Nghiên cứu quá trình sản xuất của nhà máy nước. Đi sâu hệ thống ổn định áp suất nước trong đường ống

khiển bằng biến tần hoạt động ở chế độ định mức mà vẫn chưa đáp ứng được áp suất trên được ống thì PLC sẽ ra lệnh để đưa các máy bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm duy trì đư[r]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHỊNG

ISO 9001:2015

NGHIÊN CỨU Q TRÌNH SẢN XUẤT CỦA

NHÀ MÁY NƯỚC ĐI SÂU HỆ THỐNG BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC TRONG ĐƯỜNG ỐNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỦA

NHÀ MÁY NƯỚC ĐI SÂU HỆ THỐNG BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC TRONG ĐƯỜNG ỐNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên Nguyễn Huy Hoàng Giảng viên hướng dẫn :Th.S Đinh Thế Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG -

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên: Nguyễn Huy Hoàng - Mã SV: 1512102002 Lớp: DC1901 - Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1 Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp

( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ)

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… Địa điểm thực tập tốt nghiệp

……… ……… ………

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ tên : Th.S Đinh Thế Nam Học hàm, học vị : Thạc Sĩ

Cơ quan công tác : Trường Đại Học Quản Lý Cơng Nghệ Hải Phịng Nội dung hướng dẫn : Tồn đề tài

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn:

Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm

Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN

Sinh viên Người hướng dẫn

Nguyễn Huy Hoàng Th.S Đinh Thế Nam

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019

Hiệu trưởng

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP

Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp:

Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp

1 Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…)

2 Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp

Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện

2 Những mặt hạn chế

3 Ý kiến giảng viên chấm phản biện

Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện

1

MỤCLỤC

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY NƯỚC

1.1TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY NƯỚC

1.2QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY NƯỚC

1.2.1 Hồ chứa lắng sơ bộ:

1.2.2 Song chắn lưới chắn rác:

1.2.3 Bể lắng cát:

1.2.4 Xử lý nước nguồn hóa chất:

1.2.5 Làm thống:

1.2.6 Clo hóa sơ bộ:

1.2.7 Khuấy trộn hóa chất:

1.2.8 Keo tụ phản ứng tạo cặn:

1.2.9 Lắng:

1.2.10 Lọc:

1.2.11 Hấp thụ chất gây mùi, gây màu:

1.2.12 Flo hóa nước:

1.2.13 Khử trùng:

1.2.14 Ổn định nước: 10

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG PLC VÀ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT HỆ THỐNG CẤP NƯỚC DÂN DỤNG 11

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT 11

2.1.1.Nguyên tắc điều khiển hệ thống 12

2.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG CÁC HỆ THỐNG CẤP NƯỚC SẠCH 17

2.2.1 Giải pháp công ty A2S 17

2.2.2.Giải pháp dùng biến tần Delta 23

CHƯƠNG 3 ĐO ÁP SUẤT 28

3.1 ÁP SUẤT VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁP SUẤT 28

2

3.1.2 Đơn vị đo áp suất 28

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ÁP SUẤT NƯỚC (ĐO ÁP SUẤT CỦA CHẤT LƯU) 29

3.2.1 Các phương pháp đo áp suất tĩnh 29

3.2.2 Phương pháp đo áp suất động 30

3.3 CẢM BIẾN ÁP SUẤT 30

3.3.1 Lựa chọn loại cảm biến áp suất sử dụng mơ hình đề tài 30

3.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 31

3.4 KẾT QUẢ ĐO TRÊN THIẾT BỊ TẠO MÔI TRƯỜNG ĐO VỚI CƠ CẤU ĐO MỚI VÀ KẾT QUẢ ĐO TRÊN MƠ HÌNH 33

3.5 SỬ DỤNG CẢM BIẾN ÁP SUẤT TRONG ĐỀ TÀI 34

CHƯƠNG 4 BIẾN TẦN VÀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 36

4.1 TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN MM440 36

4.1.1 Cấu tạo chung nguyên tắc hoạt động 37

4.1.2 Các tính chất 38

4.1.3 Các thông số kỹ thuật MM440 39

4.1.4 Các đầu dây điều khiển 41

4.2 GIỚI THIỆU MỘT THÔNG SỐ CỦA BIẾN TẦN MM440 42

4.2.1 Các thông số cài đặt nhanh 42

4.2.2 Các thông số cài đặt ứng dụng 42

4.3 ỨNG DỤNG BIẾN TẦN MM440 VÀO NỘI DUNG ĐỀ TÀI 43

4.3.1 Các tham số động 44

4.3.2 Các tham số giao tiếp nối tiếp USS 44

4.3.3 Các tham số điều khiển vịng kín PID 45

4.3.4 Các tham số đầu vào ADC 45

4.3.5 Các tham số liên quan khác 46

4.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN 47

4.5 GIỚI THIỆU VỀ PLC 47

4.6 CÁC GIAO THỨC GIAO TIẾP MẠNG TRONG S7 – 200 48

4.6.1 Điều kiện để sử dụng giao thức USS 48

3

4.7 VÒNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT 49

4.8 KẾT NỐI GIỮA PLC VÀ BIẾN TẦN 50

4.9 THIẾT LẬP CÁC THAM SỐ CHO BIẾN TẦN 51

4.10 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 53

4.10.1 Thuật điều khiển 53

4.10.2 Chương trình điều khiển 53

4

LỜI MỞ ĐẦU

Nguồn nước có vai trị quan trọng cung cấp cho thể trì sống nên người khơng thể thiếu nước Nước cần cho sinh hoạt hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp gắn chạt với nguồn nước

Thiếu nước đất đai khô cằn, động vật mn lồi khơng thể tồn Vai trò nước quan trọng với đời sống sinh hoạt chúng ta, chúng trì cân bầu khí đem lại cho người bầu khơng khí lành Nhưng tiếc phát triển bùng nổ ngành cơng nghiệp hóa, đại hóa kéo theo nguồn nước ngày bị đe dọa

Nguồn nước với nguy cạn kiệt với gia tang dân số, lũ lụt, hạn hán đặc biệt nóng lên bầu khí ¾ diện tích bề mặt trái đất nước 80% lượng nước nước mặn, lượng nước chủ yếu bắc cực nam cực tảng băng khổng lồ, chiến tỷ lệ nhỏ ao hồ, sông, suối mạch nước ngầm Đây nguồn nước chủ yếu cho người sử dụng dụa thực tế nguồn nước bị ô nhiễm nước thải, chất thải

Hiện có nhiều nhà máy xử lý nước cấp cho sinh hoạt sử dụng dây chuyền công nghệ tiên tiến xử lý nước mặt nước ngầm Việc lựa chọn dây chuyền công nghệ phù hợp quan trọng phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào, yêu cầu ngồn nước đầu ra, điều kiện kinh tế, kỹ thuật

Xuất phát từ thực tế đó, q trình học tập trường Đại học Dân

Lập Hải Phòng, em nhận đồ án với đề tài là: “Nghiên cứu trình

5

CHƯƠNG

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY NƯỚC

1.1 TỔNG QUANQUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY NƯỚC Hiện nhiều nhà máy nước áp dụng bước để xử lý nước ngầm nước bề mặt thành nguồn nước cấp cho dân cư sinh hoạt Tuy nhiên, thực tế chất lượng nước sau xử lý nhiễm kim loại nặng asen Xu hướng nguồn nước ngầm bề mặt ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng, quy trình xử lý nước cấp địi hỏi nhiều công đoạn hiệu xử lý tốt so với công nghệ hữu

1.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY NƯỚC

Hình 1.2:Quy trình sản xuất nhà máy nước 1.2.1 Hồ chứa lắng sơ bộ:

Tạo điều kiện thuận lợi cho trình tự làm sạch: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng điều kiện môi trường, thực phản ứng oxy hóa tác dụng oxy hịa tan nước làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng dòng chảy từ nguồn vào lưu lượng tiêu thụ trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lý nước

