Luận văn: Thiết kế truyền động điện và trang bị điện cho trạm lạnh công nghiệp có nhiều máy nén lạnh pot

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Thiết kế truyền động điện và trang bị điện cho trạm lạnh công nghiệp có nhiều máy nén lạnh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM LẠNH CÔNG NGHIỆP 2 1.1. Khái quát chung về hệ thống lạnh công nghiệp 2 1.1.1. Khái niêm về tự động hóa hệ thống lạnh 2 1.1.2. Cấu trúc hệ thống lạnh công nghiệp 3 1.1.3. Phân loại thiết bị tự động hóa hệ thống lạnh 5 1.2. Các phƣơng pháp làm lạnh 8 1.2.1. Làm lạnh trực tiếp 9 1.2.2. Làm lạnh gián tiếp 10 1.3. Máy nén lạnh 11 1.3.1. Khái niệm chung về máy nén 11 1.3.2. Phân cấp để nâng cao hiệu suất làm việc của máy nén 18 1.4. Môi chất làm lạnh và chất tải lạnh 19 1.4.1. Môi chất lạnh 19 1.4.2. Chất tải lạnh 22 1.5. Thiết bị trao đổi nhiệt của hệ thống lạnh 24 1.5.1. Thiết bị ngưng tụ 24 1.5.2. Thiết bị bay hơi 25 CHƢƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ TRANG BỊ ĐIỆN TRẠM LẠNH CÔNG NGHIỆP 26 2.1. Xây dựng phƣơng án thiết kế cho hệ thống lạnh công nghiệp 26 2.1.1. Lựa chọn hệ thống lạnh 26 2.1.2. Giám sát hệ thống 28 2.1.3. Chu trình lạnh của hệ thống lạnh 30 2.2. Xây dựng cấu trúc hệ thống lạnh 31 2.2.1. Các sensor được sử dụng trong hệ điều khiển 32 2.2.2. Các van sử dụng trong hệ thống 40 2.2.3. Động cơ dị bộ 43 2.2.4. Bơm li tâm 44 2.3. Thiết kế tủ động lực 46 2.4. Xây dựng mạch động lực của hệ thống 47 2.5. Xây dựng mạch điều khiển kết nối PLC 53 CHƢƠNG 3 : XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 56 3.1. Tổng quan về PLC-S7200 56 3.1.1. Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Control) (Bộ điều khiển logic khả trình) 56 3.1.2. Phạm vi ứng dụng. 57 3.1.3. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ S7. 58 3.2. Xây dựng lƣu đồ thuật toán điều khiển 68 3.3. Chƣơng trình PLC 73 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm qua, tự động hóa hệ thống lạnh có những bước tiến nhảy vọt do nhanh chóng tiếp thu được những thành quả của kỹ thuật điện tử, thông tin cũng như các ngành kỹ thuật khác. Các trang thiết bị và dụng cụ tự động hóa ngày càng phát triển và hoàn thiện. Các hệ thống nhỏ và trung thường được tự động hóa hoàn toàn, các hệ thống lớn thường có trung tâm điều khiển, báo hiệu, báo động và tự động bảo vệ. Nhờ có tự động hóa mà hệ thống lạnh có thể vận hành tự động, an toàn, kinh tế, hiệu quả tối ưu và không cần sự tham gia thường xuyên của công nhân vận hành. Việc ứng dụng công nghệ PLC vào điều khiển tự động hệ thống lạnh kết hợp với việc ghép nối máy tính đã đem lại kết quả đầy tính ưu việt. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ứng dụng PLC ghép nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian xử lý dữ liệu ngắn kể cả việc thống kê và in ra kết quả. Vì vậy việc ứng dụng PLC vào điều khiển tự động là vấn đề rất quan trọng trong tự động hóa trạm lạnh công nghiệp. