đồ án trang bị điện cho trạm bơm có nhiều bơm tăng áp 2 cấp

LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian thực đồ án môn học, với cố gắng thân giúp đỡ thầy cô giáo mơn đặc biệt thầy giáo Hồng Xn Bình Em hoàn thành đề tài: “ Thiết kế điều khiển cho trạm bơm có nhiều bơm tăng áp cấp” Trong trình thực chắn thân em khơng thể tránh khỏi thiếu sót em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài .i Mục đích nghiên cứu đề tài i Đối tượng phạm vi nghiên cứu .i Phương pháp nghiên cứu i Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài ii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP CẤP 1.1 Khái quát chung vai trò hệ thống bơm tăng áp cấp 1.1.1 Giới thiệu hệ thống bơm tăng áp cấp 1.1.2 Vai trò bơm tăng áp cấp 1.2 Yêu cầu truyền động điện trang bị điện điện tử cho hệ thống bơm 1.2.1 Yêu cầu truyền động điện 1.2.2 Yêu cầu trang bị điện 1.2.2 Sơ đồ P&ID cho trạm bơm .5 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRANG BỊ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỦA HỆ THỐNG BƠM TĂNG ÁP CẤP .9 2.1 Lựa chọn số thiết bị thường dùng hệ thống bơm tăng áp cấp 2.1.1 Aptomat .9 2.1.2 Công tắc tơ 10 2.1.3 Relay mực nước 10 2.1.4 Relay áp suất 11 2.2 Xây dựng cấu trúc hệ thống 12 2.2.1 Thiết kế tủ động lực 12 2.4.2 Xây dựng mạch cấp nguồn mạch động lực cho hệ thống bơm tăng áp cấp 16 2.4.3 Xây dựng mạch điều khiển cho hệ thống bơm tăng áp cấp 20 2.4.4 Xây dựng Mạch đèn báo giám sát cho hệ thống bơm tăng áp cấp 30 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP CẤP .37 3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp .37 3.2 Xây dựng chương trình điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp 38 3.2.1 Thiết lập trạm PLC 38 3.3.2 Viết chương trình điều khiển 39 3.3 Mô .43 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa .5 Hình Sơ đồ P&ID trạm bơm chất lỏng tăng áp cấp .7 Hình Cấu tạo Aptomat .9 Hình 2 Cấu tạo contactor 10 Hình Relay mực nước cực 11 Hình cấu tạo Relay áp suất 12 Hình Tủ điện cấp nguồn 13 Hình Tủ điện điều khiển 13 Hình Tủ điện giám sát 14 Hình Tủ điện giám sát 14 Hình Tủ điện giám sát 15 Hình 10 Tủ điện giám sát 15 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý điện cấp nguồn cho hệ thống bơm tăng áp cấp 17 Hình 12 Mạch động lực cho động hệ thống bơm tăng áp cấp 19 Hình 13 Mạch relay trung gian relay thứ tự pha relay nhiệt 22 Hình 14 Mạch relay trung gian relay áp suất thấp .23 Hình 15 Mạch relay trung gian relay áp suất cao relay mực nước 24 Hình 16 Mạch relay trung gian cho công tắc tơ 25 Hình 17 Mạch đầu vào số PLC hệ thống bơm tăng áp cấp (1/2) 27 Hình 18 Mạch đầu vào số PLC hệ thống bơm tăng áp cấp ( 2/2) 28 Hình 19 Mạch đầu số PLC hệ thống bơm tăng áp cấp .29 Hình 20 Mạch đèn báo relay thứ tự pha relay nhiệt hệ thống bơm tăng áp cấp 33 Hình 21 Mạch đèn báo cho relay áp suất thấp hệ thống bơm tăng áp cấp 34 Hình 22 Mạch đèn báo relay áp suất cao relay mực nước hệ thống bơm tăng áp cấp 35 Hình 23 Mạch đèn báo relay trung gian cho công tắc tơ hệ thống bơm tăng áp cấp 36 Hình Lưu đồ thuật tốn điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp 37 Hình Cấu hình trạm PLC 38 Hình 3 Bảng khai báo biến 39 Hình Chương trình điều khiển (1/6) 40 Hình Chương trình điều khiển (2/6) 40 Hình Chương trình điều khiển (3/6) 41 Hình Chương trình điều khiển (4/6) 41 Hình Chương trình điều khiển (5/6) 42 Hình Chương trình điều khiển (6/6) 42 Hình 10 Mô khởi động hệ thống .43 Hình 11 Mơ cố relay áp suất thấp đầu bơm tác động 43 Hình 12 Mơ hỏng cố động