ le áp suất thấp (LP), tiết lưu hơi hút bằng van ổn áp PC trên đồ thị lg p - h, đường ống bypass hơi nóng, và điều khiển tốc độ.
• Điều khiển thiết bị ngưng tụ: Khảo sát dàn ngưng giải nhiệt gió (điều khiển bước quạt ly tâm/hướng trục, biến tần), dàn ngưng dạng bay hơi (kết hợp phun nước, quạt 2 tốc độ), và dàn ngưng giải nhiệt nước (sử dụng tháp giải nhiệt, van điều khiển lưu lượng nước theo áp suất ngưng tụ).
• Điều khiển thiết bị bay hơi: Phân loại bình bay hơi làm lạnh chất lỏng, dàn không khí; cơ chế cấp lỏng tiết lưu trực tiếp sử dụng van tiết lưu nhiệt TEA (cho môi chất NH3 hoặc freon) kết hợp van điện từ EVRA, hoặc van tiết lưu điện tử ICM phối hợp bộ điều khiển quá nhiệt EKC315A cùng cảm biến áp suất/nhiệt độ PT100 (AKS21).
• Tự động hóa kho lạnh: Cơ cấu rơ le áp suất đơn, rơ le áp suất kép Danfoss; các thuật toán điều khiển On-Off, điều khiển theo tỷ lệ và điều khiển PID nhằm tự động bù đắp sai số năng lượng.

Bài 2: Tự động hóa hệ thống lạnh sử dụng thiết bị DIXELL (25 giờ: 7 lý thuyết, 17 thực hành, 1 kiểm tra)

• Cấu hình phần cứng: Nghiên cứu dòng Dixell XR60CX và XR06CX (kích thước 32 x 74 mm, nguồn 220VAC, 2 đầu dò NTC đo nhiệt độ phòng và dàn lạnh, 1 ngõ vào số, cổng Hotkey TTL, 3 rơ le ngõ ra máy nén, quạt và xả đá công suất 8A/220VAC).
• Mạch ứng dụng kho cấp đông 2000 kg/mẻ chạy R22: Sử dụng máy nén 2 cấp (Mycom, Bitzer, Copeland, York-Frick), bình trung gian nằm ngang, bình tách lỏng hồi nhiệt, bình tách dầu, bơm giải nhiệt và bơm xả băng. Thiết kế mạch động lực khởi động sao - tam giác có van giảm tải (KT2, KT3, VĐT1), mạch xả đá bằng điện trở (KT1, R, tau 1), và mạch an toàn tích hợp rơ le quá tải (FR1, FR2, FR3), rơ le cao áp (HP), hạ áp (LP), hiệu áp dầu (OP).
• Cài đặt thông số và vận hành: Thiết lập bảng tham số SET, AU, AL, td, dE, id, Md, dt, Fd, dP, Fs; cấu hình chế độ quạt (FnC, FSt, Fct, Fon, FoF); giải mã bảng mã lỗi P1, P2, P3, P4, HA, LA, HA2, LA2.

Bài 3: Tự động hóa hệ thống lạnh sử dụng thiết bị PLC (25 giờ: 7 lý thuyết, 17 thực hành, 1 kiểm tra)

• Phần cứng PLC: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C, sơ đồ nguyên lý ghép nối cổng vào/ra (I/O) với hệ thống cảm biến và khởi động từ của kho lạnh.
• Phần mềm TIA Portal V16: Trình tự khởi tạo project, cấu hình thiết bị phần cứng, xây dựng chương trình điều khiển logic quy trình nén, bơm xả băng, cấp dịch và xử lý tín hiệu bảo vệ hệ thống cấp đông.

