Xây dựng mô hình hệ thống khởi động cho nhiều bơm của trạm bơm nước tưới tiêu, sử dụng bộ biến tần ls

LỜI NÓI ĐẦU Ngày trước phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào thực tế sản xuất phát triển rộng rãi quy mô lẫn chất lượng Trong ngành tự động hóa chiếm vai trị quan trọng khơng làm giảm nhẹ sức lao động cho người mà cịn góp phần lớn việc nâng cao xuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, tự động hóa ngày khẳng định vị trí vai trị ngành cơng nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống cơng nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng Chiếm vị trí quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình viết tắt PLC Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Không thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật rơle trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác Bên cạnh việc sử dụng Biến Tần đem lại cho nhiều lợi ích, đặc biệt hệ truyền động biến tần – động điều chỉnh vơ cấp tốc độ động thay đổi theo ý muốn dải rộng Xuất phát từ thực tế đó, trình học tập trường đại học Dân Lập Hải Phòng, em nhận đồ án với đề tài là: “Xây dựng mơ hình hệ thống khởi động cho nhiều bơm trạm bơm nước tưới tiêu, sử dụng biến tần LS” Đồ án bao gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống bơm nước Chương 2: Bộ điều khiển logic PLC họ S7-200 Chương 3: Thiết kế mơ hình hệ thống CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG BƠM NƢỚC 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LOẠI TRẠM BƠM NƢỚC 1.1.1 Khái niệm: 1.1.2 1.1: 1, ( ), ( bơm , 1.1.3 - u - , , thôn - - - Phân lo - Ngu nguồn cấp nước sông - a 1.1.4 : năm c 1.1.5 .M 1.1.6 nông thôn hân chia theo - - - C - - - 1.2 CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG TRONG TRẠM BƠM ) ( .) ,k : - - - - n - ( ) - bơm bơm 1.2.1 , .vv - lư ( )- - - … - 1.2.2 tốc độ quay rô to có , quay chiều với từ trường Động tốc độ : loại rô to dây quấn ( dây quấn , cịn động rơ to dây quấn đắt hơn, nặng có tính động tốt hơn, tạo hệ thống khởi động điều chỉnh Hình 1.2: C Nguyên lý làm việc động điện dị gồm cuộn dây đặt cách chu vi động góc 1200, rơ to cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào cuộn dây dòng điện hệ thống điện pha có tần số f1 máy điện sinh từ trường quay với tốc độ 60f1/p Từ trường cắt dẫn rô to stato, sinh cuộn stato sđđ tự cảm e1 cuộn dây rô to Sđđ cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng sau: E1=4,44W1 f1kcd (1.1) E2=4,44W2 f1kcd (1.2) Do cuộn rơ to kín mạch, nên có dịng điện chạy dẫn cuộn dây Sự tác động tương hỗ dòng điện chạy dây dẫn rô to từ trường, sinh lực, ngẫu lực (2 dẫn nằm cách đường kính rơ to) nên tạo mơ men quay Mơ men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại tăng từ thông móc vịng với cuộn dây Nhưng stato gắn chặt cịn rơ to lại treo ổ bi, rô to phải quay với tốc độ n theo chiều quay từ trường Tuy nhiên tốc độ tốc độ quay từ trường, n=ntt từ trường khơng cắt dẫn nữa, khơng có sđđ cảm ứng, E2=0 dẫn đến I2=0 mô men quay không, rô to quay chậm lại, rơ to chậm lại từ trường lại cắt dẫn, nên lại có sđđ, lại có dịng mơ men, rơ to lại quay Do tốc độ quay rô to khác tốc độ quay từ trường nên xuất độ trượt định nghĩa sau: s%= ntt n 100% ntt (1.3) Do tốc độ quay rơ to có dạng: n = ntt(1-s) (1.4) Do n ntt nên (ntt-n) tốc độ cắt dẫn rô to từ trường quay Vậy tần số biến thiên sđđ cảm ứng rô to biểu diễn bởi: f2 = (ntt n) p 60 ntt (ntt n) p ntt 60 ntt p (ntt n) 60 ntt sf1 (1.5) Khi rô to có dịng I2 chạy, sinh từ trường quay với tốc độ: ntt2 = 60 f p 60sf1 p =sntt (1.6) So với điểm không chuyển động stato, từ trường quay với tốc độ: ntt2s = ntt2+n = sntt+n = sntt+ntt(1-s)=ntt (1.7) Như so với stato, từ trường quay