nghiên cứu tổng quan hệ thống giám sát trạm nén khí .thiết kế chương trình điều khiển giám sát cho trạm nén khí có nhiều máy nén

Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của các ngành khoa học kĩ thuật, các phát minh sáng chế đã và đang đợc áp dụng rộng rãi và phổ biến, nhiều thành tựu khoa học kĩ thuật đã đem lại cho nền sản suất có những bớc tiến đột phá, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa. Các hệ thống truyền động khí nén đợc sử dụng rộng rãi bởi các u điểm mà các hệ thống truyền động khác không có nh : Kết cấu, sử dụng và điều khiển đơn giản, độ tin cậy làm việc cao, có thể sử dụng trong các môi trờng khắc nghiệt (phóng xạ, hoá chất). Mặc dù vẫn còn tồn tại nhữnghạn chế nhng các hệ truyền động khí nén vẫn đợc sử dịng rộng rãi và thành công trong nhiều lĩnh vực. Sau quá trình tìm hiểu cùng sự giúp đỡ của thầy giáo hớng dẫn em đã hoàn thành đợc đề tài thiết kế môn học Nghiên cứu tổng quan hệ thống giám sát trạm nén khí .Thiết kế chơng trình điều khiển giám sát cho trạm nén khí có nhiều máy nén đợc giao với các yêu cầu sau: - Trình bày những vấn đề cơ bản về máy nén khí, các trang thiết bị phục vụ cho quá trình vận hành và tự động hoá hệ thống trạm khí nén. - Từ những yêu cầu về giám sát và bảo vệ trạm khí nén đi sâu thiết kế hệ thống nhiều máy nén khí dựa trên thiết bị logic khả trình PLC S7- 300 Em rất mong nhận đợc sự đánh giá, góp ý của các thầy cô giáo để có thể tìm hiểu và bổ xung cho thiết kế đợc hoan chỉnh. Sinh viên thiết kế Khái niệm máy nén khí 1.2. Phân loại máy nén khí ự động khống chế máy nén khí CHƯƠNG 2: !"#$% 2.1.Yêu cầu 2.2. Đặc tính của máy nén &'Cấu trúc tổng quát của hệ thống khí nén sử dụng máy nén piston '()()*+,$- ".("#%)/!01,23'44 3.1. Thiết kế sơ bộ và các lu đồ thuật toán điều khiển và giám sát hệ thống nhiều máy nén khí 3.2. Các lu đồ thuật toán cần thiết để xây dựng hệ thống ''5ng dụng lập trình PLC vào hệ thống điều khiển tự động trạm khí nén 6 789 :;7<=:9 >?9 :;@A@79 79 :; Xây dựng mạch điều khiển,mạch động lực 4.1.1. Mạch điều khiển 4.1.2. Mạch công suất 4.2. Viết chơng trình giám sát hệ thống ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC s7-300 )(B +$)/% Khái niệm máy nén khí Khí nén có nhiều công dụng : là nguyên liệu sản xuất (trong công nghiệp hoá học),là tác nhân mang năng lợng (khuấy trộn tạo phản ứng),là tác nhân mang tín hiệu điều khiển (trong kĩ thuật tự động bằng khí nén ),là nguồn động lực ,cấp hơi khí cho kích,tua bin Nguồn cấp khí nén là máy nén khí. Máy nén là máy để nén khí với cơ số tăng áp > 1,15 và có làm lạnh nhân tạo ở nơi xảy ra quá trình nén khí. Công dụng của máy nén khí là nén khí và di chuyển khí nén đến nơi tiêu thụ theo hệ thống ống dẫn. 1.2. Phân loại máy nén khí a. Theo nguyên lí làm việc , gồm có : + Máy nén thể tích : Trong máy này áp khí tăng do nén cỡng bức nhờ giảm thể tích dãn cách không