1.2.2 Song chắn lưới chắn rác:

6

trình xử lý bị tán nhỏ thơi rữa làm tăng độ màu, hàm lượng cặn nước

1.2.3 Bể lắng cát:

Ở nguồn nước mặt có độ đục lớn (>250 mg/L) sau lưới chắn rác, hạt cặn lơ lửng vơ cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn nước, cứng, có khả lắng nhanh giữ lại bể lắng cát

Tạo điều kiện tốt để lắng hạt có kích thước lớn 0,2 mm tỷ trọng lớn 2,6, để loại trừ tượng bào mịn cấu chuyển động khí giảm lượng cặn nặng tụ lại bể tạo bể lắng 1.2.4 Xử lý nước nguồn hóa chất:

Để hạn chế phát triển rong rêu tảo vi sinh vật nước, loại trừ màu, mùi, vị xác vsv chết gây Hóa chất thường sử dụng là: CuSO4, liều lượng 0,12 ÷ 0,3 mg/l liều lượng quãng thời gian lần xử lý phụ thuộc vào thành phần nước thô nồng độ loại vsv rêu tảo, nhiệt độ, độ kiềm hàm lượng CO2

1.2.5 Làm thống:

Hịa tan oxy từ khơng khí vào nước để ỗy hóa sắt hóa trị II, mangan hóa trị II thành sắt III, mangan IV tạo thành hợp chất hydroxit Fe(OH)3, Mn(OH)4 kết tủa dễ lắng đọng để khử khỏi nước lắng lọc

Khử khí CO2, H2S có nước, làm tăng pH nước, tạo điều kiện thuận lợi đẩy nhanh q trình oxy hóa thủy phân sắt mangan, nâng cao suất cơng trình lắng lọc quy trình xử lý sắt vá mangan

Q trình làm thống hàm tăng hàm lượng oxy hịa tan nước, nâng cao oxy hóa khử nước để thực dễ dàng trình oxy hóa chất hữu trình khử mùi màu nước

Có phương pháp làm thống là: đưa nước vào khơng khí đưa khí vào nước (chủ yếu đưa nước vào khơng khí)

Hiệu q trình làm thống phụ thuộc vào:

7

Diện tích tiếp xúc pha khí nước, diện tích tiếp xúc lớn q trình trao đổi khí diễn nhanh

Thời gian tiếp xúc pha khí nước cơng trình, thời gian tiếp xúc lớn mức độ trao đổi triệt để

Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tăng lợi cho q trình khử khí khỏi nước bất lợi cho qtrình hấp thụ hịa tan khí vào nước

Bản chất khí trao đổi 1.2.6 Clo hóa sơ bộ:

Cho Clo nước trước bể lắng bể lọc

Kéo dài thời gian tiếp xúc để tiệt trùng nguồn nước bị nhiễm bẩn nặng

Oxy hóa sặt hịa tan dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành kết tủa tương ứng

Oxy hóa chất hữu để khử màu

Trung hịa ammoniac thành cloramin có tính chất tiệt trùng kéo dài

Ngăn chặn phát triển rong rêu bể phản ứng bể lắng, phá hủy tế bào vi sinh sinh sản chất nhầy nhớt mặt bể lọc, làm tăng thời gian chu kỳ lọc

Nhược điểm:

Tiêu tốn lượng clo thường gấp 3÷5 lần lượng clo dùng để khử trùng nước sau bể lọc, làm tăng giá thành nước xử lý

Phản ứng clo với chất hòa tan nước tạo hợp chất trihalomotheme chất gây bệnh ung thư cho người sử dụng nước, khơng nên áp dụng cho nguồn nước mặt chứa nhiều chất hữu

1.2.7 Khuấy trộn hóa chất:

8

phèn, loại hóa chất khác địi hỏi phải trộn cịn thời gian trộn địi hỏi nghiêm ngặt phèn

1.2.8 Keo tụ phản ứng tạo cặn:

Tạo tác nhân có khả dính kết chất làm bẩn nước dạng hịa tan lơ lửng thành bơng cặn có khẳ lắng bể lắng dính kết bề mặt hạt lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh kinh tế

Khi trộn phèn với nước xử lý xảy phản ứng hóa học lý hóa tạo thành hệ keo dương phân tán nước, trung hòa, hệ keo dương hạt nhân có khả dính kết với keo âm phân tán nước dính kết với để tạo thành bơng cặn, q trìnhtạo nhân dính kết gọi q trình keo tụ, q trình dính kết cặn bẩn nhân keo tụ gọi trình phản ứng tạo bơng cặn

Thường dùng phèn nhôm phèn sắt 1.2.9 Lắng:

Là trình làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng nước nguồn biện pháp:

Lắng trọng lực bể lắng, hạt cặn có tỷ trọng lớn nước chế độ thủy lực thích hợp lắng xuống

Bằng lực ly tâm tác dụng vào hạt cặn, bể lắng ly tâm xiclon thủy lực

Bằng lực đẩy bọt khí dunhs bám vào hạt cặn cacs bể tuyển với việc lắng cặn trình lắng cong làm giảm 90 ÷95 vi trùng có nước vi trùng bị hấp phụ dính bám vào hạt bơng cặn q trình lắng

1.2.10 Lọc:

9

Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lọc nước qua bể lọc hạt: Kích thước hạt lọc phân bố cỡ hạt lớp vật liệu lọc

Kích thước, hình dạng, trọng lươgnj riêngm nồng độ khả dính kết cặn bẩn lơ lửng nước xử lý

Tốc độ lọc, chiều cao lớp lọc, thành phần lớp vật liệu lọc độ chênh lệch ấp lực dành cho tổn thất chu kỳ lọc

Nhiệt độ độ nhớt nước 1.2.11 Hấp thụ chất gây mùi, gây màu:

Các hạt bột than hoạt tính có bề mặt hoạt tính lớn, có khả hấp phụ phân tử khí phân tử chất dạng lỏng hòa tan nước làm cho nước có mùi vị màu, lên bề mặt hạt than khỏi nước Nước khử mùi vị màu

Để khử mùi vị, màu nước than hoạt tính dùng phương pháp:

Đưa nước sau xử lý theo dây truyền công nghệ truyền thống vào lọc trực tiếp qua bể lọc than hoạt tính

Pha bột than hoạt tính tán nhỏ đến kích thước vài chục micromet vào bể trộn nước nguồn cuàng với phèn với liều lượng ÷ 15 mg/l để hấp thụ chất hữu gây mùi vịm màu nước Phương pháp làm tăng hiệu trình keo tụ, lắng, lọc cặn lắng bể lắng dễ xử lý

1.2.12 Flo hóa nước:

Do sau trình xử lý làm nước lượng o có nước mức thấp so với tiêu chuẩn nên cần bổ sung thêm o vào nước

1.2.13 Khử trùng:

Để đảm bảo an toàn mặt vi trùng học, nước trước khí cấp cho người tiêu thụ phải khử trùng

Các biện pháp khử trùng: Đun sôi nước

Đùng tia tử ngoại

10

1.2.14 Ổn định nước:

Là q trình khử tính xâm thực nước đồng thời cấy lên mặt thành ống lớp màng bao vệ để cách li không cho nước tiếp xíc trực tiếp với vật liệu làm ống

Tác dụng:

Chống gỉ cho ống thép phụ tùng đường ống

Khơng cho nước hịa tan vôi thành phần ximăng lớp tráng mặt ống gang ống gang dẻo, mặt thành ống bê tông

11

CHƯƠNG

ỨNG DỤNG PLC VÀ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT HỆ THỐNG CẤP NƯỚC DÂN DỤNG

Hệ thống bơm nước Nhà máy, Khu cơng nghiệp, Tịa nhà đa phần hoạt động liên tục 100% tải từ khởi động dừng hệ thống Việc gây nhiều hạn chế lãng phí cho hệ thống như:

- Khi thời gian cao điểm: Lượng nước đầu cần sử dụng nhiều hệ thống chạy 100% tải không đủ nước cung cấp cho Nhà

máy → Thiếu nước Nếu muốn bổ sung thêm nước người vận hành phải tự

Đóng Bằng Tay thêm bơm khác vào hệ thống việc có nhiều hạn chế việc sử dụng nước đầu không cố định thay đổi liên tục

- Khi thời gian thấp điểm: Lượng nước đầu sử dụng bơm

vẫn chạy 100% công suất → Gây lãng phí.

