Mô hình tự động cấp nước và giám sát bơm nước nồi hơi

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN VĂN ĐỨC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG CẤP NƯỚC VÀ GIÁM SÁT BƠM CẤP NƯỚC NỒI HƠI HẢI PHỊNG - 2015 BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN VĂN ĐỨC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP NƯỚC VÀ GIÁM SÁT BƠM CẤP NƯỚC NỒI HƠI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ; MÃ SỐ: D520216 CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THUỶ (D103) Người hướng dẫn: Th.S Đồng Xuân Thìn HẢI PHÒNG – 2015 LỜI CẢM ƠN Sau bốn năm học tập trường dạy dỗ bảo tận tình Thầy, mà em học hỏi nhiều điều Từ mà em hồn thiện hơn, trưởng thành sống Em xin cảm ơn tồn thể các Thầy, giáo trường nói chung Thầy, giáo khoa Điện – Điện Tử nói riêng Đặc biệt ThS.Đồng Xuân Thìn trình làm đồ án tốt nghiệp giúp đỡ em nhiều Em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan em trình bày đồ án tốt nghiệp em làm hưỡng dẫn giúp đỡ ThS.Đồng Xuân Thìn kiến thức em tìm hiểu Sinh viên Nguyễn Văn Đức DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình1 Sơ đồ tuần hồn nồi Nồi ống nước nồi ống lửa Nồi đặt nằm nồi đặt đứng Nồi tuần hoàn tự nhiên, nồi tuần hoàn cưỡng bức, nồi khơng có tuần hồn Cấu trúc nồi nằm ngang Cấu trúc nồi thẳng đứng Nguyên lý hoại động cỏ nồi đốt dầu Quạt gió Hệ thống cấp nhiên liệu Biến áp đánh lửa Hệ thống cấp nước nồi Sơ đồ kết nối với Arduino Sơ đồ kết nối mạch Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 2.1 Hình 2.2 12 13 14 14 16 17 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Sơ đồ khối mạch relay Sơ đồ mạch in relay Hình 3D mạch relay sau vẽ Hình mạch relay sau làm Card ardunio thực tế sử dụng mơ hình Bắt đầu cài đặt LabView Giao diện điều khiển máy tính Chương trình Chương trình để thị đèn 19 20 20 21 22 23 25 27 28 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hỉnh 3.8 Ảnh thực nút ấn đơn Ẩnh thục tế nút ấn kép Ảnh thực tế còi báo Ảnh thực tế đèn báo Hình mặt ngồi hệ thống Hình bên hệ thống Hình dây còi đèn Khi hệ thống trạng thái bình thường (mức nước nằm khoảng cho phép, bơm chưa chạy) Khi mực nước khoảng cho phép bơm chạy (đèn báo chạy sáng) Khi mực nước xuống mức thấp hai (đèn báo chạy sáng đèn báo mức hai sáng nhấp nháy) Khi mức nước giảm xuống mức ba (đèn báo chạy sáng, đèn báo mức hai mức ba sáng nhấp nháy 29 32 32 32 34 34 35 36 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 36 37 38 MỤC LỤC LỜI NÓ ĐẦU Là sinh viên trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam học tập khoa Điện - Điện tử Sau khoảng thời gian học tập rèn luyện trường, em trang bị tương đối đầy đủ kiến thức hệ thống điện tàu thuỷ tiếp cận với trang thiết bị, cơng nghệ điều khiển đại áp dụng nhiều tàu vận tải giới Việt Nam Được trí Ban chủ nhiệm Khoa, em giao đề tài thiết kế tốt nghiệp: “Mơ hình tự động cấp nước giám sát bơm nước nồi hơi” Qua trình tìm hiểu nghiên cứu hệ thống nồi số tàu với nỗ lực thân hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn Th.S Đồng Xuân Thìn thầy giáo khoa Điện - Điện tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp cách tốt Tuy nhiên trình độ hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong được bảo