Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG - - NHĨM 29 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN:KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ GVHD SVTH TS Lê Quang Đức Nguyễn Ngọc Minh Hải 1051060016 Mai Văn Bi 1051060004 Võ Ngọc Đức 1051060014 TP HCM, tháng năm 2013 Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức Yêu cầu đề tài: Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí:  Động có công suất P=25HP, áp suất ổn định 6kg/cm2  Chọn động cơ, thiết bị, biến tần  Điều khiển khởi động máy nén khí sử dụng bình trung gian, động dừng xả bình trung gian để khởi động dễ dàng  Ổn định áp suất khí nén đầu  Bảo vệ tải động  Bảo vệ áp suất bình chứa: dừng động bình chứa có áp suất q bar TÌM HIỂU VẤN ĐỀ I Đối tượng cần điều khiển máy nén khí Trong thực tế có nhiều loại máy nén khí khác như: máy nén piston, máy nén trục vít, roto cánh trượt, máy nén ly tâm… SVTH: NHÓM 29 Page Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức (tham khảo tài liệu: Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á-www.energyefficiencyasia.org trang 8) Từ yêu cầu đề so sánh ta chọn loại máy nén trục vít Mơmen tỷ lệ với tốc độ, có đặc tính làm việc đặc tính là: ω M 6s 6s ω t Vấn đề cần điều khiển ổn định áp suất máy nén, trường hợp: - Áp suất đo > áp suất đặt ⇒ giảm tốc độ động lại - Áp suất đo < áp suất đặt ⇒ tăng tốc độ động lên - Áp suất đặt = áp suất đo ⇒ động quay với tốc độ Ta điều khiển tốc độ quay động để điều khiển máy nén khí tạo khí nén cung cấp cho sử dụng với áp suất ổn định theo yêu cầu Sử dụng bình trung gian để động dừng, xả hết khí bình trung gian để động khởi động lại dễ dàng Sử dụng van chiều để không cho khí ngược lại bình trung gian dừng động Chế độ làm việc: làm việc dài hạn Bảo vệ : bảo vệ tải, bảo vệ áp suất II GIẢI PHÁP SVTH: NHÓM 29 Page Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức Theo sơ đồ giải pháp trên, nhóm chọn thiết bị sau:  Biến tần hãng FUJI  Máy nén khí trục vít hãng Hertz (Đức)  Động để kéo máy nén  Cảm biến áp suất để đo áp suất bình chứa khí phản hồi biến tần  Van chiều để khơng cho khí ngược lại bình trung gian  Van điện từ để xả khí bình trung gian dừng động  Bình trung gian bình chứa khí để lưu trữ lượng khí sinh  Relay áp suất để bảo vệ áp suất bình chứa áp suất 8bar III CHỌN CÁC THIẾT BỊ MÁY NÉN KHÍ Mục đích: máy nén thiết bị quan trọng hệ thống khí nén , máy nén trực tiếp sản sinh khí nén để cung cấp tới thiết bị vị trí có nhu cầu sử dụng khí nén Yêu cầu: Theo yêu cầu đề động có cơng suất P = 25 HP (18.5kW), áp suất ổn định máy nén khí 6kg/cm2( ) Giải pháp: Do khơng có loại máy nén có cơng suất 18.5kW có áp suất làm yêu cầu đề (6bar) nên nhóm định chọn máy nén trục vít Hertz có dầu với model HSC 18.5 có áp suất làm việc: 7.5 đến 13 bar, có tích hợp sẵn động SVTH: NHĨM 29 Page Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức (catalog “may nen Hertz.pdf” trang 4) Thông số kỹ thuật:  Hãng sản xuất: Hertz (Đức)  Model: HSC 18.5  Công suất động cơ: 25 HP (18.5kW)  Áp suất làm việc : 7.5- 13 bar  Điện áp: 380V/3 pha/50Hz  Lưu lượng: 2.4 đến 3.3 m3/phút  Khối lượng: 420kg Bình chứa khí: Mục đích: tích trữ khí nén mà máy nén khí sản sinh ra, cung cấp trở lại cho hệ thống khí nén có nhu cầu sử dụng u cầu: Ngun tắc chọn bình chứa khí: Dung tích bình chứa= khí nén từ máy nén/ phút Máy nén chọn có lưu lượng 3.3 m3/phút , áp suất đường ống 7.5bar Do đó, khí nén phút là: 3300/7.5 - tương đương 440 lít SVTH: NHĨM 29 Page Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức Giải pháp: Chọn bình chứa khí dung tích 500 lít Thơng số kỹ thuật:  Áp suất làm việc: đến 50 bar  Áp suất thiết kế: 1,25 lần áp suất làm việc  Dung tích: 500 lít  Đường kính: 480mm  Chiều cao tổng thể: 1800mm  Bề dày tole thép SS400, CT3: 4.5mm BIẾN TẦN Mục đích: Điều khiển động máy nén khí công suất 25HP (≈ 18.5kW) Yêu cầu:  Chuyên dùng cho máy nén  Thích hợp cho tải thay đổi tốc độ, tải làm việc dài hạn  Sử dụng cho động có cơng suất đầu 25HP(18.5kW)  Điều khiển U/f SVTH: NHÓM 29 Page Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức  Điều khiển biến tần hãng FUJI  Áp suất ổn định 6kg/cm2 Giải pháp : Chọn biến tần FUJI FRENIC5000P11S Model FRN025P11S-4UX:  Sử dụng cho máy nén khí, quạt,bơm…  Điều khiển U/f  Thích hợp cho tải thay đổi tốc độ, tải làm việc dài hạn  Có chức PID (catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 9) Thông số kỹ thuật biến tần: FRN025P11S-4UX Hãng sản xuất Fuji Cơng suất Dòng điện vào Dòng điện Khả chịu tải SVTH: NHÓM 29 18.5kW 33.2A 37A 110% 60s Page Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức Điện áp đầu vào định mức Tần số định mức Dao động điện áp cho phép Dao động tần số cho phép Công suất đầu vào biến tần Phương thức làm mát Khối lượng Bảo vệ 380 đến 480V 50Hz 323 đến 432V 28kVA Quạt làm mát 10kg Quá tải, áp, nhiệt,… AC REATOR: Mục đích: giảm sóng hài Giải pháp: chọn cuộn kháng với Catalog No LRAC04502 (catalog “AC REATOR.pdf” trang 7) Thông số kỹ thuật: SVTH: NHÓM 29 Page Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức  Công suất: 25÷30 HP  Điện áp vào: 380V  Dòng điện vào: 45A  Tần số: 50Hz DC REACTOR: Mục đích : Làm phẳng dòng biến tần sau chỉnh lưu Giải pháp : Chọn DC REACTOR theo catalog biến tần có Reator type DCR4-18.5 (catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 27) Chọn điện trở hãm Mục đích: dùng để hãm tránh tăng áp tăng tốc giảm tốc độ động Yêu cầu: phù hợp với công suất biến tần Giải pháp: theo khuyến cáo biến tần chọn điện trở hãm Type DB18.5-4 (catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 28) SVTH: NHÓM 29 Page Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức Chọn MCCB : Mục đích: bảo vệ tải, ngắn mạch cho mạch động lực Yêu cầu: – Số cực :3 – Dòng định mức : khoảng (1.2-1.5) Iđm – Điện áp : 380 V – Dòng cắt phải phù hợp:  Tính dòng ngắn mạch để chọn dòng cắt phù hợp: điểm ngắn mạch gần nguồn dòng ngắn mạch lớn nên ta tính tốn dòng ngắn mạch lớn xảy để chọn MCCB bảo vệ hệ thống Ta tính tốn điểm ngắn mạch phía Contactor Chọn chiều dài đường dây : l=10m, ta có: Rdây= 