Nghiên cứu tổng quan về hệ thống bơm bồn hở.Thiết kế điều khiển cho trạm nhiều bơm

Nghiên cứu tổng quan về hệ thống bơm bồn hở.Thiết kế điều khiển cho trạm nhiều bơm.Trong các đô thị và các vùng đô thị hóa hệ thống thoát nước và hệ thống cấp nước là một trong những hệ thống cơ sở hạ tầng rất quan trọng, không thể thiếu được. trong hệ thống cấp nước và hệ thống thoát nước thì công trình thu nước trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp thoát nước là những công trình chủ yếu và rất quan trọng. ở đồ án trạm bơm cấp I sẽ nghiên cứu về các quy trình thu nước từ nguồn nước ngầm và nguồn nước mặt đưa lên trạm xử lý hoặc bể chứa. Việc thực hiện đồ án này rất là bổ ích cho các sinh viên, nó sẽ giúp các sinh viên tự tìm tòi học hỏi, và hiểu ra nhiều quy trình cấp thoát nước và cách vận hành của nó, từ đó sẽ làm nền tảng và nguồn kiến thức dồi dào cho các sinh viên khi hoạt động trong các công tác chuyên ngành của mình và các hoạt động trong đời sống về lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thống cấp nước. Các hệ thống bơm chất lỏng bình hở được ứng dụng rất rộng rãi .

LỜI MỞ ĐẦU

Trong các đô thị và các vùng đô thị hóa hệ thống thoát nước và hệ thống cấp nước là một trong những hệ thống cơ sở hạ tầng rất quan trọng, không thể thiếu được trong hệ thống cấp nước và hệ thống thoát nước thì công trình thu nước trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp thoát nước là những công trình chủ yếu

và rất quan trọng ở đồ án trạm bơm cấp I sẽ nghiên cứu về các quy trình thu nước từ nguồn nước ngầm và nguồn nước mặt đưa lên trạm xử lý hoặc bể chứa

Việc thực hiện đồ án này rất là bổ ích cho các sinh viên, nó sẽ giúp các sinh viên tự tìm tòi học hỏi, và hiểu ra nhiều quy trình cấp thoát nước và cách vận hành của nó, từ đó sẽ làm nền tảng và nguồn kiến thức dồi dào cho các sinh viên khi hoạt động trong các công tác chuyên ngành của mình và các hoạt động trong đời sống về lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thống cấp nước Các hệ thống bơm chất lỏng bình hở được ứng dụng rất rộng rãi

Bài viết tuy không dài nhưng hi vọng có thể đáp ứng lại một phần nào đó nhu cầu tìm hiểu về hệ thống bơm nước lên bình hở Và từ đó chúng ta có một cái nhìn đầy đủ hơn về hệ thống bơm và các chương trình điều khiển

Bài viết này còn rất nhiều thiếu sót, em mong nhận được những đánh giá, những lời góp ý của thầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Thắng

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 Tổng quan hệ thống bơm chất lỏng, cấu tạo bơm……… 3

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống máy bơm……… ……… 3

1.2 Hệ thống bơm chất lỏng lên bình hở ……… 16

Chương 2 Thiết kế điều khiển, hệ truyền động điện cho trạm có nhiều bơm 2.1 Xây dựng mạch điều khiển ……… 17

2.2 Xây dựng mạch động lực ……… 23

Chương 3 Viết chương trình điều khiển ……… 27

3.1 Viết chương trình điều khiển cho PLC ……… 24

3.2 Mô phỏng ……… 30

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG BƠM CHẤT LỎNG

CẤU TẠO BƠM

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống máy bơm:

1.1.1 Khái niệm chung:

- Bơm là máy thuỷ lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng ở đầu đường ống để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp suất ở 2 đầu đường ống Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từ các nguồn động lực khác (máy nổ, máy hơi nước…)

- Điều kiện làm viêc của bơm rất khác nhau (trong nhà, ngoài trời, độ ẩm, nhiệt

độ v.v…) và bơm phải chịu được tính chất lý hoá của chất lỏng cần vận chuyển

1.1.2 Phân loại:

Phân loại bơm có nhiều cách:

a Theo nguyên lí làm việc hay cách cấp năng lượng, có hai loại bơm:

Bơm thể tích: Loại bơm này khi làm việc thì không gian thể tích làm việc thay đổi nhờ chuyển động tịnh tiến của pittong (bơm pittong) hay nhờ chuyển động quay của roto (bơm roto) Kết quả thế năng và áp suất chất lỏng tăng lên nghĩa là bơm cung cấp áp năng cho chất lỏng

