BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ PHẬN NÂNG CAO HIỆU SUẤT LÒ ĐỐT NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Th S PHẠM BÁ KHIỂN Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Trung Hiệp 1711050006 17DCKB1 Nguyễn Thế Quang 1611070345 17DCKB1 Phạm Thanh Tín 1711040449 17DCKB1 Tp Hồ Chí Minh, 05 tháng 09 năm 2021 viii MỤC LỤC Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN i Phiếu giao nhiệm vụ ii v LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii DANH MỤC CÁC HÌNH.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
Tổng quan đề tài
Đề tài này tập trung vào một bộ phận hỗ trợ nhằm cải thiện hiệu suất đốt cháy trong lò đốt Cụ thể, nhiên liệu sẽ được phun trực tiếp vào lò khi nhiệt độ còn thấp, từ đó nâng cao hiệu suất sinh nhiệt.
Một khía cạnh quan trọng của đề tài hiện tại là phát triển một hệ thống cung cấp năng lượng cho lò đốt, bao gồm nguồn cung cấp nước và nhiên liệu Hệ thống này sẽ có bộ phận nâng cao hiệu suất lò đốt, chuyển đổi nước và nhiên liệu thành hydro cùng các sản phẩm phụ, cung cấp hydro cho các buồng đốt trong lò Ngoài ra, còn có hệ thống kim phun kết hợp với nguồn cung cấp nước để bơm nước vào bên trong buồng đốt.
Có nhiều phương pháp cung cấp nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong nhằm nâng cao hiệu suất, trong đó xăng sinh học E5 được lựa chọn làm nguồn nhiên liệu sạch Các loại nhiên liệu khác như rượu, ethanol, metan và hydro cũng được đề xuất, nhưng metan và hydro là những khí dễ cháy, đòi hỏi phải lưu trữ trong thùng chứa áp suất, gây ra nguy cơ an toàn nghiêm trọng Việc áp dụng lò đốt vào các ngành công nghiệp có thể giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng nhiên liệu.
Nồi hơi ngày càng trở nên phổ biến và là thiết bị thiết yếu trong các nhà máy, xí nghiệp cần nguồn nhiệt Nó cung cấp hiệu quả sử dụng cao, đảm bảo nguồn hơi nước an toàn và chất lượng, giúp các quy trình sản xuất diễn ra hiệu quả và thuận lợi hơn trong cả lĩnh vực công nghiệp nặng và nhẹ.
- Nhà máy sản xuất thực phẩm, bánh kẹo.
- Nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi, thức ăn gia xúc.
- Nhà máy sữa, nước giải khát
2.1.1 Các loại lò hơi phổ biến ở nước ta hiện nay:
Hình 2.1 Lò hơi đốt than củi
+ Sử dụng nguồn nhiên liệu phổ biến than đá nên dễ tìm kiếm nguồn cung cấp nhiên liệu.
Lò hơi đốt than hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ vào các ưu điểm nổi bật như hệ thống cấp than và thải xỉ hoàn toàn tự động, đảm bảo nhiệt độ và áp suất ổn định Ngoài ra, lò hơi này còn có khả năng sử dụng đa dạng các loại nhiên liệu, dễ dàng trong quá trình vận hành và bảo trì.
+ Chiếm diện tích lớn vì cần có không gian để cào, chứa xỉ than
+ Tạo ra nhiều xỉ than nên khá tốn công và chi phí để vệ sinh, dọn dẹp.
+ Không tự động đốt nên phải có người vận hành, canh lò.
Hình 2.2 Lò hơi đốt Gas và Biomass
+ Hiệu suất cao có thể lên đến 96%
+ Tính quá nhiệt thấp, tốc độ thay đổi tải nhanh, phù hợp với thiết bị hệ thống có dao động mạnh
+ Không tận dụng nguôn nhiên liệu hiện có ở địa phương
+ Chi phí nhiên liệu cho quá trình vận hành cao
+ Các đầu đốt hầu hết điều sản xuất ở nước ngoài dẫn đến sự phụ thuộc vào công nghệ
+ Thời gian khởi động lâu nên chi phí cao hơn.
Hình 2.3 Lò hơi đốt dầu DO
+ Hiệu suất cao có thể lên đến 96%
+ Có thể sử dụng nhiều loại dầu khác nhau đề vận hành với hiệu suất đốt khá cao và nhiệt độ khói thải thấp từ 1800C đến 2000C.