Vì việc nghiên cứu, ứng dụng hệ thống điều khiển ổn định áp suất cho đường ống nước PLC biến tần cần thiết, đắn đáp ứng nhu cầu ngày tăng xã hội đại hóa

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cấp nước vào đường ống Áp lực lưu lượng đường ống thay đổi hàng theo nhu cầu Bơm thiết bị kèm đường ống van, đài nước thiết kế với lưu lượng nước bơm lớn Vì điều chỉnh lưu lượng nước bơm thực phương pháp sau:

- Điều chỉnh cách khép van ống đẩy bơm

- Điều chỉnh đóng mở máy bơm hoạt động đồng thời

- Điều khiển thay đổi tốc độ quay khớp nối thủy lực

12

do chấn động đóng mở van gây nên, đồng thời máy bơm cung cấp không bám sát chế độ tiêu thụ mạng lưới

Để giải vấn đề kể sử dụng phương pháp điều khiển truyền động biến đổi tốc độ thiết bị biến tần Thiết bị biến tần thiết bị điều chỉnh biến đổi quay động cách thay đổi tần số dòng điện cung cấp cho động

2.1.1.Nguyên tắc điều khiển hệ thống

Đầu PLC nối với biến tần để điều khiển biến tần từ biến tần điều khiển tốc độ động

Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh cách linh hoạt lưu lượng áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ

Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi PLC, PLC so sánh giá trị truyền với giá trị đặt để từ lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ động cách thay đổi tần số dòng điện đưa vào động để đảm bảo áp suất nước đường ống ổn định

Sự điều chỉnh linh hoạt máy bơm sử dụng biến tần cụ thể sau:

- Điều chỉnh tốc độ quay áp suất thay đổi

- Đa dạng phương thức điều khiển máy bơm trạm bơm

Một thiết bị biến tần điều khiển tới máy bơm

2.1.1.1 Phương thức điều khiển bơm

Có phương thức điều khiển máy bơm: + Điều khiển theo mực nước

13

+ Điều khiển theo hình thức chủ động thụ động

Mỗi máy bơm nối với biến tần có biến tần chủ động, biến tần khác thụ động Khi tín hiệu hồi tiếp biến tần chủ động vi xử lý biến tần so sánh với tín hiệu đặt để từ tác động đến biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay máy bơm cho phù hợp không gây tượng đập thủy lực phản hồi từ hệ thống Phương thức điều khiển linh hoạt khắc phục khó khăn trình vận hành bơm khác với thiết kế Phương thức sử dụng có trường hợp thay đổi lưu lượng áp suất mạng lưới

+ Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển bơm

Một máy bơm thơng qua thiết bị biến tần, máy bơm cịn lại đóng mở trực tiếp khởi động mềm Khi tín hiệu áp lực lưu lượng mạng lưới hồi tiếp PLC Bộ vi xử lý so sánh với giá trị cài đặt điều

khiển tốc độ máy bơm chạy với tốc độ phù hợp. Khi mà bơm điều

khiển biến tần hoạt động chế độ định mức mà chưa đáp ứng áp suất ống PLC lệnh để đưa máy bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm trì áp suất mong muốn đường ống Đến lúc đó, mà áp suất đường ống đủ PLC ngắt bơm phụ tránh áp suất cao gây nguy hiểm cho đường ống Trong trường hợp ngắt tất bơm mà áp suất cịn cao PLC lệnh cho biến tần để biến tần giảm dần tần số động để đưa áp suất đường ống gần giá trị đặt nhanh thời gian Tất việc theo dõi giám sát WinCC qua hình máy tính (hoặc điều khiển tay)

2 1.1.2 Những ưu điểm điều khiển tốc độ bơm thiết bị biến tần

- Hạn chế dòng khởi động cao

- Tiết kiệm lượng

- Điều khiển linh hoạt máy bơm

- Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400Kw

14

- Tăng tốc nhanh giúp biến tần bắt kịp tốc độ thời động

- Tự động tăng tốc giảm tốc tránh tải điện áp khởi động

- Bảo vệ động khi: ngắn mạch, pha, lệch pha, tải,

dòng, nhiệt…

- Kết nối với máy tính chạy hệ điều hành Windows

- Kích thước nhỏ gọn khơng chiếm diện tích nhà trạm

- Mơ-men khởỉ động cao với chế độ tiết kiệm lượng

- Dễ dàng lắp đặt vận hành

- Hiển thị thông số động biến tần

2 1.1.3.Mô tả hoạt động hệ thống (được điều khiển theo hình thức biến tần

điều khiển mộtbơm)

Trong hệ thống có máy bơm: Một máy bơm pha máy bơm pha Biến tần điều khiển trực tiếp máy bơm pha, máy bơm pha bơm dự phòng mà máy bơm pha chạy hết công suất định mức mà áp suất chưa ổn định giá trị setpoint Máy bơm dự phòng điều khiển trực tiếp điện lưới 220V

Khởi động hệ thống lên máy bơm pha điều khiển biến tần điều khiển động chạy đạt áp suất đặt Khi áp suất đường ống áp suất đặt biến tần giữ ổn định tốc độ máy bơm Trường hợp tải thay đổi tức áp suất thay đổi, tùy theo tải tăng hay giảm biến tần điều khiển máy bơm chạy nhanh hay chậm

Khi tải tăng tức áp suất giảm, lúc muốn ổn định áp suất biến tần điều khiển máy bơm chạy nhanh (tức tăng tần số máy bơm pha) đạt áp suất đặt

Ngược lại, tải giảm biến tần giảm tần số máy bơm xuống đạt áp suất đặt

15

2.1.2.Hệ thống điều khiển áp suất

2.1.2.1.Yêu cầu công nghệ

Sử dụng biến tần điều khiển trơn cho động bơm, công suất tiêu thụ động biến tần điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu phụ tải Động thứ sử dụng chạy sau phụ tải phát triển lớn Một sensor áp suất đưa vào đầu cấp nước Nhà máy để đo áp lực nước đưa hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển PLC đảm bảo cho việc tự động hóa hồn tồn

q trình bơm cấp nước Nhà máy Vận hành hệ thống thông qua WinCC. Hệ

thống hoạt động chế độ tay WinCC Việc chuyển đổi hai chế độ tự động tay thực công tắc chuyển đổi vị trí Hệ thống cũ đấu nối đảm bảo xác, vận hành an tồn tình Đảm bảo tính an tồn cao hệ thống

Hình 2.1.2.1: Biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển bơm

Như với việc đưa biến tần vào hệ thống hoạt động bám sát theo thực tế lưu lượng phụ tải, giảm đáng kể lượng tiêu hao không cần thiết vào phụ tải thấp điểm

16

suất nước đường ống mạng theo đồ thị phụ tải ngày, tức hệ thống điều khiển áp suất theo thời gian thực

Hệ thống điều khiển tự động số chức sau:

Đo lường: Do đầu đo áp suất đo lường chuyển đổi để đưa CPU PLC

Xử lý thông tin: Bộ điều khiển trung tâm đảm nhiệm vấn đề Điều khiển: PLC phối hợp với biến tần làm việc theo yêu cầu Giám sát: PLC kết đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động Giao tiếp người vận hành thiết bị: Sử dụng phần mềm giao diện người máy

(HMI) WinCC

Hệ thống chuyển đổi qua lại motor bơm chạy với biến tần nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ bơm, phục vụ bảo trì bảo dưỡng mà khơng làm gián đoạn sản xuất