thầy để đồ án em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Đồng Xn Thìn tồn thể thầy cơng tác Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam Hải Phòng, ngày tháng 12 năm 2015 Nguyễn Văn Đức CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỒI HƠI TÀU THUỶ 1.1 Tổng quan nồi tàu thuỷ 1.1.1 Các khái niệm - Nồi tàu thuỷ thiết bị sử dụng nhiệt từ chất đốt để chuyển nước từ dạng lỏng sang dạng hơi, có nhiệt độ áp suất cao - Về mặt lý thuyết nồi sử dụng nguyên lý trao đổi nhiệt Các thành phần tham gia trao đổi nhiệt là: khí cháy nước Mục đích q trình nhằm biến nước thành có nhiệt độ áp suất cao để đem sử dụng - Công dụng nồi là: cấp nước cho thiết bị động lực nước chính, cho máy phụ, hâm sấy nhiên liệu, thiết bị phụ nhu cầu sinh hoạt thuyền viên tàu - Nồi là: nồi sử sụng tàu dùng động nước để truyền động cho chân vịt - Nồi phụ là: nồi sử dụng tàu có máy chạy dầu nặng (dùng để hâm dầu FO HFO) để phục vụ sinh hoạt (sưởi ấm, hâm nước sinh hoạt) - Nồi khí xả là: loại nồi tận dụng nhiệt độ cao khí xả máy để sinh Nồi sử dụng tàu chạy biển 1.1.2 Chu trình tuần hồn nồi Hình thể chu trình làm việc nồi nói chung, qua ta thấy giai đoạn trình sinh Nước nồi hơi, trao đổi nhiệt với khói lò chuyển thành nước bão hoà, khỏi nồi qua van chính, dẫn qua phận nhiệt để gia nhiệt thành nhiệt Rồi dẫn vào tuabin để giãn nở sinh cơng, sau khỏi tuabin dẫn vào bầu ngưng Hình 1.1: Sơ đồ tuần hoàn nồi - Một phần bão hồ khỏi nồi trích để làm nhiệm vụ hâm sấy nhiên liệu, phòng cho thuyền viên cho động nhiệt lai máy sản xuất ….sau nước đưa trở lại bầu ngưng - Tại bầu ngưng, nước làm mát ngưng tụ thành nước đưa trở két Sau đó, nước ngưng từ két bơm hút cấp trở lại nồi 1.1.3 Các yêu cầu nồi tàu thuỷ - An toàn sử dụng: yêu cầu quan trọng nồi hơi, có cố xẩy nồi ảnh hưởng tới làm việc máy móc xung quanh, hệ thống liên quan tới nồi gây ảnh hưởng tới hoạt động tồn tàu, tai nạn cho thuyền viên tàu Đặc biệt xảy cố nổ nồi dẫn tới hậu vơ nghiêm trọng gây thiệt hại lớn tới người tài sản tàu Do đó, tàu có nồi kiểm định kỹ lưỡng phép lắp đặt sử dụng - Kích thước gọn nhẹ, dễ dàng bố trí tàu: điều yêu cầu chung thiết bị, hệ thống lắp đặt tàu nhằm để tăng trọng tải, mở rộng tầm hoạt động tàu Do đó, nồi tàu thường lựa chọn loại có buồng đốt lớn, hiệu suất bốc cao, lưu tốc khí lò nhanh, số bầu nồi ít, đường kính bầu nồi ống bé để giảm độ dày trọng lượng - Có cấu tạo đơn giản: tàu thiết bị công tác sửa chữa nhiều khó khăn Nên yêu cầu nhằm đảm bảo cho thuyền viên tàu, thuận tiện việc khai thác sửa chữa - Tính kinh tế: yêu cầu chung hệ thống tàu Để đảm bảo hoạt động hiệu tàu hệ thống phải đạt hiệu suất cao chế độ toàn tải, tiêu hao nhiên liệu thấp, tuổi thọ cao, chu kì bảo dưỡng lâu dài - Tính động cao: yêu cầu quan trọng nồi Tính động cao thể chỗ thời gian đốt nồi sinh nhanh, nhanh chóng tăng/giảm lượng để thích ứng với thay đổi tải Đồng thời, nồi có lượng tiềm tàng lớn, cần thiết chịu tải cao - Có thể hoạt động điều kiện khắc nghiệt: vùng hoạt động tàu rộng, phạm vi thay đổi nhiệt độ môi trường lớn (-20 độ tới + 55 độ) tàu nghiêng, lắc với biên độ tần số lớn (ngang 30 độ, dọc 12 độ) 1.2 Phân loại 1.2.1 Theo công dụng nồi - Nồi chính: nồi dùng để cung cấp cho động nước lai