+ Hoàn toàn không có khói bụi, thân thiện với môi trường.
+ Không tận dụng nguôn nhiên liệu hiện có ở địa phương.
+ Chi phí nhiên liệu cho quá trình vận hành cao.
+ Các đầu đốt hầu hết điều sản xuất ở nước ngoài dẫn đến sự phụ thuộc vào công nghệ.
Bộ phận tăng hiệu suất lắp vào lò hơi đốt than củi giúp nâng cao hiệu quả hoạt động, khắc phục nhiều nhược điểm của lò Việc này không chỉ cải thiện hiệu quả đốt mà còn cung cấp lượng hơi nước liên tục và ổn định.
Tình hình trong nước
Hiện nay, nhiều doanh nghiệp Việt Nam tham gia vào sản xuất và kinh doanh công nghệ lò đốt, nhưng chưa có đơn vị nào nghiên cứu sâu về việc nâng cao hiệu suất bên trong lò Đây là một lĩnh vực khoa học mới mẻ, chưa được khai thác và phát triển rộng rãi.
Lò đốt công nghiệp tại Việt Nam vẫn chưa phát triển mạnh mẽ về công nghệ, chủ yếu tập trung vào các nghiên cứu mô hình nhỏ Để nâng cao hiệu suất và ứng dụng hiệu quả hơn, cần thúc đẩy thương mại và nội địa hóa sản xuất, giúp doanh nghiệp Việt Nam tiếp cận công nghệ mới Việc áp dụng lò đốt vào các ngành khác nhau sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp trong nước.
Nồi hơi đang trở thành thiết bị thiết yếu trong các nhà máy và xí nghiệp, cung cấp nguồn nhiệt cần thiết cho sản xuất Nó mang lại hiệu quả sử dụng cao, cung cấp hơi nước an toàn và chất lượng, giúp các quy trình sản xuất diễn ra hiệu quả và dễ dàng hơn trong cả lĩnh vực công nghiệp nặng và nhẹ.
Tình hình thế giới
Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu đang thử nghiệm chương trình kết hợp nước với nhiên liệu và không khí để tạo ra hỗn hợp gia nhiệt cho lò đốt Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn chỉ dừng lại ở phòng thí nghiệm và chưa thể triển khai mô hình lớn do nhiều yếu tố khác nhau Nếu thành công, việc áp dụng phương pháp này sẽ mang lại những cải tiến đáng kể cho các ngành công nghiệp hiện tại.
MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Mục tiêu của đề tài:
Từ những vấn đề tồn tại, đề tài nghiên cứu phải có các mục tiêu cơ bản sau:
Mô hình được chế tạo với chức năng như bộ phun xăng điện tử tích hợp trong động cơ đốt trong, sử dụng PLC để tự động điều khiển nhiệt độ bên trong lò đốt và từ đó điều chỉnh hoạt động của động cơ Bộ PLC (Programmable Logic Controller) nâng cao hiệu suất lò đốt bằng cách ứng dụng các thuật toán lập trình để kiểm soát tín hiệu đầu vào và đầu ra, đảm bảo độ chính xác nhiệt độ tối đa Điều này giúp người vận hành nắm bắt thông tin chính xác và thực hiện các xử lý đúng yêu cầu.
Bộ module nhiệt độ PT100 có khả năng đọc nhiệt độ chính xác đến 1/10, giúp kiểm soát nhiệt độ cao và thấp trong lò Từ đó, người dùng có thể đưa ra các phương án tối ưu để tăng cường công suất lò đốt.
Thiết kế phần điện và mạch điều khiển PLC đảm bảo các chức năng điều khiển nhiệt độ bên trong lò đốt.
Thiết kế tủ điện đấu nối các linh kiện và đi dây sao cho thẩm mỹ và an toàn.
Nghiên cứu này tập trung vào thiết kế và thi công hệ thống điều khiển cho máy bơm nhiên liệu, sử dụng phương pháp xây dựng mô hình khung sườn trên phần mềm Solidworks Đồng thời, nghiên cứu cũng bao gồm lập trình và phát triển hệ thống điều khiển nhằm đảm bảo độ chính xác trong việc định vị đầu phun.