17 2.1.2.2 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.1.2.2: Sơ đồ khối hệ thống

2.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG CÁC HỆ THỐNG CẤP NƯỚC SẠCH

2.2.1 Giải pháp công ty A2S

18

- Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2.1.1: Dùng 01 biến tần điều khiển bơm theo kiểu Master/Slave

Khi có tín hiệu áp suất đưa vào biến tần người lắp biến tần cài đặt thơng số biến tần tích hợp điều khiển thơng minh khuếch đại – tích phân – vi phân (bộ điều khiển PID) để ổn định giá trị áp suất mong muốn người vận hành

- Hình ảnh trạm bơm Càng Long – Trà Vinh

19

+ Ưu điểm

o Giá thành đầu tư thấp + Nhược điểm

o Không luân phiên thời gian sử dụng cho bơm o Chưa tiết kiệm điện nhiều

o Chưa có phương án điều khiển tương đương có cố biến tần o Chưa lưu trữ thông số, kiện, thời gian trình hoạt động

*Phương án 2: Điều khiển bình đẳng

- Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2.1.3:Dùng 01 biến tần điều khiển bơm theo kiểu Master/Slave, luân phiên biến tần cho Master

Khi giá trị áp suất đưa biến tần, nhờ thông số cài đặt điều khiển PID biến tần điều khiển ổn định giá trị áp suất mong muốn Nhờ thiết kế theo nguyên lý nên luân phiên bơm làm master để phân bố thời gian hoạt động bơm hệ thống

20

Hình 2.2.1.4: Trạm bơm 3000 m3/ngày – nhà máy nước Phước Sơn tỉnh Bình Định

+ Ưu điểm

o Hệ thống luân phiên bơm, tạo thời gian hoạt động bình đẳng + Nhược điểm

o Các bơm phải công suất, hãng để sử dụng chung biến tần o Chi phí lắp đặt không rẻ

o Chưa tiết kiệm điện nhiều, lắp đặt sửa chữa phức tạp

*Phương án 3: Tổ hợp phương án phương án

Sơ đồ tổng hợp tối ưu điều khiển trạm bơm nước sạch.

Hình 2.2.1.5: Dùng 03 biến tần điều khiển bơm theo kiểu Master/Slave đó luân phiên Master để bình đẳng vai trị thời gian hoạt

21

Với cách lắp đặt này, giá trị đo áp suất đưa điều khiển PLC PLC điều khiển biến tần cho bơm thay đổi tần số đảm bảo giá trị áp suất mong muốn Nguyên lý ổn định áp suất điều khiển Master/Slaves, chọn bơm làm master được, bơm phụ chạy 100% công suất phương án mà chạy theo tần số chương trình điều khiển yêu cầu

-Hình ảnh thực tế trạm bơm nước sử dụng phương án 3:

Hình 2.2.1.6: Hình ảnh trạm bơm Xuân Trường – Nam Định

22

Hình 2.2.1.8: Hình ảnh mành hình HMI điều khiển cho trạm bơm

+Ưu điểm:

 Luân phiên thời gian hoạt động cho bơm o Có phương án dự phịng biến tần bị lỗi o Các bơm không thiết công suất, hãng

 Tiết kiệm điện nhiều

+Nhược điểm:

23

2.2.2.Giải pháp dùng biến tần Delta

Hình 2.2.2.1: Sơ đồ khối điều khiển áp suất đường nước dùng biến tần Dalta

Bài toán 01: Sử dụng biến tần điều khiển ổn định áp suất cho hệ

thống sử dụng 01 bơm.

- Thiết bị sử dụng:

+ 01 Biến tần dòng VFD-EL

+ 01 Cảm biến áp suất DC Box

⇒Sơ đồ đấu nối cảm biến áp suất

Bài toán 02: Sử dụng biến tần điều khiển luân phiên 04 bơm (Tối đa

08 bơm)

- Thiết bị sử dụng:

+ 01 Biến tần dòng VFD-CP2000

+ 01 Cảm biến áp suất DC Box

24

+ Phụ kiện: Tủ điện, nút nhấn

- Nguyên lý hoạt động: Biến tần điều khiển luân phiên

từng bơm từ M1 đến M4, khoảng thời gian trễ thời gian hoạt động

bơm cài đặt qua biến tần

25

Bài toán 03: Sử dụng biến tần điều khiển ổn định áp suất cho hệ

thống sử dụng 04 bơm (Tối đa 08 bơm). - Thiết bị sử dụng:

+ 01 Biến tần dòng VFD-CP2000

+ 01 Cảm biến áp suất DC Box

+ 04 Contactor

+ Phụ kiện: Tủ điện, nút nhấn

Nguyên lý hoạt động: Biến tần điều khiển PID bơm M0 tùy theo nhu

cầu sử dụng nướcđầu Nếu biến tần điều khiển bơm M0 chạy 100% công suất

trong

26

Hình 2.2.2.3: Sử dụng biến tần điều khiển ổn định áp suất cho hệ thống sử dụng 04 bơm

Bài toán 04: Sử dụng biến tần điều khiển ổn định áp suất kết hợp

luân phiên 04 bơm(Tối đa 08 bơm).

- Thiết bị sử dụng:

+ 01 Biến tần dòng VFD-CP2000

+ 01 Cảm biến áp suất DC Box

+ 08 Contactor

+ Phụ kiện: Tủ điện, nút nhấn

- Nguyên lý hoạt động: Ứng dụng kết hợp toán 02

27

Biến tần vừa điều khiển luân phiên tuần hoàn qua bơm, vừa ổn định áp gọi thêm bơm khác vào chạy điện lưới

28

CHƯƠNG

ĐO ÁP SUẤT 3.1 ÁP SUẤT VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁP SUẤT

3.1.1 Định nghĩa áp suất

Nếu cho chất lỏng khí (gọi chung chất lưu) vào bình chứa gây nên lực tác dụng lên thành bình gọi áp suất Áp suất phụ thuộc vào chất chất lưu, thể tích mà chiếm trước sau đưa vào bình vào nhiệt độ

Áp suất p chất lưu xác định từ lực dF tác dụng vng góc lên diện tích ds thành bình

p = ds dF

Thương số không phụ thuộc vào định hướng bề mặt ds mà phụ thuộc vào vị trí chất lưu

Để đo áp suất người ta sử dụng nguyên tắc giống nhau, áp suất đo tác dụng lên bề mặt xác định, áp suất đo biến thành lực Việc đo áp suất đưa đo lực Tất lực tác dụng lên mặt phẳng xác định thước đo áp suất Ta có: p = F / A

3.1.2 Đơn vị đo áp suất

Có nhiều đơn vị thường dùng để đo áp suất như: Pascal , bar , kg/

cm2, atmosphe, cm cột nước, mmHg, mbar Nhưng Uỷ ban quốc tế chọn Pascal

(Pa) = Newton/m2 đơn vị áp (ISO 1000; DIN 1301) Thường việc phân chia

thang đo máy đo áp suất dùng với bội đơn vị Pascal –

– mbar = 102 Pa

–

29

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ÁP SUẤT NƯỚC (ĐO ÁP SUẤT CỦA CHẤT LƯU)

3.2.1 Các phương pháp đo áp suất tĩnh –

– Việc đo áp suất chất lưu không chuyển động dẫn đến phép đo

lực F tác dụng lên diện tích s thành bình phân chia mơi trường, mơi trường chứa chất lưu đối tượng cần đo áp suất Có thể chia trường hợp chính:Đo áp suất lấy qua lỗ có tiết diện hình trịn khoan thành bình

–

– Đo trực tiếp biến dạng thành bình áp suất gây nên

–

– Đo cảm biến áp suất để chuyển tín hiệu đầu vào (là áp suất)

thành tín hiệu điện đầu chứa thông tin liên quan đến giá trị áp suất cần đo thay đổi theo thời gian