Progression logic của giáo trình đi từ việc hiểu rõ bản chất động lực học của từng thiết bị nhiệt cơ sở (Bài 1), đến phương thức điều khiển tích hợp bằng bộ vi điều khiển chuyên dụng (Bài 2), và hoàn thiện ở cấp độ lập trình hệ thống số hóa công nghiệp linh hoạt bằng PLC (Bài 3).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp các khối lý thuyết kỹ thuật gồm:

• Lý thuyết chu trình nhiệt động lạnh nén hơi: Nguyên lý vận chuyển môi chất ở vùng áp suất thấp và cao; cơ chế bay hơi hoàn toàn nhằm triệt tiêu hiện tượng ngập lỏng (búa thủy lực); nguyên lý hoạt động của chu trình 2 cấp dùng bình trung gian để hạ nhiệt độ môi chất lỏng trước tiết lưu và làm mát trung gian hơi hút cấp cao.
• Nguyên lý điều khiển quá nhiệt và áp suất: Mối liên hệ giữa áp suất ngưng tụ và chênh lệch áp suất qua van tiết lưu; phương pháp ổn định áp suất hút qua đồ thị lg p - h; nguyên lý bảo vệ an toàn cơ bản bằng khí cụ cơ điện (ngắt mạch khi vọt áp đầu đẩy, ngắt mạch khi tụt áp đầu hút, ngắt mạch khi chênh áp dầu bôi trơn không đạt).
• Cơ chế điều khiển quá trình: Sự khác biệt giữa nguyên tắc đóng ngắt tiếp điểm On-Off kèm vi sai cài đặt (hysteresis) với giải thuật điều khiển theo tỷ lệ và điều khiển PID giúp triệt tiêu dao động biên độ nhiệt.

Kỹ năng phát triển

Tài liệu rèn luyện cho người học các kỹ năng chuyên biệt:

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc và thiết kế sơ đồ đi dây mạch động lực, mạch điều khiển; thao tác đấu nối chân thiết bị Dixell XR06CX (đấu nối tiếp điểm nguồn 4-5, máy nén 3-5, quạt 2-5, xả đá 7-5, cảm biến NTC vào chân 10, 11, 12); đấu nối dây I/O cho module PLC S7-1200; lập trình khối hàm trên TIA Portal V16.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu đồ thị chu trình nhiệt động; tính toán thông số cài đặt vi sai; chẩn đoán sai lệch hệ thống dựa trên đèn báo (H1 sự cố, H2 máy nén, H3 xả băng) và mã lỗi màn hình Dixell; phân tích tình trạng quá tải động cơ và thiếu hụt áp suất dầu.
• Năng lực thực hành ứng dụng (Practical competencies): Tuân thủ quy trình kiểm tra 4 bước trước vận hành (đo điện áp lưới 360V - 400V, định mức dầu máy 2/3 mắt kính, kiểm tra nguồn nước giải nhiệt, trạng thái van chặn đường hút/đẩy); lập trình trực tiếp các tham số xả băng, thời gian làm khô dàn (dt), trì hoãn quạt (Fd) trên giao diện phím bấm vật lý.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp sư phạm kỹ thuật nghề nghiệp, kết hợp chặt chẽ giữa bài giảng lý thuyết nguyên lý và thực hành trên mô hình thực tế. Thời lượng phân bổ nghiêng hẳn về đào tạo kỹ năng với 56 giờ thực hành xưởng trên tổng số 90 giờ (chiếm 62,2% thời lượng môn học). Quy trình giảng dạy được tiêu chuẩn hóa theo cấu trúc diễn giải: trình bày cấu tạo thiết bị -> phân tích sơ đồ nguyên lý -> thị phạm quy trình đấu nối -> sinh viên thực hành -> kiểm tra, đánh giá.

Phần thực hành tập trung vào một case study kỹ thuật xuyên suốt: Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống tủ điện điều khiển kho cấp đông công suất 2000 kg/mẻ sử dụng môi chất R22. Thông qua case study này, sinh viên được giao các bài tập thực hành theo trình tự 4 bước:

• Bước 1: Lựa chọn và lắp đặt thiết bị: Tính chọn công suất khởi động từ, rơ le nhiệt phù hợp tải dòng điện; định vị các khí cụ lên bảng thực hành hoặc tủ điện.
• Bước 2: Lắp mạch điều khiển: Đọc sơ đồ nguyên lý, đánh số dây dẫn, đấu nối tuần tự các nhánh tiếp điểm KA1, KA2, KA3, KT1, KT2, KT3, các van điện từ VĐT1, VĐT2 và rơ le bảo vệ.
• Bước 3: Lắp mạch động lực: Đi dây mạch khởi động sao - tam giác cho máy nén 3 pha, cấp nguồn cho động cơ quạt dàn bay hơi, quạt dàn ngưng và điện trở xả băng R.
• Bước 4: Kiểm tra và vận hành: Đo kiểm thông mạch, thử nghiệm trạng thái liên động bảo vệ, cài đặt bộ thông số vi điều khiển Dixell XR06CX với yêu cầu kỹ thuật chi tiết: nhiệt độ kho (-20°C đến -15°C), dừng xả đá ở 5°C, chu kỳ xả đá 4 giờ, xả đá tối đa 30 phút, làm khô dàn 3 phút, trễ quạt 3 phút, ngưỡng dừng quạt 3°C, cảnh báo dưới AL = -23°C, cảnh báo trên AU = -12°C.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập được xác định cụ thể ở cuối mỗi bài theo bảng tiêu chí định lượng trên thang điểm 10:

• Kiến thức (4 điểm): Đánh giá mức độ hiểu lý thuyết, trả lời chính xác, đúng trọng tâm các câu hỏi ôn tập chuyên môn.
• Kỹ năng (5 điểm): Đánh giá mức độ hoàn thành bài tập, thao tác cài đặt tham số đúng kỹ thuật, đấu nối mạch điện chính xác và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị.
• Thái độ (1 điểm): Đánh giá tính kỷ luật, sự cẩn trọng, thái độ nghiêm túc và nộp báo cáo thực hành đúng hạn.

Về định hướng tự học, giáo trình biên soạn đầy đủ bảng thuật ngữ, ký hiệu bản vẽ điện công nghiệp, danh mục mã lỗi thiết bị và các câu hỏi ôn tập định hướng ở cuối mỗi phần, cho phép sinh viên tự ôn luyện và đối chiếu kết quả thực hành.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình phản ánh những điểm cập nhật so với các giáo trình điều khiển điện lạnh truyền thống:

• Chuyển dịch từ điều khiển điện cơ sang điều khiển số: Thay vì chỉ tập trung vào các mạch rơ le nhiệt điện cơ, bộ định thời cơ khí (cam timer), tài liệu cập nhật chi tiết cấu hình bộ vi điều khiển chuyên dụng Dixell XR series (XR60CX, XR06CX) và kỹ thuật điều khiển lập trình bằng PLC S7-1200 của hãng Siemens.
• Tích hợp công nghệ van và cảm biến hiện đại: Đưa vào nội dung giảng dạy các dòng van tiết lưu điện tử ICM phối hợp với bộ điều khiển vi xử lý Danfoss EKC315A và cảm biến áp suất/nhiệt độ AKS21 (PT100), cho phép tối ưu hóa độ mở van theo độ quá nhiệt thực tế, thay thế cho van tiết lưu nhiệt cơ học truyền thống.
• Ứng dụng phần mềm công nghiệp: Phần 3 của giáo trình tích hợp môi trường TIA Portal V16 của Siemens để hướng dẫn sinh viên lập trình hệ thống lạnh, giúp người học tiếp cận trực tiếp với giao diện phần mềm tiêu chuẩn đang vận hành tại các nhà máy.
• Gắn kết mật thiết với thực tế công nghiệp: Toàn bộ các ví dụ và mạch điện trong giáo trình đều xây dựng dựa trên thông số thiết bị công nghiệp có thực: máy nén Bitzer, Copeland, Mycom, York-Frick; phương pháp khởi động giảm tải sao - tam giác; chu trình nén 2 cấp có bình trung gian; phương pháp xả đá bằng gas nóng trích từ bình tách dầu hoặc xả đá bằng điện trở nhiệt.
• Liên kết quy chuẩn thực hành an toàn xưởng: Quy trình vận hành đưa ra các bước kiểm định thực tế như kiểm tra sai lệch điện áp lưới trong phạm vi cho phép (360V < U < 400V), định mức dầu 2/3 mắt kính máy nén, trạng thái các van xả đáy, van nạp, van an toàn và van chặn đường hút khi khởi động.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình Tự động hóa hệ thống lạnh được thiết kế cho các nhóm đối tượng cụ thể:

• Sinh viên hệ Cao đẳng nghề: Tài liệu phục vụ trực tiếp cho sinh viên năm thứ hai hoặc năm thứ ba ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Đây là mô đun tự chọn nâng cao nhằm hoàn thiện năng lực tự động hóa hệ thống trước khi sinh viên bước vào giai đoạn thực tập tốt nghiệp.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu tốt kiến thức trong giáo trình, người học cần hoàn thành các học phần nền tảng: Kỹ thuật nhiệt - truyền nhiệt, Cơ sở kỹ thuật lạnh, Khí cụ điện, Điện công nghiệp và Đo lường điện - cảm biến.
• Giảng viên chuyên ngành: Giảng viên sử dụng tài liệu làm khung giáo trình chuẩn để soạn bài giảng lý thuyết (30 giờ), thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành xưởng (56 giờ), và xây dựng đề kiểm tra định kỳ (4 giờ) dựa trên ngân hàng câu hỏi ôn tập và barem điểm đánh giá kết quả (4-5-1).
• Cán bộ kỹ thuật và người tự học: Giáo trình là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho các kỹ thuật viên vận hành kho cấp đông, kỹ sư bảo trì trạm Chiller hoặc thợ kỹ thuật muốn tra cứu bảng thông số cài đặt bộ điều khiển Dixell, phương pháp đấu nối rơ le bảo vệ áp suất Danfoss và lập trình cơ bản PLC S7-1200.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Tài liệu được biên soạn phục vụ sinh viên hệ Cao đẳng nghề ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên đào tạo thực hành và kỹ thuật viên bảo trì hệ thống lạnh công nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học?
Người học cần nắm vững lý thuyết chu trình nhiệt động nén hơi, nguyên lý làm việc của máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, cũng như kỹ năng đọc sơ đồ mạch điện công nghiệp cơ bản và các nguyên tắc an toàn điện.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?
Giáo trình có tỷ trọng thực hành cao (56/90 giờ), tập trung trực tiếp vào sơ đồ đấu nối và cài đặt tham số thực tế của dòng vi điều khiển số Dixell XR06CX và PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C trên mô hình kho cấp đông 2000 kg/mẻ chạy R22, không dàn trải lý thuyết hàn lâm.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?
Người học nên kết hợp việc phân tích sơ đồ nguyên lý mạch điện với các bảng sơ đồ chân thiết bị, thực hiện tính toán cài đặt thông số trên các ví dụ mẫu (bảng 2.3), giải quyết các câu hỏi ôn tập cuối bài và thực hành mô phỏng chương trình điều khiển trên phần mềm TIA Portal V16.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?
Giáo trình cung cấp các tài liệu đính kèm gồm: danh mục ký hiệu khí cụ điện chuẩn (KA, KT, VĐT, FR, HP, LP, OP), bảng thông số kỹ thuật và sơ đồ chân Dixell XR60CX/XR06CX, bảng mã cảnh báo lỗi và tài liệu kỹ thuật tham khảo từ các hãng chế tạo như Dixell, Siemens, Danfoss.

---

Kết luận

Giáo trình Tự động hóa hệ thống lạnh của Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng hệ thống hóa toàn diện các giải pháp tự động hóa từ cấp độ thiết bị cơ bản, bộ vi điều khiển chuyên dụng cho đến bộ điều khiển lập trình công nghiệp hiện đại. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở tính thực nghiệm, dữ liệu thông số rõ ràng và sự bám sát thực tiễn công nghệ trong lĩnh vực điện lạnh công nghiệp.

Lộ trình học tập khuyến nghị dành cho người học gồm ba giai đoạn:

1. Nắm vững nguyên lý và phương pháp điều chỉnh của các cụm thiết bị cơ sở (máy nén, dàn ngưng, dàn lạnh, van tiết lưu).
2. Rèn luyện kỹ năng thực hành đấu nối, thiết lập thông số và xử lý sự cố trên bộ vi điều khiển số Dixell XR06CX.
3. Hoàn thiện năng lực tích hợp hệ thống thông qua việc đấu nối phần cứng và lập trình điều khiển tự động hóa kho lạnh bằng PLC Siemens S7-1200 trên TIA Portal V16.