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, với đề tài được giao là: “Thiết kế truyền động điện và trang bị điện cho trạm lạnh công nghiệp có nhiều máy nén lạnh” đã giúp em hiểu được hơn về cấu trúc, cách vận hành và điều khiển các hệ thống lạnh trong công nhgiệp.Từ đó làm nền tảng quan trọng cho nguồn kiến thức của em sau này khi hoạt động hay làm việc về hệ thống lạnh công nghiệp. Với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy PGS.TS Hoàng Xuân Bình cùng các thầy cô giáo trong bộ môn em đã hoàn thành cơ bản nội dung của đồ án. Mặc dù rất cố gắng nhưng do trình độ chuyên môn có hạn nên đồ án vẫn còn nhiều hạn chế. Kính mong thầy cô cùng các bạn đóng góp ý kiến để đồ án có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện Đào Trọng Điệp 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRẠM LẠNH CÔNG NGHIỆP 1.1. Khái quát chung về hệ thống lạnh công nghiệp 1.1.1. Khái niêm về tự động hóa hệ thống lạnh Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh, các dụng cụ mà nhờ dụng cụ đó có thể vận hành toàn bộ hệ thống lạnh hoặc từng phần thiết bị một cách tự động, chắc chắn, an toàn và với độ tin cậy cao mà không cần sự tham gia trực tiếp của công nhân vận hành. Trong quá trình vận hành trạm lạnh, nhiệt độ của đối tượng cần làm lạnh thường bị biến động do tác động của những dòng nhiệt khác nhau từ bên ngoài vào hoặc từ bên trong buồng lạnh. Giữ cho nhiệt độ này không đổi hay thay đổi trong phạm vi cho phép là một nhiệm vụ của điều chỉnh máy lạnh. Đôi khi việc điều chỉnh những quá trình công nghệ lạnh khác nhau lại phải làm thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và đại lượng vật lý khác theo một chương trình nhất định. Hệ thống tự động có chức năng điều khiển toàn bộ sự làm việc của hệ thống máy lạnh, duy trì được chế độ vận hành tối ưu và giảm tổn hao sản phẩm trong phòng lạnh. Bên cạnh việc duy trì tự động các thông số ( nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, lưu lượng, mức lỏng ) trong giới hạn đã cho, cũng cần bảo vệ hệ thống thiết bị tránh chế độ làm việc nguy hiểm. Đây chính là yêu cầu bảo vệ hệ thống tự động. Tự động hóa sự làm việc của trạm lạnh có ưu điểm so với điều khiển bằng tay là giữ ổn định liên tục chế độ làm việc hợp lý. Ưu điểm này kéo theo một loạt các ưu điểm về tăng thời gian bảo quản, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tiêu hao điện năng, tăng tuổi thọ và độ tin cập của máy và thiết bị, giảm chi phí nước làm mát, giảm chi phí vận hành và chi phí lạnh cho một 3 đơn vị sản phẩm góp phần hạ giá thành sản phẩm Việc bảo vệ tự động cũng được thực hiện nhanh chóng, đảm bảo và tin cậy hơn thao tác của con người. Tuy nhiên việc trang bị hệ thống tự động cho trạm