nghiên cứu khái quát hệ thống giám sát trạm nén khí. thiết kế giám sát cho trạm khí nén có nhiều máy nén

Chơng : Tổng quan máy nén khí 1.1 Kh¸i niƯm chung [ 1] 1.1.1 Kh¸i niƯm m¸y nÐn Máy nén máy để nén khí với số tăng áp > 1,15 có làm lạnh nhân tạo nơi xảy trình nén khí Công dụng máy nén khí nén khí di chuyển khí nén đến nơi tiêu thụ theo hệ thống ống dẫn 1.1.2 Phân loại máy nén khí Khí nén có nhiều công dụng : nguyên liệu sản xuất ( công nghiệp hoá học ), tác nhân mang lợng ( khuấy trộn tạo phản ứng ), tác nhân mang tín hiệu điều khiển ( kĩ thuật tự động khí nén ), nguồn động lực cấp cho tuabin, kích.hay Có nhiều cách để phân loại máy nén khí a Theo nguyên lí làm việc , gồm có : + Máy nén thể tích : Trong máy áp khí tăng nén cỡng nhờ giảm thể tích dÃn cách không gian làm việc , loại có máy nén pittong, máy nén rôtor (cánh trợt , bánh ) + Máy nén động học : Trong máy áp khí tăng đợc cấp động cỡng nhờ có cấu làm việc , loại có máy nén li tâm, máy nén hớng trục b Theo áp suất có : + M¸y nÐn ¸p suÊt cao + M¸y nÐn ¸p suÊt trung b×nh + M¸y nÐn ¸p suÊt thÊp + M áy nén chân không c Theo suất + Lo¹i lín + Lo¹i võa + Lo¹i nhá d Theo cách làm mát + Làm lạnh theo trình nén + Không làm lạnh e Theo số cấp nén + M¸y nÐn mét cÊp + M¸y nÐn nhiỊu cÊp f Theo cấu tạo + Máy nén piston + Máy nén cánh gạt + Máy nén Rôto + Máy nén trục vít + Máy nén li tâm 1.1.3 Các thông số máy nén khí Một máy nén có thông số sau : + Tỉ số nén ( ) tỉ số ¸p khÝ vµ ¸p st khÝ vµo cđa m¸y nÐn P( Ra ) ε= P (Vao ) (1-1) + Năng suất máy nén (Q) : khối lợng (kg/s) hay thể tích ( m3/h) khí mà máy nén cung cấp đơn vị thời gian + Công suất máy nén (N) : công suất tiêu hao để nén truyền khí Ngoài máy nén có thông số hiệu suất máy nén, khí nén (nhiệt độ, áp suất khí vào ra, lí tính hoá tính khí với thông số khí đặc trng) 1.1.4 Tự động khống chế máy nén [4] Để đảm bảo cấp khí nén hợp lí cho thiết bị tiêu dùng máy nén phải đợc tự động khống chế nhằm thoả mÃn điều kiện : - Đảm bảo lu động tiêu thụ - Đảm bảo áp suất khí yêu cầu, thờng giới hạn ( 8-10 %) áp suất yêu cầu Ngoài khí nén phải đợc đảm bảo chất lợng nh độ ẩm, theo yêu cầu riêng Máy nén khí thờng kèm theo lọc bình chứa khí với mục đích : - Điều hoà lu lợng, ¸p st, khư c¸c xung ¸p kªnh tiªu thơ máy nén piston - Làm việc dễ dàng việc điều chỉnh giới hạn cực đại cực tiểu áp suất, hạn chế tới giá trị tần suất mở máy động lai - Tránh sụt áp đột ngột khí có tiêu thụ đột ngột thời gian ngắn ( nh phanh khÝ nÐn, chun ®éng cđa kÝch khÝ cã piston lớn ) - Làm mát khí nén ngng tụ nớc, tạp chất Đối với thiết bị dới 10KW ngời ta thờng dùng tiếp điểm áp khí đảm bảo dừng động bình chứa áp suất (đặt) cực đại chạy lại động áp suất đặt cực tiểu Tiếp điểm áp khí đóng cắt công tắc tơ cấp điện cho động kéo máy nén