Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, những tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhất là các ứng dụng của điện tử tin học vào cuộc sống đã làm thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyết và thực tế trong lĩnh vực tự động hóa. Ngày nay, những tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhất là các ứng dụng của điện tử tin học vào cuộc sống đã làm thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyết và thực tế trong lĩnh vực tự động hóa. luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BƠM 1.1 Khái quát chung hệ thống bơm 1.1.1 Khái quát chung 1.1.2 Vai trò bơm 1.2 Phân loại chung hệ thống bơm 1.3 Vai trò bơm hệ thống 1.2.1 Hệ thống bơm cứu hỏa 1.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ bơm bồn kín 15 1.2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm bồn hở 17 1.2.4 Cấu trúc bơm hệ thống lái tàu thủy 19 1.2.5 Sơ đồ bơm hệ thống thủy lực cầu trục 157kN 21 1.2.6 Hệ thống bơm cấp nước cho bao 26 1.3 Các thông số đặc tính 29 m 29 1.3.2 Đặc tính bơm 30 CHƢƠNG 2.CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN , TRANG BỊ ĐIỆN -ĐIỆN TỬ CỦA HỆ THỐNG BƠM 32 2.1 Yêu cầu trang bị điện-điện tử cho hệ thống bơm 32 2.2 Một số khí cụ thƣờng dùng hệ truyền động máy bơm 33 2.2.1 Cảm biến mức 33 2.2.2 Cảm biến nhiệt độ 34 2.2.3 Rơ le thời gian 35 2.2.4 Rơle áp suất rơle nhiệt độ 35 2.2.5 Aptomat 36 2.2.6 Rơle áp suất cao thấp 36 2.2.7 Van hồi dầu 37 2.3 Thiết kế hệ thống 37 2.3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống bơm tăng áp cấp 37 2.4 Xây dựng cấu trúc hệ thống 40 2.4.1 Thiết kế tủ động lực 40 2.4.2 Xây dựng mạch động lực 41 2.4.3 Xây dựng mạch điều khiển 42 CHƢƠNG 3.THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 46 3.1 Tổng quan PLC S7-300 46 3.2 Chƣơng trình điều khiển PLC 51 3.2.1 Lưu đồ thuật toán 51 3.2.2 Viết chương trình điều khiển 52 3.3 Mô 56 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, tiến không ngừng khoa học kỹ thuật, ứng dụng điện tử - tin học vào sống làm thay đổi sâu sắc mặt lý thuyết thực tế lĩnh vực tự động hóa Ngồi đời tiến biến đổi điện tử cơng suất với kích thước nhỏ gọn tác động nhanh, nhạy, dễ dàng ghép nối với vi mạch điều khiển với máy tính Các phần mềm chương trình điều khiển ln nâng cao ngày hoàn thiện nhằm đáp ứng tốt với nhu cầu thiết bị sản xuất đời sống Với nhu cầu em giao đề tài : “ Thiết kế hệ thống bơm dầu tăng áp cấp cho hệ phát điện dự phịng cơng suất lớn ” Trong trình làm đồ án, giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn bạn em hoàn thành đồ án Tuy nhiên trình độ có hạn, đổ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn Sinh viên Phạm Văn Tuân CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BƠM 1.1 Khái quát chung hệ thống bơm 1.1.1 Khái quát chung Bơm máy thuỷ lực dùng để hút đẩy chất lỏng từ nơi đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng đầu đường ống để thắng trở lực đường ống thắng hiệu áp suất đầu đường ống Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động điện từ nguồn động lực khác (máy nổ, máy nước…) Điều kiện làm viêc bơm