gian làm việc , loại này có máy nén pittong, máy nén rôtor (cánh trợt , bánh răng) + Máy nén động học : Trong máy này áp khí tăng do đợc cấp động năng c- ỡng bức nhờ có cơ cấu làm việc , loại này có máy nén li tâm, máy nén hớng trục. b. Theo áp suất có : + Máy nén áp suất cao + Máy nén áp suất trung bình + Máy nén áp suất thấp + M áy nén chân không c. Theo năng suất + Loại lớn + Loại vừa + Loại nhỏ d. Theo cách làm mát + Làm lạnh theo quá trình nén + Không làm lạnh e. Theo số cấp nén + Máy nén một cấp + Máy nén nhiều cấp f. Theo cấu tạo + Máy nén piston + Máy nén cánh gạt + Máy nén Rôto + Máy nén trục vít + Máy nén li tâm Tất cả máy nén đều làm việc với chu trình ngợc với động cơ pittông hoặc tuabin.Phạm vi áp suất của một số loại máy nén cho ở bảng 1-1 Loại máy nén áp suất làm việc (at) Năng suất (m 3 /h) Máy nén pit-tông Máy nén cánh gạt Máy nén trục vít Máy nén ly tâm Máy nén tua bin Máy nén hớng trục 0-3000-100000 0-12 0-10 0-50 0-20 0-10 0-30000 0-6000 0-30000 6000-300000 6000-900000 Rất lớn 1.3.Các thông số cơ bản của máy nén Một máy nén có 3 thông số cơ bản sau : + Tỉ số nén ( ) là tỉ số giữa áp khí ra và áp suất khí vào của máy nén = )( )( Vao Ra P P (1-1) + Năng suất của máy nén (Q) : là khối lợng (kg/s) hay thể tích ( m 3 /h) khí mà máy nén cung cấp trong một đơn vị thời gian. + Công suất của máy nén (N) : là công suất tiêu hao để nén và truyền khí. Ngoài ra máy nén còn có các thông số về hiệu suất máy nén, về khí nén (nhiệt độ, áp suất khí vào ra, lí tính và hoá tính của khí với các thông số khí đặc tr- ng). ự động khống chế máy nén khí Để đảm bảo cấp khí nén hợp lí cho các thiết bị tiêu dùng máy nén phải đợc tự động khống chế nhằm thoả mãn 2 điều kiện chính : - Đảm bảo lu động tiêu thụ - Đảm bảo áp suất khí yêu cầu, thờng giới hạn ( 8-10 %) áp suất yêu cầu. Ngoài ra khí nén còn phải đợc đảm bảo về chất lợng nh độ ẩm, sạch theo yêu cầu riêng. Máy nén khí thờng kèm theo các bộ lọc và bình chứa khí với mục đích : - Điều hoà lu lợng, áp suất, khử các xung áp trong kênh tiêu thụ đối với máy nén piston. - Làm việc dễ dàng việc điều chỉnh giới hạn cực đại hoặc cực tiểu của áp suất, hạn chế tới giá trị có thể của tần suất mở máy động cơ lai. - Tránh các sụt áp đột ngột của khí khi có tiêu thụ đột ngột trong một thời gian ngắn ( nh phanh khí nén, chuyển động của kích khí có piston lớn ) - Làm mát khí nén và ngng tụ hơi nớc, tạp chất Đối với thiết bị dới 10KW ngời ta thờng dùng tiếp điểm áp khí đảm bảo dừng động cơ khi bình chứa áp suất (đặt) cực đại và chạy lại động cơ khi áp suất đặt cực tiểu. Tiếp điểm áp khí sẽ đóng cắt công tắc tơ cấp điện cho động cơ kéo máy nén. Một bình trung gian đợc lắp trên dờng ống dẫn khí và có thể tích đợc tính toán sao cho 5-6s đầu động cơ đạt tốc độ bình thờng mà không có áp suất, tránh mở máy có áp suất. Một đầu xả gắn với tếp điểm áp khí sẽ đảm bảo xả khí