HD4 vũ tuấn anh nghiên cứu,thiết kế hệ thống thông gió hầm chung cư

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống quạt thơng gió cho hầm chung cư Giáo viên hướng dẫn : ThS.Vũ Tuấn Anh Nhóm sinh viên thực : Nguyễn Việt Hưng - 2018603675 Hoàng Duy Long – 2018605131 Phạm Quang Trà-2018604786 Hà Nội - 2022 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… Hà Nội,ngày … tháng … năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… Hà Nội,ngày … tháng … năm 2022 Giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 LỜI NÓI ĐẦU 12 Chương Giới thiệu chung hệ thống điều khiển thơng gió 13 1.1 Lịch sử nghiên cứu 13 1.1.1 Định nghĩa thơng gió 13 1.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống thơng gió 13 1.1.3 Tầm quan trọng việc thơng gió tầng hầm 15 1.1.4 Mục đích việc thơng gió tầng hầm 16 1.1.5 Phân loại phương pháp thơng gió 16 1.1.6 Các phương pháp thơng gió tầng hầm 17 1.1.7 Quạt thơng gió 19 1.2 Các vấn đề đặt 22 1.3 Đối tượng nghiên cứu 23 1.4 Phương pháp thực 23 1.5 Dự kiến kết đạt 23 Chương Tổng quan hệ thống điều khiển thơng gió 25 2.1 Nguyên lý làm việc quy trình công nghệ 25 2.1.1 Hệ thống thơng gió hoạt động 25 2.1.2 Yêu cầu hệ thống thơng gió tầng hầm 25 2.1.3 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống 26 2.1.4 Tính tốn quạt thơng gió phù hợp cho tầng hầm 27 2.2 Hệ thống điều khiển 31 2.2.1 Bộ điều khiển PLC 31 2.2.2 Màn hình HMI 42 2.3 Hệ thống cảm biến 44 2.3.1 Phân loại 44 2.3.2 Cảm biến khí CO 45 2.4 Cơ cấu chấp hành 47 2.4.1 Quạt thơng gió tầng hầm 47 2.4.2 Khởi động từ (contactor) 51 2.4.3 Rơ le trung gian 53 2.5 Khối nguồn 55 2.5.1 Bộ chuyển đổi điện 55 2.5.2 Bộ nguồn DPS-240S-24 56 Chương Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển thơng gió 57 3.1 Thiết kế hệ thống khí 57 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 59 3.2.1 Mơ tả q trình làm việc 59 3.2.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển 59 3.2.3 Bảng địa vào 59 3.2.4 Phần mềm lập trình WPLSoft 60 3.2.5 Giới thiệu phần mềm DOPSoft 63 3.2.6 Mô hệ thống phần mềm winCC 66 3.3 Thiết kế hệ thống điện 68 3.3.1 PLC Delta DVP-SX2 (DVP20SX211R/T) 68 3.3.2 Màn hình HMI 72 3.3.3 Cảm biến CO Sense Transmitter 73 3.3.4 Bộ nguồn 24V DC 73 3.3.5 Rơ le trung gian Omron LY2N 74 3.3.6 Aptomat 74 3.3.7 Contactor 76 3.3.8 Lựa chọn quạt thơng gió 77 3.3.9 Dây dẫn pha 78 3.4 Chạy thử nghiệm hệ thống 80 Chương Kết luận định hướng phát triển hệ thống điều khiển thơng gió 81 4.1 Kết đạt 81 4.2 Định hướng phát triển 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 83 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thống thơng gió hầm chung cư 15 Hình 1.2 Thơng gió tự nhiên tầng hầm 18 Hình 1.3 Hệ thơng thống gió theo phương pháp học sử dụng quạt Jetfan 18 Hình 1.4 Quạt ly tâm cánh nghiêng sau 19 Hình 1.5 Quạt ly tâm cánh nghiêng trước 19 Hình 1.6 Quạt hướng trục cơng nghiệp 20 Hình 1.7 Quạt hút mái nhà