Bơm động học: trong bơm này chất lỏng được cung cấp động năng từ bơm và áp suất tăng lên Chất lỏng qua bơm, thu được động lượng nhờ va đập của các cánh quạt (bơm li tâm, bơm hướng trục) hoặc nhờ ma sát của tác nhân làm việc (bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn động, bơm xoắn, bơm sục khí), hoặc nhờ tác động của trường điện từ (bơm điện từ) hay các trường lực khác

b Theo cấu tạo:

- Bơm cánh quạt: trong loại này bơm li tâm chiếm đa số và hay gặp nhất (bơm nước)

- Bơm pittong ( bơm nước, bơm dầu)

- Bơm roto (bơm dầu, hóa chất, bùn )

Thuộc loại này có bơm bánh răng, bơm cách trượt (lá gạt)

Ngoài ra còn có các loại đặc biệt như bơm màng cánh (Bơm xăng trong ôtô), bơm phun tia (tạo chân không trong các bơm lớn nhà máy nhiệt điện)

1.1.3 Sơ đồ các phần tử của một hệ thống bơm

Các phần tử cơ bản trong một hệ thống bơm được giới thiệu trên hình 1.1:

Hình 1.1 : Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống bơm

Bơm hút chất lỏng từ bể hút 4 qua bộ lọc 3, qua ống hút 5, qua van 6, van

7 và đẩy chất lỏng qua ống đẩy 8 vào bể chứa 9 Động cơ lai 1 dùng để quay bơm 2, 11 là đồng hồ chỉ thị ở cửa hút còn 12 là đồng hồ chỉ thị ở cửa đẩy

1.1.4 Các thông số cơ bản của bơm

a Cột áp H (hay áp suất bơm) Đó là lượng tăng năng lượng riêng cho một đơn

vị trọng lượng của chất lỏng chảy qua bơm (từ miệng hút đến miệng đẩy của bơm)

Cột áp H thường được tính bằng mét cột chất lỏng ( hay mét cột nước) hoặc tính đổi ra áp suất của bơm

gH H

P= γ = ρ

Trong đó:

- γ : trọng lượng riêng của chất lỏng được bơm (N/m3)

- g : Gia tốc trọng trườngCột áp H của bơm dùng để khắc phục:

- Độ chênh mức chất lỏng giữa bể chứa và bể hút Hh + Hd [m]

- Độ chênh áp suất tại hai mặt thoáng ở bể hút (p1) vàbể chứa (p2)

g

p p p p

2

2 1

2

g

v v h h

g

p p H H

2 )

(

2 1

2 2 1

+ +

) (

d

l g

v

) (

d

l g

v

Trong đó:

- vh, vd : vận tốc chất lỏng trong ống hút và ống đẩy (m/s)

- λh, λd : hệ số trở lực ma sát trong ống hút và ống đẩy

- lh, ld, dh, dd : các chiều dài và đường kính ống hút ống đẩy (m)

-∑ξh ,∑ξd : tổng hệ số trỏe lực cục bộ trong ống hút và ống đẩy

b Lưu lượng (năng suất) bơm: đó là thể tích chất lỏng do bơm cung cấp vào ống

đẩy trong một đơn vị thời gian

c Công suất bơm ( P hay N )

Trong một số tổ máy bơm cần phải phân biệt 3 loại công suất:

- Công suất làm việc N i(công suất hữu ích) là công để đưa một lượng Q chất lỏng lên độ cao H trong một đơn vị thời gian (s)

đc

H Q k

N k N

η η

η - hiệu suất bộ truyền Với bộ truyền đai (cu roa) thì ηtđ < 1 Còn khi động cơ

nối trực tiếp với bơm thì ηtđ ≈ 1

d Hiệu suất bơm ( ηb ) là tỉ số giữa công suất hữu ích N i và công suất tai trục bơm N

Trong đó:

+ Hiệu suất lưu lượng (hay hiệu suất thể tích) do tổn thất lưu lượng vì rò rỉ.+ Hiệu suất thuỷ lực (hay hiệu suất cột áp) do tổn thất cột áp vì ma sát trong nội bộ bơm

+ Hiệu suất cơ khí do tổn thất vì ma sát giữa các bộ phận cơ khí (ổ bi, gối trục…) và bề mặt ngoài của guồng động (bánh xe công tác) với chất lỏng (bơm