Nghiên cứu về lưu lượng của tia nhiên liệu, tỉ lệ nhiên liệu được đưa vào lò đốt sau mỗi lần phun.
Nghiên cứu ngưỡng nhiệt độ thấp và cao của lò giúp điều chỉnh cài đặt một cách tối ưu Việc này không chỉ nâng cao hiệu suất hoạt động của lò mà còn đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra hiệu quả hơn.
Nghiên cứu về nhiên liệu sinh học cho thấy rằng việc sử dụng bộ phận nâng cao hiệu suất có thể tăng cường hiệu suất của nhiên liệu khi gia nhiệt cho lò đốt So với việc không sử dụng bộ phận này, hiệu suất có thể tăng lên đáng kể, góp phần cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống.
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị
4.1 Thiết kế bộ điều khiển trung tâm:
4.1.1 Các linh kiện cơ bản của bộ điều khiển:
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic linh hoạt qua ngôn ngữ lập trình Nó hoạt động bằng cách quét các trạng thái đầu vào và đầu ra, và khi có sự thay đổi ở đầu vào, đầu ra sẽ thay đổi tương ứng Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hoặc State Logic.
- Ưu điểm của PLC so với Relay:
• Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
• Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
• Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
• Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
• Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như:máy tính, Modul mở rộng.
• Giá cả cá thể cạnh tranh được.
Hình 4.2 PLC Delta (model: DVP-16ES200T) Tùy vào nhu cầu sử dụng mà ta có thể chọn nhiều loại PLC khác nhau.
Do đó em sẽ chọn PLC Delta (DVP-16ES200T) với các thông số kỹ thuật như: + Điện áp nguồn cung cấp: 1 pha 220 Vac
+ Tốc độ xử lý: 0.54 às
+ Bộ nhớ chương trình: 16k bước lệnh
+ Kết nối truyền thông: RS232/RS485 theo chuẩn chuẩn MODBUS ASCII / RTU. + Tích hợp bộ đếm tốc độ cao
+ Loại ngõ ra: Relay hoặc Transistor
+ Phát xung tốc độ cao: max = 100 KHz
Giới thiệu chức năng từng phần trên PLC Delta DVP-16ES200T:
Hình 4.3 Các bộ phận và chức năng trên PLC Delta
HMI, viết tắt của Human-Machine Interface, là thiết bị giúp giao tiếp giữa người điều hành và máy móc Mọi phương thức mà con người tương tác với máy móc thông qua giao diện màn hình đều được coi là HMI Những lợi ích của HMI bao gồm việc nâng cao hiệu suất làm việc, cải thiện khả năng điều khiển và giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành.
• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin.
• Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết.
• Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
• Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức.
• Khả năng lưu trữ cao. Ứng dụng thực tế:
+ HMI luôn có trong các hệ SCADA hiện đại, vị trí của HMI ở cấp điều khiển, giám sát:
Hình 4.4 Sơ đồ vị trí ứng dụng của HMI Cấu tạo:
• Bộ nhớ chương trình: ROM,RAM, EPROM/Flash, … + Phần mềm: • Các đối tượng (Object)
• Các công cụ xây dựng HMI.
• Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối.
• Các công cụ mô phỏng
Nguyên lý hoạt động của HMI:
HMI (Giao diện người-máy) là cầu nối giữa người vận hành và máy móc thông qua PLC, kết nối bằng cáp tín hiệu Khi người dùng tương tác bằng cách nhấn nút hoặc điều chỉnh thông số trên màn hình HMI, yêu cầu sẽ được truyền đến PLC để điều khiển hoạt động của máy Đồng thời, hệ thống máy móc cũng có khả năng gửi thông tin về trạng thái và thông số hiện tại trở lại màn hình HMI qua PLC, giúp người vận hành giám sát và điều chỉnh quy trình hiệu quả.
Màn hình HMI Delta là lựa chọn phổ biến cho việc kết nối với PLC Delta, nhờ vào giá thành hợp lý và phần mềm lập trình thân thiện Hệ thống này không chỉ dễ lắp ráp mà còn tương thích với nhiều loại PLC từ các hãng khác, giúp người dùng tiết kiệm chi phí và thời gian trong quá trình lập trình.