chân vịt - Nồi phụ: nồi để cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt thuyền viên hâm sấy nhiên liệu 1.2.2 Theo áp suất - Nồi thấp áp: chịu áp suất đến MPa Loại nồi phụ dùng để hâm sấy nhiên liệu, cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt thuyền viên - Nồi trung áp: làm việc khoảng áp suất từ 2Mpa đến 4,5 MPa - Nồi cao áp: có áp suất 4,5 MPa Loại nồi trung cao áp dùng để cung cấp cho tuabin lai chân vịt (nếu tàu dùng động nước để truyền động cho chân vịt) 1.2.3 Theo chuyển động khí cháy nước - Nồi ống nước: nước dẫn ống khí lò bên ngồi ống - Nồi ống lửa: khí lò dẫn ống nước ngồi ống - Nồi hỗn hợp vừa ống nước vừa ống lửa: kết hợp hai loại trên, có chỗ ống lửa, có chỗ ống nước Hình 1.2: Nồi ống nước nồi ống lửa 1.2.4 Theo nguồn lượng sử dụng - Sử dụng nhiệt lượng từ phản ứng cháy nhiên liệu: nhiên liệu dùng than, dầu khí đốt Trước nồi dùng kết hợp loại trên tàu có nồi sử dụng nguyên liệu dầu - Sử dụng lượng điện: lượng dùng để sinh điện Loại thường có cơng suất nhỏ, thường dùng để phục vụ cho thuyền viên hâm sấy - Sử dụng lượng tử phản ứng nguyên tử: nhiệt dùng để sinh lấy từ phản ứng hạt nhân Loại trang bị tàu ngầm quân đội - Sử dụng nhiệt khí xả máy nhiệt: loại nồi kinh tế tận dụng nhiệt độ cao khí xả diesel công suất lớn để sinh hơi, phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt thuyền viên hâm sấy tàu Nồi loại kết hợp với nồi phụ gọi nồi liên hợp phụ khí xả, tàu chủ yếu sử dụng loại 1.2.5 Theo hình dáng vị trí nồi - Nồi nằm ngang: có dạng hình trụ nằm ngang - Nồi thẳng đứng: thường có dạng hình trụ thẳng đứng, loại sử dụng rộng rãi tàu thuỷ, có nhiều ưu điểm lợi việc bố trí nơi có khơng gian chật hẹp tàu Hình 1.3: Nồi đặt nằm nồi đặt đứng 1.2.6 Theo nguyên lý tuần hoàn - Nồi sử dụng phương pháp tuần hoàn tự nhiên: lợi dụng chênh lệch trọng lượng nước nước vùng nhiệt độ khác Từ tạo chuyển động tuần hồn bầu nồi Vì tính đơn giản giá thành thấp nên nồi lại sử dụng phổ biến tàu - Nồi sử dụng phương pháp tuần hoàn cưỡng bức: nước trống nồi tuần hồn nhờ bơm tuần hồn Loại có hiệu suất trao đổi nhiệt cao từ mà ta giảm kích thước cùa nồi, cơng suất khơng đổi Nhưng loại có nhược điểm cấu tạo khó khăn, thời gian bảo dưỡng ngắn bơm tuần hồn làm việc mơi trường có nhiệt độ áp suất cao 10 2.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển a Các khối thư viện sử dụng để thiết kế giao diện giám sát điều khiển - Khối nút ấn chỉnh sửa kích thước, nhãn để phù hợp với chức mà ta muốn sử dụng - Đèn hiển thị thay đổi màu điều chỉnh kích thước - Khối thể mức 28 b Giao diện sau hồn thành Hình 2.9: Giao diện điều khiển máy tính - Khi điều khiển máy tính ta khởi chạy chương trình xuất giao diện Lúc chương trình chạy vào phần điều khiển tự động Sẽ vào mức nước nồi thời điểm mà máy tính gửi lệnh tương ứng xuống cho Card Arduino thực - Nếu mức nước mức thấp máy tính gửi tín hiệu xuống để khởi động bơm đồng thời hình giám sát đèn màu xanh sáng báo bơm chạy Sau khoảng thời gian bơm chạy mà khơng có tín hiệu từ cảm biến áp lực bơm đèn màu nâu sáng báo cố dừng bơm - Còn bơm cấp nước vào nồi đạt mức cao máy tính gửi tín hiệu xuống để dừng bơm đồng thời đèn màu xanh tắt để báo bơm dừng - Sau mực nước giảm xuống mức cao bơm chưa