nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống đhkk trung tâm water chiller tại xưởng nhiệt điện lạnh

Chính từ những yếu tố trên, xuất phát từ thực tiễn vận hành của hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh thì vấn đề cải tiến lại hệ thống điện điều khiển cho hệ thống Điều hoà kh

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

TỰ ĐỘNG CHO HỆ THỐNG ĐHKK TRUNG TÂM WATER - CHILLER TẠI XƯỞNG NHIỆT - ĐIỆN LẠNH

MÃ SỐ: T69 - 2007

S 0 9

S KC 0 0 1 8 7 9

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

CHO HỆ THỐNG ĐHKK TRUNG TÂM WATER-CHILLER

TẠI XƯỞNG NHIỆT-ĐIỆN LẠNH

Chủ nhiệm đề tài :Lại Hoài Nam

Tp HCM: 04/ 2008

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Trong hệ thống lạnh mỗi hệ thống có một yêu cầu và đặc thù riêng, tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng, chế độ vận hành và yêu cầu của người sử dụng Chính vì vậy, hệ thống điều khiển về nguyên tắc cũng dựa trên nguyên lý chung của hệ thống nhằm đảm bảo được yếu tố an toàn khi hệ thống hoạt động Nhưng đối với từng hệ thống riêng biệt, đặc biệt là yếu tố chủ quan của nhà cung cấp, lắp đặt thiết bị, nên mỗi hệ thống điều khiển sẽ có những khác biệt nhất định Chính từ những yếu tố trên, xuất phát từ thực tiễn vận hành của hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh thì vấn đề cải tiến lại hệ thống điện điều khiển cho hệ thống Điều hoà không khí Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh là yêu cầu cần thiết

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

2.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống ĐHKK trung tâm Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh” nhằm mục đích nâng cao khả năng bảo vệ, hiển thị, thông báo cho hệ thống khi vận hành cũng như khi xảy ra sự cố Nhằm giúp cho người vận hành có thể nhận định sự cố một cách chính xác để có biện pháp xử lý kịp thời khi có sự cố xảy ra

Đề tài trên cũng giúp cho sinh viên chuyên ngành Nhiệt-Điện lạnh có một cách nhìn thực tế hơn khi trực tiếp vận hành trên hệ thống trong quá trình thực tập tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh Từ đó các em có thể chủ động, sáng tạo để có thể thiết kế những mạch điện điều khiển cho các hệ thống khác khi các em trực tiếp thực hiện công việc

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU – CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Dựa trên lý thuyết về tự động hoá điều khiển hệ thống lạnh, kết hợp với những thiết bị điều khiển đặc thù trong hệ thống nhiệt lạnh, trong hệ thống dẫn nước và các khí cụ điện nhằm thi công mạch điện điều khiển ứng dung cho hệ thống

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.3.1 Những vấn đề còn hạn chế trong hệ thống điều khiển cũ của hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh

Về cơ bản, hệ thống cũng đã được trang bị đầy đủ về cơ chế bảo vệ hệ thống khi có sự cố xảy ra vế áp suất cao, áp suất thấp Nhưng về cơ chế hiển thị các sự cố xảy ra thì hệ thống vẫn không đáp ứng được yêu cầu khi chỉ đưa

ra tín hiệu đèn và còi chung cho mọi sự cố của hệ thống Điều này sẽ gây khó khăn cho người vận hành khi phải mất thời gian cho người vận hành khi phải mất thời gian chẩn đoán sự cố của hệ thống để khắc phục, vấn đề này sẽ gây ra những ảnh hưởng dây chuyền khác khi hệ thống ngừng hoạt động quá lâu để khắc phục sự cố Ngoài ra, khả năng tự động hoá của hệ thống chưa cao khi chỉ hoạt động được ở chế độ manual (chế độ vận hành thủ công), không đáp ứng được yêu cầu tự động hoá hoạt động của hệ thống

2.3.2 Thi công mạch điện điều khiển cải tiến cho hệ thống

2.3.2.1 Giới thiệu các thiết bị chính sử dụng trong hệ thống điều khiển

a) Relay nhiệt

* Công dụng

Tủ điện củ của hệ thống

Relay nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, contactor Nó được dùng ở điện

áp xoay chiều đến 500V, điện áp một chiều đến 440V

Thông thường dùng relay nhiệt để bảo vệ quá tải, người ta phải đặt kèm với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch

* Nguyên tắc cấu tạo

Nguyên lý cấu tạo của một loại relay nhiệt được trình bày như hình 2.2

Hình – Nguyên lý cấu tạo của relay nhiệt a) Trạng thái đóng; b) Trạng thái cắt

1 – phần tử đốt nóng; 2 – băng kép; 3 – đòn xoay;