Trong cách đo trích lấy áp suất qua lỗ nhỏ phải sử dụng cảm biến đặt gần sát thành bình Sai số phép đo nhỏ với điều kiện thể tích chết kênh dẫn cảm biến phải khơng đáng kể so với thể tích tổng cộng chất lưu cần đo áp suất

Trong trường hợp đo trực tiếp, người ta gắn lên thành bình cảm biến đo ứng suất để đo biến dạng thành bình Biến dạng hàm áp suất

Ngồi ra, dùng ống đặc biệt có khả biến dạng tác dụng áp suất để làm vật trung gian Khi đo áp suất đường ống dẫn chất lưu, người ta đặt áp kế dạng ống nối tiếp với đường dẫn khảo sát Bằng cách chọn vật liệu thích hợp, sử dụng ống trường hợp có biến dạng lớn tăng độ nhạy áp kế

30

3.2.2 Phương pháp đo áp suất động

Khi nghiên cứu chất lưu chuyển động cần phải tính đến ba dạng áp suất tồn tại: áp suất tĩnh ( ps) chất lưu không chuyển động, áp suất động (pd)

do chuyển động với vận tốc v chất lưu gây lên áp suất tổng cộng Pt tổng hai áp suất trên:

Pt = ps + pd

Áp suất tĩnh ps đo phương pháp vừa trình

bày Áp suất động tác dụng lên mặt phẳng đặt vng góc với dịng chảy làm tăng áp suất tĩnh có giá trị tỉ lệ với bình phương vận tốc, nghĩa là:

pd =

2 v  Trong  khối lượng riêng chất lưu

Việc đo áp suất chất lưu chuyển động thực việc nối với hai đầu ống Pitot hai cảm biến, cảm biến đo áp suất tổng cộng cảm biến đo áp suất tĩnh Khi áp suất động hiệu áp suất tổng cộng áp suất tĩnh : Pd= Pt - Ps

Trong đề tài ta sử dụng cảm biến áp suất đo áp suất tĩnh phương pháp lấy lỗ nhỏ ống dẫn nước sau lắp cảm biến vào thơng qua cấu lắp đặt để hạn chế ảnh hưởng áp suất động, tránh tác động trực tiếp chất lưu lên cảm biến tạo áp suất động gây lên bất ổn tín hiệu cảm biến Đó phương pháp đo áp suất nước hệ thống cung cấp nước trì áp suất khách sạn Deawoo

3.3 CẢM BIẾN ÁP SUẤT

Cảm biến phần tử biến đổi áp suất, xác định đặc tính làm việc thiết bị

Các biến đổi áp suất hoạt động dựa sở loại cảm biến Đó cảm biến điện trở tenxơ, điện dung điện cảm

3.3.1 Lựa chọn loại cảm biến áp suất sử dụng mơ hình đề tài

31

–

– tới 10 V, tới 20mA -10  +10V

–

– tới 10 V, tới 20mA

Cũng vào thiết bị khoa sẵn có, ta lựa chọn loại cảm biến áp suất Siemens có thơng số sau:

–

– Dải áp suất: 0….6 bar/ Pmax 12 bar

–

– Đầu tương tự : 4….20 mA

–

– Nguồn cung cấp: 10….36 VDC

–

– Ký hiệu chân thân cảm biến: 1(+) 2(-) chân cịn lại ký hiệu mass

Có đầu ra: –

– 1( +) dây có màu nâu ta nối với nguồn cấp cho cảm biến

–

– 2( -) chân có màu xanh sẫm ta nối với đầu vào tương tự biến

tần –

– Và đầu cịn lại có màu vàng sọc xanh nhạt nối mass bảo vệ

Hình 3.3.1: Sơ đồ chân cảm biến

Đây loại cảm biến có đầu dịng điện tỉ lệ thuận với tăng dần áp suất chất lưu

3.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động

32

Hình 3.3.2.1: Sơ đồ bên hoạt động bên cảm biến Cầu điện trở

R1 R2 R3 R4 p p p p Ucc

U A

Hình 3.3.2.2: Cầu điện trở

Hình ta có cầu điện trở cảm biến với điện trở giống màng silic bị uốn cong R1 R3 gia tăng trị số, trị số điện trở R2 R4

giảm Do độ nhạy cầu gia tăng Điện áp UA cầu tính

như sau:

UA = Ucc

) R R )( R R ( R R R R 4    Với Ri (p) =Ri +Ri(p)

Với kỹ thuật thích ứng người ta chế tạo cho điện trở Ri có

trị số giống thay đổi Ri Phương trình UA có

33

UA = Ucc

R R 

R R 

= K.(p) : độ uốn học, K: hệ số tỉ lệ

Hàm số (p) cho độ uốn học màng silic theo phép tính gần bậc

1 có tuyến tính, điện áp áp suất có liên hệ tuyến tính:

UA = Ucc K.(p)

Khi độ uốn gia tăng cao ta khơng cịn tuyến tính Với điện trở gia tăng độ uốn, có trị số gia tăng có trị số giảm Với chọn lựa trị số Ri khác ít, hiệu ứng triệt tiêu phần

Như thông qua cầu điện trở thay đổi lực (áp suất nước) cho tín hiệu áp cảm biến thông qua biến đổi U/ I ta đầu dòng tương ứng tín hiệu cảm biến

3.4 KẾT QUẢ ĐO TRÊN THIẾT BỊ TẠO MÔI TRƯỜNG ĐO VỚI CƠ CẤU ĐO MỚI VÀ KẾT QUẢ ĐO TRÊN MƠ HÌNH

Kết đo thiết bị tạo môi

trường đo với cấu đo Kết đo mơ hình

Bar mA Hz Bar mA

0.00 3.5 00 0.00 4.1

0.25 5.5 28 0.25 5.5

0.50 5.9 33 0.50 6.2

0.75 6.5 37 0.75 6.9

1.00 7.0 42 1.00 7.5

1.25 7.6 46 1.25 8.0

34

1.75 9.0 50

2.00 9.5 50

2.25 10 50

Đồ thị bar - m A :

0 mA 0.25 0.5 0.75 1.25 1.5 1.75 2.25 Bar

5 10 15 20

3.5 5.5 5.9 6.5 7.6 8.2 9.5

Nhận xét: –

– Đầu cảm biến tỉ lệ với áp suất

–

– Đối với mơ hình đo áp suất đến bar kết

cho tương tự thiết bị tạo môi trường đo, gần sát với đường đặc tuyến chuẩn cảm biến

–

– Với kết đo tín hiệu dòng cảm biến tăng lên cách tỉ

lệ với áp suất Tín hiệu đưa vào biến tần biến tần nhận vào để điều chỉnh tần số động cơ, trì áp suất

3.5 SỬ DỤNG CẢM BIẾN ÁP SUẤT TRONG ĐỀ TÀI

35

36

CHƯƠNG

BIẾN TẦN VÀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

4.1 TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN MM440

Ngày nay, việc tự động hóa cơng nghiệp việc ổn định tốc độ động khơng cịn xa lạ với người cơng tác lĩnh vực kỹ thuật Biến tần thiết bị hộ trợ đắc lực việc ổn định tốc độ thay đổi tốc độ động cách dễ dàng mà hầu hết xí nghiệp sử dụng Trong phạm vi đề tài giới thiệu họ biến tần sử dụng MicroMaster 440 MM440 họ biến tần mạnh mẽ trong dòng biến tần tiêu chuẩn Khả điều khiển Vector cho tốc độ Mơment hay khả điều khiển vịng kín PID có sẵn đem lại độ xác tuyệt vời cho hệ thống truyền động quan trọng hệ thống nâng chuyển, hệ thống định vị Không có vậy, loạt khối logic sẵn có lập trình tự cung cấp cho người sử dụng linh hoạt tối đa việc điều khiển hàng loạt thao tác cách tự động MicroMaster 440 lμ biến đổi tần số dùng điều khiển tốc độ động pha xoay chiều Có nhiều loại khác từ 120W nguồn vμo pha đến 200kW nguồn vμo pha Các biến tần dùng vi xử lý để điều khiển vμ dùng công nghệ transistor l−ỡng cực cửa cách ly Điều nμy lμm cho chúng đáng tin cậy vμ linh hoạt Một ph−ơng pháp điều chế độ rộng xung đặc biệt với tần số xung đ−ợc chọn cho phép động lμm việc êm Biến tần có nhiều chức bảo vệ vμ bảo vệ động