Màn hình HMI Delta (DOP-107BV)
• Kiểu màn hình: TFT LCD
• Màn hình: Cảm ứng màu
• Độ phân giải màn hình: 800 x 480 pixels
• Kích thước màn hình hiển thị: 7 inch
• Bộ nhớ: Flash ROM, 256 Mbytes
Hình 4.6 Màn hình HMI Delta
4.1.1.3 Bộ điều khiển nhiệt độ đa kênh (module delta DTC-1000):
Bộ điều khiển nhiệt độ Delta DTC Series giúp tiết kiệm dây nối và cho phép lắp đặt nhiều module để giám sát nhiệt độ tại nhiều điểm khác nhau Chế độ điều khiển ngõ ra linh hoạt cho phép người dùng tùy chỉnh theo nhu cầu thực tế Ngoài ra, thiết bị còn được trang bị mật khẩu bảo vệ, ngăn chặn thao tác sai và giảm thiểu rủi ro hư hỏng do con người.
Bộ điều khiển chuyên dùng cho các hệ thống nhiệt độ trong công nghiệp: kiểm soát nhiệt độ trong lò hơi, Ưu điểm: • Kết nối đơn giản.
• Có thể kết nối nhiều nhất là 7 module DTC2000.
Hình 4.7 Module nhiệt độ Delta (DTC1000) Thông số kỹ thuật bộ điều khiển nhiệt Delta (DTC1000) Điện áp Điện áp 1 chiều 24 Vdc
Dải điện áp cho phép 90~110 % điện áp định mức
Công suất tiêu thụ 3W+3W khi kết nối thêm 1 moduel
R, S, B, L, U, TXK)Cảm biến Platinum PT (PT100, JPT100)Analog curent 0~20 mA, 4~10 mALinear Voltage 0~5 V, 0~10 VChế độ điều khiển PID,Chương trình PID,ON/OFF, Manual
Relay:SPST,Max.load:250VAC, Resistive load: 3A
Xung điện áp 12VDC, Max output current: 40mA
Dòng điện: DC 4 ~ 20mA (Load resistance: 1,000WΩ)
Truyền thông RS-485, tốc độ truyền 2,400~38,400 bps
Giao thức Giao thức Modbus, định dạng ASCII/RTU
Nhiệt độ vận hành 0 ~ 50 độ C
Nhiệt độ bảo quản -20 độ C ~ 65 độ C Độ cao lắp đặt < 2,000 m
Thời gian lấy mẫu của cảm biến (sensor) là 0,4giây/lần, đối với tín hiệu analog ngõ vào là 0,15giây/lần
Bộ điều khiển có thể cho phép cài đặt 64 bộ nhiệt độ và thời gian điều khiển
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật module DTC1000 Catalog và các chi tiết trên module DTC1000:
Loại thiết bị Mã hàng Thông số chính
- Đầu ra dòng điện 4 ~ 20mA
- Đầu ra điện áp tuyến tính 0 ~ 10V
- Đầu ra relay 250VAC/5A Module mở rộng song song DTC2000R - Bộ điều khiển lắp song song
DTC2000C - Bộ điều khiển lắp song song
- Đầu ra dòng điện 4 ~ 20mA
DTC2000L - Bộ điều khiển lắp song song
- Đầu ra điện áp tuyến tính 0 ~ 10V Bảng 4.2 Một số mã hàng module nhiệt độ được sử dụng phổ biến
Hình 4.8 Tài liệu sản phẩm các loại module nhiệt độ
4.1.1.4 Relay trung gian Omron (MY2N):
Rơle trung gian là thiết bị nhỏ gọn có chức năng chuyển mạch và khuếch đại tín hiệu điều khiển Thiết bị này thường được lắp đặt giữa các thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị công suất lớn hơn Với sự phổ biến của nó, rơle trung gian được sản xuất đa dạng với nhiều loại khác nhau như rơle trung gian 12V, 220V và rơle trung gian 8 chân.
Vai trò của Rơ le trung gian trong mạch điện điều khiển có vai trò rất quan trọng giúp:
+ Mạch điều khiển cách ly với mạch lực.
+ Mạch điện cách ly với cấp điện áp.
+ Có nhiệm vụ nhận các tín hiệu sử dụng 2 vị trí trở lên.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
+ Cấu tạo của rơ le trung gian bao gồm 2 phần chính là: cuộn hút (nam châm điện) và mạch tiếp điểm (mạch lực).
