1. Bộ điều khiển nhiệt độ là gì?

Bộ điều khiển nhiệt độ là thiết bị dùng để đo, điều khiển và kiểm soát nhiệt độ ở trong một khoảng không gian và thời gian nhất định.

Bộ điều khiển nhiệt độ còn có các tên gọi khác như: bộ cảm biến nhiệt độ, đồng hồ đo nhiệt độ, đồng hồ điều khiển nhiệt độ, đồng hồ hiệu chỉnh nhiệt độ, bộ điều khiển nhiệt độ PID, bộ điều khiển nhiệt kỹ thuật số, …

Thông thường, sau khi đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt độ hoặc can nhiệt chúng ta có 2 cách để giám sát và điều khiển:

- Truyền về trung tâm như PLC/DCS để giám sát và điều khiển

- Đưa vào bộ điều khiển nhiệt độ để điều khiển

Trong hệ thống nhỏ đơn lẻ không sử dụng PLC thì bộ cảm biến nhiệt độ sẽ được ưu tiên hàng đầu bởi tính đa dụng và hiệu quả vượt trội mà chúng mang lại. Đa dạng về kích thước, cách thức cài đặt, sử dụng dễ dàng, điều khiển với độ chính xác cao và giá thành phải chằng chính những lý do mà đồng hồ hiệu chỉnh nhiệt độ được sử dụng phổ biến.

 

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển nhiệt độ

2.1 Cấu tạo bộ điều khiển nhiệt độ:

3 thành phần chính cấu tạo nên một bộ điều khiển nhiệt độ là:

- Cảm biến: Với khả năng cảm nhận các biến đổi vật lý, hóa học, sinh học của môi trường, cảm biến trên đồng hồ điều khiển nhiệt có chức năng chính là đo lường giá trị thực nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng,… và kiểm soát chúng. Những dữ liệu này được cảm biến biến đổi thành các tín hiệu để gửi về bộ điều khiển.

- Bộ điều khiển: Là nơi mà sẽ tiếp nhận và xử lý tín hiệu được truyền đi từ cảm biến. Sau khi tiếp nhận tín hiệu, bộ điều khiển tiếp tục xuất tín hiệu đã qua xử lý đến thiết bị điều khiển.

- Thiết bị điều khiển: Tiếp nhận tín hiệu chỉ đạo từ bộ điều khiển và thực hiện chính xác như những gì đã được lập trình trước đó.

Bộ điều khiển nhiệt tuy có kích thước nhỏ gọn nhưng lại đóng vai trò là đầu não của quá trình điều khiển. Cảm biến được xem là mắt và thiết bị điều khiển coi như là chân tay của con người khi vận hành. 3 thành phần này phối hợp nhịp nhàng với nhau để giúp bộ điều khiển nhiệt hoạt động một cách chính xác nhất.

 2.2 Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển nhiệt độ:

Về nguyên lý, bộ điều khiển nhiệt độ trước tiên sẽ đo nhiệt độ môi trường (biến quá trình), sau đó so sánh nó với giá trị nhiệt độ mong muốn (giá trị cài đặt). Sự khác biệt giữa các giá trị này gọi là lỗi (độ lệch). Dựa vào lỗi này, bộ điều khiển sẽ quyết định mức độ sưởi ẩm hay làm mát cần thiết để đưa nhiệt độ về giá trị mong muốn. Hoàn tất quá trình này, bộ điều khiển sẽ gửi đi tín hiệu đầu ra (giá trị thao tác) tác động đến sự thay đổi cần thiết. Tín hiệu đầu ra thường được kết nối với lò sưởi, van điều khiển, quạt hoặc một số "phần tử điều khiển cuối cùng" thực sự bơm hoặc loại bỏ nhiệt khỏi quá trình.