lạnh cũng chỉ hợp lý khi hoạch toán kinh tế là có lợi hoặc do có nhu cầu tự động hóa vì không thể điều khiển bằng tay do tính chính xác của quá trình, lý do khác có thể là công nghệ đòi hỏi phải thực hiện trong môi trường động hại hoặc dễ cháy nổ. Trong tất cả các quá trình tự động hóa điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu, báo động và bảo vệ thì quá trình tự động điều chỉnh là có ý nghĩa hơn cả. 1.1.2. Cấu trúc hệ thống lạnh công nghiệp Một hệ thống lạnh công nghiệp có cấu trúc cơ bản như sau: T¸ch láng M¸y nÐn T¸ch dÇu B×nh ng-ng Dµn bay h¬i Van tiÕt l-u Hình 1.1 : Cấu trúc chung hệ thống lạnh Hệ thống là một hệ kín, sử dụng công chất lỏng dễ bay hơi như NH3, Freon 12 hoặc Freon 22. Công chất khi bay hơi ( từ dạng lỏng sang hơi) sẽ thu nhiệt của buồng lạnh. Máy nén : Máy nén thường dùng là loại bơm piston, hút công chất ở dạng hơi từ dàn bay hơi về, nén tạo áp suất cao, qua bình ngưng trao đổi nhiệt với nước làm mát ngưng tụ biến thành dạng công chất lỏng cung cấp cho dàn bay hơi. Khi công chất lỏng qua van tiết lưu sẽ biến thành dạng hơi. Máy nén trong hệ thống lạnh có thể là loại một xi lanh hoặc nhiều xilanh, nén một hay nhiều cấp tuỳ thuộc vào công suất làm lạnh và nhiệt độ làm lạnh yêu cầu. 4 Bình ngưng : Hơi công chất sau máy nén có áp suất và nhiệt độ cao, để biến hơi công chất thành dạng lỏng thì ta phải lấy nhiệt của hơi công chất, tức là phải làm mát công chất, có hai cách cơ bản làm mát: Dùng nước làm mát: thông thường dùng nước ngọt làm mát công chất, nước biển làm mát cho nước ngọt. Phương pháp này thường sử dụng trong các hệ thống lạnh. Để cấp nước làm mát thì người ta thường dùng một bơm nước riêng biệt. Dựng quạt gió: Thổi không khí qua làm mát công chất, hay sử dụng trong các hệ thống điều hòa (dàn nóng). Van tiết lưu : Công chất lỏng qua van tiết lưu thì áp suất bị giảm mạnh, làm công chất biến từ dạng lỏng sang dạng hơi. Khi công chất bay hơi nhiệt độ sẽ giảm mạnh, thu nhiệt từ vật cần làm lạnh. Van tiết lưu có chức năng làm giảm áp suất của công chất và dùng để điều chỉnh mức (lưu lượng) chất lỏng cung cấp cho dàn bay hơi. Dàn bay hơi : Là nơi công chất lỏng bay hơi, thu nhiệt từ của các vật cần làm lạnh trong buồng lạnh. Có hai phương pháp để làm lạnh: Làm lạnh trực tiếp: Dàn bay hơi đặt trực tiếp ngay trong buồng lạnh, trao đổi nhiệt trực tiếp với vật cần làm lạnh. Ví dụ như tủ lạnh, điều hoà không khí gia đình, văn phòng. Làm lạnh gián tiếp: Dùng một công chất trung gian để truyền từ dàn bay hơi vào buồng lạnh. Công chât trung gian này có thể là không khí hoặc nước muối. Phương pháp này thường dùng trong các hệ thống làm lạnh có công suất lớn, nhiều buồng lạnh hoặc khu vực khác nhau như trong các kho lạnh công nghiệp, các hệ thống điều hoà không khí trung tâm trong các siêu thị, toà nhà văn phòng . Trong hệ thống