3,33mΩ/m Xdây=0,09 mΩ/m=>Zdây=(3,33+j0,07).10=(33.3+j0,9) mΩ Rtxmccb=1,1mΩ Rcd=5mΩ , Xcd=2.5mΩ (tra bảng 2-36, 2-42, 2-43/trang 649/CCĐ- thầy Nguyễn Xuân Phú) Rtxcontactor=0,5mΩ => Giải pháp: Chọn MCCB với DC Reator theo khuyến cáo biến tần , nhóm chọn loại MCCB hãng Fuji với Type BW50SAG – CE SVTH: NHÓM 29 Page 10  Reset tay áp suất lệch : 0.3 bar 13.Chọn nguồn AC-DC : Mục đích : chuyển đổi nguồn 220VAC xuống 24VDC để cấp nguồn cho cảm biến áp suất Yêu cầu :  Điện áp đầu vào : 220VAC  Điện áp đầu : 24 VDC Giải pháp : chọn nguồn S8VM-01524 hãng Omron (catalog “bo nguon AC-DC.pdf” trang 2) Bộ nguồn có thơng số :  Điện áp vào khoảng : 100-240VAC  Công suất : 15W  Điện áp đầu :24VDC  Dòng điện đầu :0.65A 14 Chọn valve điện từ : Mục đích : Điều khiển xả khí bình trung gian động dừng Yêu cầu :  Nguồn cấp 220V  Loại van thường mở : NO  Dùng cho khí Giải pháp : chọn van điện từ YC1335BA2T (catalog “ Solenoid_Valves.pdf” trang 8,9) Thông số kỹ thuật :  Điện áp cuộn hút van điện từ : 220V  Tần số : 50Hz  Dùng cho khí 15 Van chiều : Mục đích : cho khí theo chiều từ bình khí trung gian sang bình khí chính,ngăn khơng cho khí theo chiều ngược lại động dừng Yêu cầu :  Van sử dụng cho khí  Chịu áp suất Giải pháp : Chọn van chiều hãng SMC với type AK2000-02 (catalog “van chieu.pdf” trang 1) Van chiều AK2000-02 có thơng số:  Dùng cho khí  Áp suất chịu : 1,5 Mpa ( 15bar)  Áp suất hoạt động: 0.02 MPa - Mpa (0.2bar – 10bar) 16 Chọn cáp điện : • Chọn cáp cho mạch động lực: Mục đích: kết nối thiết bị mạch động lực Tiêu chí:  Dòng định mức dòng ngắn mạch  Độ sụt áp  Cách điện tốt, chịu nhiệt tốt Theo khuyến cáo Fuji chọn Cable có kích thước 5.5mm cho mạch động lực (catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf ” trang 31) Giải pháp : Chọn loại cáp CXV – 0,6/1 KV với Node 1060308 hãng Cadivi: (catalog “Cable.pdf ” trang 41) Cáp động lực có thơng số:  Số lõi:  Tiết diện : 5.5mm2 • Chọn Cable cho mạch điều khiển: Mục đích: Kết nối thiết bị mạch điều khiển với Yêu cầu:  Phù hợp với dòng điện mạch điều khiển  Độ sụt áp  Cách điện tốt, chịu nhiệt tốt Giải pháp: Chọn loại cáp CXV – 0,6/1 KV với Node 1060101 hãng Cadivi (catalog “Cable.pdf ” trang 36) Cáp điều khiển có thơng số :  Số lõi :  Tiết diện :1mm2 • Chọn cáp chống nhiễu: Mục đích: Chống nhiễu cho tín hiệu điều khiển có độ xác cao u cầu: Chống nhiễu tốt Giải pháp: Chọn loại cáp DVV/Sc Cadivi (catalog “Cap chong nhieu Cadivi.pdf ” trang 5) Các thông số cáp chống nhiễu:  Số lõi:  Tiết diện: 0.5 mm2  Màng chắn đồng chống nhiễu 17.Chọn nút nhấn đèn báo : Nút nhấn: Mục đích : Để khởi động, dừng động cơ, bật tắt nguồn thông qua mạch điều khiển Yêu cầu:  Cách điện tốt, hoạt động tin cậy  Sử dụng với điện áp 220 VAC Giải pháp: chọn nút nhấn IDEC với mã hàng YW1L-MF2E10QM3 (R, Y, G) (catalog “Den bao-Nut nhan IDEC.pdf” trang 5) • Đèn báo: Mục đích: Báo nguồn, báo tình trạng làm việc hệ thống Yêu cầu: Sử dụng với điện áp điều khiển 220VAC Giải pháp: Chọn đèn led báo IDEC với mã hàng YW1P-1EM42(R, Y, G) (catalog “Den bao-Nut nhan