37

Biến tần MICROMASTER 440 với thông số đặt mặc định nhμ sản xuất, phù hợp với số ứng dụng điều khiển động đơn giản Biến tần MICROMASTER 440 đ−ợc dùng cho nhiều ứng dụng điều khiển động cấp cao nhờ danh sách thông số hỗn hợp

Biến tần MICROMASTER 440 dùng hai ứng dụng "kết hợp vμ riêng lẻ" tích hợp "hệ thống tự động hố"

4.1.1 Cấu tạo chung nguyên tắc hoạt động

MM 440 thay đổi điện áp hay tốc độ cho động xoay chiều cách chuyển đổi dòng điện xoay chiều cung cấp (AC Supply) thành dòng điện chiều trung gian (DC Link) sử dụng cầu chỉnh lưu Sau điện áp chiều DC Link lại nghịch lưu thành điện áp xoay chiều cung cấp cho động với giá trị tần số thay đổi Nguồn cung cấp cho biến tần sử dụng nguồn xoay chiều pha (cho công suất thấp), hay sử dụng nguồn xoay chiều ba pha Phần điện áp chiều trung gian điện áp tụ điện, tụ điện đóng vai trị san phẳng điện áp chiều sau chỉnh lưu cung cấp cho phần nghịch lưu Điện áp tụ không điều khiển phụ thuộc vào điện áp đỉnh nguồn xoay chiều cung cấp

Hình 4.1.1.1: Sơ đồ nguyên lý biến tần

38

áp xoay chiều mong muốn đựơc tạo cách thay đổi tần số đóng cắt IGBTs Điện áp xoay chiều đầu tổng hợp hàng loạt xung vuông với giá trị khác đầu IGBTs, thể hình 3.3

Hình 4.1.1.2: Pulse Width Modulation – PWM 4.1.2 Các tính chất

Các đặc điểm –

– Dễ dμng lắp đặt, đặt thông số vμ vận hμnh

–

– Thời gian tác động lặp đến tín hiệu điều khiển nhanh

–

– Các thông số hỗn hợp cho phép thực đ−ợc nhiều ứng dụng

–

– Đấu nối cáp đơn giản

–

– Có đầu rơ le

–

– Có đầu t−ơng tự (0 _ 20mA)

–

– cổng vμo số cách ly NPN/PNP

–

– cổng vμo t−ơng tự

–

– AIN1: 0-10V, 0-20mA vμ -10 - +10V

–

– AIN2: 0-10V, 0-20mA

–

– đầu vμo t−ơng tự dùng nh− cổng vμo số vμ

–

– Thiết kế mơdul với cấu hình linh hoạt

–

39

Những chọn lựa ngoμi cho truyền thông với PC, panel vận hμnh (BOP),

panel điều khiển cấp cao (AOP) vμ module kết nối mạng Profibus.Các đặc tính

làm việc –

– Điều khiển dịng từ thơng (FCC) để cải thiện tác động vμ điều khiển động

cơ động –

– Giới hạn dòng điện nhanh (FCL) để lμm việc với phần khí dừng tự

–

– Kết hợp hãm dùng dòng điện DC

–

– Hãm kết hợp để cải thiện việc hãm động

–

– Với ch−ơng trình điều khiển thời gian khởi động / dừng động mềm

–

– Sử dụng chức điều khiển vịng kín PI

Các đặc tính bảo vệ –

– Bảo vệ cho biến tần vμ động

–

– Bảo vệ áp vμ thấp áp

–

– Bảo vệ nhiệt biến tần

–

– Bảo vệ lỗi nối đất

–

– Bảo vệ ngắn mạch

–

– Bảo vệ nhiệt động theo phương thức I2

t 4.1.3 Các thông số kỹ thuật MM440

Điện áp vào công suất

200V đến 240V AC ± 10% 0.12  3kW

200V đến 240V AC ± 10% 0.12  45kW

380V đến 480V AC ± 10% 0.37  75kW

200V đến 240V AC ± 10% 0.75  75kW

Tần số điện vào 47 đến 63Hz

Tần số điện đến 650Hz

Hệ số công suất 0.7

Hệ suất chuyển đổi 96 đến 97%

Khả tải Quá dòng 1,5  với dòng định mức 60

40

trong giây 300 giây Dòng điện vào khởi

động

Thấp dòng điện vào định mức

Phương pháp điều khiển Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f;

điều khiển dòng từ thông FCC Tần số điều chế xung

(PWM)

2kHz đến 16kHz

Tần số cố định 15, tùy đặt

Dải tần số nhảy 4, tùy đặt

Độ phân giải điểm đặt 10 bit analog, 0.01Hz giao tiếp nối tiếp, 0.01Hz

digital

Các đầu vào số đầu vào số lập trình được, cách ly Có thể

chuyển đổi PNP/NPN

Các đầu vào tương tự 2, * tới 10V, tới 20mA -10 tới +10V

* tới 10V, tới 20mA

Các đầu vào rơ le 3, tùy chon chức 30VDC/5A, 250VAC/2A

Các đầu tương tự 2, tùy chọn chức năng; 0.25 – 20mA

Cổng giao tiếp nối tiếp RS-485, vận hành với USS protocol

Hãm Hãm DC, Hãm tổ hợp

Dải nhiệt độ làm việc CT - 10

0C đến +500

C VT - 100C đến +400C

Nhiệt độ bảo quản - 400C đến +700C

Độ ẩm 95% không đọng nước

Độ cao lắp đặt 1000m mực nước biển

Các chức bảo vệ

Thấp áp, áp, chạm đất, ngắn mạch, chống kẹt, I2t nhiệt động cơ, nhiệt biến tần,

khóa tham số PIN

Kích thước Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg

41

B 149 x 202 x 172 3,4 C 185 x 245 x 195 5,7 D 275 x 520 x 245 17 E 275 x 650 x 245 22 4.1.4 Các đầu dây điều khiển

Đầu dây Ký hiệu Chức

1 - Đầu nguồn +10V

2 - Đầu nguồn 0V

3 ADC1+ Đầu váo tương tự số 1(+)

4 ADC1- Đầu váo tương tự số 1(-)

5 DIN1 Đầu vào số

6 DIN2 Đầu vào số

7 DIN3 Đầu vào số

8 DIN4 Đầu vào số

9 - Đầu cách ly +24v/max 100mA

10 ADC2+ Đầu vào tương tự số 2(+)

11 ADC2- Đầu vào tương tự số 2(-)

12 DAC1+ Đầu tương tự số 1(+)

13 DAC1- Đầu tương tự số 1(-)

14 PTCA Đầu dây nối cho PTC/KYT 84

15 PTCB Đầu dây nối cho PTC/KYT 84

16 DIN5 Đầu vào số

17 DIN6 Đầu vào số

18 DOUT1/NC Đầu số 1/ tiếp điểm NC

19 DOUT1/NO Đầu số 1/ tiếp điểm NO

20 DOUT1/COM Đầu số 1/ chân chung

21 DOUT2/NO Đầu số 2/ tiếp điểm NO

22 DOUT2/COM Đầu số 2/ chân chung

42

24 DOUT3/NO Đầu số 3/ tiếp điểm NO

25 DOUT3/COM Đầu số 3/ chân chung

26 DAC2+ Đầu tương tự số (+)

27 DAC2- Đầu tương tự số (-)

28 - Đầu cách ly V/max 100 mA

29 P+ Cổng RS485

30 N- Cổng RS485

4.2 GIỚI THIỆU MỘT THÔNG SỐ CỦA BIẾN TẦN MM440 4.2.1 Các thông số cài đặt nhanh

Bộ biến tần MM440 tương thích với động nhờ sử dụng chức cài đặt thông số nhanh, thông số kỹ thuật quan trọng cài đặt Cài đặt nhanh không cần thực thông số định mức động ghi mặc định biến tần thích hợp với thông số định mức ghi nhãn động nối vào biến tần

