Xây dựng mô hình thí nghiệm điều khiển hệ thống bơm thoát nước mỏ

bộ giáo dục v đo tạo trờng đại học mỏ - địa chất nguyễn minh đức xây dựng mô hình thí nghiệm điều khiển hệ thống bơm thoát nớc mỏ luận văn thạc sĩ kỹ thuật h nội - 2012 giáo dục v đo tạo trờng đại học mỏ - địa chất nguyễn minh đức xây dựng mô hình thí nghiệm điều khiển hệ thống bơm thoát nớc mỏ Chuyên ngành: Tự động hóa MÃ số: 605260 luận văn th¹c sÜ kü tht ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS Khæng Cao Phong hμ néi - 2012 lêi cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực cha đợc công bố công trình Tác giả luận văn Nguyễn Minh Đức MC LC NI DUNG TRANG Trang phụ bìa……………………………………………………………….… Mục lục……………………………………………………………………… Lời cam đoan ………………………………………………………………… Mục lục ……………………………………………………………………… Danh mục chữ viết tắt …………………………………………………… Danh mục bảng biểu ………………………………………………………… Danh mục vẽ………………………………………………………………… Mở đầu………………………………………………………………………… DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG VAI TRÒ CỦA BƠM THOÁT NƯỚC TRONG KHAI THÁC MỎ 13 1.1 Mục đích việc bơm nước 13 1.2 Vai trị việc bơm nước khai thác mỏ 13 1.3 Cách thức thực thoát nước mỏ 14 CHƯƠNG KHẢO SÁT HỆ THỐNG BƠM THOÁT NƯỚC CỦA CÔNG TY THAN DƯƠNG HUY 17 2.1 Giới thiệu chung mỏ than Dương Huy 17 2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển 17 2.1.2 Ngành nghề kinh doanh 19 2.1.3 Thành tích .20 2.2 Tổng quan hệ thống bơm thoát nước mỏ than Dương Huy 20 2.2.1 Sơ đồ trạm bơm trung tâm hệ thống đường ống dẫn .20 2.2.2 Đặc điểm chung trạm bơm trung tâm .23 2.3 Tính chọn máy bơm 24 2.3.1 Tính lưu lượng bơm 24 2.3.2 Tính sơ cột áp bơm 25 2.3.3 Chọn bơm 27 2.3.4 Tính số lượng bơm 28 2.4 Tính tốn lựa chọn đường ống dẫn 29 2.4.1 Tính chọn đường ống đẩy 29 2.4.1.1 Trường hợp bơm độc lập đường ống đẩy 29 2.4.1.2 Trường hợp bơm dùng chung đường ống đẩy 30 2.4.2 Tính chọn đường kính ống hút 32 2.4.3 Kiểm tra độ bền ống 33 2.5 Xây dựng đường đặc tính mạng dẫn 34 2.5.1 Tính tổn thất đường ống hút 34 2.5.2 Tính chiều cao đặt bơm 35 2.5.3 Tính tổn thất đường ống đẩy 36 2.6 Xác định điểm làm việc máy bơm hệ thống 38 2.7 Sơ đồ cung cấp điện 40 2.8 Tủ khởi động mềm QBRG400/6K 41 2.8.1 Công dụng chức .41 2.8.2 Đặc điểm chủ yếu 43 2.8.3 Thuyết minh ký hiệu 43 2.8.4 Phạm vi điều kiện sử dụng .43 2.8.5 Quy cách thơng số kỹ thuật tủ khởi động mềm .44 2.8.6 Đặc điểm kết cấu 45 2.8.7 Nguyên lý làm việc 46 2.9 Quy trình vận hành hệ thống bơm 47 CHƯƠNG GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA THỐT NƯỚC CHO MỎ 50 3.1 Giải pháp cho việc tự động hóa hoạt động trạm bơm 50 3.1.1 Mục tiêu việc tự động hóa hoạt động trạm bơm .50 3.1.2 Giải pháp thay phương pháp thoát nước bổ xung phần cứng 50 3.2 Giải pháp cho việc hoạt động bơm riêng biệt 55 3.2.1 Yêu cầu công nghệ vận hành tự động bơm: .55 3.2.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển khởi động bơm 56 3.3 Giải pháp cho việc hoạt động luân phiên bơm 59 3.3.1 Yêu cầu cơng nghệ hệ thống bơm nước mỏ 59 3.3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển bơm chạy luân phiên 60 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM THỐT NƯỚC MỎ TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 66 4.1 Giới thiệu mơ hình 66 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho mơ hình dùng PLC S7-200 66 4.2.1 Thiết kế hệ thống thủy lực .66 4.2.2 Thiết kế cảm biến mức nước 68 4.2.3 Xây dựng u cầu cơng nghệ cho mơ hình 69 4.2.4 Lựa chọn thiết bị điều khiển 72 4.2.4.1 Giới thiệu