Tủ điều khiển là gì? Cấu tạo tủ điện điều khiển gồm những gì? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết qua bài viết sau đây!

 

Tủ điều khiển là gì?

Tủ điều khiển là loại tủ điện tự động và giám sát hoạt động của các thiết bị, máy móc trong hệ thống (động cơ, bơm, quạt, dây chuyền sản xuất, v.v.). Tủ điều khiển thường được trang bị PLC, màn hình HMI, biến tần, relay, công tắc, nút nhấn và các cảm biến để thực hiện các chức năng tự động hóa. 

So sánh tủ điện điều khiển với tủ điện phân phối

Khi so sánh với tủ điện phân phối, ta thấy:

Chức năng: 

Tủ điện phân phối (Distribution Board, DB) chịu trách nhiệm phân phối điện năng và bảo vệ các mạch tải bằng cầu chì, ACB/MCCB, MCB. Trong khi đó, tủ điện điều khiển tập trung vào điều khiển hoạt động của thiết bị và quá trình tự động hóa (ví dụ điều khiển động cơ đóng mở theo tín hiệu từ PLC hay cảm biến). Tủ phân phối thường đóng/ngắt nguồn theo cách thủ công, còn tủ điều khiển có thể hoạt động hoàn toàn tự động hoặc bán tự động.

Thành phần chính: 

Tủ phân phối chỉ gồm các thiết bị đóng cắt bảo vệ (cầu dao, cầu chì, ACB/MCCB) và không có bộ xử lý trung tâm hay giao diện người-máy. Tủ điều khiển chứa các phần tử động lực và điện tử: Contactor, khởi động từ, relay nhiệt bảo vệ động cơ, biến tần (VFD) hoặc khởi động mềm để điều chỉnh tốc độ, PLC (bộ điều khiển lập trình) như bộ xử lý trung tâm, HMI (màn hình cảm ứng) để giao tiếp với người vận hành, cùng các công tắc, cảm biến, bộ nguồn cấp 24V, v.v. (Bảng 1).

Ứng dụng: 

Tủ phân phối dùng trong phân phối điện tại tòa nhà, xưởng sản xuất để cấp điện cho các nhánh tải. Tủ điều khiển thường gắn tại vị trí có thiết bị cần điều khiển tự động (trạm bơm, dây chuyền sản xuất, HVAC, hệ xử lý nước,…). Tủ điều khiển thường có nút nhấn, đèn báo trên mặt tủ để thao tác và giám sát bằng tay, trong khi tủ phân phối hầu như không có (đã có thiết bị đóng cắt ở đầu nguồn).

Nhìn chung, tủ điện phân phối chịu trách nhiệm phân phối điện và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho các mạch điện, còn tủ điện điều khiển điều khiển hoạt động của thiết bị và quy trình trong hệ thống tự động hóa. Ví dụ, ở một nhà máy nước thải, tủ phân phối có thể cấp điện cho toàn hệ thống, còn tủ điều khiển sẽ khởi động bơm, quạt, van theo PLC lập trình sẵn.

Cấu tạo tủ điện điều khiển

Tủ điện điều khiển công nghiệp thường gồm vỏ tủ chế tạo từ thép mạ kẽm hoặc inox, bên trong lắp đặt các thiết bị động lực và điều khiển. Bảng dưới đây tóm tắt các thiết bị chính thường có trong tủ điều khiển và chức năng của chúng:

