Ứng dụng PLC điều khiển lưu lượng nước cấp cho hệ thống chiller 4

Khóa luận tốt nghiệp Cấp nước cho hệ thống Chiller 50 CHƯƠNG 4 THI CÔNG MÔ HÌNH 4 1 Cơ sở lý thuyết Hiệu suất của máy bơm ly tâm có thể là hiển thị trên một đường cong đặc trưng Hình 4 1 Đường cong đặc trưng của bơm ly tâm Khóa luận tốt nghiệp Cấp nước cho hệ thống Chiller 51 Hình 4 2 Biểu đồ đường cong tổng hợp 4 1 1 Đường cong lưu lượng – cột áp (Q H) Hình 4 3 Đường cong Q H Shut off head được hiểu là cột áp được xác định theo catolog của máy bơm Mỗi máy bơm sẽ có 1 cột áp khác nhau tùy vào cô.

Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG THI CƠNG MƠ HÌNH 4.1 Cơ sở lý thuyết Hiệu suất máy bơm ly tâm hiển thị đường cong đặc trưng Hình Đường cong đặc trưng bơm ly tâm 50 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình Biểu đồ đường cong tổng hợp 4.1.1 Đường cong lưu lượng – cột áp (Q-H) Hình Đường cong Q-H Shut off head hiểu cột áp xác định theo catolog máy bơm Mỗi máy bơm có cột áp khác tùy vào công suất, cấu tạo vv… loại máy bơm Tại Q = tương ứng cột áp tối đa điểm (1) Điểm (2) Run out point điểm mà máy bơm khơng thể hoạt động nên tắt vượt qua mức lưu lượng cho phép máy bơm 51 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp 4.1.2 Đường cong hiệu suất Hiệu bơm ly tâm tỷ lệ công suất nước công suất trục Water power P  Shaft power (4.1.2) Hình 4 Đường cong hiệu suất B.E.P (Best efficiency point) điểm máy bơm đạt hiệu suất tốt 4.1.3 Đường cong công suất Công suất trục xác định để chọn động cho máy bơm Cơng suất trục xác định trực tiếp từ nhà sản xuất biểu đồ danh mục tính từ cơng thức sau: shaft Power    H  Q  52 (CT 4.1.3) Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp 𝛾: Khối lượng riêng nước H: Cột áp Q: Lưu lượng 𝜂: Hiệu suất bơm Hình Đường cong công suất 4.1.4 Đường cong NPSHR NPSHR (Net Positive Suction Head Required) định nghĩa chiều cao cột áp hút thực tối thiểu bơm mà cột áp toàn phần giảm xuống 3% áp suất hút thấp hình thành bọt khí lòng bơm, NPSHR thường cung cấp nhà sản xuất bơm NPSHA (Net Positive Suction Head Available) định nghĩa chiều cao cột áp hút thực hệ thống bơm bao gồm: áp suất thuỷ tĩnh+ áp suất bề mặt - áp suất bay sản phẩm - (tổn áp đường ống + van + thiết bị + qua fitting) 53 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp NPSH = NPSHA – NPSHR (đây chiều số cột áp đầu hút thực bơm) Hình Đường cong NPSHR NPSHR tỉ lệ thuận với lưu lượng Q Nên tránh vận hành máy bơm gần điểm Run out point Vì NPSHR cao dẫn đến vấn đề khí xâm thực Chú ý: Trên máy bơm ln có số cột áp hút thực tế nhà sản xuất cung cấp gọi NPSHR Cần tính tốn lựa chọn cho NPSHA phải lớn NPSHR Nếu NPSHA nhỏ NPSHR bơm có tượng chạy ồn, rung, hiệu suất bơm giảm, bơm nhanh bị ăn mòn hỏng 4.2 Tính tốn thiết bị 4.2.1 Động bơm nước Khơng có quy tắc đơn giản việc lựa chọn động Người chọn động phải có kiến thức hệ thống bơm đặc tính nó, giới hạn đường cong hiệu suất cung cấp nhà sản xuất Động tải máy bơm hoạt động với lưu lượng cao dự kiến Tuy nhiên, sau xác định công suất trục, công suất động chọn với hệ số an tồn để đảm bảo vận hành động thích hợp Lưu ý chọn bơm hệ chiller: 54 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Mỗi loại bơm chiller cần xác định thông số lưu lượng cột áp Thông thường ta dùng bơm chiller loại ly tâm Bơm dùng cho hệ chiller thường bơm có tốc độ cao (thường lớn 1450v/ph) Bơm thường có giá cao so với bơm hệ khác có ưu điểm hoạt động liên tục, ổn định thời gian tương đối dài 4.2.1.1 Tính tốn lưu lượng bơm hệ thống Chiller Lưu lượng bơm nước lạnh bơm giải nhiệt phụ thuộc cơng suất lạnh Phương trình lượng: q = ṁ x Cp x Δ T (CT 4.2.1.1) Dựa vào công suất lạnh, giải nhiệt thiết bị chênh lệch nhiệt độ đường hồi đường cấp để tính tốn