bơm qua tải 44 Hình 13 Mơ cố hệ thống dừng toàn làm việc 44 Hình 14 Mơ hệ thống dừng bơm ấn Stop 45 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Ký hiệu phần tử dùng hệ thống BẢNG GIẢI THÍCH CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG SƠ ĐỒ RP MC B Relay Phase Miniature Circuit Breaker Rơ le thứ tự pha aptomat loại tép, thường có dịng cắt định dòng cắt tải thấp (100A/10kA) TR AM THR RL LPR HPR HLR MLR LLR WL Transformer Ampere meter Thermal Relay Relay Low pressure relay Hight Pressure relay Hight level relay Medium level relay Low level relay white light Máy biến áp Ampe kế Rơ Le Nhiệt Rơ le Relay áp suất thấp Relay áp suất cao Relay mực nước cao Relay mực nước trung bình Relay mực nước thấp Đèn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Xã hội phát triển nhu cầu tăng cao, nên hệ thống bơm tăng áp cấp sử dụng phổ biến không công nghiệp mà đời sống ngày người.Trong sinh hoạt đời sống hẳn nhìn thấy hoạt động các loại máy bơm, thấy lợi ích mà chúng mang lại cho đời sống Nhưng cơng nghiệp, hệ thống bơm đóng vai trị lớn nhiều Chất lỏng nói chung muốn đưa xa phải cung cấp cho chúng lượng, máy bơm lựa chọn tối ưu Với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật tự động hóa có vai trị quan trọng lĩnh vực việc ứng dụng tự động hóa vào hệ thống bơm tăng áp cần thiết để tăng xuất, giảm sức lao động người đáp ứng yêu cầu kĩ thuật Hệ thống bơm phát triền, với nhu cầu nâng cao chất lượng vận hành, địi hỏi phải có hệ thống điều khiển tự động xác, nhanh nhạy, đáng tin cậy Từ đó, đặt vấn đề điều khiển hệ thống bơm tăng áp cấp Mục đích nghiên cứu đề tài Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp cấp Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: hệ thống bơm tăng áp cấp Phạm vi nghiên cứu: cấu trúc hệ truyền động hệ thống, xây dựng hệ thống điều khiển mô phần mềm Phương pháp nghiên cứu Về mặt lý thuyết: Tìm hiểu cấu trúc chung cho hệ thống điều khiển bơm tăng áp cấp Về mặt mô phỏng: Mô hệ thống điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp cấp phần mềm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học đề tài: Lắm rõ nguyên lý làm việc hệ thống để xây dựng hệ thống điều khiển cho hệ thống bơm tăng áp cấp Ý nghĩa thực tiễn đề tài: kết làm song đồ án bổ sung kiến thức truyền động điện, qua phục vụ cho q trình sau CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP CẤP 1.1 Khái quát chung vai trò hệ thống bơm tăng áp cấp 1.1.1 Giới thiệu hệ thống bơm tăng áp cấp Hệ thống bơm tăng áp cấp hệ thống có bơm mắc nối tiếp với đường ống, dùng để hút đẩy chất lỏng từ nơi đến nơi khác Để hút chất lỏng đầu đường ống máy bơm phải thắng trở lực đường ống thắng áp xuất đầu đường ống để hút chất lỏng Trong trình truyền chất lỏng đường ống xa áp xuất đường ống giảm để truyền chất lỏng xa hặc nên cao người ta sử dụng thêm bơm nối tiếp với bơm hút để tăng áp xuất 1.1.2 Vai trò bơm tăng áp cấp Bơm tăng áp cấp sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: + Trong nông nghiệp: bơm tăng áp cấp sử dụng để đưa nước xa phục vụ tưới tiêu + Trong công nghiệp: Được sử dụng công nghiệp khai thác mỏ quặng dầu hay cơng trình xây dựng, vận chuyển nguyên liệu, hóa chất + Bơm tăng áp cấp sử dụng phổ biến việc vận chuyển nước cho nhà máy nước phục vụ sinh hoạt 1.2 Yêu cầu truyền động điện trang bị điện điện tử cho hệ thống bơm 1.2.1 Yêu cầu truyền động điện Thông thường bơm không yêu cầu thay đổi tốc độ nên phổ biến sử dụng động không đồng xoay chiều pha rotor lồng sóc( RTLS) truyền động