Để mở rộng kiến thức, người học nên khai thác bổ sung các tài liệu chuyên ngành về thiết kế kho lạnh công nghiệp, cẩm nang kỹ thuật của hãng Danfoss về thiết bị tự động và tài liệu hệ thống tự động hóa S7-1200 của Siemens.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SÓC TRĂNG TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SÓC TRĂNG GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH Ngành/Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Trình độ: Cao đẳng ( Ban hành kèm theo Quyết định số …. của Hiệu trƣởng trƣờng Cao đẳng Nghề Sóc Trăng) Sóc Trăng, tháng ……/2024 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình đƣợc biên soạn dựa trên tham khảo các giáo trình Thiết kế, lắp đặt hệ thống lạnh công nghiệp, giáo trình Tự động hóa hệ thống lạnh của các tác giả của một số trƣờng Đại Học, bên cạnh đó cũng tham khảo tài liệu hƣớng dẫn sử dụng thiết bị hệ thống lạnh hãng Dixell và PLC S7-1200 của hãng Siemens.

Giáo trình đƣợc trình bày theo phƣơng pháp diễn giải từ tổng quan đến chi tiết về cấu trúc và phƣơng pháp lắp đặt vận hành hệ thống lạnh tự động và bán tự động, kết hợp với các bƣớc thực hành cụ thể nên việc tiếp thu và học tập một cách dễ dàng cho hệ Cao đẳng nghề. Giáo trình đƣợc biên soạn phù hợp với chƣơng trình khung, đặt ra các mục tiêu đơn giản dễ tiếp thu để sinh viên có thể học theo sự hƣớng dẫn của giáo viên hoặc tự học một cách dễ dàng. Giáo trình đƣợc chia ra thành 3 bài cụ thể nhƣ sau: - Bài 1: Tự động hóa các thiết bị hệ thống lạnh - Bài 2: Tự động hóa hệ thống lạnh sử dụng thiết bị DIXELL - Bài 3: Tự động hóa hệ thống lạnh sử dụng thiết bị PLC Trong quá trình biên soạn, cũng xin cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến để giáo trình đƣợc hoàn chỉnh. Sóc Trăng, ngày… tháng … năm 2024 Tham gia biên soạn 1.

Chủ biên: Lâm Thiện Tín 2 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU. 2 CHƢƠNG TRÌNH MÔ ĐUN. 5 BÀI 1: TỰ ĐỘNG HÓA CÁC THIẾT BỊ HỆ THỐNG LẠNH. 7 Nội dung chính:.

Điều khiển máy nén. Khái quát máy nén lạnh. Điều khiển máy nén lạnh. Đóng ngắt máy nén “On/OFF”.

Điều khiển thiết bị ngƣng tụ. Khái quát thiết bị ngƣng tụ. Điều khiển thiết bị ngƣng tụ. Điều khiển dàn ngƣng giải nhiệt bằng gió.

Điều khiển dàn ngƣng dạng bay hơi. Điều khiển dàn ngƣng giải nhiệt bằng nƣớc. Điều khiển thiết bị bay hơi. Khái quát thiết bị bay hơi.

Điều khiển thiết bị bay hơi. Hệ thống tiết lƣu trực tiếp. Tự động hóa hệ thống lạnh buồng lạnh, kho lạnh. Các thành phần điều khiển cơ bản.

Các phƣơng pháp tự động hóa kho lạnh. Phƣơng pháp điều khiển ON-OFF. Phƣơng pháp điều khiển theo tỷ lệ. Phƣơng pháp điều khiển PID.

28 CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 1. 29 3 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP. 29 BÀI 2: TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ DIXELL. 30 Nội dung chính:.

Lắp đặt thiết bị DIXELL vào hệ thống lạnh. Giới thiệu bộ điều khiển nhiệt độ DIXELL. Thông số kỹ thuật Dixell – XR60CX. Lắp đặt thiết bị DIXELL vào hệ thống lạnh.