Một bình trung gian đợc lắp dờng ống dẫn khí tích đợc tính toán cho 5-6s đầu động đạt tốc độ bình thờng mà áp suất, tránh mở máy có áp suất Một đầu xả gắn với tếp điểm áp khí đảm bảo xả khí bình phụ vào khí động dừng, van bi chiỊu ®ã sÏ ®ãng kÝn vËy ®éng chạy lại áp suất đặt vào máy nén mở máy Khi công tắc tơ đóng đầu xảcũng đóng, khí điều hành tiếp điểm áp khí lấy từ bình chứa, thờng tiếp điểm áp khí đóng mạch cho động p 9-10 bar ngắt mạch động p 2-3 bar Đối với thiết bị 10KW ngời ta thờng dùng cấu điện khí, áp kế đạt giá trị cực đại, tiếp điểm áp kế mở động dừng Bình thờng van điện không hút đờng xả khí đóng kín Khi áp suất giảm tới giá trị cực tiểu, tiếp điểm áp kế đóng lại lực lò xo điều chỉnh áp suất Động mở máy kéo máy nén Van điện đợc cấp điện 5-6s để mở cửa xả, giảm tải cho động mở máy 1.1.5 Những u khuyết điểm truyền động khí nén [6] Sự phát triển kinh tế nớc phụ thuộc nhiều váo mức độ giới hoá tự động hoá trình sản xuất Trong trình sản xuất, máy nén, trạm khí nén công nghiệp đà đóng góp vai trò quan trọng, đợc sử dụng rộng rÃi phổ biến,đợc trang bị cho thiết bị máy móc, nhà máy công nghiệp So với loại truyền dẫn khác truyền dẫn khí nén có nhiều điểm mạnh + Truyền đợc công suất cao lực lớn với cấu tơng đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi phải bảo dỡng, chăm sóc + Dễ dàng ®iỊu chØnh tinh, kh«ng cÊp, dƠ thùc hiƯn tù ®éng hoá theo điều kiện làm việc hay chơng trình cho sẵn + Kết cấu gọn nhẹ,vị trí phần tử dẫn thiết bị dẫn không cố định, phận nối thờng đờng ống dễ dàng thay đổi + Nhờ quán tính nhỏ khí nén nên sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh nh khí hay điện + Dễ biến đổi chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến cấu chấp hành + Tự động hoá đơn giản Tuy nhiên truyền động khí nén có điểm yếu : + Tổn thất bên đờng ống dẫn rò rỉ bên phần tử làm giảm hiệu suất hạn chế phạm vi sử dụng + Khó giữ đợc vận tốc không đổi phụ tải thay đổi + Khó thực đồng hoá xác chuyển động 1.2 Trang bị điện cho hệ thống máy nén khÝ [2] 1.2.1 Giíi thiƯu chung Tù ®éng hãa hƯ thống khí nén trang bị cho hệ thống nén, dụng cụ mà nhờ dụng cụ vận hành toàn hệ thống phần hệ thống cách tự động, chắn, an toàn độ tin cậy cao mà không cần tham gia trực tiếp công nhân vận hành Càng ngày thiết bị tự động hoá đợc phát triển hoàn thiện vịc vận hành hệ thống tay đợc thay hệ thống tự động hoá phần toàn phần Các hệ thống khí nén lớn có trung tâm điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu bảo vệ Bên cạnh việc trì tự động thông số ( nh áp suất, nhiệt độ ) giới hạn đà cho, cần bảo vệ hệ thống thiết bị tránh khỏi chế độ làm việc nguy hiểm Tuy nhiên việc trang bị thiết bị cho hệ thống tự động hợp lí tính toán kinh tế có lợi nhu cầu tự động hoá điều khiển tay tính xác trình, lý