trong bình phụ vào khí quyển khi động cơ dừng, van bi một chiều khi đó sẽ đóng kín do vậy khi động cơ chạy lại thì không có áp suất đặt vào máy nén khi mới mở máy. Khi công tắc tơ đóng thì đầu xảcũng đóng, khí điều hành tiếp điểm áp khí lấy từ bình chứa, thờng tiếp điểm áp khí đóng mạch cho động cơ khi p 9-10 bar và ngắt mạch động cơ khi p 2-3 bar. Đối với thiết bị trên 10KW ngời ta thờng dùng cơ cấu điện khí, khi áp kế đạt giá trị cực đại, tiếp điểm áp kế mở ra và động cơ dừng. Bình thờng van điện không hút và đờng xả khí đóng kín. Khi áp suất giảm tới giá trị cực tiểu, tiếp điểm áp kế sẽ đóng lại do lực lò xo điều chỉnh áp suất. Động cơ mở máy kéo máy nén . Van điện đợc cấp điện 5-6s để mở cửa xả, giảm tải cho động cơ khi mở máy. CHƯƠNG 2: 2.1.Yêu cầu Máy nén không đòi hỏi về thay đổi tốc độ,trừ trờng hợp đặc biệt.Do vậy ,với máy nén có năng suất dới 10m 3 /ph thờng kéo bằng động cơ không đồng bộ. Nếu lới điện khoẻ ,có thể mở máy trực tiếp với động cơ rotor ngắn mạch.Nếu lới điện yếu thì dùng động cơ rotor dây quấn,mở máy gián tiếp qua điện trở mở máy .Trong cả hai trờng hợp thì momen mở máy không nhỏ hơn 0,4M đm và momen cực đại không quá 1,5M đm . Máy nén có năng suất lớn hơn 20m 3 /ph thờng kéo bằng động cơ không đồng bộ .Trờng hợp này cần momen mở máy không dới 0,4M đm và momen khi kéo vào đồng bộ không dới 0,6M đm .Động cơ đồng bộ kéo máy nén pittong thờng đóng trực tiếp vào lới. Máy nén tua bin (turbocompressor)cũng dùng động cơ đồng bộ để truyền động .Nếu công suất lớn (vài ngàn kW)thì mở máy qua cuộn kháng hoặc biến áp tự ngẫu .Điện áp mở máy ban đầu đặt vào động cơ khoảng 0,64U đm . Tính công suất động cơ truyền động máy nén có thể theo công thức 2102600 ai t dk LL Q kP + ì ì = [kW] Trong đó: Q-năng suất máy nén [m 3 /ph] k -hiệu suất máy nén , k =0,5 ữ 0,8; td à -hiệu suất bộ truyền;truyền đai thì td à =0,85 L i ,L a -công nén đẳng nhiệt và đoạn nhiệt (kGm) k-hệ số dự trữ,k=1,1 ữ 1,15 Cũng có thể chọn công suất động cơ theo công thức 6,81 Qz kP = [kW] Trong đó:z-hệ số Đại Lợng p suất cuối (là áp suất máy nén +1at) (at) 3 4 5 6 7 8 9 10 L i 11.000 13.90 0 16.10 0 17.90 0 19.50 0 20.80 0 22.00 0 23000 L a 12.90 0 17.10 0 20.50 0 23.50 0 26.10 0 28.60 0 30.70 0 32.700 Z 200 260 300 345 360 410 440 464 2.2. Đặc tính của máy nén a)Máy nén pittông:là loại máy nén thể tích .Tuỳ theo áp suất làm việc chia ra:máy hút chân không ,máy nén áp suất thấp (<10 at),áp suất trung bình (10-100 at)và áp suất cao (>100 at). Hình 1-1:Sơ đồ của máy nén pittong và đồ thị chu trình nén lý thuyết Một chu kì làm việc của máy nén gồm các giai đoạn:hút,nén và đẩy khí (hình 1-1)và đờng biểu diễn một chu trình nén về lí thuyết gồm:đờng hút 1-2 với áp suất vào p v không đổi,đờng nén 2-3 tăng áp suất cỡng bức từ p v lên p r và đờng đẩy 3-4 với áp suất ra p r không đổi. Công tiêu hao cho một chu trình lí thuyết biểu