4.2.2 Các thông số cài đặt ứng dụng

Cài đặt ứng dụng để điều chỉnh tối ưu hóa kết hợp biến tần động cho ứng dụng cụ thể Bộ biến tần có nhiều tính khơng phải tất tính cần thiết cho ứng dụng cụ thể Có thể bỏ qua tính cài ứng dụng

Các ứng dụng MM440: –

– Các thông số cài đặt nối tiếp

–

– Đầu vào số (DIN)

–

– Các đầu số (DOUT)

–

– Chọn giá trị điểm đặt tần số

–

– Đầu vào tương tự (ADC)

–

– Đầu tương tự

–

– Cài đặt nối tiếp

–

43

–

– Tần số cố định (FF), tạo tần số cố định để động làm việc

–

– Chạy nhấp, tạo tần số cố định để chạy nhấp thử động

–

– Các thông số bảo vệ biến tần, bảo vệ tải cho biến tần, cảnh

báo nhiệt độ cho biến tần –

– Bảo vệ nhiệt cho động

–

– Encoder, sử dụng môdun encoder để phản hồi tốc độ động hệ

thống vịng kín ổn định tốc độ –

– Điều khiển V/f, chế độ điều khiển “đặc tính V/f” – tỷ số điện áp

của biến tần với tần số biến tần –

– Điều khiển định hướng từ trường (FCC)Điều khiển vectơ không sensor

(SLVC) –

– Điều khiển vectơ có encoder (VC)

–

– Khởi động bám (Flying start - FS)

–

– Hãm chiều (DC)

–

– Hãm hỗn hợp

–

– Hãm động

–

– Bộ điều khiển Vdc

–

– Các khối chức tự (FFB)

–

– Tập liệu lệnh truyền động

4.3 ỨNG DỤNG BIẾN TẦN MM440 VÀO NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Trong đề tài biến tần đóng vai trị quan trọng, ngồi nhiệm vụ giao tiếp nối tiếp với PLC S7-200 cịn có chức tạo mạch phản hồi kín từ cảm biến áp suất Biến tần nhận tín hiệu phản hồi trở cảm biến thông qua PID để thay đổi tốc độ động cho trì áp suất mong muốn Như biến tần phải đặt đầy đủ tham số để thỏa mãn yêu cầu

Trước đặt thông số cho biến tần ta phải thực việc cài đặt lại mặc định cho biến tần theo bước sau:

44

P0004 = 0: Lọc tất thông số

P0010 = 30: Cài đặt thông số chế độ cài đặt xuất xưởng (mặc định)

P0970 = 1: Cài đặt lại thông số chế độ mặc định

4.3.1 Các tham số động

P0300 = 1: Động sử dụng loại động không đồng

P0304 = 230: Giá trị điện áp định mức động 230V

P0305 = 1: Giá trị dòng điện định mức động 1A

P0307 = 0.2: Giá trị công suất định mức động 0.2 kW

P0308 = 0: Giá trị hệ số công suất định động tự động tính

tốn

P0309 = 0: Giá trị hiệu suất định mức động tự động tính tốn

P0310 = 50: Giá trị tần số định mức động 50 Hz

P0311= 1400: Giá trị tốc độ định mức động 1400 vòng/phút

P0320 = 0: Giá trị dịng từ hóa động tự động tính tốn

P0335 = 0: Chế độ làm mát động chế độ làm mát tự nhiên

P1080 = 0: Giá trị tần số nhỏ cho động Hz

P1082 = 50: Giá trị tần số lớn cho động 50 Hz

P1120 = 2: Thời gian tăng tốc 2s

P1121 = 2: Thời gian giảm tốc 2s

4.3.2 Các tham số giao tiếp nối tiếp USS

P2010 = 7: Đặt tốc độ Baud cho truyền thông USS 19200 Baud

P2011 = 1: Đặt địa cho biến tần MM440

45

P2013 = 127: Đặt chiều dài PKW lần truyền liệu theo khiểu USS thay đổi

4.3.3 Các tham số điều khiển vịng kín PID

P2200 = 1: Cho phép kích hoạt điều khiển PID

P2253 = 755.0: Chọn điểm đặt cho đầu vào PID (PID setpoint) thông qua đầu vào tương tự số (ADC1)

P2257 = 1: Đặt thời gian tăng tốc cho điểm đặt PID 1s

P2258 = 1: Đặt thời gian giảm tốc cho điểm đặt PID 1s

P2264 = 755.1: Chọn nguồn tín hiệu phản hồi PID (PID feedback) thông qua đầu vào tương tự số (ADC2)

P2267 = 100: Đặt giá trị tín hiệu phản hồi PID lớn 100%

P2268 = 0: Đặt giá trị tín hiệu phản hồi PID lớn 0%

P2280 = 0.500: Đặt hệ số tỷ lệ cho PID 0.5

P2285 = 0.050: Đặt số thời gian tích phân cho điều khiển PID 0.05 (hệ số tùy thuộc vào hệ thống)

P2291 = 100: Đặt giới hạn cho đầu điều khiển PID 100%

P2292 = 0: Đặt giới hạn cho đầu điều khiển PID 0%

4.3.4 Các tham số đầu vào ADC

P0756.0 = 3: Chọn đầu vào tương tự số đầu vào dòng điện P0756.1 = 3: Chọn đầu vào tương tự số đầu vào dòng điện P0757.0 = 0: Đặt giá trị x1 thang ADC1 mA

46

4.3.5 Các tham số liên quan khác

P0700 = 5: Chọn nguồn lệnh từ USS đường truyền COM

P0719 = 52: Lựa chọn nguồn lệnh từ USS đường truyền COM

điểm đặt tần số đầu vào tương tự

P1000 = 2: Lựa chọn điểm đặt tần số đầu vào tương tự 1(ADC1)

47

4.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN –

– Mạch điều khiển dùng Rơle

–

– Mạch dùng kỹ thuật vi xử lý

–

– Với mạch dùng Vi điều khiển (Micro Controller)

–

– Điều khiển PLC (Programable Logic control)

* Kết luận: với phương pháp nêu ta thấy phương pháp thích hợp dùng PLC giảm số lượng rơle điều khiển, không phức tạp mạch điện tử, PLC có tích hợp chuẩn truyền RS 485 để giao tiếp với biến tần, có khả chuẩn đốn giúp cho cơng tác sửa chữa, có thư viện đặc biệt chuyên dùng để giao tiếp với biến tần chương trình viết đỡ phức tạp Tuy giá thành cao so với giải pháp khác có tính ổn định Vì lý nên phạm vi đề tài ta lựa chọn giải pháp điều khiển PLC

4.5 GIỚI THIỆU VỀ PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programable Logic Control, viết tắt PLC) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình Thay cho việc thực thuật tốn mạch số với chương trình điều khiển PLC trở thành điều khiển số nhỏ gọn dễ dàng thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC khác hay máy tính) Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ PLC thiết lập theo chu kỳ vòng quét

48

4.6 CÁC GIAO THỨC GIAO TIẾP MẠNG TRONG S7 – 200

Để sử dụng giao thức giao tiếp mạng S7 - 200 trước tiên ta phải tìm hiểu chuẩn truyền RS485

–

– Giao thức PPI

–

– Giao thức MPI

–

– Freeport (giao thức người dùng tự định nghĩa)