Thiết bị	Chức năng / Mô tả
Aptomat/MCCB/MCB (CB)	Cầu dao tổng/cầu dao nhánh bảo vệ mạch khỏi quá dòng, ngắn mạch (đóng/ngắt nguồn chính).
ELCB/RCCB	Aptomat chống rò (ổn áp, chạm đất) bảo vệ rò điện.
Contactor (khởi động từ)	Đóng/ngắt điện động lực cho động cơ, bơm; chuyển mạch tự động hoặc theo PLC.
Rơ le nhiệt (bảo vệ motor)	Bảo vệ quá tải cho động cơ (ngắt khi dòng vượt quá định mức).
Biến tần (VFD) / Khởi động mềm	Điều khiển tốc độ và moment khởi động của động cơ 3 pha (tiết kiệm năng lượng, giảm sốc cơ học).
Nguồn cung cấp 24V (Power supply)	Cấp nguồn DC cho PLC, rơ le, mạch điều khiển, cảm biến, PLC.
PLC (Bộ điều khiển lập trình)	Bộ xử lý trung tâm, điều khiển logic theo chương trình lập sẵn (vận hành tuần tự, xử lý tín hiệu đầu vào/ra).
HMI (Màn hình giao diện)	Hiển thị và điều khiển bằng tay thông qua giao diện, theo dõi tình trạng hệ thống.
Relay và timer	Relay trung gian, relay thời gian… điều khiển các chức năng logic phụ trợ và tạo độ trễ.
Cầu đấu, thanh cái (Busbar)	Kết nối phân phối nguồn điện cho các thiết bị; các điểm đấu dây cố định.
Đầu báo (đèn tín hiệu) & Nút nhấn	Đèn báo tình trạng nguồn, hoạt động; nút nhấn khởi động/dừng, nút dừng khẩn cấp.
Đồng hồ, công-tơ	Thiết bị đo điện áp, dòng điện, tần số (giám sát thông số vận hành).

Bảng: Các thiết bị chính trong tủ điện điều khiển công nghiệp. 

Các thiết bị động lực (cầu dao, contactor, biến tần, rơ le…) thường bố trí ở phía dưới hoặc trung tâm tủ, còn bộ điều khiển (PLC, HMI, cảm biến, nguồn 24V) lắp ở vị trí dễ quan sát, thuận tiện bảo trì. Các đường cấp nguồn được đánh dấu màu theo quy chuẩn, dây điều khiển và tín hiệu được đi riêng biệt, bọc chống nhiễu nếu cần.

Hệ thống tủ điện điều khiển theo ứng dụng thực tế

Tủ điện điều khiển trạm bơm: 

Tại các trạm bơm cấp nước, nước thải hay cứu hỏa, tủ điều khiển dùng PLC phối hợp với các cảm biến (mực nước, áp suất, lưu lượng) và công tắc dòng chảy để tự động bật/tắt bơm theo chương trình định sẵn. Đồng thời, tủ giám sát điện áp, dòng điện, áp suất, nhiệt độ của bơm và bảo vệ chống quá tải, khô nước, mất/ngược pha. Biến tần thường được tích hợp để điều khiển tốc độ động cơ bơm, tiết kiệm năng lượng và tối ưu áp lực theo nhu cầu.

Tủ điện điều khiển HVAC: 

Trong hệ thống điều hòa không khí (HVAC), các tủ điều khiển điều phối Chiller, AHU, quạt gió, bơm nước lạnh, bơm cấp gió, van điều tiết nhiệt độ và độ ẩm. Ví dụ, tủ điều khiển AHU đảm nhận điều khiển nhiệt độ và độ ẩm cung cấp cho phòng sạch, ổn định áp suất phòng thông qua điều chỉnh tốc độ quạt và van gió. Tủ Chiller/Cooling Tower thì khởi động luân phiên máy nén lạnh, quạt tháp giải nhiệt, kiểm soát mực nước và áp suất đường ống. Các tủ HVAC thường hỗ trợ khởi động sao-tam giác, khởi động mềm hoặc khởi động biến tần cho quạt và máy nén, đồng thời trang bị bảo vệ mất/ngược pha, quá áp, thấp áp, quá dòng để đảm bảo an toàn.

Tủ điện điều khiển xử lý nước: 

Ở các trạm xử lý nước cấp hoặc nước thải, tủ điều khiển giám sát và điều khiển quy trình xử lý. Chúng điều khiển bơm, máy thổi khí, máy khuấy, van điều khiển hóa chất theo tín hiệu từ PLC và các cảm biến (mức nước, pH, ORP, DO, TSS…). Ví dụ, PLC có thể tự động chuyển bơm từ hố chứa này sang hố chứa khác khi mực nước thay đổi, hoặc điều chỉnh lưu lượng bơm hóa chất theo nồng độ đo được. Tủ cũng bao gồm thiết bị đo liên tục (mức áp suất thủy tĩnh, cảm biến siêu âm) và bảo vệ khi gặp sự cố (mất pha, quá áp, ngắn mạch). Nhờ đó, quy trình xử lý nước được tự động hóa cao, giảm can thiệp thủ công và tăng độ ổn định cho hệ thống.