Tốc độ chuyển động của hạt chất lỏng khi ra khỏi bánh cánh công tác lớn

sẽ làm tăng tổn thất của đường dòng, bởi vậy cần phải giảm tốc độ này bằng cách biến một phần động năng của hạt chất lỏng chuyển động thành áp năng Để giải quyết điều này, chất lỏng sau khi ra khỏi bánh cánh công tác sẽ được dẫn vào buồng có tiết diện lớn dần dạng xoắn ốc nên gọi là bầu góp xoắn ốc Do sự quay đều của bánh cánh công tác nên trong đường ống chất lỏng chuyển động liên tục

* Phân loại bơm

+ Theo lưu lượng của bơm:

- Bơm có lưu lượng thấp : Q < 20m3/h

- Bơm có lưu lượng trung bình : Q < 60m3/h

- Bơm có lưu lượng cao: Q > 60m3/h

+ Phân loại theo cột áp của bơm:

+ Theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác:

-Bơm có bánh công tác hút chất lỏng từ một phía được gọi là bơm một miệng hút

-Bơm có hai miệng hút

+ Theo kết cấu của vỏ:

-Bơm một vỏ là bơm có một mặt phẳng chia vỏ ra làm hai phần qua tâm trục

-Bơm vỏ rời là bơm mà vỏ cấu tạo thành từ các phần riêng, mỗi phần ứng với một bánh công tác tạo thành một cấp của bơm

+ Theo cách đặt bánh công tác:

-Bơm đặt thẳng đứng

-Bơm đặt nằm ngang

+ Theo loại chất lỏng được chuyển bằng bơm :

-Bơm để bơm nước

-Bơm để bơm sản phẩm dầu hoả

+ Theo cách hút của bơm:

- Các bơm tự hút là các bơm có thiết bị để tạo ra chân không trong đường ống hút trong thời kỳ khởi động

- Các bơm không tự hút là các bơm không có thiết bị để tạo ra độ chân không trong đường ống hút trong thời kỳ khởi động

* Các thông số cơ bản của bơm ly tâm

- Cột áp:

Bơm li tâm khi làm việc với hệ thống đường ống sẽ có cột áp xác định, cột áp này bằng cột áp cản của đường ống Ta gọi cột áp đó là cột áp làm việc của bơm li tâm và được xác định theo công thức sau:

2

2 1

2

2 −

Trong đó: P 1 ,P 2 – Là áp suất đo được tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;

v 1 , v 2 – Là giá trị tốc độ dòng tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;

z 1 , z 2 - Độ chênh hình học của hai vị trí đo áp suất P1 và P2;

Đối với bơm li tâm, ứng với mỗi vòng quay nhất định thì chỉ có một giá trị cột áp mà tại đó bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, ta gọi là cột áp định mức Giá trị cột áp này được chỉ dẫn trên tài liệu kỹ thuật của bơm

- Lưu lượng:

Lưu lượng là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị thời gian Giá trị sản lượng này thường được xác định bằng các cách đo trực tiếp dòng chất lỏng mà bơm cung cấp được

Lưu lượng thường được ký hiệu là Q, thứ nguyên là m3/giờ, m3/giây, lít/phút

- Công suất:

+ Công suất làm việc

Công suất làm việc là công suất tiêu tốn trên trục động cơ lai bơm Ví dụ bơm được lai bằng động cơ điện thì:

NLV= Nđ/cơ điện lai.ηđ/cơ điện lai

+ Công suất thuỷ lực:

Công suất thuỷ lực là công suất mà chất lỏng thực sự nhận được từ động

cơ lai để tạo ra cột áp H, và sản lượng Q, γ là khối lượng riêng của chất lỏng

* Cấu tạo của bơm ly tâm

Ngày nay bơm li tâm có nhiều loại và kết cấu rất đa dạng song chúng bao gồm các bộ phận chính như: Vỏ bơm, bánh cánh, ống góp hình xoắn ốc và thiết

bị làm kín Kết cấu của một bơm điển hình được thể hiện trên (Hình 1.2) Đây là bơm li tâm một cấp đặt đứng cửa hút quay xuống dưới và có khoan lỗ cân bằng trên cánh để khử lực dọc trục

Hình 1.2: Cấu tạo bơm li tâmTrong đó:

Thân vỏ bơm có thể được chia thành nhiều khoang riêng biệt với nhau với nhiều mục đích Nó cũng còn có ý nghĩa trong việc tạo khung để bố trí các ổ đỡ trục, bộ làm kín, định hướng bánh cánh và các chi tiết khác…

Khi tháo lắp, sửa chữa hoặc bảo dưỡng nên chú ý các chốt định vị, độ dày các gioăng và thứ tự lắp ghép để đảm bảo trạng kỹ thuật của bơm.

