Như vậy với việc đưa biến tần vào hệ thống sẽ hoạt động bám sát theo đúng thực tế lưu lượng phụ tải, do vậy sẽ giảm đáng kể năng lượng tiêu hao không cần thiết vào các giờ phụ tải thấp điểm.
- PLC S7-200: bộ điều khiển trung tâm, nó xử lý các tín hiệu thu thập về từ hệ thống để điều khiển các động cơ. Các động cơ được điều khiển chạy thông qua biến tần và các contactor.
- Converter (biến tần): điều khiển trơn tốc độ động cơ. Với biến tần thì động cơ chạy với hiệu suất rất cao ngay cả khi hoạt động ở tốc độ thấp. Biến tần sẽ làm cho hệ thống hoạt động tiết kiệm năng lượng điện so với cách hoạt động cũ của trạm.
- Đầu đo áp suất: mục đích để đo áp suất mạng. Với tín hiệu đo được từ đầu đo áp suất đưa về PLC xử lý điều khiển tốc độ bơm. Với đầu đo này PLC sẽ giám sát được áp suất nước trên mạng.
- Màn hình hiển thị TD-200: dùng để cài đặt các chế độ hoạt động của trạm, cài áp suất mạng... Ngoài ra, trên màn hình còn hiển thị áp suất đo được trên đường ống mạng.
Nguyên lý hoạt động:
Với thiết kế này, hệ thống sẽ tự động giám sát áp suất nước trên đường ống mạng và điều khiển ngược lại để đảm bảo giữ đúng áp suất theo yêu cầu. PLC sẽ điều khiển áp suất nước trên đường ống mạng theo đồ thị phụ tải ngày, tức là hệ
thống sẽ điều khiển áp suất theo thời gian thực. Hệ thống điều khiển tự động này một số chức năng chính sau:
- Đo lường: do đầu đo áp suất đo lường và chuyển đổi để đưa về CPU của S7- 200.
- Xử lý thông tin: bộ điều khiển trung tâm sẽ đảm nhiệm vấn đề này. - Điều khiển: S7-200 sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu. - Giám sát: S7-200 sẽ kết đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động.
- Giao tiếp giữa người vận hành và thiết bị: do màn hình hiển thị TD-200 thực hiện.
- Hệ thống có thể chuyển đổi qua lại giữa các motor bơm chạy với biến tần nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ bơm, phục vụ bảo trì bảo dưỡng mà không làm gián đoạn sản xuất. Việc chuyển đổi có thể thực hiện bằng cách cài đặt trên màn hình TD200.
- Đồng thời để cho phép mở rộng và phát triển phụ tải sau này, hệ thống có thể sử dụng cùng lúc hai bơm nếu cần. Bơm thứ hai sẽ đươc tự động đóng chạy trực tiếp thông qua côngtắctơ như là một bơm nền và bơm có biến tần sẽ chạy điều chỉnh đỉnh cho phù hợp với phụ tải. Hoạt động của hệ thống như biểu đồ minh hoạ ở trên.
Giải pháp bơm biến tần cấp nước cho nhà cao tầng.
Hệ thống bơm nước cho khu công nghiệp, các trung cư nhà cao tầng,…không đòi hỏi về vấn đề lưu lượng nhưng yêu câu đặt ra là phải giải quyết được việc ổn định áp suất?
Lý do: bình thường khi không vào các giờ cao điểm dùng nước của các hộ thì áp suất đường ống tăng cao,ngược lại sẽ giảm mạnh --> cần giữ cho áp suất ổn định.
Hoạt động: bơm chính sẽ khởi động ( theo các bước an toàn :làm đầy đường ống,khởi động mềm,…). Khi áp suất giảm, tím hiệu áp suất từ trên đường ống sẽ phản hồi về Card Pump --> điều khiển đóng bơm. Tương tự nếu vẫn chưa đủ áp suất thì bơm tiếp theo sẽ được đóng…. Sự thay đổi áp suất sẽ được biến tần xử lý thông qua việc thay đổi tốc độ bơm chính.