khác công nghệ đòi hỏi phải thực môi trờng độc hại dễ cháy nổ nguy hiĨm … 1.2.2 Mét sè khÝ thêng dïng hệ truyền động máy nén khí Công tắc, nút bấm Các nhà sản xuất đa thị trờng nhiều loại công tắc nút bấm khác cho ứng dụng khác Công tắc, nút bấm có loại thờng đóng thờng mở, tự nhả hay giữ vị trí tác động Các nút bấm đợc bố trí mầ khác để dễ phân biệt nh ; + Đỏ : OFF, ngắt mạch cắt thiết bị khỏi nguồn điện + Vàng : Tác động để đề phòng trờng hợp bất thờng + Xanh : ON, đóng mạch đa nguồn điện vào thiết bị + Các mầu lại nh xanh nớc biển, đen, xám, trắng định cụ thể Rơle thời gian : Là thiết bị đóng ngắt mạch điện theo thời gian đặt, bao gåm + R¬le thêi gian trƠ hót + R¬le thời gian trễ nhả Rơle thời gian có nhiều loại khác đáp ứng nhu cầu tự động truyền động khí nén nói riêng kỹ thuật nãi chung ( vÝ dơ nh r¬le thêi gian dïng khống chế máy nén khí khởi động tránh khởi động đầy tải ) Rơle nhiệt độ rơle áp suất Rơle nhiệt độ rơle áp suất thiết bị điều khiển, điều chỉnh nhiêt độ áp suất hệ thống khí nén theo kiểu hai vị trí đóng ngắt thờng đợc sử dụng với chuyển đổi đống ngắt Rơle nhiệt độ tiếp điểm đóng ngắt điện mạch điều khiển tác động theo nhiệt độ đầu cảm biến nhiệt độ Rơle áp suất tiếp điểm đóng ngắt điện mạch điều khiển theo áp suất đầu cảm biến áp suất Rơle nhiệt độ rơle áp suất thiết bị biến đổi đại lợng không điện đại lợng điện Cầu chì Để chống ngắn mạch ngời ta thờng sử dụng cầu chì Khi có dòng ngắn mạch, dây chảy cầu chì nóng chảy, ngắt mạch để bảo vệ động phụ kiện Một số yêu cầu việc sử dụng cầu chì : - Cần đáp ứng đốt nóng dây chảy thời gian định - Cần ngắt thật nhanh trờng hợp ngắn mạch - Không cản trở động khởi động nhiều lần với dòng khởi động cao Trong hệ thống khí nén , không nên thiết kế cầu chì chung cho nhiều máy nén, nên máy nén cầu chì riêng nên thờng xuyên kiểm tra tránh dính tiếp điểm cầu chì Aptomat Aptomat khí cụ điện dùng để cắt mạch điện, bảo vệ tải, ngắn mạch, sụt ápAptomat gọi cầu dao tự động Sử dụng Aptomat có yêu cầu - Chế độ làm việc định mức Aptomat phải chế độ làm việc dài hạn, nghĩa dòng điện có trị số định mức chạy qua Aptomat đợc Mặt khác Aptomat phải chịu đợc dòng điện lớn lúc tiếp điểm đà đóng hay đóng - Aptomat phải ngắt đợc dòng ngắn mạch lớn Sau ngắt dòng ngắn mạch, Aptomat phải đảm bảo làm việc tốt trị số dòng điện định mức - Để nâng cao tính ổn định nhiệt điện động thiết bị điện, hạn chế phá hoại dòng điện ngắn mạch gây re, Aptomat phải có thời gian cắt nhanh, Muốn thờng phải kết hợp lực thao tác học với thiết bị dập hồ quang bên Aptomat - Để thực yêu cầu bảo vệ có chọn lọc, Aptomat cần phải có jha nămg điều chỉnh trị số dòng điện đặt thời gian tác động Cấu tạo nguyên lý lµm viƯc cđa Aptomat : 6 Hình 1.1 : Nguyên lý làm việc Aptomat a - Aptomat dòng điện cực