chung CPU 226 .72 4.2.4.2 Lựa chọn CPU 73 4.2.5 Thiết kế sơ đồ điện cho mô hình 75 4.2.6 Thiết kế chương trình điều khiển mơ hình bơm nước mỏ 77 4.2.6.1 Bảng xác định tín hiệu vào/ 77 4.2.6.2 Thiết kế chương trình điều khiển 80 b) Thiết kế lưu đồ điều khiển .80 c) Viết chương trình điều khiển ngơn ngữ lập trình LAD 86 4.3 Kết chạy thí nghiệm mơ hình hình ảnh minh họa 99 4.3.1 Kết chạy thí nghiệm mơ hình .99 4.3.2 Các hình ảnh minh họa 100 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT B1 – Động bơm B2 – Động bơm B3 – Động bơm PCK1 – Cảm biến chân không PCK2 – Cảm biến chân không PCK3 – Cảm biến chân không PLC – Programmable Logic Controller P1 – Cảm biến áp suất P2 – Cảm biến áp suất P3 – Cảm biến áp suất Q1 – Cảm biến lưu lượng Q2 – Cảm biến lưu lượng Q3 – Cảm biến lưu lượng VĐ1 – Van đáy VĐ – Van đáy VĐ – Van đáy VM1 – Van mồi VM2 – Van mồi VM3 – Van mồi VNS1 – Van suất VNS2 – Van suất VNS3 – Van suất V1C1 – Van chiều V1C2 – Van chiều DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật bơm Trung Quốc mã hiệu FD720-72x5 27 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật số loại bơm hãng EBARA 27 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật ống thép đen Trung Quốc 33 Bảng 2.4: Bảng quan hệ lưu lượng cột áp mạng dẫn 37 Bảng 2.5: Bảng thông số làm việc tiếp xúc chân không 45 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật CPU 226 72 Bảng 4.2: Bảng đấu nối vào/ra hệ thống bơm PLC S7-200 77 Bảng 4.3: Bảng gán địa vào/ra cho cổng địa chi hình thức 79 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ minh họa hệ thống thoát nước mỏ .15 Hình 2.1: Văn phịng Cơng ty than Dương Huy 18 Hình 2.2: Cuộc thi thợ giỏi cấp tập đồn 20 Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống thủy lực trạm bơm trung tâm 21 Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống ống dẫn trạm bơm trung tâm -150 [m] 22 Hình 2.5: Sơ đồ cột áp bơm 26 Hình 2.6: Đặc tính mạng dẫn bơm ghép song song 32 Hình 2.7: Chi tiết cút nối hình 33 Hình 2.8: Sơ đồ đường đặc tính mạng dẫn 38 Hình 2.9: Sơ đồ thể điểm làm việc bơm 39 Hình 2.10: Sơ đồ cung cấp điện trạm bơm 40 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý tủ khởi động mềm 41 Hình 2.12: Sơ đồ thủy lực trạm bơm 47 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý đấu nối nút ấn điều khiển từ xa tủ khởi động mềm 50 Hình 3.2: Sơ đồ thay nút ấn 51 Hình 3.3: Van điện từ 51 Hình 3.4: Van servo D400mm 52 Hình 3.5: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống bơm nước 54 Hình 3.6: Sơ đồ khối chức điều khiển bơm 55 Hình 3.7: Lưu đồ thuật toán điều khiển khởi động bơm 56 Hình 3.8: Lưu đồ thuật tốn chương trình báo lỗi bơm 57 Hình 3.9: Lưu đồ thuật tốn cảnh báo cố 58 Hình 3.10: Lưu đồ thuật tốn điều khiển chương trình 60 Hình 3.11: Lưu đồ thuật tốn điều khiển chương trình tự động 61 91 92 * Chương trình SUB (Auto 2) 93 94 * Chương trình SUB (Auto 3) 95 * Chương trình SUB (Báo lỗi) 96 * Chương trình khởi động bơm 97 * Chương trình khởi động bơm 98 * Chương trình khởi động bơm 99 4.3 Kết chạy thí nghiệm mơ hình hình ảnh minh họa 4.3.1 Kết chạy thí nghiệm mơ hình - Sau đấu nối xong ta tiến hành chạy thử mơ hình theo bước sau: Bước 1: Kiểm tra mơ hình: Kiểm tra điều kiện cơ, điện điều kiện an tồn mơ hình Bước 2: Cấp điện vào mơ hình Sau kiểm tra đảm bảo điều kiện kỹ thuật điều kiện an toàn ta tiến hành cấp điện vào mơ hình Bước 3: Vận hành mơ hình Ta tiến hành bật aptomat tiến hành vận hành mơ hình theo trường hợp u cầu công nghệ so sánh với yêu cầu công nghệ xem có khơng Sau tiến hành vận hành mơ hình theo bước ta thấy mơ hình hoạt động theo u cầu cơng nghệ đặt hệ thống bơm thoát nước mỏ từ nhận thấy kết thiết kế lắp đặt hồn tồn xác 100 4.3.2 Các hình ảnh minh họa Hình 4.14: Ảnh mặt trước mơ hình Hình 4.15: Ảnh bố trí thiết bị điện tủ điểu khiển mơ hình bơm nước mỏ 101 Hình 4.16: Ảnh đấu nối thiết bị cánh tủ Hình 4.17: Ảnh mặt sau mơ hình 102 Hình 4.18: Ảnh cảm biến mức nước 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ • KẾT LUẬN Sau q trình tháng nghiên cứu, làm việc thực tế viết đồ án, với giúp đỡ nhiệt tình TS Khổng Cao Phong thầy cô môn Tự động hóa mỏ Trường ĐH Mỏ địa chất, đồng chí giáo viên trường cao đẳng nghề mỏ Hồng Cẩm đồng chí điện trưởng cơng ty than Dng Huy n lun v: xây dựng mô hình thí nghiệm điều khiển hệ thống bơm thoát nớc má " hoàn thành theo nhiệm vụ thiết kế luận văn đặt Trong nội dung luận văn cung cấp kiến thức lý thuyết thực nghiệm sau: Về thiết bị phần cứng: Luận văn nghiên cứu thiết bị phần cứng PLC S7 -200, thiết bị thường sử dụng thực tế làm sở xây dựng cấu trúc phần cứng Về phần mềm: Lập trình cho PLC S7 – 200 điều khiển mơ hình thí nghiệm theo u cầu cơng nghệ tìm hiểu thực tế Về thiết kế thực tế: Luận văn trình bày tồn trình thiết kế phần cứng, lập trình phần mền cho hệ thống bơm thoát nước mỏ Được cho phép lãnh đạo trường Đại Học Mỏ Địa Chất Hà Nội tơi xây dựng mơ hình thí nghiệm điều khiển hệ thống bơm nước mỏ, giúp người đọc nắm chức nguyên lý hoạt động tổng thể tồn hệ thống Tuy có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn phải thực khối lượng công việc lớn nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong đánh giá nhận xét thầy bạn bè đồng nghiệp 104 • KIẾN NGHỊ Từ kết đạt được, nhận thấy đề tài phát triển tiếp: Đề nghị nhà Trường cho triển khai dự án sản xuất thêm mơ hình học cụ để mơ tả tổng quan hệ thống bơm thoát nước mỏ khác giúp cho việc tiếp thu kiến thức sinh viên xác tổng quan Ứng dụng cho ngành khai cơng nghiệp khai thác hầm lị Hạ long, ngày 15 tháng 10 năm 2012 Nguyễn Minh Đức 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Bích Ngọc (2004), Giáo trình bơm quạt máy nén, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Trần Thế San – Nguyễn Ngọc Phương (2008), Sổ tay chế tạo máy, Nhà xuất Đà Nẵng Trần Hữu Uyển (2003), Các bảng tính tốn thủy lực cống mương thoát nước, Nhà xuất Xây Dựng Phạm Văn Vĩnh (2008), Cơ học chất lỏng ứng dụng máy thủy lực, Nhà xuất Xây Dựng Các tài liệu, hồ sơ thiết kế lắp đặt trạm bơm công ty than Mông Dương Tài liệu Siemens: ( www Siemens.com, http://support.automation.siemens.com) - Simatic S7 Catalog 2007 - PLC Manaul - Simatic Net catalog - Simatic HMI catalog - MicroCoputing Manual - Win CC Flexible 2007 Manual Tài liệu thiết bị phần cứng hãng: - www.brodiemeter.com - www.abb.com ... đẩy nước với phương án đường ống độc lập Thiết kế tự động hóa cho hệ thống bơm thoát nước mỏ điều khiển PLC thay cho hệ thống bơm thoát nước cũ mỏ than Dương Huy Xây dựng mơ hình bơm nước mỏ để... Yêu cầu cơng nghệ hệ thống bơm nước mỏ 59 3.3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển bơm chạy luân phiên 60 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM THỐT NƯỚC MỎ TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM ... trạng hệ thống bơm thoát nước mỏ mỏ than Dương Huy + Nghiên cứu, đề xuất phương án tự động hóa bơm nước + Nghiên cứu hệ thống tự động hóa bơm nước mỏ PLC + Xây dựng mơ hình bơm nước mỏ dựa theo thực