xưởng 20 Hình 1.8 Quạt thơng gió kiểu gắn tường cho nhà xưởng, trang trại 21 Hình 2.1 Ngun lý làm việc hệ thống thơng gió tầng hầm 25 Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển quạt thơng gió hầm chung cư 26 Hình 2.3 Các loại PLC phổ biến 32 Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc chung PLC 33 Hình 2.5 Khối nhớ 34 Hình 2.6 Khối xử lý trung tâm 35 Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động PLC 37 Hình 2.8 Một số dịng PLC Delta 37 Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn tín hiệu analog 41 Hình 2.10 Một số loại hình HMI 43 Hình 2.11 Sơ đồ guyên lý làm việc cảm biến khí carbon monoxide 46 Hình 2.12 Động điện không đồng loại máy điện xoay chiều 47 Hình 2.13 Các phận chủ yếu động không đồng 49 Hình 2.14 Sơ đồ thể nguyên lý làm việc động điện không đồng 50 Hình 2.15 Một số dịng khởi động từ (contactor) 51 Hình 2.16 Cấu tạo contactor – khởi động từ 52 Hình 2.17 Relay trung gian 53 Hình 2.18 Cấu tạo rơ le trung gian 54 - DVP-20SX2 sử dụng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình trạm PLC khác - Ghép nối DVP-20SX2 với máy tính PC qua đầu RS-232 Sơ đồ Input: Đấu dây ngõ vào kiểu SINK: Chân S/S chân chung đấu với nguồn 24Vdc Hình 3.7 Sơ đồ đấu dây ngõ vào kiểu SINK Đấu dây ngõ vào kiểu SOURCE: Chân S/S chân chung đấu với nguồn Vdc Hình 3.8 Sơ đồ đấu dây ngõ vào kiểu SOURCE Sơ đồ Output: Hệ thống điều khiển quạt thơng gió hầm chung cử sử dụng PLC DVP 20SX211T, nên sơ đồ đấu dây nõ kiểu NPN: • Chân UP đấu với nguồn 24V • Chân ZP đấu với nguồn 0V 70 • PLC xuất tín hiệu 0V Hình 3.9 Sơ đồ đấu dây ngõ kiểu NPN Sơ đồ analog input/output: Hình 3.10 Sơ đồ đấu dây analog input Hình 3.11 Sơ đồ đấu dây analog output 71 3.3.2 Màn hình HMI a) Đặc tính kỹ thuật Hình 3.12 Màn hình HMI Thơng số kỹ thuật: - Kiểu hình: TFT LCD - Màn hình: Cảm ứng màu - Màn hiển thị: 65536 màu - Độ phân giải hình: 800 x 480 pixels - Kích thước hình hiển thị: inch - Bộ nhớ: Flash ROM, 128 MB - Bộ nhớ SDRAM: 64 MB - Backup memory: 32 Kb - Nguồn cung cấp: 24 VDC, giới hạn nguồn (-10% ~ +15%) - Cấp bảo vệ: IP 65 phía trước hình phù hợp tiêu chuẩn ~ UL type 4x - Môi trường làm việc: Nhiệt độ từ 0-50 độ C, độ ẩm từ 10-90% b) Kết nối – truyền thơng - Tích hợp cổng USB Slave Ver 2.0 cho việc upload, download chương trình - Tích hợp cổng COM chân, hỗ trợ RS485, RS232, RS424… 72 3.3.3 Cảm biến CO Sense Transmitter Cảm biến CO Sense Transmitter hoạt động theo nguyên lý điện hóa, có hiệu suất ổn định độ xác cao Hình 3.13 Cảm biến khí Cacbon monoxide transmitter SCM-W.DS_v41 Các thông số kỹ thuật: - Phạm vi CO, tiêu chuẩn: 50ppm, 100ppm, 200ppm 300ppm - Tín hiệu đầu CO 4-20 mA 0-10 Vdc - Điện áp hoạt động 24V AC / DC - Kích thước: 106 x 81,5 x 45,5 mm 3.3.4 Bộ nguồn 24V DC Hình 3.14 Bộ nguồn DPS-240-24 73 Thơng số nguồn: - Điện áp ngõ vào : 185V-260VAC - Điện áp ngõ : DC24V - Dòng ngõ : 5A - Nhiệt độ làm việc : - 80oC - Kích