Báo cáo Đồ án môn học Trang bị điện 2Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp 2 cấp Báo cáo Đồ án môn học Trang bị điện 2Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp 2 cấp Báo cáo Đồ án môn học Trang bị điện 2Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp 2 cấp Báo cáo Đồ án môn học Trang bị điện 2Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp 2 cấp
MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tương phạm vi nghiên cứu 4 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài CHƯƠNG 1: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM CẤP 1.1 Đề xuất phương án thiết kế 1.2 Sơ đồ P&ID cho trạm bơm CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN, XÂY DỰNG MẠCH ĐỘNG LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN 11 2.1 Lựa chọn thiết bị thu thập tín hiệu phục vụ điều khiển 11 2.1.1 Relay áp suất 11 2.1.2 Bơm 11 2.1.3 Aptomat 12 2.1.4 Công tắc tơ 13 2.1.5 Relay mực nước 13 2.2 Xây dựng mạch cấp nguồn, mạch động lực cho trạm bơm tăng áp cấp 15 2.2.1 Mạch cấp nguồn 15 2.2.2 Mạch động lực 18 2.2.3 Mạch relay trung gian 20 2.3 Xây dựng mạch điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp 24 2.3.1 Mạch đấu nối PLC 25 2.3.2 Mạch đèn báo giám sát 29 2.3.3 Bố trí tủ điều khiển giám sát 33 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP CẤP 35 3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển 35 3.2 Xây dựng chương trình điều khiển 35 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ khối thực thi hệ thống Hình 2: Sơ đồ P&ID trạm bơm chất lỏng tăng áp cấp Hình 2: Hình ảnh relay SAGINOMIYA SNS-C135X 11 Hình 3: Hình ảnh bơm HVP3150-122 20 12 Hình 4: Hình ảnh aptomat LS 13 Hình 5: Hình ảnh Contactor 3P LS MC-50A 13 Hình 6: Hình ảnh relay omron cực 15 Hình 7: Sơ đồ lắp đặt relay mực nước omron cực 15 Hình 8: Mạch cấp nguồn cho hệ thống 17 Hình 9: Mạch động lực động 19 Hình 10: Mạch relay trung gian relay thứ tự pha relay nhiệt 21 Hình 11: Mạch relay trung gian cho relay áp suất thấp 22 Hình 12: Mạch relay trung gian cho relay áp suất cao relay mực nước 23 Hình 13: Mạch relay trung gian cho công tắc tơ 24 Hình 14: Mạch đầu vào số PLC(1/2) 26 Hình 15: Mạch đầu vào số(2/2) 27 Hình 16: Mạch đầu số PLC 28 Hình 17: Mạch đèn báo (1/3) 30 Hình 18: Mạch đèn báo (2/3) 31 Hình 19: Mạch đèn báo (3/3) 32 Hình 20: Tủ cấp nguồn điều khiển 33 Hình 21: Tủ giám sát động bơm 33 Hình 22: Tủ giám sát động bơm 34 Hình 1: Sơ đồ thuật toán điều khiển 35 Hình 2: Cấu hình trạm PLC 36 Hình 3: Bảng khai báo biến 36 Hình 4: Chương trình điều khiển (1/7) 37 Hình 5: Chương trình điều khiển (2/7) 38 Hình 6: Chương trình điều khiển (3/7) 38 Hình 7: Chương trình điều khiển (4/7) 39 Hình 8: Chương trình điều khiển (5/7) 40 Hình 9: Chương trình điều khiển (6/7) 41 Hình 10: Chương trình điều khiển (7/7) 41 Hình 11: Thực mơ step7 42 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Ký hiệu phần tử dùng hệ thống MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, tự động hóa có vai trò quan trọng lĩnh vực: sản xuất, dịch vụ, tiêu dùng Vậy nên trạm bơm tăng áp, trì lưu lượng, áp suất, chất lỏng (ví dụ xăng, dầu, nước ) cần ứng dụng tự động hóa để tăng suất, giảm sức lao động người đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Từ vấn đề mà đề tài: “Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp cấp” nhằm giải khó khăn tự động hóa việc điều khiển trạm bơm tăng áp cấp phổ biến Mục đích nghiên cứu đề tài Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp cấp Đối tương phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống bơm tăng áp cấp Phạm vi nghiên cứu: Đồ án môn học giới hạn nghiên cứu phạm vi hệ thống bơm (gồm nhiều máy bơm) sử dụng việc cung cấp nước, xăng , dầu, cho địa điểm vận chuyển từ nơi cung cấp đến nơi sử dụng Phương pháp nghiên cứu Về mặt lý thuyết : Tìm hiểu cấu trúc chung cho hệ thống điều khiển trạm bơm tăng áp cấp Về mặt mô điều khiển: sử dụng phần mềm Step xây dựng khâu điều khiển Ý nghĩa khoa học đề tài Ý nghĩa khoa học đề tài Nắm rõ nguyên lý làm việc hệ thống để xây dựng hệ thống diều khiển trình vận hành hệ thống bơm tăng áp cấp, tăng tính ổn định, bền vững cho hệ thống Ý nghĩa thực tiễn đề tài Xây dựng hệ thống điều khiển hoạt động trạm bơm có nhiều bơm tăng áp cấp có khả áp dụng vào thực tiễn CHƯƠNG 1: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM CẤP 1.1 Đề xuất phương án thiết kế Trong thực tế, lúc đường ống dẫn trì mức áp lực định mà thay đổi, xa hay lên cao áp lực thấp trình hoạt động xảy cố chất lỏng bị rò rỉ Hệ thống bơm chất lỏng tăng áp thường sử dụng trường hợp cần truyền tải chất lỏng xa, hay truyền tải chất lỏng lên cao Khi đó, hệ thống bơm mắc nối tiếp với nhằm tăng cột áp cho hệ thống Các bơm khơng đòi hỏi thay đổi tốc độ nên phổ biến dùng động không đồng xoay chiều pha rotor lồng sóc, mở máy trực tiếp (nếu cơng suất nhỏ) hay đổi nối tam giác công suất động lớn Hiện yêu cầu kích thước gọn nhẹ, độ tin cậy cao nên tự động hóa xu hướng phát triển chung thực tế chế tạo vận hành hệ thống Các hệ thống bơm chất lỏng bồn kín, tự động hóa nhằm đạt mục đích yêu cầu sau đây: - Giảm bớt giảm hẳn phục vụ người hoạt động hệ thống - Nâng cao tính kinh tế, tính an tồn, độ tin cậy tuổi thọ hệ thống - Nâng cao hiệu suất làm việc Dựa tiêu chí em xin đề xuất phương án thiết kế điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp sau: Động bơm: - Trạm bơm bao gồm bơm tăng áp - Động lựa chọn loại động không đồng xoay chiều pha rotor lồng sóc - Cơng suất từ 20-30KW Các chế độ vận hành : - Chế độ vận hành tay, điều khiển hoạt động hệ thống chỗ - Chế độ điều khiển từ xa máy tính Xây dựng phương án điều khiển Computer PLC bom so bom so bom so bom so Hình 1: Sơ đồ khối thực thi hệ thống Hình 1.1 trình bày cấu trúc hệ thống điều khiển trạm bơm từ xa qua mạng truyền thơng kết hợp PLC máy tính Máy tính đóng vai trò hệ thống điều khiển đưa lệnh điều khiển từ xa phòng