lưu lượng Trong đó: ṁ=Q*J Q: Lưu lượng nước bơm (m3/s) J: Khối lượng riêng nước (1000kg/m3) q: Công suất lạnh công suất giải nhiệt (kw) Cp: Nhiệt dung riêng nước (4.18 kJ kg–1 K–1) ∆T: Chênh lêch nhiệt độ nước cấp/hồi Từ phương trình lượng ta có đồ thị sau: 55 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình Đồ thị lưu lượng – nhiệt độ 4.2.1.2 Tính cột áp bơm chiller Sau tính lưu lượng, ta tính chọn cột áp để chọn bơm Cơng thức tính cột áp bơm chiller sau: H= (H1+H2+H3+H4) x (1.15-1.2) Trong đó: H: Cột áp bơm cần tính tốn, thơng thướng lấy đoạn xa cao (đơn vị mH2o) H1: Chiều cao mặt thống nước Mạch kín nên H1 = 56 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp H2: Áp suất đầu cuối thiết bị Mạch kín nên H2 = H3: Tổn thất ma sát nước ống H4: Tổn thất ma sát qua thiết bị bình bay hơi, bình ngưng tụ, thiết bị AHU, FCU, … 1.15 -1.2: Hệ số an tồn hay cịn gọi hệ số dự phòng Lấy 15 hay 20% tùy thuộc vào dự án Cụ thể H3 tổng tổn thất loại: Tổn thất áp lực theo chiều dài + Tổn thất áp lực cục Phần tính tương tự ống gió (Ta tra bảng tính theo phần mềm.) 4.2.1.3 Tính cơng suất dựa lưu lượng, cột áp: P(kW)=[Q(m3/s)*H(m) * Tỉ trọng H2O(1000kg/m3)]/[102 * Hiệu suất bơm (0,850,95)] Chọn động cơ: Pđc(kW)=P(kW)/Hiệu suất motor (0,85-0,95) Tính Pđc chọn Motor theo tiêu chuẩn cơng suất định mức Motor có cơng suất lớn bậc Lưu ý: hãng, Q H theo biểu đồ để chọn loại bơm có hiệu suất cao chọn vòng quay, loại hút hay đẩy nhiều Trong đó: q: Lưu lượng nước bơm (m3/s) H: Cột nước bơm S: Hiệu suất bơm 57 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp 4.3 Danh sách thiết bị vật tư Bảng Danh sách vật tư SỐ LƯỢNG ĐẶC TÍNH CHỨC NĂNG Board PLC Mitsubishi FX3U14MR-6AD-2DA Bộ điều khiển lập trình Logic với ngõ vào ngõ với chức khác Cho phép thực CT SIEMEN MM420 Biến tần Ctrl động bơm nước Điều khiển tốc độ động MBA 4.5 kVA Thay đổi điện áp Thay đổi điện áp pha 380V/220V Biến đổi điện áp pha 220Vac24Vdc STT TÊN THIẾT BỊ BỘ NGUỒN 24VDC Biến đổi điện áp AC sang DC ĐỘNG CƠ BƠM NƯỚC Nhận lượng bên ngồi truyền cho dịng chất lỏng Cấp nước cho hệ thống ĐỒNG HỒ AIR PRESSURE Hiển thị giá trị thực Hiển thị áp suất đường ống CIRCUIT BREAKER PHA Đóng ngắt bảo vệ ngắn mạch pha Đóng ngắt bảo vệ ngắn mạch pha nguồn 220Vac hệ thống CIRCUIT BREAKER PHA Đóng ngắt bảo vệ ngắn mạch pha Đóng ngắt bảo vệ ngắn mạch pha nguồn 380Vac hệ thống KHỞI ĐỘNG TỪ Đóng cắt tiếp điểm động lực Đóng ngắt động 58 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp 10 RƠ LE TRUNG GIAN Đóng cắt nhiều tiếp điểm bảo vệ có cố Đóng ngắt tiếp điểm điều khiển Thiết bị phân tích điện đa Phân tích hiển thị điện áp, dịng diện, cơng suất ….vvv Giảm dịng hiển thị thiết bị phân tích điện 11 KLEA 320P – 606100 12 Current Transformer (CT) Giảm dòng điện theo tỷ lệ sơ cấp thứ cấp 13 REX C100 Bộ hiển thị điều khiển nhiệt độ Hiển thị nhiệt độ nước Giảm áp suất nước tác động lên đường ống Bảo vệ chống cạn, bơm không hút 14 Van điều áp Khống chế áp suất nước 15 Cơng tắc cảm biến dịng chảy Tiếp điểm đóng ngắt 4.4 Sơ đồ kết nối phần cứng sơ đồ đấu dây Dựa vào sơ đồ đấu dây kết nối thiết bị điều khiển, thu thập thiết bị cần điều khiển với thành hệ thống hoàn chỉnh 59 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp 4.4.1 Mơ hình cấp nước cho hệ thống Chiller Hình 10 Mơ hình cấp nước cho hệ thống Chiller Thơng số kỹ thuật: Công suất: kW Điện áp: 3P 380V Tần số: 50hz 62 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình 11 Mơ hình cấp nước cho hệ thống Chiller Hình 12 Mặt mơ hình 63 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình 13 Phía mơ hình Hình 14 Phía mơ hình 64 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình 15 Phía mơ hình Hình 16 Đồng hồ Klemsan KLEA máy phân tích lượng đa