rơ to có giá trị với tốc độ quay từ trường stato 1.2.3 tốc độ quay tốc độ từ trường quay Căn vào chức động điện đồng chia thành phần cảm phần ứng Phần cảm tạo từ trường (phần kích từ) Phần ứng phần thực biến đổi lượng Căn vào cấu tạo động điện đồng chia thành phần tĩnh stato phần quay rơ to Về ngun tắc stato phần cảm phần ứng rơ to phần ứng phần cảm Nếu rơ to phần cảm chia làm hai loại - Rôto cực ẩn: lõi thép khối thép rèn hình trụ, mặt ngồi phay thành rãnh để đặt cuộn dây kích từ (hình 1.3a) Cực từ rô to máy cực ẩn không lộ rõ rệt Cuộn dây kích từ đặt 2/3 chu vi rô to Với cấu tạo rơ to cực ẩn có độ bền học cao, dây quấn kích từ vững loại máy đồng có tốc độ từ 1500v/ph trở lên chế tạo với rôto cực ẩn, chế tạo phức tạp khó khăn rôto cực lồi (hiện) - Rôto cực hiện: lõi thép gồm thép điện kỹ thuật ghép lại với nhau, cực từ rõ rệt Phía ngồi cực từ mỏm cực, có tác dụng làm cho cường độ từ cảm phân bố dọc theo stato gần với hình sin Những động đồng có tốc độ nhỏ 1000 v/ph rơto thường loại cực lồi (cực hiện) Cực từ Cuộn dây kích từ Hình 1.3b: Rơ to cực Hình 1.3a: Rơ to cực ẩn Giải thích nguyên lý hoạt động Trên (hình 1.4) biểu diễn sơ đồ máy phát điện đồng pha cực Cuộn dây phần ứng đặt stato cịn cuộn dây kích từ đặt rơto Cuộn dây kích từ nối với nguồn kích từ (dòng chiều) qua hệ thống chổi than Để nhận điện áp pha chu vi stato ta đặt ba cuộn dây cách 120 o nối (có thể nối tam giác) Dịng điện chiều tạo từ trường không đổi Bây ta gắn vào trục rôto động lai quay với tốc độ n Ta từ trường quay trịn có từ thơng khép kín qua rơto, cực từ lõi thép stato A 22 33 22 33 X S Y N Z C B + - Hình 1.4: Nguyên lý hoạt động động đồng Từ thông từ trường quay cắt dẫn phần ứng, làm xuất cuộn dây sđđ: eA = Em.sinωt (1.8) eB = Em.sin (1.9) eC = Em.sin (1.10) Trong tần số biến thiên sđđ biểu diễn =2 f Nếu số cặp cực p tần số biến thiên f dòng điện là: f= np 60 Hz (1.11) Ta nhận thấy tần số biến thiên dòng điện phụ thuộc vào tốc độ quaycủa rôto số đôi cực Nếu ta tải 3pha máy điện tải đối xứng, ta có dịng ba pha đối xứng 10 Trong STL lệnh thực phép chia số thực32 bit IN1 cho số thực 32 bit IN2 Kết 32 bit ghi vào IN2 Bảng 2.20: Mô tả cú pháp lệnh chia số nguyên 16 bit LAD STL Toán hạng IN1, IN2VD, ID, QD, (Từ kép) MD,SMD,AC,HC,CONST, DIV_R IN1 IN2 *VD,*AC OUT VD, ID, QD(Từ kép) MD, SMD, AC*VD, *AC Các lệnh dịch chuyển thực việc di chuuyển chép số liệu từ vùng liệu sang vùng liệu khác nhớ Trong LAD STL lệnh dịch chuyển thực việc di chuyển hay chép nội dung byte, từ, hay từ kép giá trị thực từ vùng sang vùng khác nhớ 2.5.8.7 MOV_B (LAD): MOV_B (STL) Lệnh chép nội dung byte IN sang byte OUT Cú pháp lệnh MOVB STL LAD sau Bảng 2.21: Mơ tả cú pháp lệnh MOVB LAD STL Tốn hạng IN VD,ID,QD,MD,SMD (Từ kép) HC, AC, hằngsố *VD *AC, MOV_R IN OUT OUT VD, ID, QD, MD, SMD (Từ kép) AC, *VD, *AC 51 2.5.8.8 MOV_W (LAD): MOV_W (STL) Lệnh chép nội dung từ đơn IN sang từ đơn OUT Cú pháp lệnh MOVW STL LAD sau: Bảng 2.22: Mô tả cú pháp lệnh MOVB LAD STL Toán hạng IN VW, T, C, IW, QW, MW (Từ)AC, AIW, số, *VD, MOV_W IN OUT *AC OUT VW, T, C, IW, QW, MW (Từ) AQW, AC, *VD, *AC Lệnh chép nội dung từ kép IN sang từ kép OUT.Cú pháp lệnh MOVDW STL LAD sau Bảng 2.23: Mô tả cú pháp cú pháp lệnh MOVDW LAD STL Toán hạng IN VD,ID,QD,MD,SMD (Từ kép)HC, AC,hằngsố*VD, *AC MOV_R IN OUT OUT VD, ID, QD, MD, SMD (Từ kép)AC, *VD, *AC 52 Chƣơng THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 3.1 U CẦU CƠNG NGHỆ PLC xuất tín hiệu điều khiển biến tần khởi động cho bơm 1, sau đạt tốc độ định mức, PLC điều khiển bơm lấy điện trực tiếp từ lưới Sau thời gian, bơm khởi động biến tần, trình tiếp tục với bơm Sau thời gian, bơm khởi động biến tần, trình tiếp tục với bơm Quá trình cụ thể