điều hoà không khí toàn tàu thường dùng quạt thông gió thổi qua dàn bay hơi đi vào từng phòng. Tách lỏng : Công chất ở dạng hơi sau dàn bay hơi có thể còn lẫn hơi nước hoặc các hạt công chất ở dạng lỏng, máy nén hút về cửa hút có thể sẽ 5 gây hiện tượng thuỷ kích, hỏng máy nén. Đe tránh hiện tượng này thì người ta bố trí các bình tách lỏng giữa dàn bay hơi và máy nén. Tách dầu: Khi công chất qua máy nén có lẫn các dầu bôi trơn, các hạt này sẽ ảnh hưởng đến quá trình bay hơi của công chất lỏng, do vậy bố trí bình tách dầu sau máy nén và trước khi vào bình ngưng. 1.1.3. Phân loại thiết bị tự động hóa hệ thống lạnh Ta phân loại thiết bị tự động theo các đặc trưng khác nhau: a) Theo chức năng có thể phân các thiết bị tự động ra: + Tự động điều khiển. + Tự động điều chỉnh. + Tự động báo hiệu, báo động (âm thanh hoặc ánh sáng). + Tự động bảo vệ. b) Theo đổi tượng hệ thống: có thể phân ra thiết bị đó phục vụ cho hệ thống lanh hoặc bơm nhiệt hoặc hệ thống điều hòa không khí tuy nhiên hệ thống điều hòa không khí còn có nhiều yêu cầu đặc biệt về các thiết bị tự động khác nữa. c) Theo đối tượng có thể phân ra thiết bị tự động đó phục vụ cho: + Máy nén. + Thiết bị ngưng tụ (bình ngưng, dàn ngưng hoặc thiết bị kết hợp làm mát bằng nước, bằng không khí hoặc kết hợp gió nước). +Thiết bị bay hơi (làm lạnh bằng chất lỏng hoặc làm lạnh trực tiếp bằng không khí, trực tiếp sản phẩm ). +Buồng lạnh (trực tiếp hay nước muối). +Vòng tuần hoàn chất tải nhiệt đối với hệ thống lạnh làm mát bằng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt hay đối với bơm nhiệt là vòng tuần hoàn cấp nhiệt cho các hộ tiêu thụ. +Vòng tuần hoàn chất tải lạnh đối với hệ thống lạnh gián tiếp. 6 +Nguồn nhiệt hay nguồn cung cấp nhiệt cho bơm nhiệt, ví dụ như nước giếng, nước tự nhiên, lòng đất, địa nhiệt, năng lượng mặt trời, không khí thải, hơi thải, khí thải có mức năng lượng cao để tái sinh nhiệt. Nguồn nhiệt gần tương tự như vòng tuần hoàn chất tải lạnh nhưng không ổn định như các hộ tiêu thụ lạnh nên cần được tự động hóa ở mức độ cao hơn nhiều. d) Theo nguyên tắc làm việc có thể chia ra các thiết bị tự động làm việc theo : Cơ cấu cơ khí (van tiết lưu nhiệt). Tiếp điểm điện (các loại khí cụ điện như rơle nhiệt, rơle kiểu điện áp, kiểu dòng điện ). Kết hợp cơ điện (rơle nhiệt độ hay thermostat, rơle áp suất hay pressostat ) e) Theo đại lượng điều chỉnh bảo vệ có thể phân ra: Các thiết bị tự động điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu, bảo vệ áp suất, ví dụ: áp suất dầu cao, áp suất dầu thấp, hiệu áp dầu Nhiệt độ, ví dụ nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu, độ quá nhiệt hơi hút t n Độ ẩm tương đối trong buồng lạnh Mức lỏng L (lever) trong bình bay hơi, mưc dầu trong bình tach dầu hoặc trong máy nén. Lưu lượng F (Flow) ví dụ như dầu trong máy nén trục vít. f) Phương pháp điều chỉnh: Theo bậc, liên tục và hai vị trí. Hệ thống điều chỉnh liên tục lại có thể chia ra các loại như: p - Proportinal điều chỉnh liên tục tỷ lệ I - Integral điều chỉnh liên tục tích phân PI - Proportinal integral điều chỉnh liên tục tỷ lệ tích phân PID - Prop In + Derativ0065 điều chỉnh liên tục tỷ lệ vi phân tich phân nghĩa là điều chỉnh với sự cân đối cho toàn bộ hệ thống. 