1. Vấn đề điều khiển lưu lượng của bơm Điều khiển theo kiểu truyền thống:
• Bơm, quạt sẽ được cấp nguồn trực tiếp
• Bơm, quạt luôn hoạt động ở chế độ định mức.
• Việc thay đổi lưu lượng thông thường dùng van tiết lưu (tải bơm), thay đổi độ đóng mở của cánh chắn gió (tải quạt).
--> Nhận xét:
• Tăng trở kháng đường ống
• Lưu lượng giảm nhưng công suất tiêu hao giảm rất ít
Ví dụ: khi ta dùng valve tiết lưu để giảm lưu lượng bơm xuống còn 80% so với định mức. Theo bình thường thì với 20% lưu lượng giảm đi thì công suất tiêu tốn cũng giảm đi một lượng đáng kể, nhưng cụ thể ở đây chỉ năng lương tiêu tốn là khoảng 95% (chỉ giảm 5% công suất trên 20% lưu lượng giảm).
Điều khiển qua biến tần:
• Bơm, quạt được cấp nguồn qua biến tần.
• Bơm có thể hoạt động ở các chế độ khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu.
• Việc thay đổi lưu lượng được thực hiện thông qua việc thay đổi tốt độ động cơ. Nhận xét:
• Không còn tổn thất năng lượng trên valve như kiểu truyền thống.
• Bơm cũng không phải sinh ra công suất trên trục lớn hơn nhu cấu thực tế để chống lại sức càn trên valve.
Ví dụ: khi dùng biến tần điều khiển bơm, nếu ta muốn giảm lưu lượng xuống 80% so với định mức. Ta chỉ cần điều chỉnh biến tần để giảm tốc độ động cơ xuống. Quan hệ giữa moment tải và tốc độ động cơ (với tải bơm quạt) là:
M=n2
Công suất: P=M*n -->P≈ n3
Nếu ta giảm tốc độ xuống còn 80% (0.8). Thì công suất chỉ cần bằng (0.8)3 ≈ 0.5. Điều này cho ta thấy rằng bơm sẽ chỉ hoạt động với 50% công suất định mức là có thể đạt được 80% lưu lượng --> tiết kiệm điện.
THUYẾT MINH GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG BIẾN TẦN VFD-CP2000 CHO BƠM ĐIỀU ÁP
Theo phương pháp điều khiển truyền thống thì việc điều chỉnh lưu lượng của bơm được thực hiện bằng valve tiết lưu do vậy động cơ vẫn chạy ở chế độ định mức ngay cả khi nhu cầu phụ tải đã thỏa mãn do vậy không dẫn đến hiệu quả tiết kiệm năng lượng.
Phần trăm năng lượng tiêu thụ trong nhà máy
Nguyên lý của việc tiết kiệm năng lượng
Nhu cầu sử dụng nước thay đổi liên tục trong ngày. Vào những giờ cao điểm thì sử dụng nhiều còn lại vào những giờ thấp điểm thì sử dụng rất ít do vậy chúng ta có thể sử dụng biến tần để thay đổi tốc độ của bơm theo nhu cầu của phụ tải nhằm dẫn đến hiệu quả tiết kiệm năng lượng.
Theo định luật Affinity ta có định luật bơm, quạt sau: + Lưu lượng Q tỉ lệ thuận với tốc độ N:
+ Công suất P tỉ lệ với lập phương tốc độ N:
Từ biểu thức trên chúng ta có thể thấy được khi tốc độ quay của motor giảm 50% so với tốc độ quay định mức, lưu lượng nước cung cấp cho hệ thống đường ống cũng giảm 50%, áp suất đường ống giảm chỉ còn 25% và công suất tiêu thụ của motor giảm chỉ còn 12.5%.Do vậy một dẫn đến hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất lớn. Đây là nguyên lý tiết kiệm điện bằng phương pháp thay đổi tần số. Điều này đã được chứng minh bằng thực tế trong thời gian dài, việc ứng dụng biến tần vào hệ thống bơm điều áp và dùng công nghệ thay đổi tần số thay đổi tốc độ quay của bơm điều chỉnh lưu lượng để thay thế cho việc dùng valve có thể đạt được hiệu quả trong việc tiết kiệm điện. Ngoài ra, chức năng khởi động mềm và đặc tính điều chỉnh tốc độ mịn của biến tần có thể thực hiện điều chỉnh lưu lượng, áp suất ổn định, giảm rung động, dòng khởi động, cải thiện hệ số công suất, nâng cao tuổi thọ của các thiết bị ( động cơ, khớp truyền động..)