4 – tiếp điểm tĩnh; 5 – nút reset; 6 – lò xo; 7 – tiếp điểm động

Relay nhiệt

* Nguyên tắc hoạt động

Khi dòng điện phụ tải chạy qua, phần tử đốt nóng (1) sẽ nóng lên và tỏa nhiệt ra xung quanh Băng kép (2) bị hơ nóng sẽ cong lên trên Nếu trong phạm vi nhiệt độ cho phép ứng với dòng phụ tải nào đó thì đòn xoay (3) vẫn tì đầu trên vào băng kép (2) và mạch làm việc bình thường Nếu phụ tải bị quá tải, sau một thời gian bị hơ nóng cao hơn, băng kép (2) sẽ cong lên nữa và rời khỏi đầu trên của đòn xoay (3) Lò xo (6) sẽ kéo đòn xoay (3) quay ngược chiều kim đồng hồ Đầu dưới đòn xoay (3) sẽ quay sang phải và kéo theo thanh kéo cách điện (7) Tiếp điểm thường đóng 4

mở ra, cắt mạch điều khiển và từ đó mạch động lực bị cắt (hình b)

Khi relay đã cắt sự cố quá tải, không còn dòng điện qua phần tử đốt nóng (1) nên băng kép (2) nguội dần và cong xuống nhưng chỉ tì lên đầu

trên của đòn xoay (3) (hình b), vì vậy tiếp điểm (4) không tự đóng lại

được Muốn relay trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục nhiệm vụ bảo vệ quá tải, phải ấn nút phục hồi (5) để đẩy đòn xoay (3) thuận chiều kim đồng hồ Đầu tự do của băng kép sẽ tụt xuống, chèn giữa đòn xoay (3) ở vị trí

đóng tiếp điểm (4) (hình a)

Relay nhiệt có quán tính nhiệt lớn vì khi dòng tải qua phần tử đốt nóng tăng lên thì cần phải có một thời gian để nhiệt truyền tới băng kép, làm băng kép cong lên Vì thế mà relay nhiệt không có tác dụng cắt mạch tức thời khi dòng điện tăng lên mạnh nghĩa là không bảo vệ được sự cố ngắn mạch

b) Contactor

* Công dụng

Contactor là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa tự động hoặc

bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải, điện áp đến 500V, dòng điện đến

600A

* Nguyên tắc cấu tạo

Nguyên tắc cấu tạo của một contactor được trình bày trên hình 2.6

Hình – Nguyên tắc cấu tạo contactor

LX – lò xo; Fe – lõi sắt; K – cuộn hút;

C – cần; a,b,c – tiếp điểm động lực 1,2 – tiếp điểm mạch điều khiển

Contactor

* Nguyên lý làm việc

Phần chính của một contactor là cuộn hút điện từ K (hình), và hệ

thống các tiếp điểm Khi cuộn K không có điện, lò xo LX kéo cần C mở

các tiếp điểm thường mở (gồm các tiếp điểm động lực a, b, c và tiếp điểm

điều khiển 1), đồng thời đóng tiếp điểm thường đóng (tiếp điểm 2) Khi cấp điện cho cuộn K, lõi sắt Fe bị hút, kéo căng lò xo LX và cần C đóng các

tiếp điểm thường mở (tiếp điểm 1, a, b, c) và cắt tiếp điểm thường đóng

(tiếp điểm 2) Tùy theo mục đích sử dụng mà các tiếp điểm được nối vào mạch lực hay mạch điều khiển một cách thích hợp

c) Relay trung gian

Nhiệm vụ của relay trung gian là khuếch đại các tín hiệu điều khiển, liên kết giữa các phần tử điều khiển khác nhau

Relay trung gian thường là relay điện từ Số lượng tiếp điểm của relay trung gian thường nhiều hơn các loại relay khác Relay trung gian có độ phân cách về điện tốt giữa mạch cuộn hút và mạch tiếp điểm

d) Relay áp suất

Relay áp suất là dụng cụ chuyển đổi các tín hiệu áp suất và hiệu áp suất

thành tín hiệu đóng cắt của tiếp điểm điện (ON/OFF)

Relay trung gian

*Relay áp suất kép (Relay áp suất hai block)