khác (trong nhà, trời, độ ẩm, nhiệt độ v.v…) bơm phải chịu tính chất lý hố chất lỏng cần vận chuyển 1.1.2 Vai trò bơm Là máy để di chuyển dịng mơi chất, tăng lượng dịng mơi chất bơm làm việc lượng mà bơm nhận từ động chuyển hóa thành ,động chừng mực định thành nhiệt dịng mơi chất Bơm sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: Trong nông nghiệp bơm thiết bị thiếu để thực thủy lợi hóa Trong cơng nghiệp bơm sử dụng công nghiệp khai thác mỏ quặng dầu hay cơng trình xây dựng Hiện điều khiển trình bơm sử dụng nhiều việc vận chuyển ngyên liệu, hóa chất, quặng dầu….là phương tiện chuyển tiện lợi kinh tế Trong ngành chế tạo máy bơm sử dụng phổ biến, phận chủ yếu hệ thống điều khiển thủy lực hệ thống điều khiển Trong thực tế kĩ thuật có loại bơm sử dụng rộng rãi bơm li tâm, bơm hướng trục bơm pistong Biểu đồ phân bố phạm vi sử dụng loại bơm thông dụng thể 1.2 Phân loại chung hệ thống bơm Phụ thuộc vào đặc tính cấu trúc, điều kiện lắp ráp mơi trường hoạt động Bởi có nhiều tiêu chuẩn để phân loại máy bơm Sau vài tiêu chuẩn phổ biến: Dựa đặc tính tác dụng phân ra: máy bơm thể tích máy bơm động học Máy bơm động học: Máy bơm cánh(cánh dẫn) : máy bơm động học máy bơm thể tích Máy bơm điện Máy bơm ma sát Máy bơm thể tích Máy bơm dạng tịnh tiến Máy bơm dạng tay quay Máy bơm dạng roto - quay, roto – tịnh tiến Dựa đặc tính cấu trúc: Theo hướng đặt trục quay cấu làm việc: máy bơm nằm ngang , máy bơm đặt đứng, máy bơm trục đứng Theo số lượng cấp, số lượng dòng: bơm đơn cấp, máy bơm đa cấp, máy bơm đơn dòng, máy bơm đa dòng Theo yêu cầu vận hành: bơm chiều, máy bơm thuận nghịch,máy bơm điều khiển, máy bơm bù Dựa nguồn phát động máy bơm: Máy bơm điện – hoạt động nhờ động điện Máy bơm diesel – hoạt động nhờ động diesel Máy bơm thủy lực – hoạt động nhờ động thủy lực 1.3 Vai trò bơm hệ thống 1.2.1 Hệ thống bơm cứu hỏa • Chức ,công dụng hệ thống: Hệ thống chữa cháy tự động Spinkler giới thực phổ thông, cần thiết hiệu kể mặt kinh tế kỹ thuật tạo an toàn cho người tài sản vật chất, phát huy nhiều hiệu cho nơi sử dụng hệ thống này.Mỗi rủi ro có cố xảy ra, khuyến cáo Hiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc tế yêu cầu thực cần thiết lắp đặt cho công trình cơng cộng Hệ thống đường ống bố trí điều lắp đặt đầu cảm ứng nhiệt theo thang bậc nhiệt độ khác thiết kế sử dụng cơng trình.Những đầu cảm ứng nhiệt làm công tác giám sát nhiệt độ 24/24 hệ thống hoạt động.Tất đường ống lắp đặt theo yêu cầu kỹ thuật cao kết nối lại với phân chia theo khu vực (Zone) bảo vệ phịng bơm.Nơi lắp đặt đầu tự phun khắp diện tích cần bảo vệ tính tốn thiết kế, đường ống bơm, loại valve kiểm soát, valve báo động, tủ điều khiển máy bơm, hệ thống giám sát loại valve, máy bơm, hồ chứa nước Mô tả chi tiết hệ thống: • Nguồn nước cấp cho bể chứa lấy từ hệ thống cấp nước thành phố.Ngoài hệ thống trang bị them họng tiếp nước lắp đặt hồ chứa nước nhà bảo vệ để nhận nước từ bên ngồi có cố xảy mà nguồn nước dự trữ không đủ cung cấp • bơm bù áp (Jockey) trục đứng đa cấp điều khiển tự động tay thông qua tủ điều khiển đặt gần hệ thống bơm • bơm ly tâm trục ngang điều khiển tự