khởi động lại Phải đến mực nước giảm xuống mức thấp bơm chạy lại - Còn mức nước giảm xuống mức thấp hai lúc đèn màu cam sáng nhấp nháy 29 - Khi mức nước giảm xuống mức thấp ba đèn màu xanh lục sáng đồng thời đèn màu nâu sáng báo cố gửi tín hiệu dừng hệ thống - Người điều khiển giám sát muốn điều khiển khởi động dừng bơm cần kích vào nút ấn start stop hình Nhưng bơm chạy chế độ tự động rồi, người điều khiển kích vào nút start máy tính khơng gửi tín hiệu start xuống - Còn có báo động để khẳng định báo động người điều khiển cần kích vào nút ấn buzzer stop lúc đèn màu nâu sáng liên tục gửi lệnh khẳng định báo động xuống cho Card Arduino 2.3.4 Viết chương trình điều khiển a Các khối sử dụng - Khối bắt đầu để khởi tạo thư viện hệ thống cho tồn chương trình - Khối kết thúc để kết thúc chương trình có lệnh dừng - Các khối thiết lập cổng com để thiết lập thông số cho cổng com, chọn cổng com, cài đặt tốc độ baus, chọn lại mạch kết nối chọn lại cáp kết nối - Khối cài đặt tín hiệu đầu vào đầu cho chân để cài đặt chức cho chân ta muốn sử dụng chân nhận tín hiệu vào hay xuất tín hiệu 30 - Khối đọc tín hiệu đầu vào số dùng để ghi tín hiệu vào từ cảm biến - Khối đưa tín hiệu đầu số để xuất tín hiệu relay - Khối đọc tín hiệu analog - Các khối so sánh so sánh giá trị chân x1 x2 xuất tin hiệu - Các khối and, or b Chương trình điều khiển - Chương trình điều khiển viết phần mềm LabView Đây phần mềm lập trình sơ đồ khối Nên thể cách trực quan, dễ dàng việc lập trình Vì mà ngày nhiều người sử dụng phần mềm Hình 2.10 Chương trình 31 - Chương trình bắt đầu bắng khối thiết lập cho cổng com Rồi tới khối bắt đầu Khối xuyên suốt đến khối kết thúc kết nối với lệnh chương trình để cung cấp thư viện cho khối Ngồi đường cung cấp liệu có đường kiểm tra lỗi chạy song song với đường Tiếp theo vòng lặp Do – While thể đường đen in đậm bao quanh Tiếp đến lệnh cài đặt cho chân chân xuất tín hiệu hay đọc tín hiệu vào dạng số dạng analog Sau cài đặt xong chân ta dùng lệnh logic so sánh để xây dựng nên chương trình Hình 2.11: Chương trình để thị đèn - Chương trình để thị đèn củng bao gồm vòng lặp Do – While lớn hai vòng lặp Do – While bé kết hợp với lệnh logic để tạo trễ tạo xung nhấp nháy cho đèn CHƯƠNG 3: LÀM MƠ HÌNH VÀ THỬ NGHIỆM 3.1 Các linh kiện sử dụng 3.1.1 Nút ấn đơn 32 Hình 3.1: Ảnh thực nút ấn đơn - - Cấu tạo nút ấn đơn Nút ấn Lò xo nút ấn Trụ để gắn tiếp điểm thường đóng thường mở Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thường đóng Nguyên lý hoạt động: Khi ta ấn vào nút ấn (1) làm cho trụ đỡ số (3) xuống Sẽ kéo theo giá đỡ tiếp điếm di chuyển xuống làm cho tiếp điểm thường đóng mở (4), tiếp điểm thường mở lại đóng vào (5) Khi ta bỏ tay nhờ lực đẩy lò xo số (2) phuc hồi tiếp điểm trở lại trang thái lúc đầu 3.1.2 Cấu tạo nút ấn kép 33 Hình 3.2: Ẩnh thục tế nút ấn kép 34 Cấu tạo nút ấn kép: Nút ấn Lò xo nút ấn Trụ để gắn tiếp điểm thường đóng thường mở Tiếp điểm thường mở 10 Tiếp điểm thường đóng Nguyên lý hoạt động: Khi ta ấn vào nút ấn (1) làm cho trụ đỡ số (3) xuống Sẽ kéo theo - - giá đỡ tiếp điếm di chuyển xuống làm cho tiếp điểm thường đóng mở (4), tiếp điểm thường mở lại đóng vào (5) Khi ta bỏ tay nhờ lực đẩy lò xo số (2) phuc hồi tiếp điểm trở lại trang