thước: 198 x 98 x 42 mm 3.3.5 Rơ le trung gian Omron LY2N Hình 3.15 Relay Omron LY2N Thông số kĩ thuật: - Relay Omron LY2N AC200/220 - Dịng tải chịu 10A, có tiếp điểm - Loại tiếp điểm: DPDT - Tần số đóng cắt: 18000 opn./h - Điện áp cuộn dây: 24VDC 3.3.6 Aptomat Hệ thống điều khiển quạt thơng gió sử dụng loại Aptomat gồm : - Aptomat pha dùng để bảo vệ cho thiết bị sử dụng nguồn pha như: động pha, contactor,… - Aptomat pha dùng để bảo vệ thiết bị sử dụng nguồn pha như: cuộn hút contactor, rơ le trung gian,… 74 Aptomat pha : Hình 3.16 Aptomat Mitsubishi MCCB 3P 30A 5kA Thông số kỹ thuật: - Mã sản phẩm: NF32-SV 3P 30A - Dòng sản phẩm: MCCB SV - Số cực: 3P - Frame size: 32AF - Dòng định mức: 30A - Dòng cắt ngắn mạch: 5kA - Điện áp cách điện: 690V - Tiêu chuẩn: IEC/EN 60947-2 - Điện áp thử nghiệm xung (Uimp): 8kV Aptomat pha : Hình 3.17 Aptomat LS Pha 20A 6kA BKN 2P 75 Thông số kỹ thuật: - Điện áp: 230 – 400V - Dòng điện định mức: 20 (A) - Dòng cắt ngắn mạch: (kA) - Điện áp ngõ vào: Pha - Số cực: 2P 3.3.7 Contactor Lựa chọn contactor cho động điện pha ta có cơng thức: P = 3UI cos  (4.1) Trong đó: • I : Dịng điện định mức (A) • P : Cơng suất động (W) • U : Điện áp sử dụng đo pha (V) • Cosφ : Hệ số cơng suất => I = P / => I = ( 3U cos  ) (4.2)  450 = 2,56 ( A)  380  0,8 Vậy ta lựa chọn contactor có dịng điện định mức 6A Hình 3.18 Khởi động từ Schneider-6A 76 Thơng số kỹ thuật: - Số cực: - Điện áp cuộn Coil: 220 VAC - Dòng điện tiếp điểm định mức: 9A - Điện áp tiếp điểm định mức: 690 VAC - Công suất định mức: kW - Tiếp điểm: NO + NC - Loại cầu đấu: Bắt vít - Kích thước: WxHxD 77 x 45 x 84 mm - Dải nhiệt độ hoạt động: -5 đến 60 °C - Khối lượng: 0,32 kg 3.3.8 Lựa chọn quạt thông gió Hình 3.19 Quạt cơng nghiệp Komasu KM-50T - Điện áp: 380/220 V - Tần số: 50 Hz - Công suất làm việc: 220W - Tốc độ: 1400 (vòng/phút) - Lưu lượng gió: 6500(m3/h) 77 - Sải cánh: 500mm 3.3.9 Dây dẫn pha Tính tốn lựa chọn dây dẫn: Tiết diện dây dẫn pha quy ước tính theo cơng thức: I =SJ (4.3) Trong đó: • I: cường độ dịng điện (A) • S: tiết diện dây dẫn (mm2) • J: mật độ dịng điện cho phép chạy qua Thơng thường, mật độ cho phép dây đồng thường xấp xỉ 6A/mm2, cịn dây nhơm thường xấp xỉ 4,5A/mm2 Cường độ dòng điện dây dẫn sử dụng cho động pha 380V có cơng suất 450W tính cơng thức: P = 3U d I d cos  (4.4) Trong đó: • I: cường độ dịng điện (A) • P: cơng suất động (W) • U: hiệu điện (V) • Cosφ : Hệ số công suất P 3Ud cos   450 = = 2.56 ( A)  380  0.8 = I d = Thay I = 2.56 ( A ) vào (4.3) ta tính tiết diện dây dẫn đồng là: S= I J (4.5) 78 => S = 2.56  0.43 ( mm ) Bảng 3.3 Bảng lựa chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn IEC 60439 Dòng định mức làm việc Tiết diện dây dẫn A Mm2 1,0 12 1,5 12 15 2,5 15 20 2,5 20 25 4,0 25 32 6,0 32 50 10 50 65 16 65 85 25 85 100 35 100 115 35 115 130 50 79 3.4 Chạy thử nghiệm hệ thống Hình 3.20 Thử nghiệm hệ thống - Trạng thái AUTO: 