Tủ điện điều khiển trong sản xuất công nghiệp: 

Trong các dây chuyền sản xuất tự động (máy đóng gói, băng tải, máy ép nhựa, robot, v.v.), tủ điện điều khiển (gọi chung là tủ PLC/HMI) điều khiển tuần tự quy trình sản xuất và giao tiếp với hệ thống giám sát. Ví dụ, tủ PLC có thể điều khiển động cơ băng tải, xi lanh thủy lực, xi-nhan (servo), và các thiết bị đo lường cho quá trình sản xuất; HMI thể hiện trạng thái và nhận lệnh từ người vận hànhtudieneqh.comtudieneqh.com. Sử dụng tủ PLC/HMI giúp tăng năng suất, nâng cao độ chính xác và tự động hóa nhiều bước thao tác thủ côngtudieneqh.comtudieneqh.com. Những tủ điện này thường có giao tiếp qua RS485/RS232 để kết nối với máy tính giám sát (SCADA) và có thiết kế để dễ dàng mở rộng khi tăng công suất hoặc thêm thiết bị phụ trợ.

Xem thêm: Tủ điện 3 pha công nghiệp thiết kế theo yêu cầu

Quy trình lắp đặt và thiết kế tủ điều khiển

Quá trình lắp đặt tủ điện điều khiển thường bao gồm các bước sau:

Lập phương án và tính toán thiết bị: 

Xác định nhu cầu điều khiển, tính toán công suất động cơ, dòng tải. Chọn thiết bị phù hợp (công suất, điện áp, thương hiệu) sao cho đáp ứng tốt chức năng và an toàn. Công đoạn này đòi hỏi kỹ sư tính toán chính xác và lưu ý đến khả năng nâng cấp sau này.

Vẽ sơ đồ nguyên lý và bố trí: 

Thiết kế sơ đồ mạch điện tủ điện thể hiện mối liên hệ giữa các thiết bị (nguồn, động lực, tín hiệu). Bản vẽ cần rõ ràng, khoa học, tối ưu để thuận tiện đấu nối và lắp ráp. Đồ án bố trí thiết bị (layout) được thực hiện song song, xác định vị trí tương đối của các chi tiết trên vỏ tủ, đảm bảo không gian và luồng cáp hợp lý.

Lắp ráp thiết bị: 

Đóng khung vỏ tủ, gắn các thiết bị động lực và điều khiển theo sơ đồ bố trí. Thường quy ước lắp công tắc, nút nhấn phía dưới, đồng hồ và màn hình HMI phía trên để dễ quan sát. Chú ý lắp thanh cái đồng, cầu đấu dây ở vị trí thấp nhằm phân luồng dây gọn gàng.

Đấu dây: 

Đấu nối dây lực (nguồn chính, động cơ) trước rồi tới dây điều khiển (đầu vào/ra PLC, tín hiệu cảm biến). Dây dẫn lực và dây điều khiển được đi tách biệt, đeo giãn cách hoặc bọc chống nhiễu cho các dây tín hiệu nhạy (sensor, encoder). Các đầu dây nguồn phân biệt màu (theo quy chuẩn IEC), đánh số seri trên cầu đấu để kiểm tra bảo trì sau này. Kỹ thuật viên phải kiểm tra điện mạch bằng bóng đèn thử hoặc thiết bị đo trước khi cấp nguồn chính.

Chạy thử và kiểm tra: 

Sau khi đấu nối hoàn chỉnh, tiến hành thử không tải: cấp nguồn, kiểm tra các thiết bị đóng/ngắt đúng theo thiết kế (đèn báo, nút dừng khẩn cấp, bảo vệ quá tải). Kiểm tra lại tốc độ, hướng quay của motor, các thông số hiển thị trên HMI. Giai đoạn này rất quan trọng để phát hiện sai sót trước khi đưa vào vận hành chính thức. Khi mọi thứ hoạt động ổn định, hoàn thiện nhãn mác dây, đóng nắp tủ và bàn giao.

Trong quá trình thiết kế, cần lưu ý đảm bảo an toàn điện và tuân thủ chuẩn khoảng cách an toàn giữa các thanh cái, cách điện tốt, và chỉ số IP (cấp bảo vệ chống bụi, nước) phù hợp với môi trường lắp đặt. Đồng thời, phải dự tính lắp thêm quạt làm mát hoặc biến áp phụ nếu cần. Tất cả các bước đều phải thực hiện theo nguyên tắc công nghiệp, tuân thủ quy trình kỹ thuật để đảm bảo tủ điện vận hành ổn định và an toàn.

Tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn áp dụng

Việc thiết kế và chế tạo tủ điện điều khiển bắt buộc tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia về an toàn, chất lượng. Một số tiêu chuẩn chính bao gồm:

IEC 61439 (TCVN 13724-1/2:2023): 

Tiêu chuẩn chung cho tổ hợp đóng cắt – điều khiển hạ thế, quy định yêu cầu cấu tạo, nhiệt độ, cách điện, kiểm tra tính năng của cả tủ điện phân phối và điều khiển.

IEC 60204-1: 

An toàn thiết bị máy; yêu cầu về điện cho máy (đặc biệt cho tủ điện gắn vào máy móc công nghiệp) như hệ thống mạch điều khiển, nối đất và chống nhiễu.

TCVN 7994-1:2009 (IEC 60439-1:2004): 

Tiêu chuẩn cũ về tủ điện hạ thế được thử nghiệm điển hình; hiện tại IEC 60439 đã được thay thế bởi IEC 61439 nhưng một số yêu cầu vẫn tham khảo.

IEC/TCVN 60947 (mạch đóng cắt hạ thế): 

Các tiêu chuẩn cho CB, contactor, relay bảo vệ.

IEC 60529 (TCVN 8208): 

Xếp hạng IP về khả năng chống xâm nhập bụi, nước của vỏ tủ điện.

IEC 61000 (EMC): 

Tiêu chuẩn tương thích điện từ để giảm nhiễu điện từ cho mạch điều khiển (đặc biệt quan trọng với hệ thống PLC và tín hiệu yếu).

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn trên đảm bảo tủ điện có độ bền cơ khí, điện an toàn, chịu được thử nghiệm quá dòng và nhiễu, bảo vệ tốt cho người vận hành và thiết bị. 

Xem thêm: Tủ điện mcc - Thiết kế tủ điều khiển trung tâm

Thiên Phú Thịnh – Giải pháp tủ điện điều khiển trọn gói

Thiên Phú Thịnh (TPTA) là đơn vị chuyên cung cấp thiết bị tự động hoá (biến tần, PLC, HMI, cảm biến…) và dịch vụ thiết kế – lập trình tủ điện điều khiển theo yêu cầu. Với đội ngũ kỹ sư chuyên sâu trong lĩnh vực tự động hóa, TPTA không chỉ cung cấp vật tư tủ điện chất lượng mà còn hỗ trợ tư vấn giải pháp điều khiển thông minh và thi công tủ điện trọn gói. Chúng tôi cam kết tư vấn miễn phí, thiết kế chính xác theo bản vẽ và nghiệm thu đúng tiêu chuẩn IEC/TCVN. Khi hợp tác với TPTA, Quý khách được đảm bảo có giải pháp tối ưu về chi phí, hiệu suất và an toàn, đồng thời được hỗ trợ kỹ thuật 24/7 trong suốt quá trình vận hành. Đội ngũ kỹ thuật của Thiên Phú Thịnh luôn sẵn sàng lắng nghe yêu cầu đặc thù để đưa ra giải pháp tủ điện điều khiển phù hợp nhất cho từng dự án.

Liên hệ Thiên Phú Thịnh – TPTA ngay hôm nay để được tư vấn thiết kế và cung cấp vật tư tủ điện điều khiển chất lượng cao, cũng như dịch vụ thi công trọn gói đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của Quý công trình. Chúng tôi luôn ưu tiên giá thành cạnh tranh và bảo hành dài hạn, giúp Quý Khách Hàng yên tâm sử dụng.

 

Công ty TNHH Tự Động Hóa Thiên Phú Thịnh - TPT Automation

Địa chỉ: Số 1B, Đường Tú Xương, Khu Phố 1, Phường Hiệp Phú, TP Thủ Đức

Hotline/Zalo: 0909 623 689

Email: Thienphuthinh.auto@gmail.com

Fanpage: https://www.facebook.com/TPTAutomation

Website: https://thienphuthinh.vn/

Tìm hiểu thêm: https://sieuthibientan.com.vn