7 Hình 1.2 : Sơ đồ phân loại thiết bị tự động hoá hệ thống lạnh Tự động hoá hệ thống lạnh TĐ điều khiển TĐ điều khiển TĐ điều khiển TĐ điều khiển a. chức năng Máy lạnh Bơm nhiệt Hệ thống điều hoà không khí b. Đối tượng là hệ thống Máy nén TB ngưng tụ TB bay hơi Buồng lạnh Vòng TH chất tải nhiệt Máy nén Máy nén c. Đối tượng là thiết bị Cơ cấu cơ khí Kết hợp cơ + điện Đóng ngắt điện d. Nguyên tắc làm việc Áp suất P, T Nhiệt độ t, T Độ ẩm Mức lỏng L (lever) Mức lỏng L (lever) e. Đại lượng điều chỉnh Điều chỉnh liên tục p - Proportinal (tỷ lệ) I - Integral (tích phân) PI - Proportinal integral PID - Prop.In + Derative Điều chỉnh hai vị trí '' ON - OFF'' Không phụ thuộc thời gian Có phụ thuộc thời gian f. Phương pháp điều chỉnh Tác động trực tiếp hoặc truyền động cơ khí Tác động gián tiếp - Điện - Điện - Tử - Khí nén - Thuỷ lực [...]... Van tiết l-u Máy nén Máy nén Dàn lạnh n-ớc muối Hỡnh 1.4: S n gin lm lnh bung giỏn tip * Nhc im ca h thng: + Nng sut lnh ca mỏy b gim do s chờnh lch gia nhit bung lnh v nhit mụi cht lnh ln + H thng cng knh vỡ phi thờm vũng tun hon nc mui + Nc mui tuy khụng gõy chỏy n nhng cú tớnh n mũn rt mnh, gõy h hi cho thit b tip xỳc vi nc mui v hi mui + Do nhng c im trờn, h thng lnh giỏn tip c s dng cho mt s trng... mụi cht c a vo thit b ngng t ng trựm v nm ngang Hi thi nhit cho nc lm mỏt 30 chy qua ngng t thnh lng v c quỏ lnh chỳt ớt khụng ỏng k Lng c dn vo thit b hi quỏ nhit lnh, trong ú lng thi nhit cho mụi cht lnh, lng c trớch ra tit lu lm mỏt cho lng mụi cht lng chớnh Mụi cht sau khi ra khi thit b hi nhit quỏ lnh trng thỏi 3 Ri mụi cht c tit lu lm cho nhit v ỏp sut gim n trng thỏi 4 Lng v hi i vo thit b... thỡ lng mụi cht lnh np vo mỏy s cn rt nhiu, kh nng rũ r mụi cht l rt ln Vic cp lng cho dn bay hi xa l khú khn vỡ tn tht ỏp sut + Tr lnh ca h thng kộm, khi ngng hot ng mỏy nộn thỡ h thng s mt lnh mt cỏch nhanh chúng T nhng c im ú m ngi ta ch dựng nhng ni cú ớt h tiờu th, lm lnh cc b 9 N-ớc làm mát Van tiết l-u Máy nén Dàn bay hơi trực tiếp Hỡnh 1.3: S n gin lm lnh bung trc tip 1.2.2 Lm lnh giỏn tip... in t trờn bỡnh np sau ng c, xit cht bng bulụng Thng cú cụng sut ln dung cho mụi cht NH3, Freon S dng ng c in 17 4 Mỏy nộn kớn Ton b ng c v mỏy nộn nm trong mt khi kớn khụng thỏo ra c, trc ni thng vi nhau - u im + Gn nh, khụng n, cú hiu sut cao + Trc ng c v mỏy nộn gn lin vi nhau nờn khụng cú tn tht truyn ng - Nhc im + Ch s dng cho Freon (do