Một tủ điện điều khiển làm đúng thì mười năm sau người khác vẫn mở ra sửa được. Làm sai thì ngay ca đêm đầu tiên đã có người phải dò từng sợi dây bằng đồng hồ vạn năng. Khác biệt nằm ở vài quyết định lúc thiết kế, không phải ở giá linh kiện.
Bài này đi qua bố trí, đấu dây, đánh số và nghiệm thu một tủ điều khiển máy — theo khung của TCVN 12669-1:2020, bản chấp nhận IEC 60204-1:2016 về thiết bị điện của máy.
Tủ điều khiển máy chịu tiêu chuẩn nào
Có hai tiêu chuẩn hay bị nhầm với nhau, và chúng trả lời hai câu hỏi khác nhau.
TCVN 12669-1:2020 (IEC 60204-1:2016) nói về thiết bị điện của máy: mạch điều khiển, mạch động lực, dừng khẩn cấp, bảo vệ, ghi nhãn và hồ sơ. Phạm vi áp dụng là điện áp nguồn danh định không quá 1.000 V xoay chiều hoặc 1.500 V một chiều, tần số không quá 200 Hz — nghĩa là gần như mọi máy trong nhà máy thông thường.
TCVN 7994-1:2009 (IEC 60439-1:2004) nói về bản thân cái tủ như một sản phẩm đóng cắt hạ áp: kết cấu, thử nghiệm điển hình, khả năng chịu ngắn mạch.
Thực tế khi mua tủ đóng sẵn, anh chị đang mua theo tiêu chuẩn thứ hai; khi nghiệm thu cả cái máy, người kiểm tra soi theo tiêu chuẩn thứ nhất. Hợp đồng cần nói rõ bên nào chịu phần nào.
Bố trí bên trong: tách nhiệt, tách nhiễu, tách điện áp
Ba nguyên tắc bố trí, xếp theo mức độ hay bị bỏ qua.
Tách theo nhiệt
Biến tần, bộ nguồn xung và điện trở xả là nguồn nhiệt. Chúng đi lên phía trên hoặc ra khu vực có đối lưu, không nằm dưới gầm nơi khí nóng của thiết bị khác thổi qua. Nhiệt độ trong tủ là thứ rút ngắn tuổi thọ tụ điện nhanh nhất, và tụ hỏng thì biến tần chết chứ không báo trước.
Tách theo nhiễu
Cáp động lực ra động cơ và cáp tín hiệu analog không đi chung máng. Nếu buộc phải cắt nhau thì cắt vuông góc, không chạy song song. Đây là nguyên nhân của phần lớn các ca "cảm biến nhảy số lung tung khi máy chạy" mà đổi cảm biến vẫn không hết.
Tách theo cấp điện áp
Mạch 380 V, mạch 220 V điều khiển và mạch 24 V DC nằm ở ba khu vực nhìn ra được bằng mắt. Người sửa chữa lúc 2 giờ sáng cần biết chỗ nào chạm vào được và chỗ nào không.
Đánh số dây: quy tắc rẻ nhất trong toàn bộ dự án
Mỗi đầu dây có một số, số đó trùng với số trên bản vẽ, và ống số không tự xoay. Chi phí gần như bằng không. Lợi ích thì chỉ thấy được vào lần sự cố đầu tiên, khi thợ tìm ra điểm hỏng trong mười phút thay vì hai tiếng.
Quy ước tối thiểu nên thống nhất trước khi đấu:
- Dây động lực: theo pha, ghi rõ nguồn đến và tải đi.
- Dây điều khiển AC: một dải số riêng, không trùng dải của DC.
- Dây 24 V DC: dải số riêng, phân biệt được dương và âm.
- Dây thuộc mạch an toàn: đánh dấu khác hẳn phần còn lại. Người sau phải nhận ra ngay rằng không được đấu tắt.
Mạch an toàn không phải một tuỳ chọn cấu hình
Mạch dừng khẩn cấp và các mạch liên động cửa che phải độc lập với mạch điều khiển quá trình. Gộp chúng vào cùng một PLC thông thường là cách nhanh nhất để một lỗi phần mềm trở thành một tai nạn.
Nguyên tắc thiết kế nằm ở TCVN 7384-1:2010 (ISO 13849-1) cho các bộ phận liên quan đến an toàn của hệ thống điều khiển, và TCVN 6719:2008 (ISO 13850) riêng cho chức năng dừng khẩn cấp. Phần chọn kiến trúc theo mức PL được nói kỹ hơn ở bài về rơ-le an toàn và PLC an toàn.
