thiết kế hệ thống điều khiển hệ truyền động điện cho trạm khí

ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG Mục lục trang Lời giới thiệu 3 Chương 1: Tổng quan về máy nén khí 1.1. Giới thiệu về máy nén khí 4 1.2. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén khí 5 1.2.1. Máy nén pittong 5 1.2.2. Máy nén roto cánh trượt 7 1.2.3. Máy nén trục vít 8 1.2.4. Máy nén ly tâm 9 1.2.5. Máy nén hướng trục 11 Chương 2 : Thiết kế hệ thống điều khiển hệ truyền động điện cho trạm khí nén có nhiều máy nén khí 2.1. Yêu cầu cơ bản về truyền động điện và trang bị điện cho máy nén 13 2.1.1. Cơ sở tính toán hệ truyền động điện máy nén khí 13 2.1.2. Yêu cầu về trang bị điện – điện tử điều khiển máy nén 14 và hệ thống khí nén 2.2. Các cảm biến và bảo vệ an toàn trong hệ thống máy nén khí 15 2.2.1. Cầu chì 15 2.2.2. Role nhiệt 16 2.2.3. Áptômát 17 2.2.4. Thermistor bảo vệ động cơ 18 2.2.5. Rơle hiệu áp dầu 19 2.2.6. Rơle áp suất cao và thấp 20 1 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG 2.2.7. Bảo vệ nhiệt độ đầu đẩy 21 2.3. Lựa chọn cấu hình trạm nén khí 21 2.4. Sơ đồ động lực và điều khiển hệ thống 23 Chương 3: Chương trình điều khiển 3.1. Cấu hình trạm PLC 30 3.2. Liệt kê các đầu vào ra 31 3.3. Lưu đồ thuật toán 34 3.3.1. Lưu đồ thuật toán điều khiển toàn bộ trạm khí nén 34 3.3.2. Lưu đồ thuật toán chọn máy chủ 35 3.3.3. Các bước chuẩn bị khởi động máy nén khí 36 3.3.4. Các bước khởi động máy nén khí 37 3.3.5. Điều chỉnh tự động máy nén khí 38 3.4. Chương trình 39 Kết luận 46 Tài liệu tham khảo 47 2 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG Lời giới thiệu Ứng dụng khí nén đã có từ thời trước Công Nguyên, tuy nhiên sự phát triển của khoa học khĩ thuật thời đó không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu… cồn thiếu, cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rât hạn chế. Mãi đến thế kỷ thứ 19 các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt được phát minh. Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượn điện , vai trò sự dụng năng lượng bằn khí nén bị giảm dần. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng bằng khí nén vãn đóng một vai trò cốt yếu trong một số lĩnh vực mà sử dụng điện không an toàn, không hiệu quả kinh tế. Khí nén được sử dụng ở một số các dụng cụ nhỏ nhưng có yêu cầu về tốc độ cao và ó năng lượng lớn như búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh …. nhất là các dụng cụ đồ gá kệp chặt trong các máy. Sau chiến tranh thế giới thứ 2, việc sử dụng khí nén ngày càng phát triển mạnh mẽ. những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén mới được sáng chế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Sự kết hợp khí nén với điện – điện tử sẽ quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển trong tương lai. Vì nhưng ưu điểm của khí nén như là có độ nhớt động học cao nên việc truyền tải đi xa trong các đường ông có hiệu suât cao tổn thất it, hơn nữa việc sử dụng khí nén là rất an toàn trong việc phòng tránh cháy nổ. Và hơn nữa việc sử dụng khí nén là rất sạch không gây ô nhiễm môi trường, chi phí cho việc sử dụng khí nén là thấp…. Chính vì những ưu điểm đó của khí nén mà hiện nay ứng dụng của nó trong một số ngành công nghiệp tỏ ra rất là hiệu quả và đạt được lợi nhuận về khinh tế cao. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY NÉN KHÍ 3 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG 1.1. Giới thiệu tổng quan về máy nén khí Khí nén có nhiều công dụng: là nguyên liệu sản xuất ( trong công nghiệp hóa học ), là tác nhân mang năng lượng ( khuấy trộn tạo phản ứng ), là tác nhân mang tín hiệu điều khiển ( trong kỹ thuật tự động bằng khí nén ), là nguồn động lực , cấp hơi cho kích, tua bin… Để tạo ra các nguồn khí nén này ta phải cần có máy nén khí. Nhiệm vụ chủ yếu của máy nén khí là tạo ra áp suất cho một nguồn khí nào đó trong bình chứa hay còn gọi là bình tích. Sáu đó nhờ áp suất lớn trong bình khí sẽ được truyền đi để cấp cho một quá trình công nghệ nào đó( và ở đây ta chủ yếu xét đến máy nén không khí ). Máy nén có thể được phân loại như sau [ tr 139,2]: a) Máy nén làm việc theo nguyên lý thể tích gồm có: máy nén pittông, máy nén roto cánh trượt, máy nén trục vít v.v…; b) Máy nén ly tâm ; c) Máy nén làm việc theo nguyên lý cánh nâng; d) Máy nén tuy e; e) Máy nén một hoặc nhiều cấp; f) Theo đối tượng nén: máy nén không khí , máy nén khí CO 2 , máy nén hơi NH 3 , máy nén hơi phreon v.v…; g) Theo đặc điểm cáu tạo: máy nén kín, nửa kín và nửa hở ( đối với động cơ ) 1.2. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của một số loại máy nén khí 4 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG 1.2.1. Máy nén pittong a. Cấu tạo Kết cấu cụ thể của các máy nén pittong là rất đa dạng, tuy vậy từng máy đều có các bộ phận chính chu yếu sau: Thân máy, trục khủy hay lệch tâm, xi lanh, pittong, biên, con trượt, ắc pittong, các van hút và van đẩy, hệ thông bơm dầu bôi trơn, hệ thống làm mát máy, các đồng hồ đo áp lực dầu, áp lực mỗi cấp nén, hộp đệm kín cho cán pittong và đầu trục ra của máy nén phía nhận truyền truyền động từ động cơ, các van chặn ở cửa hút, đẩy, van trên đường nối tắt, van an toàn, bảng điều khiển…[2] Máy nén kiểu pittong được chia ra làm hai loại: + Máy nén một cấp + Máy nén nhiều cấp Sau đây là cấu tạo đơn giản của máy nén pittong một cấp Hình 1.2.1 : Cấu tạo của máy nén pittong 1 – Pittong , 2 – Xilanh , 3 – Con đẩy , 4 – Con trượt , 5 – Thanh truyền 6 – Tay quay , 7 – Van nap , 8 - Van xả b. Nguyên lý hoạt động 5 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG Hình 1.2.2 : Nguyên lý hoạt động của máy nén pittong – một cấp Máy nén khí pittong một cấp ở kì nạp, chân không được tạo lập phía trên pittong, do đó không khí được đẩy vào buồng nén không qua van nạp. Van này mở tự động do sự chênh lệch áp suất gây ra bởi chân không ở trên bề mặt pittong. Khi pittong đi xuống tới “ điểm chết dưới ” và bắt đầu đi lên, không khí đi vào buồng nén do sự mất cân bằng áp suất phía trên và dưới nên van nạp đóng lại và quá trình nén khí bắt đầu xảy ra. Khi áp suất trong buồng nén tăng tới một mức nào đó sẽ làm cho van thoát mở ra, khí nén sẽ thoát qua van thoát để đi vào hệ thống khí nén. Cả hai van nạp và thoát thường có lò xo và cả 2 van đóng mở tự động do sự thông khí sự chênh lệch áp suất ở phía của mỗi van. Sau khi pittong lên đến “ điểm chết trên ” và bắt đầu đi xuống trở lại, van thoát đóng và một chu trình nén khí mơi bắt đầu. Máy nén khí kiểu piston một cấp có thể hút được lượng đến 10m/phút và áp suất nén được 6 bar, có thể trong một số trường hợp áp suất nén đến 10 bar. Máy nén khí kiểu piston 2 cấp có thể nén đến áp suất 15 bar. Loại máy nén khí kiểu piston 3,4 cấp có thể nén áp suất đến 250 bar. 6 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG Hình 1.2.3 : Nguyên lý và cấu tạo của máy nén pittong 3 cấp Loại máy nén khí một cấp và hai cấp thích hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén trong công nghiệp. 