Nam châm điện bao gồm ba thành phần chính: lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây Cuộn dây có chức năng điều chỉnh cường độ và điện áp, hoặc có thể điều chỉnh cả hai Lõi thép động được cố định bằng vít điều chỉnh và gắn với lò xo để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
+ Tiếp điểm: Bao gồm tiếp điểm nghịch có vai trò đóng cắt tín hiệu thiết bị tải với dòng nhỏ được cách ly với cuộn hút.
Relay trung gian hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra từ trường hút khi dòng điện chạy qua cuộn dây của nó Khi dòng điện đi qua, từ trường được hình thành, tạo ra lực đòn bẩy để đóng hoặc mở tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của relay trung gian.
Tùy vào thiết kế mà số tiếp điểm điện sẽ thay đổi khác nhau Rơ le trung gian có
2 mạch hoạt động là: mạch điều khiển cuộn dây cho dòng chạy qua hay không và mạch điều khiển dòng điện có qua rơ le hay không.
Hình 4.10 kích thước và kí hiệu các chân của relay trung gian
Hình 4.11 Relay trung gian DC (trái) và relay trung gian AC (phải)
Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật của các loại relay trung gian
Bảng 4.5 Bảng điều kiện môi trường để relay hoạt động tốt
Lưu ý: Đây là những giá trị ban đầu.
* 1 Điều kiện đo: 1A ở 5VDC sử dụng phương pháp giảm điện áp.
* 2 Điều kiện đo lường: Áp dụng công suất vận hành định mức nhiệt độ môi trường xung quanh: 23 ° C
* 3 Điều kiện đo: Đối với 500 VDC được áp dụng cho cùng một vị trí như đo cường độ điện môi.
* 4 Nhiệt độ môi trường xung quanh: 23 ° C
* 5 Giá trị này được đo tại tần số chuyển đổi 120 hoạt động mỗi phút.
Contactor, hay còn gọi là khởi động từ, là thiết bị điện hạ áp có chức năng đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực Đây là một công tắc điều khiển điện, tương tự như relay nhưng có khả năng chịu dòng điện cao hơn Contactor được điều khiển bởi một mạch điện có năng lượng thấp hơn nhiều so với mạch điện mà nó điều khiển.
Contactor được thiết kế để ngăn chặn sự cố ngắn mạch một cách hiệu quả Nó có khả năng hoạt động với dòng điện từ vài Ampe đến hàng ngàn Ampe, cùng với điện áp từ 24 VDC cho đến kilovôn.
Contactor là thiết bị đóng ngắt điện phổ biến, hoạt động nhờ cơ cấu điện từ, khí động hoặc thủy lực, trong đó contactor điện từ được ưa chuộng nhất Ưu điểm nổi bật của contactor là khả năng dập tắt hồ quang hiệu quả nhờ vào tốc độ đóng ngắt nhanh, có thể đạt tới 1500 lần mỗi giờ.
Hình 4.12 Contactor của hãng CHINT
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của contator:
Contactor bao gồm 3 bộ phận chính:
1 Nam châm điện: gồm có các chi tiết: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm; Lõi sắt; Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.
2 Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.
3 Hệ thống tiếp điểm: gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ
Tiếp điểm chính của contactor có khả năng cho dòng điện lớn đi qua và thường ở trạng thái hở Khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện, tiếp điểm chính sẽ đóng lại, tạo điều kiện cho mạch từ hút lại.
Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường mở.
Contactor cơ bản bao gồm một đầu vào cuộn dây, có thể được cấp nguồn AC hoặc DC tùy theo thiết kế Cuộn dây điện từ này có thể sử dụng cùng điện áp với động cơ mà contactor điều khiển, hoặc được điều khiển bằng điện áp thấp hơn, thích hợp cho PLC và thiết bị điều khiển nhỏ Một số contactor có cuộn dây kết nối với mạch lực, thường được sử dụng để kiểm soát tăng tốc tự động, đảm bảo rằng các giai đoạn tiếp theo không bị ngắt cho đến khi động cơ hiện tại đã giảm tốc.