Sơ đồ mạch điện hệ thống lạnh kho cấp đông. Trình tự thực hiện. Điều khiển hệ thống lạnh sử dụng thiết bị DIXELL. Cài đặt thông số bộ điều khiển Dixell XR06CX.

Nguyên tắc điều khiển các tải trong hệ thống lạnh. Điều khiển máy nén lạnh. Xả đá dàn lạnh. Điều khiển quạt dàn lạnh.

Nguyên tắc vận hành của thiết bị lạnh. 48 CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 2. 52 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP. 52 BÀI 3: TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ PLC.

53 Nội dung chính:. Lắp đặt thiết bị PLC vào hệ thống lạnh. Tổng quan bộ điều khiển PLC. Thông số kỹ thuật bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200.

Đặc tính kỹ thuật PLC S7-1200 CPU 1214C. Sơ đồ đấu nối PLC S7-1200. Lắp đặt bộ điều khiển PLC S7-1200 vào hệ thống lạnh. Sơ đồ mạch điện hệ thống lạnh kho cấp đông.

Trình tự thực hiện. Điều khiển hệ thống lạnh sử dụng thiết bị PLC. Tạo project cho mô hình từ phần mềm TIA Portal V16. Xây dựng chƣơng trình điều khiển kho lạnh với TIA Portal V16.

Nguyên tắc vận hành của thiết bị lạnh. 72 CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 3. 75 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

76 5 CHƢƠNG TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Tự động hóa hệ thống lạnh Mã mô đun: 23185405MDDL Thời gian thực hiện mô đun: 90 giờ (Lý thuyết: 30 giờ. Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 56 giờ. Kiểm tra: 4 giờ) I. Vị trí, tính chất của mô đun: - Vị trí: Là mô đun tự chọn.

Cung cấp cho ngƣời học kiến thức về nguyên lý tự động hóa hệ thống lạnh. - Tính chất: Là mô đun trang bị kiến thức lý thuyết về nguyên lý tự động hóa hệ thống lạnh, cung cấp cho học viên kỹ năng lắp đặt, vận hành tự động hóa hệ thống lạnh. Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Nêu đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các thiết bị tự động hóa hệ thống lạnh. + Trình bày đƣợc quy trình lắp đặt, vận hành các thiết bị tự động hóa hệ thống lạnh.

- Kỹ năng: + Lắp đặt đƣợc các thiết bị tự động hóa vào hệ thống lạnh. + Vận hành đƣợc các thiết bị tự động hóa. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện cho ngƣời học thái độ nghiêm túc, cẩn thận, chính xác trong học tập và thực hiện công việc. Nội dung mô đun: 1.

Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành (*) tra 1 Bài 1: Tự động hóa các thiết bị hệ 40 16 22 2 thống lạnh 1. Điều khiển máy nén 2. Điều khiển thiết bị ngƣng tụ 3. Điều khiển thiết bị bay hơi 4.

Tự động hóa hệ thống lạnh buồng lạnh (kho lạnh) 2 Bài 2: Tự động hóa hệ thống lạnh sử 25 7 17 1 6 Thời gian (giờ) Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành (*) tra dụng thiết bị DIXELL 1. Lắp đặt thiết bị DIXELL vào hệ thống lạnh 2. Điều khiển hệ thống lạnh sử dụng thiết bị DIXELL 3 Bài 3: Tự động hóa hệ thống lạnh sử 25 7 17 1 dụng thiết bị PLC 1. Lắp đặt thiết bị PLC vào hệ thống lạnh 2.

Điều khiển hệ thống lạnh sử dụng thiết bị PLC Cộng 90 30 56 4 (*) Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập 7 BÀI 1: TỰ ĐỘNG HÓA CÁC THIẾT BỊ HỆ THỐNG LẠNH Mã bài: 23185405MDDL - 01 Giới thiệu: Trong bài này cung cấp cho ngƣời học kiến thức, kỹ năng về cách nhận biết và sử dụng các thiết bị tự động trong hệ thống lạnh công nghiệp. Mục tiêu: + Nêu đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các thiết bị tự động hóa hệ thống lạnh. + Trình bày đƣợc quy trình lắp đặt, vận hành các thiết bị tự động hóa hệ thống lạnh. + Lắp đặt và vận hành đƣợc các thiết bị tự động hóa vào hệ thống lạnh.