thái lúc đầu 3.1.3 Còi báo, đèn báo Hình 3.3: Ảnh thực tế còi báo 35 Hình 3.4: Ảnh thực tế đèn báo 3.3 Hình ảnh thực tế hệ thống Hình 3.5 Hình mặt ngồi hệ thống Hình 3.6: Hình bên hệ thống 36 Hình 3.7: Hình dây còi đèn 3.4 Thử nghiệm hệ thống - Sau số hình ảnh mơ hình giao diện giám sát máy tính chế độ: Hỉnh 3.8: Khi hệ thống trạng thái bình thường (mức nước nằm khoảng cho phép, bơm chưa chạy) 37 Hình 3.9: Khi mực nước khoảng cho phép bơm chạy (đèn báo chạy sáng) Hình 3.10: Khi mực nước xuống mức thấp hai (đèn báo chạy sáng đèn báo mức hai sáng nhấp nháy) 38 Hình 3.11: Khi mức nước giảm xuống mức ba (đèn báo chạy sáng, đèn báo mức hai mức ba sáng nhấp nháy) - Khi mực nước xuống mức ba mức hai, đèn còi báo động, Nhưng mực nước cấp dâng lên mức thấp hai mức thấp hai báo động hết - Sau làm xong em tiến hành chạy thử số lần để kiểm tra ổn định độ xác, hợp lý hệ thống Thì em thấy mơ hình chạy ổn định khoảng thời gian dài Các chức điều khiển đáp ứng đủ so với u cầu tốn Nhưng thiếu kinh nghiệm thực tế nên bố trí có chỗ chưa thật hợp lý quy mơ bé TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng chi tiết Hệ thống tự động tàu thủy, Đại học Hàng Hải Việt Nam Bài giảng chi tiết Máy tàu thủy, Đại học Hàng Hải Việt Nam KẾT LUẬN 39 Sau ba tháng cố gắng nỗ lực tìm hiểu nghiên cứu với hướng dẫn tận tình thầy Th.s Đồng Xn Thìn, em hồn thành xong đồ án tốt nghiệp với nội dung sau: Chương 1: Tổng quan nồi tàu thủy Chương 2: Xây dựng phần cứng thiết kế giao diện điều khiển Chương 3: Làm mơ hình thử nghiệm Bằng kiến thức có q trình học tập trường thời gian thực tập nhà máy kết hợp tham khảo số tài liệu có liên quan em hoàn thành đồ án với cách tốt nhất.Trong trình làm đồ án, thân em cố gắng nhiều, song kiến thức tầm nhìn thực tế hạn chế, nên khơng tránh khỏi khiếm khuyết Em mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ thầy cô khoa để đề tài tốt nghiệp em hoàn thiện Một lần em xin gửi lời cám ơn đến thầy Th.s Đồng Xn Thìn thầy khoa Điện- Điện tử giúp đỡ em suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tinh thần thái độ, cố gắng sinh viên trình thực Đồ án Đánh giá chất lượng Đồ án tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đề mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh vẽ): 40 Chấm điểm giảng viên hướng dẫn (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Giảng viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN Đánh giá chất lượng Đồ án tốt nghiệp mặt: thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lượng thuyết minh vẽ, mơ hình (nếu có) …: 41 Chấm điểm người phản biện (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 Người phản biện 42 ... mạch ngồi Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 2.1 Hình 2.2 12 13 14 14 16 17 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11... CÁC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình1 Sơ đồ tuần hoàn nồi Nồi ống nước nồi ống lửa Nồi đặt nằm nồi đặt đứng Nồi tuần hoàn tự nhiên, nồi tuần hồn cưỡng bức, nồi khơng... BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN VĂN ĐỨC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP NƯỚC VÀ GIÁM SÁT BƠM CẤP NƯỚC NỒI HƠI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ; MÃ