Nếu relay áp suất đơn chỉ nhận một tín hiệu áp suất thì relay áp suất kép nhận hai tín hiệu áp suất, khống chế đồng thời hai áp suất nhưng chỉ tác động lên một tiếp điểm chung Như vậy, relay áp suất kép gồm relay áp suất cao và relay áp suất thấp được tổ hợp chung lại trong một vỏ thực hiện chức năng của hai relay, ngắt điện cho máy nén khi áp suất cao vượt

quá mức cho phép và khi áp suất thấp hạ xuống dưới mức cho phép Hình

2.26 giới thiệu cấu tạo của một relay áp suất kép của Danfoss

1 – Vít đặt áp thấp

2 – Vít vi sai áp thấp

3 – Tay đòn chính phía hạ áp

4 – Khóa vít điều chỉnh

5 – Vít đặt áp cao

6 – Lối luồn dây điện

7 – Nút reset Hình – Cấu tạo relay áp suất kép của Danfoss

Relay áp suất hai block

Về nguyên tắc làm việc đóng ngắt tiếp điểm cũng giống như loại relay áp suất đơn nhưng với loại kép thì khi relay ngắt tiếp điểm bởi tác động của áp suất cao thì dù áp suất thấp là bao nhiêu mạch cũng không đóng lại, có nghĩa là tác động của phía cao áp không phụ thuộc vào phía hạ áp Điều này giúp đảm bảo an toàn cho phía áp cao

Khi lắp đặt các loại relay áp suất cần lưu ý ống nối từ ống hút hoặc ống đẩy vào relay nên ở vị trí phía trên ống để ngăn dầu lọt vào hộp xếp,

vì nếu để dầu lọt vào hộp xếp lâu ngày có thể hộp xếp bị bó không hoạt động được một cách hoàn hảo và cũng không đảm bảo cho các tiếp điểm làm việc bình thường

2.3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển

* Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống

Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển hệ thống Water – Chiller

tại xưởng Nhiệt – Điện lạnh

2.3.3 Kết quả đạt được

Tủ điện mới của hệ thống sau khi thi công, lắp đặt lại

2.3.4 Qui trình vận hành hệ thống

2.3.4.1 Vận hành hệ thống ở chế độ Manual (chế độ vận hành thủ công)

* Khởi động hệ thống:

Thực hiện trình tự theo các bước sau:

- Đặt Contac AUTO-OFF-AUTO ở vị trí OFF

- Nhấn nút POWER SUPPLY ON để cấp điện cho mạch điện điều khiển

- Đặt Contac COMPRESSOR OFF-MAN, COND PUMP OFF-MAN, EVAP PUMP AUTO-OFF-MAN ở vị trí MAN

AUTO Nhấn nút START EVAP PUMP để khởi động bơm nước lạnh, đèn EVAP PUMP sáng báo hiệu bơm đã hoạt động

- Nhấn nút START COND PUMP để khởi động bơm nước giải nhiệt và quạt giải nhiệt, đèn COND PUMP sáng báo hiệu bơm, quạt đã hoạt động

- Nhấn nút START COMPRESSOR để khởi động máy nén, đèn COMPRESSOR sáng báo hiệu máy nén đã hoạt động

* Dừng hệ thống:

Thực hiện trình tự theo các bước sau:

- Nhấn nút STOP COMPRESSOR để dừng máy nén

- Sau 10 phút nhấn nút STOP COND PUMP để dừng quạt và bơm giải nhiệt

- Nhấn nút STOP EVAP PUMP để dừng bơm nước lạnh

- Đặt Contac COMPRESSOR OFF-MAN, COND PUMP OFF-MAN, EVAP PUMP AUTO-OFF-MAN ở vị trí OFF

AUTO Nhấn nút POWER SUPPLY OFF để ngừng cấp nguồn cho mạch điểu khiển

2.3.4.2 Vận hành hệ thống ở chế độ AUTO (chế độ vận hành tự động)

* Khởi động hệ thống:

Thực hiện trình tự theo các bước sau:

- Đặt Contac AUTO-OFF-AUTO ở vị trí AUTO, đèn TEMP RELAY sáng, báo hiệu hệ thống đang hoạt động ở chế độ AUTO

- Nhấn nút POWER SUPPLY ON để cấp điện cho mạch điện điều

khiển

- Đặt Contac EVAP PUMP AUTO-OFF-MAN ở vị trí AUTO

- Đặt Contac COND PUMP AUTO-OFF-MAN ở vị trí AUTO

- Đặt Contac COMPRESSOR AUTO-OFF-MAN ở vị trí AUTO

Ở chế độ AUTO hệ thống sẽ tự dừng khi nhiệt độ nước lạnh đã đạt đến nhiệt độ cài đặt (khoảng 8-12 o C)

