Nghiên cứu ứng dụng hệ biến tần – PLC để điều khiển tối ưu, tiết kiệm năng lượng cho hệ thống bơm nhà máy nước trạm bơm cấp 1.

Tổ máy bơm được đấu nối vào họng hút nước từ bể nước ngầm, ống gom đường xả nối trực tiếp vào đường ống cấp nước của nhà máy. Công suất bơm của trạm được điều khiển tương ứng với áp lực yêu cầu trên đường ống cấp nước thông qua tủ điều khiển. Áp lực trên ống luôn được giám sát thông qua cảm biến áp suất đặt trên đường ống. Hệ thống bao gồm 6 máy bơm, 1 tủ điều khiển bằng PLC và 6 biến tần cho hệ máy bơm nước. Hệ thống này tự động giám sát mực nước trong bể chứa nước sạch và áp lực trong đường ống chung; nước hút từ bể chứa ngầm, cấp nước trực tiếp vào đường ống ngầm phân phối cho nhà máy nước, cho phép người vận hành lựa chọn chế độ tự động hoặc bằng tay. Điều khiển lượng nước bơm cho bể nước sạch tùy thuộc vào lượng nước cấp cho hộ tiêu thụ.

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH CHƯƠNG 1: YÊU CẦU CÔNG NGHỆ, QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG TRẠM BƠM CẤP NHÀ MÁY NƯỚC 1.1 Các thiết bị dùng hệ thống trạm bơm cấp Hình 1.1 Hệ thống bơm cấp bơm cấp nước cho bể nước - Sáu bơm loại động không đồng rotor lồng sóc: + Bốn bơm trục ngang có thông số sau: Nhãn hiệu : LEROY SOMER ® FL.S.35.5 LB4 U1 Công suất : 300 Kw ( công suất pha , Roto lồng sóc ) Sơ đồ đấu dây : / Điện áp làm việc: 380 V Dòng làm việc định mức : 542 A SVTH: Số : 754941 00HD02 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH Tốc độ : 1487 Vòng/phút Cos : 0.87 Kiểu bơm : Bơm trục đứng ; Q = 1200m3/h ; H = 65m Bảng 1.1: Thông số bơm trục ngang dùng hệ thống bơm + Hai bơm trục đứng có thông số: Nhãn hiệu : HELMKE KA4355S-BB014-Z Schorch Công suất : 9130630/1 260 Kw ( Công suất pha , Roto lồng sóc ) Sơ đồ đấu dây : / Điện áp làm việc: 380 V Dòng làm việc định mức : 457 A Tốc độ : 1488 Vòng/phút cos : 0.90 Kiểu bơm : Bơm trục ngang ; Q = 1200m3/h ; H = 60m Bảng 1.2: Thông sô bơm trục ngang dùng hệ thống bơm - Một cảm biến đo mức nước: Dùng cảm biến siêu âm Banner U-GAGE - Một cảm biến áp suất đường ống chung SVTH: Số: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH - Sáu biến tần Mitsubishi điều khiển bơm - Một PLC FX3U 1.2 Quy trình công nghệ - Tổ máy bơm đấu nối vào họng hút nước từ bể nước ngầm, ống gom đường xả nối trực tiếp vào đường ống cấp nước nhà máy Công suất bơm trạm điều khiển tương ứng với áp lực yêu cầu đường ống cấp nước thông qua tủ điều khiển Áp lực ống giám sát thông qua cảm biến áp suất đặt đường ống - Hệ thống bao gồm máy bơm, tủ điều khiển PLC và biến tần cho hệ máy bơm nước Hệ thống này tự động giám sát mực nước bể chứa nước và áp lực đường ống chung; nước hút từ bể chứa ngầm, cấp nước trực tiếp vào đường ống ngầm phân phối cho nhà máy nước, cho phép người vận hành lựa chọn chế độ tự động tay - Điều khiển lượng nước bơm cho bể nước tùy thuộc vào lượng nước cấp cho hộ tiêu thụ SVTH: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH Hình 1.2: Đồ thị phụ tải ngày nhà máy nước -Bể chứa nước có dung tích 50m x 30m x 8,5m 2250m3 8,5m 7m 50mx30mx8.5m 3000m3 5m 7500m3 Hình 1.3: Thể tích của bể nước - Quy trình công nghệ hệ thống sau: SVTH: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH + Ở chế độ Manual: Vận hành máy bơm cách chọn trực tiếp start/stop bơm, theo dõi hoạt động trạm bơm qua đèn báo Với chế độ tay bơm chạy không phụ thuộc vào thời gian và mức nước bể chứa nước + Ở chế độ Automation: Tín hiệu cảm biến đo mức đưa tín hiệu (0÷10V) PLC tín hiệu này xử lý để điều khiển tốc độ động bơm Trạm bơm tính toán thiết kế vận hành mức bình thường là máy với tổng công suất là 1200kW, bơm khởi động và cách 30s, bơm chia thành tổ, tổ gồm bơm, bơm có công suất 