khụng dn in v khụng n mũn dõy ng v khụng nh hng n cỏch in... -46c n -101c, h thng phõn cp c a chung hn Trong h thng ny, hai h thng riờng bit s dng cỏc mụi cht lnh khỏc nhau c ni vi nhau sao cho mt h thng thi nhit sang h thng cũn li u im chớnh ca h thng ny l mt cht lnh nhit thp, cú nhit hỳt cao v th tớch riờng thp, cú th c la chn cho cp thp ỏp ng yờu cu nhit thp 1.4 Mụi cht lm lnh v cht ti lnh 1.4.1 Mụi cht lnh Mụi cht lnh (cũn gi l tỏc nhõn lnh, ga lnh hay... cp ụng cỏc loi v dõy chuyn I.Q.F, h thng lm lnh glycol trong nh mỏy bia u rt thớch hp s dng NH 3 20 Nhc im ca NH 3 l lm hng thc phm v n mũn kim loi mu nờn khụng phự hp khi s dng cho cỏc h thng nh Tuyt i khụng s dng NH 3 cho cỏc kho lnh bo qun, vỡ c im ca NH 3 l c v lm hng thc phm, nu xy ra rũ r mụi cht bờn trong cỏc kho lnh thỡ rt khú phỏt hin, khi phỏt hin thỡ ó quỏ tr Khỏc vi cỏc thit b cp ụng,... cht d n, d chỏy, nguy him: R600; R601 R290; R170; RI 150; R50 Theo sn xut, ngi ta thng s dng hai loi cụng cht nhúm I ln cụng cht lm lnh cho h thng mỏy lnh di tu ú l R12 v R22 nhng trờn thc t hin nay thỡ R12 b ỡnh ch s dng vo thỏng 12 nm 1995 ti Viờn, cũn R22 thỡ cho s dng n nm 2030 thỡ ỡnh ch hon ton Vỡ chỳng l nhng hp cht húa hc gõy ra l thng tng ụzụn v hin tng hiu ng nh kớnh 21 Cụng cht R22 l cụng... nht v khi lng cng nh cng tt, thun li cho tun hon cht lnh Cng nh mụi cht lnh khụng cú cht ti lnh no ỏp ng tt c cỏc yờu cu núi trờn Khi cn nhit 0C thỡ nc l cht ti lnh lý tng Nú ỏp ng hu ht cỏc yờu cu ó nờu Nhng vỡ nhit húa rn cao (0C) nờn nú ch c s dng trong phm vi iu tit khụng khớ, bo qun lnh trờn 0C Khi nhit thp hn ngi ta dung nhng dung dch mui : NaCl c s dng cho nhit >-15C, CaCl2 cú th t ti -45C... cht lnh lý tng : r, d kim, an ton Nhit húa rn thp 21.2C, nhit sụi mụi cht khụng uc thp hn -16.2C Nhc im l gõy rah an r v n mũn thit b mónh lit 23 + Dung dch CaCl2 : cng ỏp ng hu ht c yờu cu cho cht ti lnh Dựng cho cỏc ng dng cú nhit thp hn NaCl Nhc im l n mũn thit b ging NaCl 1.5 Thit b trao i nhit ca h thng lnh Trong cỏc h thng lnh hin nay thỡ cỏc thit b trao i nhit chim mt t l rt ln v khi lng (... tng lm lnh nhn nhit v lm lnh i tng Cng cú trng hp i tng lm lnh thi nhit trc tip cho mụi cht lm lnh trong thit b bay hi (lm lnh trc tip) Trong trng hp lm lnh giỏn tip mụi trng trung gian gi l cht ti lnh Phõn loi thit b bay hi : Thit b bay hi s dng trong cỏc h thng rt a dng Tựy thuc vo mc ớch s dng khỏc nhau m nờn chn loi dn cho thớch hp Cú nhiu cỏch phõn loi thit b bay hi - Theo mụi trng cn lm lnh : + . BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Thiết kế truyền động điện và trang bị điện cho trạm lạnh công nghiệp có nhiều máy nén lạnh MỤC. bị bay hơi 25 CHƢƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ TRANG BỊ ĐIỆN TRẠM LẠNH CÔNG NGHIỆP 26 2.1. Xây dựng phƣơng án thiết kế cho hệ thống lạnh công