thị bởi diện tích 1-2-3-4-1 bao gồm: -Công hút khí (âm) biểu thị bởi diện tích 0-2 -2-1-0 W hút =p v V 1 -Công nén khí (dơng) biểu thị bởi diện tích 2-3-3 -2 -2 W nén =- 3 2 pdV dấu (-) là do thể tích giảm khi nén -Công đẩy khí (dơng) biểu thị bởi diện tích 3-4-0-3 -3 W đẩy =p r V 2 Do đó W ch.t =-p v V 1 - 3 2 pdV +p r V 2 vì p r V 2 -p v V 1 = 3 2 )( p Vd nên W ch.t = 3 2 )( p Vd - 3 2 pdV = 3 2 Vdp (1-2) Công nén 1kg khí là === 3 2 3 2 . . vdpdp M V M W W tch tch , kg J (1-3) Trong đó :M-khối lợng khí ra trong một chu trình [kg] v-thể tích riêng của khí [m 3 /kg] Quá trình nén có thể là đẳng nhiệt,đoạn nhiệt hay đa biến,nên công tơng ứng là: -chu trình đẳng nhiệt: p TR vconstT R pv àà === v r tch p p T R vdpW ln 1 3 2 . == à [J/kg] (1-4) trong đó :R-hằng số khí (lí tởng),R=8,31.10 3 J/kmol. 0 K à -trọng lợng phân tử khí -chu trình đoạn nhiệt: pv k =const == 1 1 1 1 3 2 . k k v r tch p p T R k k vdpW à [J/kg] (1-5) Trong đó :k-chỉ số đoạn nhiệt khí (lí tởng),là tỉ số giữa nhiệt dung đẳng áp và đẳng tích của khí. v p C C k = với khí 1 nguyên tử,k=1,66 -1,67 khí 2 nguyên tử,k=1,40 -1,41 khí 3 nguyên tử,k=1,30 -1,33 -chu trình đa biến: constpv n = == 1 1 1 1 3 2 . n n v r tch p p T R n n vdpW à [J/kg] (1-6) Trong đó: n-chỉ số đa biến [...]... máy nén (8 đến 20 giây) - Giai đoạn đầu của quá trình khởi động máy nén mở hai van ra nhằm thổi nớc trong đờng khí ra ngoài +Bình khí nén (chai gió) :Phải đợc cấp chứng chỉ - chơng 3: thiết kế điều khiển và giám sát hệ thống nhiều máy nén bằng thiết bị logic khả trình plc s7-300 3.1 Thiết kế sơ bộ và các lu đồ thuật toán điều khiển và giám sát hệ thống nhiều máy nén khí Chức năng : Xác định số máy nén. .. chơng trình giám sát hệ thống ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC s7-300 kết luận: Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu, trong thiết kế của mình em đã tìm hiểu và thực hiện đợc các yêu cầu sau : Chơng 1 :tổng quan về máy nén Chơng 2:yêu cầu về trang bị điện cho máy nén Chơng 3:thiết kế điều khiển và giám sát hệ thống nhiều máy nén bằng thiết bị logic khả trình plc s7-300 chơng 4:viết chơng trình điều. .. hiệu trạm nén khí cần thiét là 2 máy nén C2 = 0: Tín hiệu trạm nén khí cần thiết là khác 2 máy nén C3 = 1: Tín hiệu trạm nén khí cần thiết số lợng khác 3 máy + Phơng trình xác định số lợng máy nén cần thiết là 1 máy không kể máy nén nào - Nếu áp suất bình cao áp giảm còn 0,9 P đm, yêu cầu hoạt động là 1 máy nén thì phơng trình thuật toán chứa những thành phần sau: b1d1 (3-4) - Có một máy nén đang hoạt... (3-6) - Có hai máy nén đang hoạt động và không có hiện tợng áp suất sụt giảm xuống còn 0,7 Pđm thì phơng trình thuật toán chứa những thành phần sau: b3d 3 (3-7) Vậy phơng trình xác định số lợng máy nén hoạt động cần thiết là 2 máy nén nh sau: c 2 = b 2d 2 + b3d 3 (3-8) + Phơng trình xác định, số lợng máy nén cần thiết