2.3.5 Hoạt động của hệ thống khi có sự cố xảy ra

2.3.5.1 Sự cố áp suất cao

Khi có sự cố áp suất cao, máy nén sẽ tự động ngắt, còi báo sự cố sẽ kêu, đèn HP sáng, báo hiệu cho người vận hành biết là hệ thống đang gặp sự cố áp suất cao Muốn tắt còi, ta nhấn nút STOP BUZZ, sau khi đã xử lý sự cố xong, ta nhấn nút RESET PROTECTION để set lại hệ thống bảo vệ về trạng thái ban đầu

2.3.5.2 Sự cố áp suất thấp

Khi có sự cố áp suất thấp, máy nén sẽ tự động ngắt, còi báo sự cố sẽ kêu, đèn LP sáng, báo hiệu cho người vận hành biết là hệ thống đang gặp sự cố áp suất thấp Muốn tắt còi, ta nhấn nút STOP BUZZ, sau khi đã xử lý sự cố xong, ta nhấn nút RESET PROTECTION để set lại hệ thống bảo vệ về trạng thái ban đầu

2.3.5.3 Sự cố áp lực nước

Khi bơm nước lạnh hoặc nước giải nhiệt có sự cố, nước giải nhiệt và nước lạnh không tuần hoàn trong hệ thống khi bơm vẫn hoạt động Khi đó, máy nén sẽ tự động ngắt, còi báo sự cố sẽ kêu, đèn WP sáng, báo hiệu cho người vận hành biết là hệ thống đang gặp sự cố áp lực nước Muốn tắt còi, ta nhấn nút STOP BUZZ, sau khi đã xử lý sự cố xong, ta nhấn nút RESET PROTECTION để set lại hệ thống bảo vệ về trạng thái ban đầu

2.3.5.4 Sự cố quá dòng

Khi máy nén, bơm giải nhiệt hoặc bơm nước lạnh gặp sự cố quá dòng Khi đó, máy nén sẽ tự động ngắt, còi báo sự cố sẽ kêu, đèn OL sáng, báo

hiệu cho người vận hành biết là hệ thống đang Muốn tắt còi, ta nhấn nút STOP BUZZ, sau khi đã xử lý sự cố xong, ta nhấn nút RESET PROTECTION để set lại hệ thống bảo vệ về trạng thái ban đầu

2.4 TÍNH KHOA HỌC

Hệ thống đã đưa ra một số giải pháp hữu ích cho quá trình hoạt động của hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh phục vụ đặc thù cho quá trình dạy học thực tập của giáo viên và sinh viên tại xưởng

2.5 KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀO ỨNG DỤNG THỰC TẾ

Với mạch điện điều khiển mới của hệ thống, không những áp dụng để vận hành an toàn cho hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh mà còn có thể ứng dụng hoặc lắp đặt cho các hệ thống bên ngoài

PHẦN 3: KẾT LUẬN 3.1 KẾT LUẬN

Đề tài đã hoàn thành về phần nguyên lý cũng như thi công hoàn chỉnh mạch điện điều khiển hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt_Điện lạnh theo đúng múc đích của đề tài đặt ra

3.2 ĐỀ NGHỊ

Với mạch điện điều khiển mới, có đầy đủ tính năng bảo vệ, hiển thị và báo sự cố cho hệ thống, có thể ứng dụng trực tiếp để vận hành cho hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh phục vụ cho quá trình giảng day, học tập của giáo viên và sinh viên tại xưởng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn tuỳ: Máy và thiết bị lạnh, NXB giáo dục

[2] Nguyễn Đức Lợi: Tự động hoá hệ thống lạnh, NXB giáo dục [3] ASHARE HAND BOOK: REFRIGERATION 2002

MỤC LỤC

Trang

2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2 2.2 Phương pháp nghiên cứu- Cơ sở lý thuyết 2

2.3.1 Những vấn đề còn hạn chế trong hệ thống điều khiển cũ 2 của hệ thống Water-Chiller tại xưởng Nhiệt-Điện lạnh

2.3.2 Thi công mạch điện điều khiển cải tiến cho hệ thống 3 2.3.2.1 Giới thiệu các thiết bị chính sử dụng trong hệ thống 3

điều khiển

2.3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển 9 2.3.3 Kết quả đạt được 11 2.3.4 Qui trình vận hành hệ thống 11 2.3.4.1 Vận hành hệ thống ở chế độ Manual 11 2.3.4.2 Vận hành hệ thống ở chế độ AUTO 12 2.3.5 Hoạt động của hệ thống khi có sự cố xảy ra 12 2.3.5.1 Sự cố áp suất cao 12 2.3.5.2 Sự cố áp suất thấp 13 2.3.5.3 Sự cố áp lực nước 13 2.3.5.4 Sự cố quá dòng 13

2.5 Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tế 14