+ Rèn luyện cho ngƣời học thái độ nghiêm túc, cẩn thận, chính xác trong học tập và trong thực hiện công việc. Nội dung chính: 1. Điều khiển máy nén 1. Khái quát máy nén lạnh - Máy nén lạnh đƣợc coi là bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống lạnh nén hơi công nghiệp, chúng nén môi chất lạnh ở áp suất thấp lên áp suất cao và nhiệt độ cao đẩy vào dàn ngƣng tụ để thải nhiệt môi chất lạnh ra môi trƣờng bên ngoài.

- Phân loại, có 5 loại máy nén lạnh chính: + Máy nén pit-tông + Máy nén trục vít + Máy nén ly tâm + Máy nén trục quay + Máy nén xoắn ốc. Máy nén pit-tông b. Máy nén trục quay d. Máy nén xoắn ốc Hình 1.

Các loại máy nén lạnh thông dụng Trong công nghiệp thì dòng máy nén pit-tông và máy nén trục vít đƣợc lựa chọn nhiều hơn cả với ƣu điểm là dễ dàng tích hợp với hệ thống lạnh. Máy nén pit-tông - Máy nén lạnh pit-tông (Pit-tông): Là loại máy nén xoay chiều sử dụng pít tông để nén môi chất lạnh trong xi lanh. Máy nén pitông có năng suất làm lạnh thấp đến trung bình, máy có tỷ lệ nén cao nên gây ồn khi hoạt động. - Ứng dụng: Máy nén lạnh pit-tong thƣờng đƣợc sử dụng cho tủ lạnh công suất nhỏ và hệ thống kho lạnh công nghiệp.

Năng suất lạnh đại đa số các kho lạnh bảo quản trong công nghiệp là công suất trung bình, năng suất lạnh nằm trong khoảng 7,5 đến 40 kW. Với công suất nhƣ vậy, thích hợp nhất là sử dụng máy nén pit-tông kiểu nửa kín, trong một số trƣờng hợp công suất nhỏ có thể sử dụng máy 9 nén kiểu kín. - Máy nén sử dụng cho các loại kho lạnh thƣờng sử dụng là các máy pit-tông một cấp kiểu hở hoặc nửa kín. Hiện nay có hai chủng máy nén nửa kín đƣợc sử dụng rất phổ biến ở nƣớc ta là: + Block máy lạnh nửa kín COPELAND (Mỹ): Máy nén Pitston kiểu nửa kín của COPELAND có 02 loại cổ điển (conventional) và kiểu đĩa (discus).

Máy nén “discus” có van kiểu đĩa làm tăng năng suất đến 25% và tiết kiệm chi phí năng lƣợng 16%. + Block máy nén lạnh nửa kín Bitzer (Đức). - Cấu tạo máy nén pit-tông, bao gồm các bộ phận cơ bản sau: Hình 1. Cấu tạo máy nén pit-tông kiểu nửa kín 1.

Máy nén trục vít - Máy nén lạnh trục vít (Screw): Là loại máy nén sử dụng cặp rô-to xoắn ốc và trục vít ăn khớp với nhau để nén môi chất lạnh giữa chúng. Máy nén trục vít có nhiều ƣu điểm vƣợt trội, đã và đang đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp điện lạnh. Máy nén trục vít *Cấu tạo máy nén trục vít, bao gồm các bộ phận cơ bản sau: - Cụm đầu nén (gồm motor, dây đai, bánh răng, trục vít,…) - Trục vít (1 trục chính, 1 trục phụ) có các rãnh răng ăn khớp với nhau (sai lệch số răng giữa 2 trục từ 1-2 răng) - Motor điện và bộ coupling giúp chuyển hóa điện năng thành cơ năng. Hầu hết các máy nén trục vít đều sử dụng động cơ 3 pha.