điều khiển trung tâm đồng thời nhận thông tin từ hệ thống, đưa thị để kiểm soát hệ thống PLC đóng vai trò trung gian giao tiếp hệ thống bơm hệ thống máy tính, nhận lệnh từ máy tính thực điều khiển trực tiếp bơm, đồng thời thu thập thông tin cần thiết hệ thống phản hồi lại máy tính qua hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp Việc điều khiển hệ thống bơm thực trường Khi hệ thống bơm mức tự động hóa cao việc áp dụng thuật tốn điều khiển hồn tồn cần thiết để đảm bảo tuyệt đối tính an tồn, kinh tế tiếu chất lượng 1.2 Sơ đồ P&ID cho trạm bơm Hệ thống bơm chất lỏng tăng áp thường sử dụng trường hợp cần truyền tải chất lỏng xa Vì vậy, ta xây dựng sơ đồ P&ID cho hệ bơm tăng giảm áp cấp sử dụng bơm, chia làm hai tầng mắc nối tiếp nhau, tầng có bơm mắc song song với Với cách thiết kế này, làm việc luân phiên đảm bảo (mỗi tầng bơm có bơm chạy bơm chạy dự phòng) Các vị trí lắp đặt thiết bị đo thể sơ đồ công nghệ hệ thống bơm chất lỏng tăng áp cấp hình 1.2 PG PT PG PT 01 01 04 04 M1 M3 F1 L1 01 01 PT PG PT 03 03 06 06 F2 M2 LT PG PG PT PG PT 02 02 05 05 M4 H M L Hình 2: Sơ đồ P&ID trạm bơm chất lỏng tăng áp cấp Giải thích số ký hiệu phần tử dùng hệ thống: STT Ý nghĩa Kí hiệu Đầu hút bơm Van cầu Van cửa Van chiều Khớp nối mềm Động truyền động M1 Bơm ly tâm Chức thiết bị/số thứ tự F1 Bộ lọc Bảng 1: Ký hiệu phần tử dùng hệ thống Trong đó: LT : thiết bị đo mức LI : thiết bị thị mức PG : đồng hồ áp suất PT : thiết bị đo áp suất M : động truyền động F : lọc Thuyết minh sơ đồ P&ID: Tại thời điểm bắt đầu ấn nút start, hệ thống sẵn sàng hoạt động (với điều kiện mức nước cung cấp cho bơm đủ) Nếu nước sử dụng bị rò rỉ bơm dừng, áp suất giảm công tắc áp suất đặt chế độ cao bị đóng dẫn đến bơm thứ khởi động Ở cấp tăng áp thứ bơm bơm nước tăng áp cho hệ thống Trong trình vận hành, bơm bị cố bơm dự phòng số đưa vào hoạt động, nước cấp vào qua bơm tăng áp cấp qua lọc Nếu lưu lượng nước cấp nhiều lưu lượng bơm, áp suất tiếp tục bị giảm xuống, dẫn đến công tắc áp suất bị đóng bơm thứ hai khởi động Trong trình vận hành, bơm bị cố bơm dự phòng số đưa vào hoạt động Khi nguồn cung cấp đầy áp lưu lượng nước xả bị giảm, áp lực hệ thống nâng lên, làm cho công tắc áp suất mở bơm dừng theo thứ tự Trong trình hoạt động, xảy trường hợp như: áp suất đường ống tổng thấp cao, bơm dự phòng số số bị cố áp suất đầu vào thấp, áp suất đầu thấp, áp suất đầu cao hay bị tải nhiệt hệ thống dừng hoạt động để tiến hành kiểm tra sửa chữa 10 Nguời vẽ Ngô Vă n Phong Mạ ch đốn bá o GVHD PGS.TS Hoàng Xuân Bình Tr- ờng đạ i học Hàng hải Việt Nam-Khoa điện-điện tử Bản vẽ số 10 Hình 16: Mạch đèn báo (1/3) 30 Nguêi vẽ Ngô Vă n Phong Mạ ch đốn bá o GVHD PGS.TS Hoàng Xuân Bình Tr- ờng đạ i học Hàng hải Việt Nam-Khoa điện-điện tử Bản vẽ số 11 Hình 17: Mạch đèn báo (2/3) 31 Nguêi vÏ Ngô Vă n Phong Mạ ch đốn bá o GVHD PGS.TS Hoàng Xuân Bình Tr- ờng đạ i học Hàng hải Việt Nam-Khoa điện-điện tử Bản vẽ số 12 Hỡnh 18: Mạch đèn báo (3/3) 32 