động tay thông qua tủ điều khiển đặt gần hệ thống máy bơm • Hệ thống tủ điện : gồm tủ điện + Tủ điều khiển bơm điện bơm Jockey + Tủ điều khiển bơm điện Nguyên lý vận hành hệ thống A Hệ thống Hose reel Bình thường đường ống áp lực 7kg/cm2 Khi có cố cháy xảy ra, ta việc kéo cuộn vịi đến vị trí cháy, đồng thời có người van khống chế hệ thống hose reel Khi áp lực nước đường ống tự phun ra, lúc áp lực đường ống tự giảm làm cho hệ thống bơm điện cấp nước vào hệ thống để bù vào lượng nước trì hoàn toàn khống chế đám cháy Lúc ta nhấn STOP để dừng máy bơm điện đồng thời khởi động bơm Jockey để bù lại lượng nước Khi áp lưc nước tăng đến 7kg/cm2 ban đầu, máy bơm Jockey tự động tắt đưa hệ thống trạng thái tự động B Hệ thống Hydrant Hệ thống kết nối chung với hệ thống chữa cháy tự động Spinkler hệ thống hose reel bố trí bên ngồi làm nhiệm vụ chữa cháy vịng ngồi siêu thị Khi có cố cháy xảy ra, ta việc kéo cuộn vòi đến vị trí cháy đồng thời có người mở van khống chế hệ thống HYDRANT Khi áp lực nước đường ống tự động phun ra, áp suất đường ống tự động giảm làm cho hệ thống bơm điện họat động cấp nước vào hệ thống để bù lượng nước trì khống chế hoàn toàn đám cháy Lúc ta nhấn STOP để dừng bơm điện đông thời khởi động bơm Jockey để bù lại lượng nước chữa cháy Khi áp lực nước tăng đến 7kg/cm2 ban đầu, bơm Jockey tự động tắt đưa hệ thống trở chế độ tự ng Bơm điện số Tr-ớc vận hành thử máy tay vị trí MANUEL nên kiểm tra lại tình trạng vận hành tự động máy bơm điện §ãng valve sè 21,22,23 cđa hƯ thèng ZONE 1,2,3 Chuyển công tắc chuyển mạch vị trí OFF bơm Jockey bơm điện số Mở từ từ valve số 29 gần công tắc áp lực đồng hồ áp lực lúc vận hành Ghi nhớ lại áp lực kế bơm điện vận hành tự động lại(4.5 7kg/cm áp lực) bơm điện số Để máy bơm vận hành 10 phút để kiểm tra Đóng từ từ valve số 29 Chuyển công tắc từ vị trí MANUEL vị trí STOP OFF bơm ®iƯn sè Më valve sè 21,22,23 cđa hƯ thèng ZONE 1,2,3 Chuyển công tắc chuyển mạch bơm Jockey vị trí AUTO Chuyển công tắc chuyển mạch bơm điện vị trí AUTO Kết thúc trình kiểm tra bơm điện số Kiểm tra lại hệ thống báo động trạm điều khiển Kiểm tra phao mức n-ớc hồ chứa Bơm điện số làm t-ơng tự bơm điện số Hỡnh 1.1: Vị trí bơm Mạch động lực cho bơm điện số số 2: Hình 1.2: Sơ đồ mạch cấp nguồn cho bơm điện số số Ta cung cấp điện cho bơm từ lưới điện pha để bơm hoạt động, mạch có phận cầu chì, cơng tắc tơ, rơ le nhiệt để bảo vệ ngắn mạch điều khiển, bảo vệ nguồn bảo vệ tải dòng cho phụ tải tránh trường hợp có cố xảy Hình 1.3: Sơ đồ động lực Điện lấy từ nguồn sơ đồ hình 1.1 nối với ampe kế để đo dòng qua mạch đảm bảo dịng khơng vượt q giá trị cho phép Có cầu chì , cơng tắc tơ rơ le nhiệt để bảo vệ cho mạch điện Sơ đồ tổng thể phòng cháy chữa cháy hệ thống bơm cứu hỏa trình bày hình sau: CHƢƠNG THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Tổng quan PLC S7-300 PLC- S7-300 cấu trúc dạng module gồm thành phần sau: - CPU loại khác nhau: 312FM, 312C, 313C, 314, 314FM, 314C, 3152DP, 316-2DP, 318… - Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng / số: SM321, SM374… - Module chức FM - Module truyền thông CP - Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho module khác, dòng 2A, 5A, 10A Các module gắn ray, tối đa module SM/FM/CP bên phải CPU tạo thành rack Mỗi module gắn số slot tính từ trái sang phải: module nguồn slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số Các module đánh số theo slot dùng làm sở để đặt địa đầu cho module ngõ vào tín hiệu Đối với CPU 315-2DP, 316- 2DP gán địa tùy ý cho module Cấu hình cứng trạm PLC khai báo phần mềm Step7 sau: - Module nguồn: PS 307 5A - Module CPU 316 -2DP - Module tín hiệu vào DI32xDC24V có tổng cộng 10 tín hiệu vào tín hiệu vào tín hiệu số - Module đầu DO32xDC24V/0.5A có tổng cộng tín hiệu đầu tín hiệu tín hiệu số 46 Hình 3.1: Cấu hình cứng trạm PLC S7 – 300 Ưu điểm hệ điều khiển PLC : Sù đời hệ điều khiển PLC đà làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển quan niƯm thiÕt kÕ vỊ chóng, hƯ ®iỊu khiĨn dïng PLC có nhiều u điểm sau: - Giảm 80% Số lượng dây nối - Công suất tiêu thụ PLC thấp - Có chức tự chuẩn đoán giúp cho công tác sửa chữa nhanh chóng dễ dàng - Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình (máy tính, hình) mà không cần thay đổi phần cứng yêu cầu thêm bớt thiết bị xuất nhập - Số lượng Rơle Timer nhiều so với hệ điều khiển cổ điển - Số lượng tiếp điểm chương trình sử dụng không hạn chế 47 - Thời gian hoàn thành chu trình điều khiển nhanh (vài mS) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất - Chi phí lắp đặt thấp - Độ tin cậy cao - Chương trình điều khiĨn cã thĨ in giÊy chØ vµi giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa ch÷a hƯ thèng Ứng dụng hệ thống điều khiển PLC Từ ưu điểm nêu trên, PLC đà ứng dụng nhiều lĩnh vực khác công nghiệp như: - Hệ thống nâng vận chuyển - Dây chuyền đóng gói - Các ROBOT lắp giáp sản phẩm - Điều khiển bơm - Dây chuyền xử lý hoá học - Công nghệ sản xuất giấy - Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh - Sản xuất xi măng - Công nghệ chế biến thực phẩm - Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn - Dây chuyền lắp giáp Tivi - Điều khiển hệ thống đèn giao thông - Quản lý tự động bÃi đậu xe - Hệ thống báo động - Dây truyền may công nghiệp - Điều khiển thang máy - Dây chuyền sản xuất xe Ôtô - Sản xuất vi mạch - Kiểm tra trình sản xuất Quy trỡnh thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC 48 Xác định qui trình điều khiển: Điều cần biết đối tượng điều khiển hệ thống, mục đích PLC phải điều khiển thiết bị ngoại vi Các chuyển động đối tượng điều khiển kiểm tra thường xuyên thiết bị vào, thiết bị ny gửi tín hiệu đến PLC PLC đưa tín hiêu điều khiển đến thiết bị để điều khiển chuyển động đối tượng Để đơn giản, qui trình điều khiển mô tả theo lưu đồ (hình vẽ 3.2) Xác định tín hiệu vào ra: Bước thứ hai phải xác định vị trí kết nối thiết bị vào với PLC Thiết bị vào tiếp điểm, cảm biến, Thiết bị Rơle điện từ, Motor, đèn, Mỗi vị trí kết nối đánh số tương tự ứng với PLC sử dụng Soạn thảo chương trình: Chương trình điều khiển soạn thảo dạng lưu đồ hình thang đà trình bày bước Nạp chương trình vào nhớ: Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối giao tiếp I/O cần (Phụ thuộc vo