1.2.2. Máy nén roto cánh trượt a. Cấu tạo Máy nén rôt cánh trượt cũng làm việc theo nguyên lý thể tích. Cấu tạo và hoạt động của nó được thể hiện ở hình 1.2.4. Trong đó 1 cánh trượt, trượt trên roto và stato. Roto 3 được đặt lệch tâm một khoảng e nào đó vì vậy khi roto quay sẽ làm thay đổi thể tích khí từ đầu vào đến đầu ra. 7 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG Hình 1.2.4 : Cấu tạo máy nén khí roto cánh trượt b. Nguyên lý hoạt động Từ hình 1.2.4 ta thấy, khi roto 1 đặt lệch tâm với stato 2 một khoảng là e quay theo chiều kim đồng hồ thì các cánh 4 sẽ luôn tỳ cạnh ngoài vào thành trong của stato 2. Dung tích khoảng 3 chứa đầy khí ( hoặc hơi ) vừa hoàn thành quá trình hút sẽ bắt đầu quá trình nén cho tới khi cánh phía trước đến cửa đẩy.Quá trình đẩy hết khí nén ra khỏi khoang 3 khi cánh 4 đến cửa đẩy. Phía sau cánh 4 lại có dung tích khí tiếp theo.[2,6] Năng suất của máy nén phụ thuộc vào kích thước của roto, stato và số vòng quay của roto. 1.2.3. Máy nén trục vít a. Cấu tạo Máy nén trục vít cũng làm việc theo nguyên lý thể tích. Cấu tạo và hoạt động của nó được thể hiện ở hình 1.2.5. Nó gồm hai trục vít nhiều mối răng ăn khớp và quay ngược chiều nhau. Một trục dẫn, nhận truyền động từ động cơ, và truyền cho trục bị dẫn qua cặp bánh răng nghiêng. 8 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG Hình 1.2.5: Cấu tạo máy nén trục vít b. Nguyên lý hoạt động Khi các trục vít quay nhanh, không khí được hút vào bên trong vỏ thông qua cửa nạp và đi vào buồng khí ở giữa các trục vít và ở đó không khí được nén giữa các răng khi buồn khí nhỏ lại, sao đó khí nén đi tới cửa thoát. Cả cửa nạp và cửa thoát sẽ được đóng hoặc được mở tự động khi các trục vít quay hoặc không che các cửa. Ở cửa thoát của máy nén khí có lắp một van một chiều để ngăn các trục vít tự quay khi quá trình nén đã ngừng. Máy nén khí trục vít có nhiều tính chất giống với máy nén khí cánh gạt, chẳng hạn như sự ổn định và không dao động trong khí thoát, ít rung động và tiếng ồn nhỏ. Đạt hiệu suất cao nhất khi hoạt động gần đầy tải. Lưu lượng từ 1,4m/phút và có thể lên tới 60m/phút 1.2.4. Máy nén ly tâm a. Cấu tạo - Vỏ máy: Vỏ máy là chi tiết có cấu tạo phức tạp, có khối lượng lớn, là giá đỡ cho các chi tiết khác. Trong vỏ máy có các ổ trục để đỡ các trục máy, có các áo nước để dẫn nước làm mát, có các khoang để dẫn khí. Vỏ máy được chế tạo thành 2 nửa để thuận tiện cho việc tháo lắp, tuy nhiên cũng 9 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG có loại vỏ máy được chế tạo liền khối. Vỏ máy thường được chế tạo bằng gang xám hay bằng gang hợp kim.[6] Hình 1.2.6: Cấu tạo vỏ máy và trục máy nén ly tâm - Trục máy nén ly tâm: Trục để lắp các bánh công tác lên đó nhận truyền động từ động cơ dẫn động, quay với vận tốc cao để thực hiện quá trình nén khí. Trục máy được lắp vào các các ổ đỡ trên vỏ máy. Trục máy được chế tạo bằng thép hợp kim.[6] - Bánh công tác: Bánh công tác được lắp trên trục máy quay theo trục máy để làm biến đổi động năng chất khí, thực hiện quá trình nén khí, trên bánh công tác có các bánh cong. Có 3 loại bánh công tác, bánh công tác hở, bánh công tác nửa hở, bánh công tác kín.[6] Hình 1.2.7: Cấu tạo bánh công tác của máy nén ly tâm - Cánh định hướng (hay vách ngăn hay cánh tĩnh- diffuser): Là một tấm kim loại đặt sát với bánh công tác, đóng vai trò dẫn hướng dòng khí đi từ cửa xả của cấp nén này tới cửa nạp của cấp nén kế tiếp, cánh định hướng 10 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 [...]... cánh động tiếp theo Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho tới khi đến cánh động và tĩnh cuối cùng 12 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO TRẠM KHÍ NÉN CÓ NHIỀU MÁY NÉN KHÍ 2.1 Yêu cầu cơ bản về truyền động điện và trang bị điện cho máy nén 2.1.1 Cơ sở tính toán hệ truyền động điện. .. TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG 3.3 Lưu đồ thuật toán 3.3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển toàn bộ trạm khí nén Bắt đầu Chọn máy chủ Chuẩn bị khởi động máy nén khí Báo động và không cho hệ thống hoạt