THI CÔNG SẢN PHẨM
Sau khi hoàn thành việc chuẩn bị các vật liệu: sắt, tôn, lắp ghép và hàn các bộ phận lại với nhau
Hàn các mối hàn sao cho đẹp và sạch sẽ
Hình 5.1 khung sườn sau khi hoàn thành
Sau khi hoàn thiện khung sườn và khung gá HMI, đặt thử và chỉnh sửa các bộ phận khác sao cho đẹp và chắc chắn.
Hình 5.2 Tổng thể khung sườn sau khi hoàn thành
Các mặt khung sườn sau khi hoàn thiện gia công.
Hình 5.3 Mặt trước khung sườn
Hình 5.4 Mặt bên khung sườn
Hình 5.5 Mặt sau khung sườn
5.2 Thi công bộ điều khiển:
Lắp ráp các linh kiện điện tử theo trình tự và các yêu cầu kỹ thuật của nhà sản xuất.
Hoàn thiện sơ bộ bộ điều khiển theo thứ tự: PLC, module nhiệt, relay trung gian,contactor
Kết nối đầu dò nhiệt độ PT100 (2 dây) vào module nhiệt độ, thông số trên module hiển thị 1, 2 và 3 là nơi lắp đặt đầu dò nhiệt.
Hình 5.7 Đấu nối Pt100 vào module cảm biến nhiệt độ
Dây nguồn 24V của HMI được kết nối trực tiếp với PLC mà không cần sử dụng bộ đổi nguồn trung gian Đầu còn lại của dây được kết nối với HMI, giúp truyền tải tín hiệu giữa PLC và HMI một cách hiệu quả.
Hình 5.8 Dây nguồn (24v) và dây kết nối HMI
Hình 5.9 Lắp ráp bộ điều khiển vào khung sườn
Hình 5.10 Lắp ráp cảm biến nhiệt, màn HMI và béc phun
5.3 Chạy thử mô hình sản phẩm:
Trong quá trình thử nghiệm, nhiệt độ môi trường bên ngoài đạt 49°C Người điều khiển có khả năng điều chỉnh ngưỡng nhiệt độ cao và thấp theo nhu cầu Bên cạnh đó, việc điều chỉnh số lần phun, thời gian phun và thời gian trễ giữa các lần phun cũng rất quan trọng.
Hình 5.11 Bảng điều khiển khi bắt đầu thử nghiệm
Để đảm bảo hoạt động hiệu quả của cảm biến nhiệt PT100, chúng ta cần điều chỉnh nhiệt độ đầu cảm biến sao cho nhiệt độ thực tế nằm giữa ngưỡng nhiệt độ thấp và ngưỡng nhiệt độ cao.
Sau khi nhiệt độ nằm trong ngưỡng nhiệt độ yêu cầu thì ta nhấn START để bộ phận nâng cao bắt đầu hoạt động.
Hình 5.12 Bảng điều khiển khi bắt đầu kích nhiệt
Sau khi nhiệt độ nằm trong ngưỡng nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp thì lúc này bộ điều khiển không điều khiển.
Vì nằm trong khoảng nhiệt độ cho phép, hiệu suất đã đạt hiệu suất tối đa
Hình 5.13 Bảng điều khiển khi nhiệt độ nằm trong khoảng yêu cầu
Khi nhiệt độ bắt đầu xuống mức ngưỡng thấp, tín hiệu từ PT100 chuyển về module nhiệt độ và chuyển về PLC.
Từ đó các chương trình được lập trình sẵn trong PLC sẽ điều khiển tín hiều đầu ra đến Relay trung gian.
Từ Relay trung gian kích dòng điện đến Contactor hút tiếp điểm lại với nhau và dòng điện di ra ngõ đến bộ phận máy bơm.
Tùy vào cài đặt trương trình của HMI mà thời gian nhảy của Relay trung gian và tiếp điểm của Contactor sẽ đóng lại.
Và thời gian giữa các lần đóng cắt cũng sẽ tùy thuộc vào cài đặt của người vận hành.
Hình 5.16 Relay trung gian và tiếp điểm Contactor trời về bình thường
Vì nguồn điện đầu ra từ Contactor là 220V, nhưng máy bơm lại dùng nguồn điện 24Vdc nên cần một bộ đổi nguồn trung gian để máy bơm hoạt động
Béc phun bắt đầu phun nhiên liệu dưới dạng phun sương, giúp giảm tiêu hao nhiên liệu đồng thời vẫn đảm bảo hiệu suất tối ưu cho lò đốt.