chức Đo tính tốn: 65 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Dòng điện, điện áp tần số Công suất điện, công suất phản kháng cơng suất biểu kiến Sóng hài dòng điện điện áp Hệ số công suất, cosØ cho giai đoạn Hình 17 Tủ điều khiển Tủ điều khiển: đèn báo Pha đèn báo Pha đèn báo cố tải 66 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp đèn báo trạng trái ON nút nhấn ON-OFF đồng hồ hiển thị nhiệt độ (In/Out) Hình 18 Cơng tắc dịng chảy Cơng tắc dịng chảy (Flow switch) thiết bị cảm biến Chức phát dịng chảy từ để biết chất lỏng đường ống cịn hay khơng Sở dĩ gọi cơng tắc ngõ có trạng thái ON OFF tương ứng với chất lỏng hết đường ống 67 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp 4.4.2 Lưu đồ nguyên lý hoạt động, trình vận hành hệ thống Hình 19 Lưu đồ vận hành 68 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp 4.5 Các chương trình điều khiển ứng dụng vào hệ thống 4.5.1 Gx-Word GX Works2 cơng cụ lập trình dùng để thiết kế, gỡ lỗi, trì chương trình Window GX Works2 cải thiện chức khả thao tác, với tính dễ sử dụng so sánh với GX Developer có Chức GX Works2: quản lý chương trình thơng số đầu vào dự án cho CPU điều khiển khả trình 4.5.2 Kết nối plc mitsubishi với máy tính Trong ví dụ này, loại PLC Mitsubishi sử dụng FX3U phần mềm lập trình GX work 2, dòng FX khác hoàn toàn tương tự Bước 1: Cài đặt driver cho cáp lập trình (nếu chưa có): Cài Driver cho dây cáp lập trình (Tích hợp chuyển đổi USB to RS422) máy tính máy tính sử dụng cổng USB khơng có sẵn cổng COM Đối với PLC Mitsubishi dòng FX thường sử dụng loại cáp USB-SC09-FX Đối với Board PLC FX3U sử dụng loại cáp RS232 Bước 2: Kết nối PLC Mitsubishi với máy tính sợi dây cáp lập trình sau kiểm tra xem kết nối OK hay chưa cách kiểm tra sau Vào Computer > Manage 69 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Cửa sổ hiển thị lên, Click chuột vào Device Manager Hình 20 Kiểm tra kết nối máy tính PLC Một cửa sổ lên vấn đề kết nối OK ta thấy xuất thêm mục "Ports (COM & LPT) ", Click chuột vào mục hiển thị thêm chi tiết cổng kết nối cổng COM mấy, trường hợp cổng COM Bước 3: Khởi động phần mềm lập trình GX work máy tính 70 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Tạo project mới: chọn dòng tên PLC cần lập trình Hình 21 Cửa sổ giao diện gxworks2 71 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Quản lý kết nối Hình 22 Quản lý kết nối Bước 4: Để thiết lập kết nối nhấp chọn Connection Destination Hình 23 Quản lý kết nối 72 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình 24 Kết nối máy tính với PLC Tại PC side I/F: Chọn serial USB, chọn cổng COM với cổng COM cáp lập trình tốc độ truyền 73 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Tại PLC side I/F, chọn PLC module Để kiểm tra kết nối thành công hay chưa, ấn chọn Connection test Nếu tất vấn đề kết nối PLC Mitsubishi máy tính xác, phần mềm hiển thị lên thông báo Successfully Connected 74 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Chọn OK để hồn tất thiết lập Chương trình điều khiển: 75 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình 25 Chương trình điều khiển GxWords2 76 ... cứng hệ thống 60 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình Sơ đồ dây hệ thống 4. 4 Các thiết bị sau kết nối Sản phẩm cuối mơ hình cấp nước cho hệ thống Chiller 61 Cấp nước cho hệ. .. 3P 380V Tần số: 50hz 62 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp Hình 11 Mơ hình cấp nước cho hệ thống Chiller Hình 12 Mặt mơ hình 63 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp... tương ứng với chất lỏng hết đường ống 67 Cấp nước cho hệ thống Chiller Khóa luận tốt nghiệp 4. 4.2 Lưu đồ nguyên lý hoạt động, trình vận hành hệ thống Hình 19 Lưu đồ vận hành 68 Cấp nước cho hệ thống