động Khởi động máy nén khí Dừng sự cố Điều chỉnh tự động trạm khí nén Dừng sự cố Dừng máy nén khí Kết thúc 33 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ... hiệu điều khiển của tram khí nén có thể đặt trực tiếp từ màn hình OP7 hay máy tính điều khiển trung tâm hoặc được điều khiển - trực tiếp bằng tay từ các đầu vào của PLC I0.0 :Tín hiệu vào cho phép điều khiển bằng tay ( B0 ) I0.1 :Tín hiệu cho phép động cơ lai máy nén khí 1 hoạt động( B1) I0.2 :Tín hiệu cho phép động cơ lai máy nén khí 2 hoạt động( B2) I0.3 :Tín hiệu cho phép động cơ lai máy nén khí 3... role trung gian R8 Q9.1 : Điều khiển đóng mở role trung gian R9 Q9.2 : Điều khiển đóng mở role trung gian R10 Q9.3 : Điều khiển đóng mở role trung gian R11 Q9.4 : Điều khiển đóng mở role trung gian R12 Q9.5 : Điều khiển đóng mở van V1 Q9.6 : Điều khiển đóng mở van V2 Q9.7 : Điều khiển đóng mở van V3 Q10.0 : Điều khiển đóng mở van V4 Q10.1 : Điều khiển đóng mở van V5 Q10.2 : Điều khiển đóng mở van V6 Q10.3... ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG - Q8.1 : Điều khiển đóng mở role trung gian R1 Q8.2 : Điều khiển đóng mở role trung gian R2 Q8.3 : Điều khiển đóng mở role trung gian R3 Q8.4 : Điều khiển đóng mở role trung gian R4 Q8.5 : Điều khiển đóng mở role trung gian R5 Q8.6 : Điều khiển đóng mở role trung gian R6 Q8.7 : Điều khiển đóng mở role trung gian R7 Q9.0 : Điều khiển đóng mở role... trong hệ thống máy nén khí Trong các hệ thống máy nén khí có thể phân loại hai loại thiết bị bảo vệ là các thiết bị bảo vệ động cơ và các thiết bị bảo vệ máy nén Các thiết bị bảo vệ động cơ gồm: bộ bảo vệ ngắn mạch, role nhiệt bảo vệ quá tải động cơ, aptomat, các mạch bảo vệ động cơ thermistor, role nhiệt độ bảo vệ chi tiết của động cơ và máy không quá nhiệt độ cho phép Các thiết bị bảo vệ máy nén... chuẩn bị khởi động máy nén khí 3.3.4 Các bước khởi động máy nén khí Bắt đầu Quá trình khởi động máy nén khí Khởi động động cơ Quá trình khởi động thành công Đ Mở van khí nén trên đường ống đẩy và hút Mở van tiết lưu trên đường ống hút Khiểm tra sự cố S Dừng nếu có sự cố xảy ra n=n+1 S n=3 Đ Dừng quá trình khởi động và báo động Kết thúc Hình 3.3.4: Lưu đồ thuật toán khởi động máy nén khí 36 Sinh viên:... xung ( máy nén pittong ) thì hệ truyền động của nó thường là hệ truyền động có bánh đà Tính động cơ truyền động cho máy nén có thể áp dụng công thức sau[tr 165,5]: Trong đó : Q – năng suất máy nén [ m3/phút ] – hiệu suất máy nén ( 0,5 ÷ 0.8 ) 13 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG – hiệu suất bộ truyền, truyền đai thì , Giá trị và =... trong hệ thống máy nén khí ta cần chọn cầu chì thỏa mãn các yêu cầu sau: - Cần đấp ứng sự đốt nóng dây chảy trong một thời gian nhất định - Cần ngắt thật nhanh khi sảy ra ngắn mạch - Không cản trở động cơ khởi động nhiều lần với dòng khởi động cao - Mỗi động cơ lai máy nén khi nên có một cầu chì riêng không nên thiết kế chung 2.2.2 Rơle nhiệt Rơle nhiệt là khí cụ điện để bảo vệ quá tải cho động cơ khi động. .. Bắt đầu Chuẩn bị khởi động máy nén khí Đóng khởi động bơm dầu Kiểm tra hiệu áp dầu trong cacte ( báo động và không cho hệ thống hoạt động nếu hiệu áp dầu không đủ ) Mở van nước vào và nước ra Đóng van khí nén trên đường ống đẩy và hút Chuẩn bị khởi động động cơ Sang bước khởi động máy nén Kết thúc 35 Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn Lớp : ĐTĐ47-ĐH1 ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG . 2 : Thiết kế hệ thống điều khiển hệ truyền động điện cho trạm khí nén có nhiều máy nén khí 2.1. Yêu cầu cơ bản về truyền động điện và trang bị điện cho. TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO TRẠM KHÍ NÉN CÓ NHIỀU MÁY NÉN KHÍ 2.1.