IDEC.pdf” trang 3) 18.Chọn tủ điện: Mục đích: Để đảm bảo việc bảo quản, lắp đặt, vận hành hệ thống cách an toàn (cho người thiết bị) tin cậy; tránh hư hỏng cố trình làm việc tủ Các thiết bị chứa tủ điện: Thiết bị Biến tần Contactor MCCB MCB Rơle trung gian Nguồn 220VAC/24VDC Cuộn kháng Tủ điện chọn phải thõa mãn: Cao (H) 400 87 100 88 28 138.1 177.8 Rộng (W) 250 99 75 35 21.5 33.5 228.6  Chiều cao > 998.9 (mm)  Chiều rộng > 478.6(mm)  Chiều sâu > 195(mm) Chọn tủ điện TG400-30ways công ty Trường Giang Sâu (D) 195 124 84 69 36 84.5 121.92 (catalog “ Tu dien.pdf” trang 7) Tủ điện chọn có thơng số:  Chiều cao: 1200mm  Chiều rộng: 800mm  Chiều sâu: 350mm IV MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN (có file AutoCad kèm theo) • Các phần tử có mạch động lực mạch điều khiển:   Mạch động lực: Tên thiết bị MCCB Biến tần AC Reator Bộ nguồn Chức Bảo vệ tải, ngắn mạch cho mạch động lực Điều khiển động Lọc nhiễu Cấp nguồn cho cảm biến 220VAC/24VDC Cảm biến áp suất Động máy nén khí Relay áp suất Van chiều Van điện từ Đo áp suất từ bình chứa khí phản hồi biến tần Kéo máy nén khí Bảo vệ q áp suất bình chứa Khơng cho khí ngược lại bình trung gian Điều khiển xả khí bình trung gian động dừng Mạch điều khiển: Tên thiết bị Supply Run Error Chức Đèn báo nguồn Đèn báo động chạy Đèn báo lỗi Quá áp Stop MCB Relay trung gian Contactor Đèn báo áp Đèn báo dừng hệ thống Bảo vệ tải ngắn mạch cho mạch điều khiển Khởi động biến tần Đóng cắt cấp nguồn cho mạch động lực thông qua Tiếp điểm relay áp suất mạch điều khiển Đóng áp suất điều khiển, đưa đèn báo Cuộn hút van điện từ Start, Stop, On, Off dừng động Điều khiển xả khí qua bình trung gian Các nút nhấn khởi động,dừng • Thuyết minh hoạt động mạch động lực:  Đóng MCCB cấp nguồn cho mạch động lực sau contactor KM đóng thơng qua mạch điều khiển cung cấp điện cho mạch động lực Sau Relay trung gian RTG đóng tiếp điểm phụ RTG lại động kéo máy nén hoạt động, đồng thời rơle điện từ Rđt đóng lại khóa van điện từ khơng cho khí xả mơi trường, động kéo máy nén tạo khí nén đưa khí qua bình trung gian Sau ,khí đưa đến bình chứa khí thơng qua van chiều, cảm biến áp suất đo áp suất bình chứa khí phản hồi biến tần để biến tần điều khiển tốc độ động hoạt động kéo máy nén khí với áp suất ổn định bình chứa bar  Khi xảy lỗi biến tần(quá tải, áp,…) tiếp điểm 30C-30B mở relay RTG điện, tiếp điểm phụ RTG mở dừng động Đồng thời, tiếp điểm 30C30A đóng lại báo lỗi biến tần  Khi áp suất bình chứa lên đến bar relay áp suất tác động mở tiếp điểm 1-2 làm cho động ngừng hoạt động, đồng thời tiếp điểm 1-4 đóng lại đèn Quá áp sáng báo cố áp • Thuyết minh hoạt động mạch điều khiển:  Khởi động dừng:  Đóng MCCB pha cấp nguồn cho mạch động lực Đóng MCB pha cấp nguồn cho mạch điều khiển:  Nhấn nút ON cuộn hút contactor KM có điện: ⁺ Tiếp điểm phụ KM bên mạch điều khiển thường mở đóng lại để trì đồng thời tiếp điểm thường đóng đóng lại ⁺ Tiếp điểm phụ KM thường mở bên mạch động lực đóng lại cấp điện cho biến tần hoạt động Đèn Stop sáng ⁺  Đèn báo nguồn Supply sáng