cho bơm Các phương pháp phổ biến khởi động động lai bơm: + Khởi động trực tiếp: động có cơng suất nhỏ, nguồn lưới ổn định, cho phép dòng khởi động lớn + Khởi động đổi nối – tam giác: động cơng suất trung bình, hệ truyền động cho phép khởi động không tải + Khởi động mềm: hệ truyền động yêu cầu trình tăng momen giảm dịng mềm (khơng nhảy bậc) + Khởi động biến tần: Các hệ truyền động yêu cầu khởi động mềm điều chỉnh trơn tốc độ Với bơm có cơng suất lớn lớn, thường truyền động động đồng để cải thiện cos 1.2.2 Yêu cầu trang bị điện + Đảm bảo bảo vệ hệ truyền động điện ngắn mạch tải bảo vệ riêng hệ thống đói với thiết bị + Đảm bảo chế độ vận hành: tay (manual), tự động (auto) + Do bơm ly tâm không tự động mồi nước nên mạch điều khiển cần phải đảm bảo mồi nước trước chạy bơm tuân thủ thao tác chạy bơm + Bơm thường hoạt động môi trường ẩm ướt (nước chất lỏng khác), môi trường độc hại (axit, kiềm…), môi trường dễ cháy nổ (dầu, axit…), môi trường bẩn (bùn), nên trang bị điện phải đáp ứng yêu cầu + Động lai bơm quay theo chiều nên trang bị điện cho bơm cần có mạch bảo vệ thứ tự pha hệ thống bơm sử dụng động điện xoay chiều + Hệ thống đảm bảo báo động, tín hiệu hóa, tự động dừng tự động khởi động có yêu cầu + Những hệ thống bơm công tác môi trường dễ cháy, nổ (bơm dầu, hóa chất) yêu cầu có nhiều vị trí dừng cố + Đối với trạm có nhiều bơm, cần ý tới thứ tự khởi động, dừng bơm theo thuật toán đặt trước Tránh khởi động bơm cúng lúc dẫn tới sụt áp lưới ảnh hưởng tới điều kiện làm việc thiết bị xung quanh Có thuạt tốn đảo bơm làm việc luân phiên đảm bảo thời gian làm việc bơm đồng 1.3 Xây dựng phương án điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp 1.2.1 Đề xuất phương án thiết kế Trong thực tế lúc đường ống dẫn trì mức áp lực định mà thay đổi, xa hay nên cao áp lực thấp cố đường ống bị rò rỉ dẫn đến áp lực giảm xuống Hệ thống bơm tăng áp thường sử dụng để đưa chất lỏng xa nên cao nên địi hỏi ổn định áp xuất liên tục để hệ thống làm việc ổn định Hệ thống bơm mắc nối tiếp để tăng áp cho hệ thống.Vì việc phải đảm bảo hệ thống áp xuất ổn định liên tục ta cần mắc thêm bơm dự phòng song song với bơm hoạt động để đề phịng cố sảy đưa bơm dự phòng vào làm việc Các bơm khơng địi hỏi thay đổi tốc độ nên sử dụng động có khơng đồng xoay chiều pha rotor lồng sóc, mở máy trực tiếp (nếu công suất động nhỏ) hay đổi nối tam giác công suất động lớn Hiện khoa học kĩ thuật phát triển nên yêu cầu hầu hết hệ thống phải tự động hóa, kích thước gọn nhẹ độ tin cậy cao Các hệ thống bơm tăng áp tự động hóa nhằm đạt mục đích yêu cầu sau đây: + Giảm bớt giảm hẳn phục củ người với hoạt động hệ thống + Nâng cao tính kinh tế, tính an toàn, 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 gồm bơm tăng áp + Động sử dụng động khơng đồng rotor lồng sóc xoay chiều pha + Công suất từ 20-30 KW Chế độ vận hành: + Chế độ vận hành tay, điều khiển hoạt động hệ thống bơm tăng áp cấp chỗ + Chế độ điều khiển từ xa máy tính thơng qua PLC Xây dựng phương án điều khiển Hình 1.1 thể hệ cấu trúc hệ thống điều khiển từ xa trạm bơm mạng truyền thơng từ hệ thống máy tính thơng qua PLC kết nối với máy bơm tiếp điểm khác thông qua tiếp điểm relay trung gian cấp điện cho đèn báo, báo mực nước bể chứa Bản vẽ mạch đèn báo relay trung gian cho công tắc tơ hệ thống bơm tăng áp cấp trình bày hình 2.23 mạch lấy nguồn 220VAC từ vẽ số 12 ( hình 2.22) Các tiếp điểm relay trung gian relay cho công tắc tơ 2MC, 3MC, 4MC, 5MC nối với đèn báo 18WL, …, 21WL để điều khiển bật tắt đèn Khi cuộn hút