Hình 5.19 Béc phun nhiên liệu bắt đầu phun
5.4 Lập trình điều khiển PLC:
Lập trình PLC Delta cần phần mềm của nhà sản xuất (WPL_V2.50)
Tên ngôn ngữ PLC Ưu điểm Nhược điểm
- LAD với cấu trúc bậc thang dễ sắp xếp, tổ chức và tiện theo dõi.
- Cho phép ghi chú thích.
- Hỗ trợ chỉnh sửa online.
- Một số lập trình chức năng không có sẵn, đặc biệt là khó khăn trong việc lập trình chyển động hoặc phân luồng.
- Hoạt động tốt với các Chức năng điều khiển chuyển động.
- Trực quan và dễ dàng hơn đối với một số người dùng.
- Có thể gộp nhiều dòng lập trình thành một khối hoặc một số khối chức năng.
Việc sử dụng ngôn ngữ này có thể gây ra sự vô tổ chức, do bạn có thể đặt các khối chức năng ở bất kỳ vị trí nào trên trang Hệ quả là, quá trình khắc phục sự cố trở nên khó khăn hơn.
Ngôn ngữ PLC ST/STL
- Tính tổ chức cao và có khả năng tính toán các phép toán học lớn.
- Cho phép lập trình một số chức năng không có ở ngôn ngữ khác (LAD).
- Khó thành thạo các cú pháp.
- Rất khó để chỉnh sửa online.
Ngôn ngữ PLC SFC - Các quá trình có thể chia thành các bước chính từ đó giúp khắc phục sự cố nhanh hơn và dễ dàng
- Ngôn ngữ này không phải lúc nào cũng phù hợp với tất cả ứng dụng.
- Có thể truy cập vào trực tiếp vào phần logic đem xem vị trí của thiết bị bị lỗi.
- Có thể giúp quá trình thiết kế và viết chương trình nhanh hơn với khả năng sử dụng lặp đi lặp lại các thành phần logic riêng lẻ.
Bảng 5.1 Bảng so sánh các loại ngôn ngữ PLC
=> Dựa vào bảng trên chọn ngôn ngữ lập trình PLC là Ladder logic
5.4.1 Lập trình code cho PLC:
Hình 5.20 Code của bộ điều khiển (1)
Hình 5.20 Code của bộ điều khiển (2)
Hình 5.20 Code của bộ điều khiển (3)
Hình 5.20 Code của bộ điều khiển (4)
Hình 5.20 Code của bộ điều khiển (5)
5.4.2 Mô phỏng PLC quá trình vận hành:
+ Khi nhấn công tắc khởi động M10, dòng điện đi qua tiếp điểm thường đóng M11 và duy trì tiếp điểm M12, khiến các tiếp điểm thường đóng M12 đóng lại.
Sau khi so sánh, nếu nhiệt độ thực tế D100 thấp hơn ngưỡng D408, tín hiệu sẽ được truyền qua các tiếp điểm M13 và M12 để thiết lập M0.
+ Tiếp điểm thường đóng M0 đóng lại:
• Dòng điện đi qua tiếp điểm thường đóng T2, bắt đầu chạy TMR T1 D414 theo cài đặt màn hình HMI tùy vào người vận hành.
• Tiếp điểm thường hở T1 phía dưới đóng lại, bắt đầu chạy TMR T2 D416 theo cài đặt màn hình HMI tùy vào người vận hành.
Khi dòng điện đi qua T2, máy bơm sẽ được kích hoạt phun theo thời gian đã định Đồng thời, tiếp điểm thường hở T1 sẽ được kích hoạt để đếm, trong khi tiếp điểm thường đóng T2 sẽ ngắt, khiến máy bơm dừng lại và tiếp tục vòng lặp.
+ Timer thời gian T1 đếm kích hoạt máy bơm M21 phun sau một khoảng thời gian được cài đặt.
+ Đồng thời tín hiệu cũng đi qua bộ đếm INC, reset bộ đếm sau khi đủ số lần phun.
Nếu số lần phun thực tế D50 lớn hơn hoặc bằng số lần phun cài đặt D412, cần thực hiện việc reset M0 để tắt máy bơm và đồng thời reset số lần phun thực tế D50.