50  Tc  150 Quạt chạy,khi nồng độ giảm xuống 40  Tc  50 quạt chạy 10s tắt 150  Tc  250 Quạt chạy,khi nồng độ giảm xuống 140  Tc  150 quạt bật, quạt chạy 10s tắt Tc  250 Quạt 1, chạy,khi nồng độ giảm xuống 240  Tc  250 quạt bật, quạt bật quạt chạy 10s tắt Đồng thời hình HMI hiển thị quạt bật nồng độ khí CO mà cảm biến đo - Trạng thái MAN: Màn hình HMI hiển thị nồng độ khí CO mà cảm biến đo được, ta bật quạt chạy dựa nồng đố khí CO thiết lập từ trước.Các quạt bật hiển thị hình HMI 80 Chương Kết luận và định hướng phát triển hệ thống điều khiển thơng gió 4.1 Kết đạt Sau thời gian nghiên cứu xây dựng mơ hình, đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống quạt thơng gió cho hầm chung cư” chúng em đáp ứng yêu cầu đề Kết đạt được: - Hiểu cách thiết kế, mô 3D phần mềm Solidwork - Biết kiến thức lập trình PLC Delta HMI Delta - Hiểu có hội tiếp cận với linh kiện thực tế như: PLC, HMI, động không đồng pha, cảm biến - Xây dựng mơ hình hệ thống thơng gió phần mềm TIA Portal - Biết cách kết nối điện đầu dây thiết bị thực tế - Học cách làm việc nhóm 4.2 Định hướng phát triển Qua trình nghiên cứu chế tạo hệ thống quạt thơng gió cho hầm chung cư, nhóm chúng em hồn thành mơ hình chạy ổn định Nhận thấy, kết chọn lựa thiết bị nhóm chưa sát thực, chưa thực tối ưu giá, mang tính đảm bảo kỹ thuật Nếu đem kết so sánh với thiết kế kỹ sư giàu kinh nghiệm cịn nhiều yếu kém, sai sót Tuy qua đề tài này, nhóm sinh viên chúng em bước đầu tập luyện, làm quen với việc thiết kế chế tạo hệ thống quạt thơng gió tương lai 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải , Điều chỉnh tự động truyền động điện, 2012, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] Vũ Hữu Thích (cb), Giáo trình truyền động điện, 2015, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Vũ Gia Hanh, Máy điện, 2006, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] Vũ Gia Hanh, Máy điện II, 2006, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Lê Văn Doanh, Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, 2006, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [6] Nguyễn Văn Hòa( chủ biên), Đo lường cảm biến đo lường, 2006, Nhà xuất giáo dục [7] Phan Quốc Phơ, Giáo trình cảm biến, 2001, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 82 PHỤ LỤC 83 84 ... 2.1 Nguyên lý làm việc hệ thống thơng gió tầng hầm 2.1.2 u cầu hệ thống thơng gió tầng hầm Hệ thống thơng gió gồm nhiều yếu tố muốn hệ thống hoạt động tốt phải hiểu rõ hệ thống hoàn chỉnh gồm phận... sinh viên điện tử Đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống quạt thơng gió cho hầm chung cư? ?? giúp chúng em tìm hiểu, thiết kế nghiên cứu thiết bị điện công nghiệp có hệ thống cách rõ ràng Được... b) Thơng gió học Hệ thống thơng gió tầng hầm theo phương pháp học cịn gọi thơng gió cư? ??ng Sử dụng loại quạt hút công nghiệp quạt Jetfan, HTF, TAG, DHF… Kết hợp hệ thống ống gió, cửa gió để hút