Cấp bảo vệ vỏ tủ: chọn theo môi trường thật
Cấp IP ghi trên catalogue chỉ đúng khi tủ còn nguyên trạng. Khoan thêm một lỗ để luồn cáp mà không có ru-lô chèn thì cấp bảo vệ của cả tủ rơi về mức của cái lỗ đó.
Vài tình huống hay gặp trong nhà máy Việt Nam:
- Xưởng có rửa sàn bằng vòi: tủ đặt trên bệ, không đặt sát sàn.
- Khu vực nhiều bụi mịn: quạt hút phải có lưới lọc và có người thay lọc, nếu không quạt chỉ đang hút bụi vào tủ.
- Gần khu vực hoá chất: hơi ăn mòn làm rỗ tiếp điểm; cân nhắc tủ kín có trao đổi nhiệt thay vì thông gió cưỡng bức.
Hồ sơ bàn giao: thứ quyết định máy có sửa được không
TCVN 12669-1 yêu cầu có tài liệu kèm theo thiết bị điện của máy. Trên thực tế, bộ hồ sơ tối thiểu để một xưởng tự vận hành được gồm:
| Tài liệu | Vì sao cần |
|---|---|
| Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển | Không có thì mọi lần sửa đều là dò dây |
| Bảng kê thiết bị theo ký hiệu trên bản vẽ | Để đặt đúng linh kiện thay thế |
| Bảng địa chỉ vào/ra của PLC | Để biết tín hiệu nào đi đâu khi lỗi |
| Tham số đã đặt cho biến tần và servo | Thay thiết bị mới là phải nạp lại |
| Bản sao chương trình PLC và HMI | Không có thì cả máy phụ thuộc vào một nhà thầu |
Điều khoản này nên nằm trong hợp đồng chứ không phải trong lời hứa. Rất nhiều nhà máy chỉ phát hiện mình không có chương trình PLC vào đúng ngày nhà thầu cũ ngừng hợp tác.
Nghiệm thu: kiểm cái gì trước khi ký
Danh mục ngắn, làm được trong một buổi:
- Bấm từng nút dừng khẩn cấp, xác nhận máy dừng và không tự khởi động lại khi nhả nút.
- Mở từng cửa che có liên động, xác nhận cơ cấu tương ứng dừng.
- Đo điện trở nối đất của vỏ tủ và của thân máy.
- Đối chiếu số dây thực tế với bản vẽ ở ít nhất mười điểm ngẫu nhiên.
- Chạy thử ở tải thật, đo nhiệt độ trong tủ sau một giờ.
- Đọc lại toàn bộ tham số biến tần và lưu ra file.
Nếu một trong sáu mục trên không làm được vì thiếu tài liệu, đó chính là vấn đề cần giải quyết trước khi ký nghiệm thu.
Câu hỏi thường gặp
Tủ điện điều khiển máy phải theo tiêu chuẩn nào?
Thiết bị điện của máy thuộc phạm vi TCVN 12669-1:2020, bản chấp nhận IEC 60204-1:2016, áp dụng cho điện áp nguồn tới 1.000 V xoay chiều hoặc 1.500 V một chiều và tần số tới 200 Hz. Bản thân cái tủ như một sản phẩm đóng cắt hạ áp thì theo TCVN 7994-1:2009. Hợp đồng nên ghi rõ bên nào chịu trách nhiệm phần nào.
Vì sao không nên đi chung cáp động lực với cáp tín hiệu?
Cáp ra động cơ mang dòng đóng cắt tần số cao và ghép nhiễu sang cáp tín hiệu chạy song song bên cạnh. Kết quả là cảm biến analog đọc nhảy số mỗi khi máy chạy, và thay cảm biến không giải quyết được vì cảm biến không hỏng. Nếu buộc phải cắt nhau thì cắt vuông góc.
Hồ sơ bàn giao tối thiểu gồm những gì?
Sơ đồ mạch động lực và điều khiển, bảng kê thiết bị theo ký hiệu bản vẽ, bảng địa chỉ vào ra của PLC, tham số đã đặt cho biến tần và servo, cùng bản sao chương trình PLC và HMI. Thiếu mục cuối thì cả cái máy phụ thuộc vào một nhà thầu duy nhất, nên điều khoản này cần nằm trong hợp đồng.