2.3.3 Bố trí cỏc t iu khin v giỏm sỏt Tủ Đ iê `u Khiển Tủ nguồn động lực điờ`u khiển STOP START Nguån 380V (1WL) Nguån 24V (3WL) Nguån 220V (2WL) 1HPR (13WL) 1LPR (15WL) 2HPR (14WL) Đ ảo pha (4WL) Hình 19: Tủ cấp nguồn điều khiển Tđ giá m sá t động Đ ộng tải ( 5WL ) Đ ộng chạ y ( 16WL) 1LPR (9WL) Tủ giá m sá t động Đ ộng tải ( 6WL ) Đ ộng chạ y ( 17WL) 2LPR (10WL) Hình 20: Tủ giám sát động bơm 33 Tđ gi¸ m s¸ t động Đ ộng tải ( 7WL ) Đ ộng chạ y ( 18WL) 3LPR (11WL) Tủ giá m sá t động Đ ộng tải ( 8WL ) Đ ộng chạ y ( 19WL) 4LPR (12WL) Hình 21: Tủ giám sát động bơm 34 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP CẤP 3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển Bắt đầu tra S KiểmKiểm tra 1LVR= 1LVR = và 1HPR = 1HPR = Đ Chạy bơm Đ kiểm tra 1RHT, lLPR S Chạy bơm S kiểm tra 2RHT, 2LPR Kiểm tra 1LVR= S 2HPR = Đ Đ Kiểm tra 1HPR = Đ Chạy bơm kiểm tra 3RHT, 3LPR S Chạy bơm kiểm tra 4RHT, 4LPR S Đ Kiểm tra 2HPR = Kết thúc Hình 1: Sơ đồ thuật toán điều khiển 3.2 Xây dựng chương trình điều khiển Đầu tiên ta thiết lập trạm PLC S7-300, khai báo cấu hình cho trạm : 35 Hình 2: Cấu hình trạm PLC Ta khai báo tên biến: Hình 3: Bảng khai báo biến Xây dựng chương trình điều khiển PLC: 36 Hình 4: Chương trình điều khiển (1/7) 37 Hình 5: Chương trình điều khiển (2/7) Hình 6: Chương trình điều khiển (3/7) 38 Hình 7: Chương trình điều khiển (4/7) 39 Hình 8: Chương trình điều khiển (5/7) 40 Hình 9: Chương trình điều khiển (6/7) Hình 10: Chương trình điều khiển (7/7) Kết mô 41 Thực mô phần mên STEP Hình 11: Thực mơ step7 Thực việc mô việc ấn nút START, STOP, có cố tải động bơm, áp xuất thấp đầu bơm áp suất bị tụt đường ống vị trí trước bơm 12 34 42 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian thực đồ án môn học, với cố gắng thân giúp đỡ thầy bạn đến em hoàn thành đề tài “Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp cấp” Trong đề tài mình, em thực thực yêu cầu sau: - Tìm hiểu hệ thống điều khiển trạm bơm tăng áp cấp - Lựa chọn thiết bị điều khiển cho trạm - Thiết kế vẽ mạch động lực, mạch đèn báo giám sát, mạch relay trung gian, mạch PLC - Ứng dụng PLC lập trình điều khiển hệ thống Hải phòng, ngày 22 tháng năm 2019 Sinh viên thực 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Hồng Xn Bình “Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung” – Nhà suất Hàng hải – 2015 44 ... xoay chiều 380V xuống 220V để tạo nguồn điều khiển 24V - Bộ chuyển đổi xoay chiều thành chiều Rectifier (24VAC/24VDC): có chức biến đổi điện áp xoay chiều 24VAC thành điện áp chiều 24VDC - 1RF... biến áp xoay chiều 1TR: có chức biến đổi điện áp xoay chiều 380V xuống 220V để cấp nguồn cho đèn báo 1WL vôn kế 1VM 15 - Máy biến áp xoay chiều 2TR: có chức biến đổi điện áp xoay chiều 380V xuống... cho hệ thống Các bơm khơng đòi hỏi thay đổi tốc độ nên phổ biến dùng động khơng đồng xoay chiều pha rotor lồng sóc, mở máy trực tiếp (nếu công suất nhỏ) hay đổi nối tam giác công suất động lớn Hiện