Lối dẫn chất lỏng vào bánh cánh tạo thành cửa hút Phần góp chất lỏng ra theo phương tiếp tuyến ngoài của bánh cánh công tác có hình xoắn ốc Bầu góp này có nhiệm vụ biến một phần cột áp động thành cột áp tĩnh nhằm giảm tổn thất năng lương dưới dạng động năng

- Bánh cánh công tác:

Bánh cánh công tác của bơm li tâm hình tròn gồm nhiều cánh cong hay

thẳng (Số lượng từ 5 - 9 cánh) gắn trên mâm tròn xoay và được quay nhờ gắn

chặt trên trục quay của bơm.Bánh cánh được chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau song trong lĩnh vực tàu thuỷ thường được chế tạo từ đồng đúc hoặc ghép

Bánh cánh bơm li tâm có 3 loại chính là kín hai phía, hở một phía (phía còn lại kín) và hai phía đều hở

ra tuỳ thuộc vào chế độ công tác và ưu tiên chức năng chính của bơm cần cột áp hay cần lưu lượng mà kết cấu có dạng cánh cong ít hay cong nhiều

Cánh cong nhiều và dài (β2 nhỏ) để bơm chủ yếu tạo ra cột áp lớn Ngược

lại cánh cong ít và ngắn (β2 lớn) thì bơm chủ yếu tạo ra sản lượng cao

- Thiết bị làm kín:

Trong bơm li tâm thiết bị làm kín có nhiệm vụ ngăn cách giữa các khoang công tác với nhau, không cho rò rỉ chất lỏng qua lại để đảm bảo chức năng của bơm Đồng thời có nhiệm vụ cách biệt trong bơm với bên ngoài môi trường, hạn chế sự rò lọt của chất lỏng công tác ra ngoài môi trường, hoặc ngăn chặn không khí bên ngoài lọt vào bơm.(Hình 1.3) thể hiện các vị trí cần làm kín trong bơm

Đó là các vị trí lắp các bộ làm kín (Vị trí A, B, C) Chúng có tác dụng làm cách

biệt các vùng công tác có áp suất cao và vùng áp suất thấp, tránh sự qua lại của chất lỏng Tuy nhiên trong thực tế sự qua lại của chất lỏng vẫn tồn tại và vì thế không tránh khỏi tổn thất lưu lượng của bơm

Hình 1.3: Vị trí và một số dạng làm kín trong bơm li tâm

b Bơm pittông

Bơm pittông là loại bơm thể tích với nguyên lí làm việc đơn giản (hình 1 4).Khi động cơ quay quanh trục O, kéo theo hệ thống biên - maniven 3,4 và chuyển động quay biến thành chuyển động tịnh tiến qua lại của pittông 2 trong xilanh 1 với hành trình S = 2R (R là chiều dài maniven) Hai vị trí giới hạn hành trình của pittông A1 và A2 tương ứng với 2 điểm chết C1 và C2 Khi pittông dịch sang trái thì thể tích buồng làm việc 5 tăng lên, áp suất tuyệt đối chất lỏng trong xilanh giảm nhỏ hơn áp suất trên bề mặt thoáng bể hút Lúc đó van đẩy 7 đóng lại, van hút 6 bị đẩy mở ra và chất lỏng qua ống hút vào xilanh Đó là giai đoạn hút Khi pittông dịch sang phải thì thể tích buồng làm việc giảm đi áp suất chất lỏng trong xilanh tăng cao Lúc này van hút 6 bị đóng lại, van đẩy 7 bị đẩy mở

ra và chất lỏng từ xilanh dồn vào ống đẩy Đó là giai đoạn đẩy

Qua cách làm việc của bơm pittông, ta thấy :

- Ống hút luôn ngăn cách bởi ống đẩy

- Chuyển động của chất lỏng không đều, lưu lượng bị dao động và hầu như không phụ thuộc vào áp suất bơm

- Áp suất bơm (cột áp H) có thể rất cao (tương ứng với độ bền bơm và công suất động cơ kéo bơm)

Hình 1.4: Cấu tạo của bơm pittongVới cùng lưu lượng như nhau thì bơm pittông cồng kềnh và khó chế tạo (kín, khít) hơn so với bơm li tâm Do vậy, ở vùng áp suất thấp và trung bình người ta