 3. Thông số kỹ thuật bộ điều khiển nhiệt độ.

Có vô số loại bộ điều khiển nhiệt độ đang được sử dụng hiện này, nhưng nhìn chung chúng đều có thông số kỹ thuật như sau:

• - Nguồn cấp: 85~265 VAC, 24VDC Option
• - Công suất tiêu thụ: 4AV
• - Ngõ vào input: K, J, R, S, B, E, N, T, W, PL2, U, L, PT100, JPT100, JPT50.
• - Ngõ vào điện áp: 0-1V, 0-5V, 0-10V, 1-5V, 2-10V, -10-10mV, 0-10mV, 0-20mV, 2-50mV, 10-50mV.
• - Ngõ vào dòng: 0-20mA, 4-20mA.
• - Ngõ ra điều khiển PID: SSR, 0-10VDC, 0-5VDC, 4-20mA, Relay, Servo valve, chế độ Heat Cool.
• - Cấp chính xác: 0.2 phần trăm F.S.
• - Nhiệt độ hoạt động: 0-50 °C.
• - Transmitter: 4-20mA, 0-20mA, maximum load resistance: 560Ω, 0-5V, 0-1V, 1-5V, 2-10V,
• - Maximum load current: 20mA.
• - Truyền thông: MODBUS, RS232, RS485, TTL.
• - Baudrate: 38400, 19200, 9600, 4800, 2400bps.

4. Bộ điều khiển nhiệt độ có những chế độ điều khiển nào?

4.1 Điều khiển PID

Một bộ điều khiển nhiệt độ có chức năng tự điều khiển PID giúp điều chỉnh nhiệt một cách tự động mà không cần can thiệp bởi con người khi cài đặt.

Điều khiển PID là dạng điều khiển chuyên cung cấp theo tỉ lệ dẫn xuất kết hợp với tích phân. Nó kiểm soát tương ứng với 2 điều chỉnh bổ sung. Một phần giúp các đơn vị tự động bù đắp với hệ thống, mặt khác lại tạo nên sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa các bộ phận trong bộ điều khiển.

Dạng điều khiển PID được áp dụng chủ yếu trong các hệ thống có dung lượng truyền lớn và tần suất thay đổi thường xuyên. Vời thời điểm như thế, bộ điều khiển sẽ giúp bù đắp lại lượng năng lượng gây ra do những thay đổi. 

4.2 Kiểm soát điều khiển ON/OFF

Có thể dễ dàng nhận thấy đây là chế độ điều khiển đơn giản nhất, được sử dụng từ khá lâu và hiện nay vẫn còn được ứng dụng khá nhiều trong các ngành khác nhau.

Ưu điểm của chế độ này là điều khiển đơn giản, dễ hiểu. Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là độ chính xác không cao, độ quá nhiệt lớn gây tổn thất năng lượng.

Về nguyên lí hoạt động của chế độ ON/OFF thì khá đơn giản: bộ điều khiển sẽ tác động đầu ra nếu nhiệt độ môi trường đo vượt qua giá trị đặt (Có thể tác động khi nằm trong phạm vi dải trễ mà chưa cần tới giá trị đặt - nếu như người dùng có cài đặt dải trễ). Và thông thường thì chế độ ON/OFF sẽ tương ứng với loại đầu ra điều khiển là dạng Rơle. 

5. Ưu điểm của bộ điều khiển nhiệt độ là gì?

Theo nhận định của mình, một số ưu điểm nổi bật nhất của bộ điều khiển nhiệt độ có thể kể đến như:

• Hỗ trợ vận hành thiết bị một cách an toàn hơn
• Giúp giảm tiêu thụ năng lượng
• Hỗ trợ duy trì các tiện nghi về nhiệt (lò sưởi, lò nướng,...) và cả độ ẩm
• Giám sát tốt cho hệ thống.
• Giảm chi phí nhân lực
• Giúp xác định rõ vấn đề bảo trì (nhiệt độ giảm bất thường...)

 6. Bộ điều khiển nhiệt độ được ứng dụng trong các lĩnh vực nào?

Bộ hiển thị và điều khiển nhiệt độ được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, ngành nghề, từ nhà máy công nghiệp cho đến hoạt động sản xuất dân dụng.

- Ứng dụng thường thấy nhất là các lò ấp trừng gia cầm từ dạng mini đến công suất lớn giúp kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ lò áp không quá cao cũng không quá thấp

- Theo dõi và điều khiển nhiệt độ các lò nung, lò đốt với nhiệt độ lên đến hàng nghìn °C. 

- Ngoài ra đồng hồ điều khiển nhiệt còn được sử dụng cho máy lạnh dân dụng, quạt tản nhiệt trong các nhà máy sản xuất, lò sấy, lò nướng, nồi hơi, ...