đại bảo vệ tải, ngắn mạch b - Aptomat điện áp thấp bảo vệ sụt áp điện Móc giữ Nam châm điện Lò xo Phần ứng nam châm điện Cần Lò xo a Aptomat trạng thái bình thờng, sau đóng điện, Aptomat đợc giữ trạng thái đóng truyền động nhờ móc giữ khớp với cần cụm với truyền động động Khi mạch điện tải hay ngắn mạch, nam châm điện hút pần ứng 4xuống làm nhả móc 1, cần đợc thả tự do, truyền động nhả lực lò xo Cực nam châm đợc gọi móc bảo vệ tải hay ngắn mạch b Khi sụt áp mức, nam châm điện nhả phần ứng 4, móc giữ bị lò xo kéo lên,cần đợc tự nhờ lò xo 6, truyền động đợc ngắt Cụm nam châm đợc gọi móc abro vệ sụt áp hay điện áp./ Contactor Contactor loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt từ xa tự động nút ấn mạch điện có phụ tải, điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A Hình 1.2 : Nguyên tắc cấu tạo Contactor điện từ xoay chiều a Loại lắp chuyển động quanh lề, truyền động chuyển động thẳng với tay đòn truyền chuyển động b Nắp tiếp điểm chuyển động theo hai hớng vuông góc với c Nắp chuyển động thẳng, tiếp điểm chuyển động xoay quanh lề d Nắp tiếp điểm chuyển động xoay quanh lề có hệ thống tay đòn chung Cơ cÊu ®iƯn tõ cđa Contactor xoay chiỊu bao gåm : + Mạch từ : Là lõi gồm nhiều tôn Silic ghép lại tránh tổn hao dòng điện xoáy, gồm có : - Phần động - Phần tĩnh + Cuộn dây có điện trở bé so với điện kháng, dòng cuộn dây phụ thuộc vào khe hở không khí phần động phần tĩnh Rơle hiệu áp dầu Máy nén gồm nhiều chi tiết khí truyền động với bề mặt ma sát nên phải bôi trơn dầu Dầu đợc bơm dầu hút từ đáy dầu cácte đa qua rÃnh dầu bbố trí trục khuỷu chi tiết đến bề mặt ma sát, Do đối áp khoang cácte áp suất cácte hay áp suất hút nên áp suất tuyệt đối dầu ý nghĩa mà hiệu áp dầu Poil- Ph có ý nghĩa trình bôi trơn máy nén Hình 1.3 : Rơle hiệu áp dầu sơ đồ nguyên lý mạch điện hÃng Danfoss 1- Tiếp điểm hiệu áp dầu Tín hiệu áp suất dầu nối vào đầu hộp xốp OIL, tín hiệu áp suất hút áp suất cácte nối vào hộp xốp LP ( low pressure ) LP đồng thời phía hút OIL phía đẩy bơm dầu Hiệu áp suất đặt rơle tín hiệu để đóng cắt mạch điện động máy nén 2- Thiết bị trễ thời gian (T1-T2) Khi dừng máy Poil = 0, khởi động, bơm dầu làm việc, hiệu áp dầu không đợc tác động vòng 120s từ bắt đầu khởi động lúc hiệu áp dầu dạt đợc giá trị định møc §Ĩ thùc hiƯn viƯc trƠ thêi gian 120s ngêi ta ®· dïng lìng kim T2 Test L T2 P Oil LP A R B 220V M 110V S Hình 1.4 : Mạch điện rơle hiệu áp dầu 3- Reset ( trả lại vị trí ban đầu ) Khi rơle hiệu áp suất dầu tác động, có nghĩa áp suất dầu bôi trơn thấp với yêu cầu Bởi không nên cho máy nén khởi động lại trớc hết phải tìm cách khắc phục Nếu khởi động lại nhiều lần máy bị h hại Khi khởi động máy nén, truyền động 13-14 dặt điện áp vó T 2, đóg truyền động bảo vệ máy nén cần thiết để bbộ trễ thời gian hoạt động máy nén bắt đầu làm việc rơle hiệu áp dầu, áp suất dầu cha đạt đợc trễ T1,T2 đóng mạch điện cho lìng kim cđa bé trƠ thêi gian qua kẹp 220V đóng ( kẹp 220V 110V có điện trở rơle hiệu áp dầu hoạt động 110V) Do mạch L M thông (tiếp điểm nằm vị trí A) nên mạch điện đến bảo vệ máy nén đóng Nếu sau 120s, hiệu suất dầu bôi trơn đạt mức yêu cầu rơle hiệu áp dầu mở truyền động T1-T2 nh ngắt mạch lỡng kim trễ thời gian Mạch L-M đóng ( vị trí A) mạch máy nén đóng Nếu thiếu dầu, rơle hiệu áp dầu đóng lại đóng mạch đến trễ thời gian giữ trạng thái đóng lâu 120s mạch chuyển từ A sang B nối thông L-S mở mạch điện tới bảo vệ Máy nén ngừng làm việc đèn hiệu báo sáng Sau sửa chữa xong dùng tay đa tiếp điểm trở vị trí A Rơle áp suất cao thấp : Chức rơle áp suất đà nhắc tới mục 1.5 Có thể chia rơle áp suất loại sau : + Rơle áp suất : Là dụng cụ ngắt đóng trình điều chỉnh áp suất tăng giảm so với trị số đà cho trớc + Rơle áp suất an toàn : Là dụng cụ ngắt mạch điện áp suất vợt giá trị áp suất cao thấp đặt trớc thiết bị ( bình cao áp, chai gió ) áp suất thay đổi trở lại khoảng vận hành an toàn rơle tự động đóng trở lại + Rơle ¸p st kho¸ an toµn : Lµ c¸c dơng ngắt mạch điện áp suất vợt giá trị áp suất cao thấp đặt trớc, khoá không tự động đóng lại, để đóng lại phải dùng tay dụng cụ tác động 1.2.3 Một số thiết bị tự động thờng dùng hệ truyền động máy nén khí Thiết bị thừa hành a Van điện từ Van điện từ loại đóng mở nhờ lực cuộn dây điện từ ( hay nam châm điện ), van điện từ loại van chặn ( van ngả ), van chuyển dòng ( nhiều ngả ) - Van điện từ ngả dùng để đóng mở tự động dòng chất lỏng chất khí từ xa - Van điện từ nhiều ngả ( van chuyển dòng ) dùng để thay đổi tự động dòng chảy chất lỏng hay khí Theo vị trí van tác động chia van thêng ®ãng hay van thêng më Van thờng đóng loại van đóng cuộn dây điện từ điện thờng mở loại van mở cuộn dây điện Hình1.5 : Van ®iƯn tõ ( Solenoid Valves ) – Th©n van Đế van Clopê ống dẫn hớng đồng thời ống ngăn cách khoang hút với bên Lõi sắt Lõi cố định Vỏ Cuộn dây điện từ Vít cố định vỏ 10 Vòng đoản mạch chống ồn 11 Dây tiếp điện 12 – Mị èc nèi vÝt 13 – Lß xo b Van thõa hµnh piot ( van chđ ) ... ngang dới Chơng Thiết kế điều khiển giám sát hệ thống nhiều máy nén thiết bị logic khả trình PLC S7-200 3.1 Thiết kế sơ lu đồ thuật toán điều khiển giám sát hệ thống nhiều máy nén khí 3.1.1 Giíi... trên, hệ truyền động khí nén làm việc đợc cần có loạt thiết bị khí nén phụ trợ khác : - Thiết bị nguồn ( hệ thống máy nén khí ) - Đờng ống dẫn khí - Thiết bị đo ( áp kế, lu lợng kế, nhioệt kế) ... tự động máy nén khí hệ thống khí nén 2.1 Điều chỉnh suất máy nén [2] Có nhiều phơng pháp điều chỉnh máy nén piston : + Đóng ngắt máy nén ON- OFF + Vô hiệu hoá xilanh cụm xilanh máy nén nhiều xilanh