ít dùng bơm pittông, nhưng ở vùng áp suất cao và rất cao (trên 200 at) thì hiện tại bơm pittông chiếm ưu thế tuyệt đối ( như trong hệ truyền động bằng dầu, trong vòi phun nhiên liệu động cơ điêzen, trong hệ thuỷ lực điều khiển trên máy bay…)

1.1.5 Đặc tính của bơm

Do bơm được lai bởi động cơ điện nên ở đây ta xét đặc tính của bơm như một đối tượng mà động cơ điện phải truyền động Qua đó thấy những đáp ứng cần phải có khi động cơ kéo bơm Bơm có rất nhiều loại sau đây em chỉ khảo sát loại điển hình phổ biến và được sử dụng trong đề tài này

Do diện tích mặt cắt buông trôn ốc tăng dần nên lưu tốc chất lỏng giảm dần và một phần động năng của chất lỏng biến thành áp năng, dồn chất lỏng vào ống đẩy

Lí thuyết và thực nghiệm cho thấy: khi tốc độ quay n của động cơ giữ nguyên thì cột áp H, công suất N và hiệu suất η là hàm số của lưu lượng Q Quan hệ H=H(Q); N=N(Q); η= η(Q) gọi là các đặc tính riêng của bơm Đường cong H=H(Q) hoặc Q=Q(H) cho biết khả năng làm việc của bơm nên còn gọi là đặc tính làm việc của bơm

Hình 1.5: Các đặc tính công tác của bơm li tâmNhận xét đặc tính N(Q) ta thấy: Công suất N có trị số cực tiểu khi lưu lượng bằng 0 Lúc này động cơ truyền động mở máy dễ dàng Do vậy, động tác hợp lí khi mở máy là khi khóa van 7 trên ống đẩy để cho Q = 0 Sau đó một hay hai phút thì mở van ngay để tránh bơm và chất lỏng bị quá nóng do công suất động cơ chuyển hoàn toàn thành nhiệt năng Hơn nữa, lúc mở máy, dòng động

cơ lại lớn nên Q ≠ 0 sẽ làm dòng khởi động quá lớn có thể gây nguy hiểm cho động cơ điện

1.1.6 Yêu cầu về trang bị điện cho trạm bơm

Như đã nêu, bơm có rất nhiều kiểu loại, đa dạng và giải công suất cũng rất rộng Truyền động cho bơm phổ biến là tryuền động điện Tuỳ theo tốc độ bơm, nối giữa động cơ và bơm có thể là trực tiếp (đồng trục) hoặc gián tiếp qua hộp tốc, đai truyền ly hợp thay đổi tốc độ, hệ thống biên maniven, trục khuỷu… Do vậy, khi chọn công suất động cơ, cần lưu ý tới hiệu suất của các khâu truyền lực trung gian Các bơm hầu như không đòi hỏi thay đổi tốc độ nên phổ biến kéo bơm là dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc, mở máy trực tiếp (nếu công suất nhỏ) hay gián tiếp qua điện trở, cuộn kháng ở mạch stator (nếu công suất trung bình) Với bơm có công suất trung bình và lớn, cũng thường dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn, mở máy bằng điện trở hạn chế ở mạch rotor để giảm dòng mở máy hoặc kết hợp thêm với các phần tử hạn chế ở mạch stator Trường hợp công suất lớn và rất lớn, dùng động cơ không đồng bộ để cải thiện cos

Với những bơm chuyên dùng, có thể dùng động cơ một chiều kích từ song song hoặc nối tiếp, nhất là khi có yêu cầu thay đổi tốc độ bơm.

Chọn động cơ kéo bơm pittông, phải theo loại bơm cụ thể và lưu ý sự biến thiên của lưu lượng, cột áp của bơm, do đó mômen động cơ cần đáp ứng

Trường hợp truyền động bơm li tâm, do bơm không tự động mồi nước được, mạch điều khiển cần phải đảm bảo mồi nước trước khi chạy bơm (qua bơm mồi, các van…) và tuân thủ các thứ tự thao tác chạy bơm

Vì bơm hoạt động ở môi trường ẩm ướt (nước, chất lỏng khác) hoặc ở môi trường độc hại (axit, kiềm…) hoặc ở môI trường dễ nổ, cháy (dầu, axit) hoặc ở môi trường bẩn (bùn) nên các trang bị điện cũng phải đáp ứng được các điều kiện đó

Một số chú ý về thiết kế trang bị điện cho tạm nhiều máy bơm:

- Trước hết ta cần chú ý loại tạm bơm, nếu là bơm nước thường trạm bơm cho

hệ thống bình kín hoặc tạm bơm cho hệ thống bình hở Dù là laọi này hay loại kia thì việc vận tải chất lỏng đi xa với lưu lượng cần thiết dòng chất lỏng cũng phải dự trữ một áp năng nào đó

- Trong các loại hệ thống dùng để bơm chuyển vật liệu hoá chất, vật liệu công nghệ, trạm thường được thiết kế nhiều bơm Trong trạm nhiều bơm thì vấn đề tự động hoá trạm nhằm và các vấn đề cần giải quyết sau:

(i) Duy trì mức chất lỏng cần thiết trong bình chứa;

(ii) Lựa chọn số lượng bơm hoạt động cần thiết;

(iii) Thứ tự tự động khởi động các bơm trong trạm;

(iiii) Thứ tự dừng tự động các bơm trong trạm bơm

- Thiết kế bảo vệ động cơ truyền động, bảo vệ bơm và sự làm việc bền vững của

hệ thống

- Hệ thống đảm bảo báo động, tín hiệu hoá, tự động dừng và tự động khởi động khi có yêu cầu

- Những hệ thống bơm đặc biệt như bơm dầu, hoá chất nhất thiết phải có nhiều

vị trí dừng khi có sự cố, hoả hoạn…

1.2 Hệ thống bơm chất lỏng lên bình hở

Ta có yêu cầu công nghệ của hệ thống như sau:

Hệ thống gồm có 3 bơm (được lai bởi 3 động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc) Trong đó bơm số 1 và bơm số 2 là 2 bơm hoạt động chính với tần suất lớn, còn bơm số 3 là bơm dự phòng có tần suất hoạt động thấp Bơm số 3 này sẽ được bổ sung chạy thay thế cho bơm chính mỗi khi bơm chính gặp một sự cố nào đó (ví dụ sự cố quá tải của động cơ điện)

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN, HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

CHO TRẠM CÓ NHIỀU BƠM

2.1 Xây dựng mạch điều khiển

Hiện nay do yêu cầu kích thước gọn nhẹ, độ tin cậy cao nên tự động hóa

là xu hướng phát triển chung trong thực tế chế tạo và vận hành các hệ thống Trong các hệ thống bơm chất lỏng bình hở, tự động hóa nhằm đạt được các mục đích và yêu cầu sau đây:

- Giảm bớt hoặc giảm hẳn sự phục vụ của con người đối với sự hoạt động của hệ thống

- Nâng cao tính kinh tế, tính an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống

- Nâng cao hiệu suất công việc

Dựa trên các tiêu chí trên ta sẽ tiến hành xây dựng một trạm bơm chất lỏng bình kín gồm có 3 bơm li tâm với yêu cầu duy trì mức nước đủ cung cấp cho các hộ tiêu thụ khi nhu cầu sử dụng của các hộ luôn có sự thay đổi Trước khi đi vào xây dựng mạch điều khiển, mạch động lực cho hệ thống ta sẽ làm rõ thuật toán điều khiển mà hệ thống cần thực hiện như sau:

Tại thời điểm ban đầu khi ấn nút Start, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động Trạng thái của các cảm biến mức sẽ được đọc về và xử lí theo thuật toán sau:

- Mức nước trong bình dưới vị trí a: Bật đồng thời cả 3 bơm số 1, số 2, số 3 hoạt động

- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí a đến vị trí b: Bật chạy bơm số 1

và bơm số 2

- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí b đến vị trí c: Bật chạy bơm số 1

- Mức nước trong bình trên vị trí c: Tắt hết các bơm

Với sự hoạt động của hệ thống như đã phân tích ở trên, ta sẽ chọn thiết bị điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống đó là PLC S7-300 của Siemens với một số lí do sau đây:

Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống công nghiệp Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơle hay máy tính tiêu chuẩn.

- Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều khiển rơle để thực hiện cùng một chức năng

- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy tính thông thường

- Giá thành thấp: Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơle, nhưng nó

có khả năng thay thế hàng trăm rơle

- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này

- Giao diện trực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có thể giao tiếp với môi trường công nghiệp Trong khi đó các PLC có thể giao tiếp trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O đã được chế tạo sẵn theo chuẩn công nghiệp

Cùng với những ưu thế về phần cứng, dưới đây cũng là các ưu thế về phần mềm:

- PLC có nhiều công cụ lập trình dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3

- Sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao tạo ra khả năng viết những chương trình lớn và phức tạp khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi hay truy cập dữ liệu chương trình