Tư vấn Giải pháp bơm điều áp với biến tần VFD-CP2000 series của Delta
Nguyên lý hoạt động của biến tần khá đơn giản, đầu tiên nguồn điện xoay chiểu 3 pha hoặc 1 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện một chiều nhờ cầu chỉnh lưu diode và tụ điện. điện áp một chiều này sẽ được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều ba pha với biên độ và tần số thay đổi được công đoạn này được thực hiện thông qua IGBT với phương pháp điều chế độ rộng xung PWM. Với công nghệ bán dẫn phát triển như ngày nay tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Xét một hệ thống gồm 2 bơm như sau yêu cầu đưa ra là ổn định áp suất đường ống sao cho áp suất đường ống luôn ổn định ở giá trị cài đặt.
Chúng ta sẽ sử dụng một cảm biến áp suất để đưa tín hiệu áp suất đường ống về biến tần, biến tần sẽ thực hiện tính toán dựa theo tín hiệu áp suất cài đặt và áp suất hồi tiếp theo thuật toán PID để giữ sao cho áp suất trên đường ống là không đổi.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Đầu tiên biến tần sẽ đóng relay 1 cho động cơ 1 hoạt động theo chế độ điều khiển PID, khi nhu cầu phụ tải tăng lên thì áp suất đường ống sẽ giảm biến tần sẽ điều khiển động cơ 1 chạy tới tốc độ cực đại, nếu như vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu thì động cơ 1 sẽ được ngắt ra, và sau một khoảng thời gian cài đặt T1 realay 2 sẽ đóng lại động cơ 1 sẽ được chạy với tần số lưới điện, sau một khoảng thời gian T2 biến tần sẽ đóng realay 3 động cơ 2 chạy dưới sự điều khiển của biến tần, tương tự như vậy khi nhu cầu phụ tải giảm thì áp suất đường ống tăng cao biến tần điều khiển động cơ 2 giảm tốc độ khi mà động cơ 2 đã giảm xuống mức thấp nhất mà áp suất trong đường ống vẫn còn cao thì biến tần sẽ ngắt realay 2 động cơ 1 sẽ ngắt ra, lúc này chỉ còn biến tần điều khiển động cơ 2, và nếu như áp suất trong đường ống vẫn còn cao thì biến tần sẽ giảm tốc độ động cơ 2 xuống nếu như động cơ 2 đã giảm xuống mức thấp nhất mà áp suất vẫn còn cao thì sau một khoảng thời gian T3 biến tần sẽ rơi vào trạng thải ngủ. Nếu như nhu cầu phụ tải tăng áp suất đường ống lại giảm thì đến một tần số nào đó biến tần sẽ hoạt động trở lại và chu trình sẽ lặp lại.
Ưu điểm khi lắp biến tần VFD-CP2000
- Có thể sử dụng để điều khiển công suất của bơm, quạt theo công suất yêu cầu của thiết bị và tiết kiệm nhiều điện năng
- Có khả năng điều chỉnh tốc độ chính xác - Độ tin cậy cao
- Ít gây ồn
- Có khả năng đảo chiều quay và hãm - Có cơ cấu khởi động mềm
3.2. Điều khiển trạm bơm với PLC s7 300 3.2.1. Giới thiệu về plc s7 300
3.1 Điều khiển vô hướng 3.2 Điều khiển Sensorless 3.3 Điều khiển vector
Chương 4. Lắp đặt tủ điện điều khiển trạm bơm và cài đặt thông số biến tần