300kW, tổ phụ gồm bơm, bơm có công suất 260kW, có nhiệm vụ chạy bổ xung vào giờ cao điểm thiếu nước và chạy trì, đồng thời là bơm dự phòng có bơm hỏng sửa chữa  Hệ thống bơm hoạt động sau:  Bấm start → bắt đầu chế độ tự động Vào giờ 5giờ30ph, 11giờ30ph, 20giờ động bơm chính: B1, B2, B3, B4 chạy với 100% tốc độ định mức,     nước bể chứa nước dâng lên cao giảm tốc động bơm Từ 0÷5m động chính: B1, B2, B2, B4 chạy với 100% tốc độ Khi mức nước bể nước ≥5m giảm tốc động bơm 10% Khi mức nước bể nước ≥7m giảm tốc động bơm 20% Khi mức nước bể nước = 8,4m dừng động bơm và cho bơm (260kW/bơm) chạy trì với 80% tốc độ Trong khoảng thời gian từ 23giờ ÷ 5giờ30ph tất bơm nghỉ  Các động bơm chạy khoảng thời gian 5giờ30ph ÷ 9giờ30ph, 11giờ30ph ÷17giờ, 20giờ ÷ 23giờ Hết thời gian ngừng bơm  Vào giờ cao điểm 9giờ30ph -11giờ30ph và 17giờ - 20giờ, mức nước bể chứa nước ≤ 5m cho chạy bơm bổ xung với 80% tốc độ định mức, hết giờ cao điểm dừng động bơm  Khi bấm Stop Auto động bơm dừng và đóng van sau 15s lúc này đã tắt chế độ tự động Bấm Start hệ thống bơm vận hành chế độ tự động SVTH: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH + Trạm bơm vận hành chế độ tự động chế độ tay tác dụng và ngược lại Muốn chuyển sang chế độ tay, sau bấm Stop Auto bấm Manual Lúc này cho bơm nào chạy/dừng bấm Start/Stop SVTH: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU CHƯƠNG 2: GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ 2.1 Tổng quan biến tần FREQROL E700 2.1.1 Biến tần gì?  Thiết bị biến tần là thiết bị biến đổi nguồn điện từ tần số f này sang tần số khác là f2 Tần số biến đổi thường là tần số công nghiệp 50Hz Tần số biến đổi f1 phụ thuộc vào mục đích yêu cầu phụ tải, f2 phụ thuộc vào cấu trúc sơ đồ và loại biến tần Nếu biến tần là gián tiếp f2 > f1 hay f2 < f1, biến tần là trực tiếp f2 < f1  Thiết bị biến tần sử dụng rộng rãi việc điều chỉnh tốc độ quay động đồng bộ, khung đồng pha roto dây quấn roto lồng sóc Thông thường biến tần trực tiếp điều chỉnh cho động đồng và biến tần gián tiếp điều chỉnh cho ĐK, động đồng làm việc với tần số thấp  Hệ truyền động biến tần-động điều chỉnh vô cấp tốc độ động cách điều chỉnh tần số 2.1.2 Giới thiệu biến tần FREQROL E700 2.1.2.1 Kiểm tra sản phẩm nhận dạng phận  Loại inverter: FR- E740 -3.7K No E720 Voltage class Three-phase class Three-phase E740 class E720S Single-phase class E720W Single-phase SVTH: 200V 400V 200V 100V Công suất inverter ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU class 2.1.2.2 Sơ đồ nối dây SVTH: GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU SVTH: GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH 2.1.2.3 Đặc điểm kĩ thuật đầu cuối mạch SVTH: 10 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH 2.1.2.4 Sơ đồ mạch động lực nối với động 2.1.2.5 Nối dây mạch điều khiển 2.1.3 Dùng biến tần FREQROL E700 điều khiển động  Biến tần cần lệnh tần số và lệnh khởi động Lệnh tần số (đặt tần số) xác định tốc độ quay rotor Cài đặt thông phải theo đúng yêu cầu tải và điều kiện vận hành SVTH: 11 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH 2.1.3.1 Start/stop bảng vận hành  Cài đặt tần số bảng vận hành  Cài đặt tần số switch-Cài đặt tốc độ  Cài đặt tần số đầu vào analog 2.2 Giới thiệu PLC FX3U -Dòng sản phẩm PLC FX3U hệ thứ ba gia đình họ FXPLC, PLC dạng nhỏ gọn thành công hãng Mitsubishi Electric -Với tốc độ xử lý cực mạnh mẽ, thời gian 0.065µs lệnh đơn logic, với 209 tập lệnh tích hợp sẵn cải tiến liên tục đặc biệt cho nghiệp vụ điều khiển vị trí Dòng PLC cho phép mở rộng truyền thông qua cổng USB, hỗ trợ cổng Ethernet Cổng lập trình RS-422 mini DIN Với tính mạng mở rộng làm cho PLC nâng cao khả kết nối tối đa I/O lên đến 384 I/O, bao gồm