+ Khi nhiệt độ thực tế D100 vượt quá nhiệt độ ngưỡng của lò đốt D410, reset M0 và reset M50 tránh quá tải nhiệt cho lò đốt.
+ Vì sau khi nhấn START các tiếp điểm M12 luôn nhảy, nếu nhiệt độ thực tế D100 thấp hơn nhiệt độ ngưỡng thấp D408 thì SET M13.
+ Tiếp điểm M13 đóng, máy bơm hoạt đông liên tục trong trường hợp lò đốt cần phải gia nhiệt nhanh.
+ Phun đến khi nhiệt độ thực tế D100 lớn hơn nhiệt độ ngưỡng thấp D408 thì reset lại tiếp điểm M13.
Tiếp điểm thường hở Đưa tín hiệu ra ngoài PLC Tiếp điểm nhảy một lần Tiếp điểm thường đóng
Bảng 5.2 Các kí hiệu trong ngôn ngữ lập trình PLC
5.5 Lập trình màn hình HMI:
Hình 5.9 Lập trình HMI trên phần mềm DOP-soft
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN
Trong quá trình tham gia chế tạo bộ phận nâng cao hiệu suất lò đốt, chúng em đã nhận diện được nhiều khó khăn trong nghiên cứu Nhận thức được rằng kiến thức và kinh nghiệm của mình còn hạn chế, chúng em cam kết tiếp tục học hỏi và nâng cao kỹ năng trong lĩnh vực cơ khí và các ngành kỹ thuật khác Qua việc chế tạo máy, chúng em đã khám phá được những tính năng ưu việt cũng như những hạn chế mà máy gặp phải, từ đó đề ra các phương án khắc phục Dưới đây là một số ưu điểm và nhược điểm của máy mà chúng em đã ghi nhận.
Kết quả đạt được sau cuộc thử nghiệm hệ thống điều khiển hoạt động ổn định, không xảy ra các lỗi như:
+ Độ trễ tín hiệu phát đến máy bơm ổn định
- Nhiên liệu cung cấp hoạt động tốt, tăng được công suất hoạt động của lò đốt
- Giảm được nhiều nguyên liệu hóa thạch => giảm chi phí đầu vào => giảm được chi phí đầu ra => giá cả cạnh tranh.
- Giúp cho các cơ sở sản xuất kinh doanh đạt năng suất cao hơn.
- Dễ vận hành, bảo trì sửa chữa khi gặp trục trặt kỹ thuật do máy có cấu tạo đơn giản.
- Độ an toàn khi làm việc cao, không đòi hỏi phải tốn nhiều sức lực và thời gian cũng như trình độ người vận hành.
- Khung sườn thiết kế với lớp cách nhiệt mỏng.
- nhiệt tỏa ra từ lò đốt có thể làm hỏng các linh kiện điện tử.
Trong quá trình thiết kế và chế tạo máy, nhiều vấn đề thiết kế không hợp lý có thể làm giảm năng suất và ảnh hưởng đến sự ổn định trong hoạt động của máy Cần tiếp tục điều chỉnh những vấn đề này để nâng cao hiệu suất làm việc, đảm bảo máy hoạt động ổn định hơn và giảm giá thành sản phẩm.
- Để máy hoàn thiện hơn thì trong tương lai chúng ta có thể cải tiến và phát triển thêm như:
+ Tối ưu hóa thiết bị đầu phun
+ Nâng cấp khung sườn chống chịu nhiệt
+ Nghiên cứu sâu hơn áp dụng vào động cơ đốt trong
[1]https://patents.google.com/patent/US20090194042A1/en?qB47%2f02&q=c ombustion+chamber&q=water&q=fuel&page=2
[2]https://garan.vn/products/bec-phun-sieu-am-tao-suong-kho-sieu-min-co-hat-10- microns?gclid=Cj0KCQjw2NyFBhDoARIsAMtHtZ6rJgQH71i7Bd_axjqKDVwT 3je9oZuRyGE5pJ343iETmN-IIBczaZYaAoFoEALw_wcB
[3]FILE_20210903_120639_DELTA_IA-PLC_DVP-ES2-EX2-SS2-SA2-SX2-SE-TP_PM_EN_20181030 (3)
