CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nêu vấn đề Hệ thống lạnh ngày nay được sử dụng rất phổ biến từ lạnh đông đến điều hòa không khí phục vụ cho con người và cả quá trình sản xuất. Trong suốt quãng đời hoạt động của một hệ thống lạnh, việc xảy ra lỗi là điều không thể tránh khỏi. Theo kiến thức đã được học, nhóm xin liệt kê 10 lỗi (pan) điển hình xảy ra trong một hệ thống lạnh cơ bản như: (1) Tiết lưu sớm (2) Tiết lưu quá bé (3) Pan thiếu gas (4) TBBH bám bẩn (5) Thiếu lưu lượng không khí ở TBBH (6) Pan có khí không ngưng (7) Pan thừa gas (8) TBNT bám bẩn (9) Thiếu lưu lượng không khí ở TBNT (10) Máy nén bé. Khi hệ thống lạnh có vấn đề, người vận hành muốn kiểm tra được lỗi xảy ra trên hệ thống lạnh cần có rất nhiều thiết bị như: Ampe kìm, đồng hồ đo áp suất, nhiệt kế,… như hình 1.1: Các thiết bị đo a) Các thiết bị đo truyền thống b) Thiết bị đo Testo 550 1 Một thiết bị đo cao cấp khác được biết đến là Testo 550 trong hình b, có thể đo được cả tín hiệu nhiệt độ và tín hiệu áp suất trong cùng một thiết bị mà không cần có quá nhiều thứ.
Ngoài ra thiết bị này còn có thể hiển thị giá trị t0, tk mà người dùng không cần tra bảng. Tuy nhiên các thiết bị đo này không thể hiển thị được các giá trị có ý nghĩa trong việc chuẩn đoán pan của hệ thống lạnh như ΔTSH, ΔTSC, ΔTair. Mặt khác người vận hành hệ thống hoàn toàn không thể dự đoán được khi nào hệ thống của mình sẽ xảy ra vấn đề, mà chỉ biết được khi hệ thống đã bị lỗi rồi. Do đó đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu nhiệt độ của hệ thống lạnh bằng máy tính là thực sự cần thiết.2 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu nhiệt độ của hệ thống lạnh bằng máy tính.
Hệ thống này sẽ hoạt động ở 2 chức năng riêng biệt là đánh giá chất lượng và dự báo những lỗi có thể xảy ra. Ứng dụng thực tiễn trên hệ thống lạnh trữ đông 1 cấp nén tại xưởng Nhiệt – Điện lạnh, từ đó đánh giá hiệu quả của hệ thống thu thập dữ liệu để ứng dụng trong thực tế.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Hiện nay, khi các hệ thống lạnh được phát triển để phù hợp với nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau. song song đó, nhiều nghiên cứu trên thế giới về cả lý thuyết và thực nghiệm được các nhà khoa học đã và đang thực hiện nhằm phân tích những tác động ảnh hưởng đến “sức khỏe” của hệ thống lạnh với mục tiêu đưa ra các phán đoán, chẩn đoán liên quan đến 10 pan trong hệ thống lạnh, đồng thời đề xuất những hành động cần cải thiện, bảo trì giúp phục hồi hoặc nâng cấp hiệu suất của hệ thống. Theo Sun và các cộng sự [1] sự thất thoát năng lượng làm giảm hiệu suất của các hệ HVAC trong các toàn nhà cao tầng nên các biện pháp chuẩn đoán lỗi hệ thống được nghiên cứu dựa trên việc thu thập số liệu và dựa mô hình mô phỏng để chuẩn đoán lỗi.
Các nhà nghiên cứu đã dựng lên các thông số cho hệ HVAC đạt trạng thái lý tưởng nhất rồi từ đó đối chiếu với hệ đang có lỗi để tìm ra nguyên nhân. Theo Zhang và các cộng sự [2] nói về các công trình nghiên cứu về chuẩn đoán lỗi cho các hệ thống lạnh trong các tòa nhà để giảm tối thiểu lượng năng lượng tiêu hao. Phương pháp ở đây được đề cập đến là dùng các 2 hàm tích phân, các thuật toán ma trận, các biểu đồ đường thẳng để nói lên sự lân cận và chuyển của các con số. Từ đó so sánh với ngân hàng lỗi để xác định các lỗi hệ thống từ gian đoạn rất sớm.
Theo Liu và các cộng sự [3] nói về chương trình quản lý nhiệt thải trong động cơ xe hơi khi hoạt động thông qua hệ thống làm mát không khí. Thuật toán này kết hợp với phương pháp mô phỏng không gian 3D về hậu quả dẫn đến, giúp người sử dụng hình dung được và tìm cách khắc phục. Cezar và các cộng sự [4] đã trình bày một phương pháp kiểm soát dòng nhiệt trong dung dịch điện phân LiBr/H2O để tăng gấp đôi hiệu quả của hệ thống làm lạnh hấp thụ sử dụng cặp điện phân H2O/LiBr. Các tính chất vật lý của dung dịch làm mát, hấp thụ cũng như các khía cạnh cấu trúc của chất kép máy làm lạnh hấp thụ đều được tích hợp vào hệ thống làm lạnh hấp thụ này.
Chi phí cho vận hành, kiểm soát hệ thống là tương đối thấp, thông qua bộ điểu khiển PID, được lưu trữ trên nền tảng mẫu Ardunio. Theo Huang và các cộng sự [5] nói về hoạt động và sự ảnh hưởng của van giãn nở khi được lắp đặt sử dụng trong hệ thống lắp. Từ kết quả đạt được này có thể suy đoán ngược lại tình hình hoạt động của hệ thống lạnh. Số liệu môi chất lạnh qua van giãn nở được thu thập và theo dõi cộng tính toán kĩ lưỡng để mô phỏng lên biểu đồ các con số.