cơng tắc tơ cấp nguồn đóng tiếp điểm cấp điện cho động lai bơm tiếp điểm phụ cơng tắc tơ đóng lại cấp nguồn cho relay trung gian, tiếp điểm relay trung gian đóng lại cấp nguồn cho đèn báo, đèn báo sáng báo hiệu động tương ứng làm việc Tiếp điểm relay trung gian S5 nối đèn báo 22WL với nguồn để điều khiển Khi có cố đầu PLC đóng lại cấp nguồn cho relay trung gian S5, tiếp điểm relay trung gian S5 đóng lại cấp nguồn cho đèn báo, đèn báo sáng báo cố 31 Hình 20 Mạch đèn báo relay thứ tự pha relay nhiệt hệ thống bơm tăng áp cấp 32 suất thấp hệ thống bơm tăng áp cấp Hình 21 Mạch đèn báo cho relay áp 33 Hình 22 Mạch đèn báo relay áp suất cao relay mực nước hệ thống bơm tăng áp cấp 34 Hình 23 Mạch đèn báo relay trung gian cho công tắc tơ hệ thống bơm tăng áp cấp 35 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP CẤP 3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp Hình Lưu đồ thuật toán điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp 36 3.2 Xây dựng chương trình điều khiển cho trạm bơm tăng áp cấp 3.2.1 Thiết lập trạm PLC Ta sử dụng PLC S7-300 Siemens Trạm PLC sử dụng: CPU: 313C-2DP, đầu vào module DI16/DO16 Khai báo cấu hình cho trạm PLC S7-300: Hình Cấu hình trạm PLC Ta khai báo tên biến: 37 Hình 3 Bảng khai báo biến 3.3.2 Viết chương trình điều khiển Xây dựng chương trình điều khiển PLC : 38 Hình Chương trình điều khiển (1/6) Hình Chương trình điều khiển (2/6) 39 Hình Chương trình điều khiển (3/6) Hình Chương trình điều khiển (4/6) 40 Hình Chương trình điều khiển (5/6) Hình Chương trình điều khiển (6/6) 41 3.3 Mơ Ta sử dụng phần mềm S7-PLCSIM để mơ cho chương trình viết phần mềm step a Khi ấn Start Hình 10 Mơ khởi động hệ thống Nếu mực nước bể chứa mức low tiếp điểm LLR đóng cho phép ấn start Khi ấn Start khởi động máy bơm máy bơm b Sau 10s Relay thấp áp đầu bơm 1=1 Hình 11 Mơ cố relay áp suất thấp đầu bơm tác động 42 c Khi bơm bị q tải Hình 12 Mơ hỏng cố động bơm qua tải d Khi bơm bị tải đầu bơm bị thấp áp Hình 13 Mơ cố hệ thống dừng toàn làm việc 43 e Ấn nút Stop Hình 14 Mơ hệ thống dừng bơm ấn Stop Kết Luận Hệ thống bơm tăng áp cấp nâng cao tính tự động hóa việc sử dụng thiết bị điều khiển khả trình PLC, điều khiển chỗ nút ấn điều khiển từ xa thơng qua máy tính Hệ thống tự động bật bơm dự phịng dừng tất bơm gặp cố Tuy nhiên đề tài dừng mức lý thuyết mô chưa có tính thực tế Trong q trình thực thiết kế hệ thống bơm tăng áp cấp giúp em hiểu hệ thống trạm bơm, cách điều khiển, vận hành tự động hóa hệ thống điều khiển trạm bơm Là sở để nghiên cứu thiết kế, xây dựng hệ thống khác có mức tự động hóa cao mơ hình phức tạp áp dụng vào thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 [1] PGS-TS Hồng Xn Bình, NXB Hàng Hải, Bài giảng trang bị điện – điện tử máy cơng nghiêp [2] Nguyễn Dỗn Phước, Phan Xn Minh, Vũ Vă Hà, NXB Khoa học kĩ thuật, Tự động hóa với Simantic S7-300 45 ... động + Đ1: Thiết bị đo mức + Đ2,…, Đ8 thiết bị đo áp suất CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRANG BỊ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỦA HỆ THỐNG BƠM TĂNG ÁP CẤP 2.1 Lựa chọn số thiết bị thường dùng... pha 12 Hình Tủ điện cấp nguồn Hình Tủ điện điều khiển 13 Hình 72.Tủ điện? ?iện giám sát sát Hình Tủ giám Hình T? ?điện điệngiám giámsát sát24 Hình 2 109Tủ 14 Tủ điện thứ (hình 2.6) tủ điện điều khiển... trường bẩn (bùn), nên trang bị điện phải đáp ứng yêu cầu + Động lai bơm quay theo chiều nên trang bị điện cho bơm cần có mạch bảo vệ thứ tự pha hệ thống bơm sử dụng động điện xoay chiều + Hệ thống