Nhấn nút START relay RTG cuộn hút Rđt van điện từ có điện: ⁺ Tiếp điểm phụ RTG thường mở bên mạch điều khiển đóng lại trì, đồng thời tiếp điểm RTG thường đóng mở đèn Stop tắt ⁺ Tiếp điểm phụ RTG thường mở bên mạch động lực đóng lại, động bắt đầu chạy ⁺  Đèn Run sáng báo động chạy Nhấn STOP cuộn hút RTG Rđt điện: ⁺ Tiếp điểm RTG bên mạch động lực mở động ngừng hoạt động, tiếp điểm RTG bên mạch điều khiển đóng lại đèn Stop sáng báo động dừng ⁺ Van điện từ mở xả khí từ bình trung gian mơi trường, khí từ bình chứa khí khơng thể ngược lại bình trung gian có van chiều chặn lại  Nhấn OFF cuộn hút contactor KM điện, tiếp điểm KM đóng bên mạch động lực mở ngắt nguồn điện cấp vào biến tần.Hệ thống ngừng hoạt động  Bảo vệ:  Khi xảy lỗi biến tần(quá tải, nhiệt…) tiếp điểm 30C 30B mở động dừng hoạt động đồng thời tiếp điểm 30C 30A đóng lại đèn Error sáng báo lỗi biến tần  Khi xảy cố áp suất relay áp suất tác động làm mở tiếp điểm 1-2 ngắt nguồn điện cấp cho relay RTG Rđt động ngừng hoạt động; đồng thời tiếp điểm 1-4 đóng lại đèn Quá áp sáng báo cố áp suất  Khi có cố điện, cuộn hút contactor KM điện tiếp điểm KM đóng bên mạch động lực mở ngắt nguồn điện cấp vào biến tần ⇒ hệ thống ngừng hoạt động Khi có điện lại biến tần khơng tự hoạt động lại được, muốn hoạt động lại phải nhấn nút ON biến tần hoạt động  V Dây PE bảo vệ chống dòng rò CÀI ĐẶT Reset lại biến tần Code H03 Mô tả Reset biến tần Giá trị Ghi chú/ Đơn vị Cài đặt thông số biến tần động Code F01 F02 Mô tả Cài giá trị tham chiếu Phương thức hoạt động Giá trị 1 Ghi chú/ Đơn vị Chân 12 Hoạt động thông qua tín hiệu ngõ vào số FWD F03 F04 F05 F06 F07 F08 F10 F11 F15 F16 F42 P02 P03 Tần số làm việc tối đa Tần số Điện áp định mức Điện áp tối đa Thời gian tăng tốc Thời gian giảm tốc Bảo vệ tải Dòng bảo vệ tải Hạn chế tốc độ tối đa Hạn chế tốc độ tối thiểu Luật điều khiển Cơng suất động Dòng điện định mức động Cài đặt chức PID 50 50 380 380 6 34 REV Hz Hz V V S S Cho phép A(quá tải 110% dòng định 50 20 18.5 31 mức động cơ) Hz Hz Điều khiển V/f kW A Code H20 H21 H22 H23 H24 F36 Mơ tả Bật chức PID Tín hiệu phản hồi Hệ số tỷ lệ Hệ số tích phân Hệ số vi phân Cài đặt tiếp điểm Relay Giá trị 1 1 0 Ghi chú/ Đơn vị Cho phép Chân C1: 4÷20mA Khi xảy lỗi biến tần 30C 30A đóng lại dừng động cơ, đèn Error sáng báo lỗi F00 Bảo vệ liệu Cho phép (catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 18, 20, 21) Cài đặt cho Relay áp suất: bar ... Thuật Điều Khiển Động Cơ GVHD: TS.Lê Quang Đức Yêu cầu đề tài: Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí:  Động có cơng suất P=25HP, áp suất ổn định 6kg/cm2  Chọn động cơ, thiết bị, biến tần  Điều. .. độ động lại - Áp suất đo < áp suất đặt ⇒ tăng tốc độ động lên - Áp suất đặt = áp suất đo ⇒ động quay với tốc độ Ta điều khiển tốc độ quay động để điều khiển máy nén khí tạo khí nén cung cấp cho... chứa khí để lưu trữ lượng khí sinh  Relay áp suất để bảo vệ áp suất bình chứa áp suất 8bar III CHỌN CÁC THIẾT BỊ MÁY NÉN KHÍ Mục đích: máy nén thiết bị quan trọng hệ thống khí nén , máy nén trực