Yang và các cộng sự của [6] nói về phương pháp chuẩn đoán lỗi hệ thống lạnh. Phương pháp được nói đến trong bài báo này là sự dụng thuật toán FDI và ngân hàng lỗi UIO để xác định các lỗi hiện có trong một hệ thống lạnh. Phương pháp này phụ thuộc chính vào UIO, ngân hàng lỗi được nghiên cứu và thu thập từ nhiều thập kỉ qua của các nhà khoa học đi trước. Đây cũng là phương pháp giải quyết lỗi cho hệ thống lạnh nhưng còn nhiều nhược điểm cần xác minh.
Nyemba và các cộng sự [7] nói về việc sử dụng các môi chất lạnh hiện nay là vô cùng độc hại đối với môi trường, cần thay thế môi chất lạnh hoặc là thay đổi phương pháp làm lạnh này để giảm thiểu sự suy thoái tầng Ozon. Một phương pháp làm lạnh được nghiên cứu và ứng dụng cho bảo quản thuốc vaccin đã đi vào vận hành thử nghiệm. Với chi phí đầu tư thấp, mặc dù hiệu suất không cao nhưng vẫn đảm bảo ngưỡng nhiệt độ và không gây độc hại cho môi trường. Yan và các cộng sự cho rằng [8] hệ thống HVAC có hiệu suất làm việc cao hay thấp phụ thuộc vào môi chất làm lạnh.
Nhóm nghiên cứu tìm ra EEV, hoạt động dựa trên các thuật toán PID rất phức tạp, điều chỉnh tốc độ cũng như lưu lượng môi chất làm lạnh. Montazeri và các cộng sự [9] đã sử dụng các phương pháp mạng thần kinh PCA và RBF để phát hiện và chẩn đoán lỗi. 70% dữ liệu đã được 3 xem xét và 30% cho thử nghiệm được chỉ ra trên các sơ đồ. Trục dọc hiển thị loại lỗi và trục ngang có liên quan đến số lượng dữ liệu thời gian liên tiếp.
Yan cùng các cộng sự [10], [11] đã sử dụng thiết bị làm lạnh FDD để nghiên cứu,tìm kiếm một tập hợp con tối ưu các tính năng cho chính nó, sử dụng các tính năng tối ưu đó phối hợp với hệ thống BMS. Quy trình xử lý ngoại lệ điển hình của FDD (ví dụ: tính năng chọn lọc, phát hiện trạng thái ổn định, mô hình không có lỗi, và phân loại chẩn đoán và phát hiện) đã được trình bày chi tiết. Ông Subaramanian và cộng sự [12] cho rằng hiệu suất của nhiều hệ thống thực tế có thể được cải thiện bằng cách sử dụng kỹ thuật điều khiển trước như phi tuyến mô hình kiểm soát dự đoán (NMPC). Hiệu suất của NMPC phụ thuộc vào độ chính xác của dự đoán, do đó phụ thuộc vào chất lượng của mô hình.
Ông Spanos và cộng sự [13] đề xuất chiến lược dựa trên hai giai đoạn, xây dựng nhiệm vụ chẩn đoán và phát hiện lỗi hệ thống lạnh như là một vấn đề phân loại nhiều lớp. Phân tích phân biệt tuyến tính (LDA) được thông qua để chiếu dữ liệu chiều cao vào không gian chiều thấp hơn để đạt được sự phân tách lớp tối đa và bảo trì thông tin lớp gốc. Ông Dey và cộng sự [14] đưa ra mô tả phương pháp phát hiện lỗi hệ thống HVAC thiết bị đầu cuối (TU) và chẩn đoán chúng theo cách tự động và từ xa. Một phương pháp trích xuất tính năng mới được khuyến khích bởi bộ điều khiển đạo hàm tích phân tỷ lệ (PID) đã được đề xuất để mô tả các sự kiện từ kho dữ liệu TU đa chiều.
Ông Cui và cộng sự [15] thực hiện nghiên cứu và công nghệ xử lý dữ liệu mất cân bằng được giới thiệu và kết hợp với máy vectơ hỗ trợ (SVM) để thăm dò khả năng chuyển giao kiến thức hệ thống FDD của máy làm lạnh ly tâm sang máy làm lạnh trục vít chỉ bằng một lượng nhỏ dữ liệu mới. Bằng cách sử dụng công nghệ PCASMOET-SVM, hiệu suất chẩn đoán tổng thể của máy làm lạnh trục vít với ít dữ liệu và thông tin hơn được cải thiện với sự trợ giúp của kiến thức trước được truyền từ máy làm lạnh ly tâm. Ông Fan và cộng sự [16] cho rằng thông thường chỉ có tám cảm biến thường được lắp đặt trong hệ thống làm lạnh trong nhà máy, số lượng ít hơn so với phòng thí nghiệm. Nghiên cứu đã trích xuất thông tin từ ba trong số các cảm biến được cài đặt tại nhà máy, để thiết lập máy vectơ hỗ trợ (SVM) 3 và SVM 8 mô hình chẩn đoán dựa trên tìm kiếm lưới và tối ưu hóa tham số xác thực chéo cho bảy lỗi điển hình.
Độ chính xác tổng thể của mô hình SVM 8 là 97,68%, đáp ứng nhu cầu chẩn đoán vận hành tại hiện trường. Saleh và cộng sự [17] đã giới thiệu sơ bộ về công nghệ điều khiển mới nhằm đáp ứng nhu cầu tiết kiệm năng lượng, cũng như 4 kéo dài tuổi thọ của thiết bị trong hệ thống. Bằng cách điều chỉnh tần số quay của của máy nén hay kích thước van điện từ để đáp ứng mức tải cố định khác nhau.