–

– USS Protocol

*Kết luận: Do ta khơng có card truyền thơng nên với ba phương pháp đầu dùng ta phải xây dựng giao thức cho chúng phải hiểu cấu trúc truyền nhận PLC biến tần Vì biến tần có cổng giao tiếp RS 485 RS 232 mà PLC tích hợp cổng truyền thơng RS 485 địi hỏi phải có thêm thiết bị chuyển đổi, chương trình lập trình phức tạp khó khăn Nhưng với giao thức USS cho phép ta truyền thông qua cổng RS 485, truyền trực tiếp tham số điều khiển xuống biến tần nhận trực tiếp tham số mong muốn từ biến tần mà cần khối lệnh có sẵn thư viện USS Do dễ dàng cho trình điều khiển sau Vì lý ta lựa chọn cách thức giao tiếp với biến tần USS Toolbox

4.6.1 Điều kiện để sử dụng giao thức USS

Thư viện lệnh STEP7 – Micro/Win cung cấp 14 thủ tục thủ tục ngắt lệnh tích hợp giao thức USS Các lệnh USS sử dụng phương thức sau S7 – 200

–

– Giao thức USS thiết lập Port cho giao tiếp USS

–

– Lệnh USS_INIT cho phép lựa chọn giao tiếp kiểu USS PPI port

0 Sau lựa chọn giao thức USS để giao tiếp với biến tần nói riêng ta khơng thể sử dụng port cho mục đích khác, kể giao tiếp với phần mềm STEP7 – Micro/Win

–

49

–

– Các lệnh USS không dùng thủ tục ngắt

4.6.2 Trình tự lập trình sử dụng lệnh USS –

– Đặt lệnh USS_INIT chương trình Lệnh USS_INIT nên gọi

trong chu kỳ quét để thiết lập hay thay đổi thông số giao tiếp giao thức USS

–

– Đặt lệnh DRV_CTRL cho biến tần tích cực chương

trình Có thể thêm vào nhiều lệnh USS_RPM_x USS_WPM_x cần thiết, biến tần tích cực thời điểm

–

– Thiết lập thông số biến tần để phù hợp với tốc độ baud địa

biến tần dùng chương trình –

– Nối cáp giao tiếp CPU biến tần

4.7 VÒNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT Phương án 1:

PLC Inverter Motor

Sensor

Phương án 2:

Inverter Motor

Sensor PLC

Với hai phương án điều khiển ta thấy rằng:

50

Với phương án thứ tín hiệu cảm biến đưa biến tần, biến tần thơng qua PID xử lý tín hiệu cảm biến để tự động ổn định hệ thống giải cho phép PLC đóng vai trị đóng cắt rơle điều khiển động giao tiếp với biến tần hỗ trợ cho biến tần biến tần khả điều chỉnh Với phương án thiết bị điều khiển thực hầu hết vai trị Hơn cịn giảm giá thành khơng phải sử dụng modul tương tự

4.8 KẾT NỐI GIỮA PLC VÀ BIẾN TẦN

Cách thức kết nối PLC với biến tần thực hình vẽ sau: Bước 1: Xác định ý nghĩa chân đầu cổng truyền thông PLC

Chân nối với P+ (chân 29) MM440

Chân nối với P- (chân 30) M440

Hình 4.6 : Sơ đồ chân cổng truyền thông PLC Bước 2: Nối điện trơ phụ để chống nhiễu

51

Bước 3: Kết nối PLC biến tần

Hình 4.8.2: Hình vẽ kết nối PLC với biến tần

4.9 THIẾT LẬP CÁC THAM SỐ CHO BIẾN TẦN

Trước thực kết nối PLC với biến tần phải chắc PLC biến tần nối với tham số sau thiết lập biến tần

1 Xóa yếu tố thiết lập (không bắt buộc): P0010 = 30

P0970 =

Nếu bỏ qua bước phải chắn tham số sau phải thiết lập với giá trị sau:

Độ dài USS PZD: P2012 index =

Độ dài USS PKW: P2013 index = 127 Cho phép đọc/ghi truy cập tất tham số:

P0003 =

3 Kiểm tra động thiết lập tham số cho động cơ: P0304 = Dải điện áp động (V) P0305 = Dải dòng điện động (A) P0307 = Dải công suất động (W) P0310 = Dải tần số động (Hz) P0311 = Dải tốc độ động (RPM)

Các thiết lập thay đổi tuỳ thuộc vào động mà ta sử dụng Thiết lập kiểu điều khiển:

P0700 index =

52

P1000 index = Thời gian tăng tốc (không bắt buộc)

P1120 = đến 65000 (s) Thời gian giảm tốc:

P1121 = đến 65000 Thời gian tính giây Thiết lập tần số liên kết nối tiếp

P2000 = đến 65000 Hz Thiết lập thông thường USS

P2009 index =

10 Thiết lập tốc độ baud chuẩn truyền RS485 P2010 index0 = (2400 baud)

(4800 baud) (9600 baud) (19200baud) (38400 baud) (57600 baud) 12 (115200 baud) 11 Địa trạm tớ

P2011 index = đến 31

12 Thiết lập thời gian kết thúc trình truyền nhận P2014 index = đến 65535 ms

13 Chuyển đổi liệu từ nhớ RAM đến EEPROM: P0971 =

53

4.10 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.10.1 Thuật điều khiển

1 Thiết lập giao tiếp cho biến tần PLC Sau PLC gửi tín hiệu xuống biến tần cho phép động chạy với tốc độ 100% tần số đặt để trì áp suất 0.5 bar

2 PLC liên tục nhận tín hiệu phản hồi từ cảm biến đưa vào biến tần Tín hiệu đưa vào vùng nhớ VW12 Do biến tần có khả tự ổn định tốc độ

cho động tự trì dải (0,4  0.6 bar) Nên áp suất giảm đến mức

mà biến tần khơng thể trì thời gian 3s PLC cho phép ngắt động chạy với biến tần cho phép động chạy trực tiếp

Nếu áp suất tiếp tục giảm 3s sau động chạy với biến tần đóng vào để trì áp suất 0,5 bar Nếu động chạy với biến tần với tần số tối đa 3s dừng hệ thống

Nếu áp suất tăng lên 3s sau động chạy trực tiếp nguồn 380 ngắt Động chạy với biến tần để trì áp suất khơng đổi Sau thời gian áp suất đạt mức yêu cầu hay trì khoảng cho phép cho động chạy 3s sau động chạy với biến tần đóng vào

3 Nếu khoảng thời gian phút mà có động chạy tức động không đóng vào Trong trường hợp ta cho động chạy vịng 10s để chống bó

4 Để tránh trường hợp động phải làm việc tải ta cho động chạy trực nhật Tức sau khoảng thời gian phút ta tiến hành đổi bơm Ban đầu ấn nút Start chương trình chạy với chương trình “động 1” thực trường hợp xảy sau phút chương trình chạy với chương trình “động 2” có vai trị giống chương trình “động 1”

54

SBR0: KD_DC_1 (động khởi động với biến tần áp suất thấp) SBR1: CHONG_BO2 (để tránh trường hợp động không khởi động thời gian – chống bó động 2)

SBR2: KD_DC_2 (sau phút động khởi động với biến tần áp suất thấp)

55

KẾT LUẬN

Sau thời gian dài nghiên cứu tài liệu thực đề tài “Nghiên cứu trình sản xuất nhà máy nước Đi sâu hệ thống bơm ổn định áp suất nước

trong đường ống.” giúp em có nhìn tổng quan vềhệthống bơm ổn định áp

suất Đồng thời giúp em củng cố lại kiến thức PLC, máy điện, trang bị điện,

truyền động điện…đãhọc suốt thời gian vừa qua

Trong trình làm đồ án, cố gắng kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo đóng góp thầy, cô giáo bạn để đồ án hoàn thiện

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Thạc sỹ Đinh Thế Nam, người

trực tiếp tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện cho em nghiên cứu, xây dựng thành công mơ hình hồn thành đồ án Em xin cám ơn thây cô giáo môn điện công nghiệp trường ĐHDL Hải Phòng, bạn sinh viên lớp DC1901 đưa nhiều góp ý để hồn thiện đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực

01 Biến tần dòng VFD-EL 01 Cảm biến áp suất D 01 Biến tần dòng VFD-CP2000