là 3 máy không kể máy nén nào - Nếu trạm nén khí đang có hai máy nén hoạt động mà có hiện... P đm thì phơng trình thuật toán chứa những thành thành phần sau: b3d3 (3-9) Vậy phơng trình xác định số lợng máy nén cần thiết là 3 máy nh sau: c3 = b3d3 (3-10) 3.3 ứng dụng lập trình PLC vào hệ thống điều khiển tự động trạm khí nén PLC ,viết tắt của Programmable Logic Control ,là thiết bị điều khiển logic lập trình đợc,hay khả trình ,cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông... ra của khối :các tín hiệu này sẽ đợc đa tới công-tắc-tơ có tiếp điểm cấp điện cho đèn báo b1 = 1 : Có 1 máy đang hoạt động b1 = 0 : Có số máy đang hoạt động khác 1 máy b2 = 1 : Có 2 máy đang hoạt động b2 = 0 : Có số máy đang hoạt động khác 2 máy b3 = 1 : Có 3 máy đang hoạt động b3 = 0 : Có số máy đang hoạt động khác 3 máy Từ các điều kiện trên ta có bảng sự thật sau : a1 a2 a3 b1 b2 b3 0 0 0 0 0 0 0... Không có tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn 0,8Pđm d3 = 1: Tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn 0,7 Pđm d3 = 0: Không có tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn 0,7Pđm b1, b2, b3 số lợng máy nén đang hoạt động là 1,2 và 3 máy C1 = 1: Tín hiệu trạm nén khí cần thiết là 1 máy nén C1 = 0: Tín hiệu trạm nén khí cần thiết số lợng khác 1 máy nén C2 = 1: Tín hiệu trạm nén. .. Do đó chỉ số đa biến của đờng cong nén sẽ thấp hơn và của đờng cong dãn sẽ cao hơn chỉ số đa biến khi không có rò khí = pr pv Do trong máy nén có khoảng hại VH nên tỉ số nén bị hạn chế Trờng hợp cần tỉ số nén cao ,ngời ta dùng cách nén nhiều cấp ,có làm lạnh đẳng áp trung gian Tơng quan giữa số cấp phù hợp và tỉ số nén của các máy nén cho ở bảng 1-2: Số cấp z Tỉ số nén 1 2 7 5-30 3 13-150 4 35-400 5... không có hiện tợng sụt giảm áp suất còn 0,8 Pđm thì phơng trình thuật toán chứa những thành phần sau b2d 2 Vậy phơng trình xác định số lợng máy nén cần thiết là 1 máy c1 = b1d1 + b2d 2 (3-5) + Phơng trình xác định số lợng máy nén cần thiết là 2 máy nén không kể máy nén nào - Nếu đang có một máy nén hoạt động khi áp suất giảm còn 0,9 P đm nhng áp suất tiếp tục giảm xuống còn 0,8 P đm thì phơng trình. ..Hình 1-2:Đồ thị chu trình (lí thuyết )máy nén với các chỉ số đa biến khác nhau Khi giá trị n=1 hay n=k ,ta có quá trình đẳng nhiệt hay đoạn nhiệt.Với các giá trị khác nhau của n,công và đồ thị chu trình cũng khác nhau Các máy nén đều thực hiện chu trình nén khí thực nên công thực cũng lớn hơn công tính cho chu trình lí tởng Hình (1-3) cho đồ thị của một chu trình thực Trong chu trình thực ,khi pittong . hệ thống giám sát trạm nén khí .Thiết kế chơng trình điều khiển giám sát cho trạm nén khí có nhiều máy nén đợc giao với các yêu cầu sau: - Trình bày. về máy nén khí, các trang thiết bị phục vụ cho quá trình vận hành và tự động hoá hệ thống trạm khí nén. - Từ những yêu cầu về giám sát và bảo vệ trạm khí