khối I/O qua mạng -Các dòng PLC FX3U: SVTH: 12 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH 2.3 Cảm biến đo mức nước Banner U-GAGE® - dòng cảm biến siêu âm giúp giải ứng dụng mà cảm biến quang thông thường không ứng dụng Được nâng cấp và hoàn thiện trước thức sản xuất, dòng sản phẩm này có độ linh hoạt, xác và có hiệu ứng dụng khó khăn U-GAGE lắp đặt môi trường làm việc Cấp bảo vệ đến IP68, NEMA6P, tất điều kiện thời tiết Là cảm biến lý tưởng môi trường làm việc có tính ăn mòn cao axit, bazơ,… Nhiều mẫu, kiểu lắp giúp dễ dàng lựa chọn để lắp đặt nhằm đảm bảo tính hoạt động ổn định và thẩm mỹ Ngõ cảm biến siêu âm có nhiều lựa chọn: analog và digital Tất model có nút cài chương trình nhanh và có tính bù nhiệt độ, tự điều chỉnh giúp cảm biến hoạt động xác cao điều kiện môi trường thay đổi Khoảng cách phát từ 30mm ÷ 10m, độ phân giải 0.1%-0.25% Cảm biến siêu âm sử dụng sóng âm thanh, điều này giúp nhận dạng xác Tại bể chứa nước nhà máy nước, cảm biến siêu âm lắp nắp bể chứa Lấy tín hiệu analog (0 ÷ 10V) cảm biến này và truyền tín hiệu đến PLC nhà máy nước Thang đo cảm biến chia thành mức tác động: - 5V tương ứng với 5m chiều cao nước bể chứa 7V tương ứng với 7m chiều cao nước bể chứa - 8,4V tương ứng với 8,4m chiều cao nước bể chứa SVTH: 13 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH Hình 3.1: Cảm biến siêu âm Banner U-GAGE 2.4 Cảm biến đo áp suất đường ống Áp lực nước quy trình sản xuất và cung cấp nước thường nhỏ 16 bar Phổ biến hệ thống xử lý nước là sử dụng đầu đo áp lực kèm hiển thị áp lực và truyền dòng 4-20mA Đầu đo áp lực hoạt động dựa nguyên lý: thay đổi giá trị điện trở bán dẫn có áp lực P ép vào bề mặt tiếp xúc đầu đo, điện trở thay đổi làm thay đổi giá trị điện áp (hoặc dòng) đầu và đưa đến hiển thị áp lực và truyền dòng Khi cần đo tổn thất qua bể lọc: đo hiệu số mực nước bể lọc và mực nước ống thu nước lọc ra, dùng thiết bị đo mực nước kiểu màng, thiết bị đo khí SVTH: 14 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH nén Có thể đo độ chân không đỉnh xiphong, dùng xiphong để điều chỉnh tốc độ lọc Bộ hiển thị áp lực và truyền dòng nhận giá trị điện áp (hoặc dòng) biến thiên theo áp lực nước để xử lý và hiển thị (bằng số mặt LCD) áp lực nước, đồng thời truyền tín hiệu 4-20mA (hoặc áp 0-10VDC) mang thông tin áp lực nước cho PLC 2.5 Hệ PLC biến tần CHƯƠNG 3: PHÂN CÔNG VÀO RA, GIẢN ĐỒ THỜI GIAN VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 3.1 Phân công vào/ra Input Symbol 3.2 START AUTO STOP AUTO MANUAL BẰNG TAY BƠM BẰNG TAY BƠM BẰNG TAY BƠM BẰNG TAY BƠM BẰNG TAY BƠM BẰNG TAY BƠM STOP BƠM STOP BƠM STOP BƠM STOP BƠM STOP BƠM STOP BƠM Giản đồ thời gian SVTH: 15 Output Address X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 Symbol VAN VAN VAN VAN VAN VAN Address Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU  Chế độ tự động: SVTH: 16 GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU  Chế độ tay: SVTH: 17 GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU SVTH: 18 GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH ... bao gồm máy bơm, tủ điều khiển PLC và biến tần cho hệ máy bơm nước Hệ thống này tự động giám sát mực nước bể chứa nước và áp lực đường ống chung; nước hút từ bể chứa ngầm, cấp nước trực... phân phối cho nhà máy nước, cho phép người vận hành lựa chọn chế độ tự động tay - Điều khiển lượng nước bơm cho bể nước tùy thuộc vào lượng nước cấp cho hộ tiêu thụ SVTH: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC... Số: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC ÂU GVHD: Th.S TRẦN THÁI ANH - Sáu biến tần Mitsubishi điều khiển bơm - Một PLC FX3U 1.2 Quy trình công nghệ - Tổ máy bơm đấu nối vào họng hút nước từ bể nước ngầm,