sau: bấm start I0.0, P1 đóng điện cho biến tần hoạt động, đồng thời cuộn hút K1 có điện, biến tần khởi động cho bơm Sau thời gian 20s, cuộn hút K1 điện, sau 0.5s K2 có điện động lấy nguồn từ lưới Sau 1s tiếp điểm P1 bị ngắt ra, biến tần bắt đầu q trình dừng Q trình điều chỉnh biết tần, chọn 10s; 16s sau trình dừng bắt đầu (5s sau tần số trở số 0) P1 đóng lại Q trình khởi động tiếp tục diễn cho bơm bơm 3.2 TÍNH CHỌN CÁC THƠNG SỐ THIẾT BỊ 3.2.1 Tính chọn cầu chì Cầu chì nhánh cấp điện cho động phải thỏa mãn điều kiện: Idc > IđmĐ = (3.1) Chọn Pđm =1.1kw, UđmĐ =380V, cos = 0.85, IđmĐ =2A Từ chọn Idc =6A 3.2.2 Tính chọn Áptơmát Các Áptơmát chọn theo dịng làm việc lâu dài, dịng tính tốn xác định sau: 53 IđmA ≥ Ilvmax = Itt = kt = (3.2) UđmA ≥ Uđm.đ (3.3) Uđm.mđ : điện áp định mức mạng điện Uđm.mđ = 380V với Áptômát pha Chọn kt =0.8 Itt=1.6A, Uđm.mđ = 380V có động lên chọn Áptơmát : IđmA=5A,UđmA=380V 3.2.3 Tính chọn dây dẫn Điều kiện chọn cáp: Khc.Icp Itt (3.4) Trong đó: Itt – Dịng điện tính tốn nhóm phụ tải Icp – Dịng điện phát nóng cho phép Khc – Hệ số hiệu chỉnh, lấy Khc = Vậy chọn cáp đồng 1,5mm2, Icp =31A Kết hợp điều kiện bảo vệ cầu chì: Icp ≥ (3.5) hay 31 ≥ = 2A Với mạng động lực α =3 54 Lưu đồ thuật tốn chương trình: Hình 3.1: Lưu đồ thuật tốn 55 Nguyên lý hoạt động R S T F4 BT F1 F2 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F3 K2 K1 M1 K4 K3 K6 K5 M2 M3 Hình 3.2: Sơ đồ mạch động lực Đầu tiên bấm I0.0, P1 đóng điện cho biến tần hoạt động, đồng thời cuộn hút K1 có điện, biến tần khởi động cho bơm Sau thời gian 20s, cuộn hút K1 điện, sau 0.5s K2 có điện động lấy nguồn từ lưới Sau 1s tiếp điểm P1 bị ngắt ra, biến tần bắt đầu trình dừng Q trình điều chỉnh biết tần, chọn 10s; 16s sau trình dừng bắt đầu (5s sau tần số trở số 0) P1 đóng lại Q trình khởi động tiếp tục diễn cho bơm bơm 56 3.3 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 57 58 59 60 61 62 3.4 GIAO DIỆN MƠ HÌNH Hình 3.3: Mơ hình thiết kế 63 KẾT LUẬN Sau thời gian dài nghiên cứu tài liệu thực đề tài “Xây dựng mơ hình hệ thống khởi động cho nhiều bơm trạm bơm nước tưới tiêu, sử dụng biến tần LS” Đây đề tài phù hợp với thực tế sản xuất nay, sâu nghiên cứu thấy hấp dẫn thấy vai trị việc điều khiển tự động Trong đề tài em nghiên cứu giải vấn đề sau: Biết cách lập trình thành cơng PLC, cài đặt khai thác biến tần LS, xây dựng, lắp đặt chuẩn bị thiết bị cho mô hình Đồng thời giúp em củng cố lại kiến thức PLC, máy điện, truyền động điện, thiết kế cấp điện…đã học suốt thời gian vừa qua Tuy nhiên để làm việc cần đòi hỏi tầm hiểu biết định điện tử, tin học…nên em gặp khơng khó khăn Trong q trình làm đồ án, cố gắng kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo đóng góp thầy, cô giáo bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Th.S Đỗ Thị Hồng Lý, K.s Đinh Thế Nam, người trực tiếp hướng dẫn, bảo tạo điều kiện cho em nghiên cứu, xây dựng thành cơng mơ hình hồn thành đồ án Em xin cảm ơn thầy cô giáo môn, bạn sinh viên lớp ĐC1201 đưa nhiều góp ý để em hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hải phòng, ngày… tháng… năm 2012 Sinh viên thực Phạm Bá Phú 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Th.S Châu Chí Đức, (2008), Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200 GS TSKH Thân Ngọc Hoàn, (2005), Máy điện, Nhà xuất xây dựng GS TSKH Thân Ngọc Hồn,(2002) Mơ hệ thống điện tử công suất truyền động điện, Nhà xuất xây dựng GS TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban, (2007), Điều khiển tự động hệ thống truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm (2006), Thiết kế cấp điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật http://WWW Google.com.vn http://WWW Tailieu.vn 65