loại PLC) Sau nạp chương trình soạn thảo hình vào nhớ PLC Sau hoàn tất nên kiểm tra lỗi chức tự chuẩn đoán chạy chương trình mô hoạt động hệ thống (Ví dụ chương trình S7-SIM, S7- VISU, ) Chạy chương trình: Trước khởi động hệ thống cần phải chắn dây nối từ PLC đến thiết bị ngoại vi đúng, trình chạy kiểm tra cần thiết phải thực bước tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn đưa vào hoạt động thực tế 49 Hỡnh 3.2: Quy trỡnh thit kế hệ thống điều khiển PLC 50 3.2 Chƣơng trình điều khiển PLC 3.2.1 Lƣu đồ thuật toán S Ð S Ð Ð S S Ð S Ð Hình 3.3: Lưu đồ thuật tốn khối chương trình 51 3.2.2 Viết chƣơng trình điều khiển Chương trình viết phần mềm Step : 52 53 54 Sau viết xong chương trình điều khiển ta tiến hành download tới PLC (ở tới phần mềm S7-PLCSIM để mơ phỏng) 55 3.3 Mô Ta sử dụng phần mềm S7-PLCSIM để mô cho chương trinh viết phần mềm Step a.Khi ấn Start Khởi động bơm ( Q4.0 = cấp nguồn cho cuộn hút role đóng tiếp điểm thường mở cấp nguồn cho cuộn hút contactor) b Nếu đầu đo D1 có tín hiệu, bình chứa có mực nước thấp, điểm đo D31 có tín hiệu Bật máy bơm (Q4.3=1) c Lúc timer bật lên vòng 5s, thời gian nếu: - Điểm đo D8 có tín hiệu diểm đo D9 chưa đủ áp suất quy định 56 Thì bật máy bơm (Q4.1 =1) Khi máy bơm bật đồng thời điểm đo D32 có tín hiệu, bình chứa mức thấp bật máy bơm (Q4.2=1) -Điểm đo D8 có tín hiệu điểm đo D9 có tín hiệu báo đủ áp suất quy định Tiếp tục bơm điểm đo D10 báo mức nước đầy có tin hiệu ( D10=1) dừng máy bơm hoạt động 57 d Ấn nút Stop Dừng hoạt động tất máy bơm hoạt động xóa tất nhớ đệm sử dụng 58 KẾT LUẬN Trang bị điện điện tử môn học quan trọng chương trình đào tạo sinh viên ngành tự động hố lẽ có ứng dụng lớn lao nhà máy, sở sản xuất Nắm vững kiến thức môn học cho phép ta phân tích, thiết kế hệ thống truyền động đảm bảo yêu cầu chất lượng tối ưu có lợi kinh tế Qua thời gian nỗ lực làm em hoàn thành đồ án với giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo môn đặc biệt thầy giáo Hồng Xn Bình Trong q 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 ! Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 Sinh viên Phạm Văn Tuân 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS-TS Hồng Xn Bình, Bài giảng Trang bị điện – điện tử máy cơng nghiệp dùng chung [2] Nguyễn Dỗn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà, NXB Khoa học kĩ thuật, Tự động hóa với Simantic S7-300 [3].GS-TSKH Đinh Ngọc Hoàn, Máy Điện, NXB Xây Dựng [4] PGS-TS Hồng Xn Bình, KS Trần Tiến Luơng,Bài giảng điều khiển trình 60 .. .2. 2.6 Rơle áp suất cao thấp 36 2. 2.7 Van hồi dầu 37 2. 3 Thiết kế hệ thống 37 2. 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống bơm tăng áp cấp 37 2. 4 Xây dựng cấu trúc hệ thống. .. thiết kế gồm bơm tăng áp bơm cấp, bơm mắc nối tiếp với Bơm tăng áp có chức tăng áp suất đầu hút bơm cấp để chống tượng xâm thực Hệ thống gồm bơm có bơm làm việc bơm chế độ dự phòng Mỗi tổ máy có hệ. .. lần khởi động bơm đảm bảo hai bơm sử dụng Sơ đồ (Hình 2. 4) sơ đồ hệ thống bơm tăng áp cấp làm nhiệm vụ bơm dầu cho hệ thống phát điện dự phịng cơng suất lớn Hệ thống có cơng dụng hút dầu từ thùng