Cảm biến áp suất là thiết bị dùng để đo áp suất & biến đổi áp suất thành tín hiệu
điện. Tín hiệu được truyền về các bộ hiển thị hay bộ điều khiển, PLC bằng dây cáp
điện. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến áp suất là tín hiệu Analog với các loại tín hiệu: 0- 5V, 0-10V, 2-10V, 0,5-4.5V, 4-20mA, 0-20mA …
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 2.20: Cấu tạo cảm biến áp suất
a, Cấu tạo: Gồm 2 phần chính:
- Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý. Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện… về khối xử lý.
- Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA (tín hiệu thường được sử dụng nhất), (0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC)
b, Nguyên lí hoạt động
Hình 2.21 Nguyên lí hoạt động của cảm biến áp suất
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Theo như hình trên, giả sử khi áp suất dương (+) đưa vào thì lớp màng sẽ căng lên từ trái sang phải, còn khi đưa vào áp suất âm (-) thì lớp màng sẽ căng ngược lại. Tùy theo độ biến dạng của lớp màng mà bộ xử lý bên trong sẽ biết được giá trị áp suất đang là bao nhiêu. Chính nhờ sự thay đổi này tín hiệu sẽ được xử lý và đưa ra tín hiệu để biết áp suất là bao nhiêu.
Lớp màng của cảm biến sẽ chứa các cảm biến rất nhỏ để phát hiện được sự thay đổi. Khi có một lực tác động vào thì lớp màng sẽ bị thay đổi theo chiều tương ứng với chiều của lực tác động. Sau đó các cảm biến sẽ so sánh sự thay đổi đó với lúc ban đầu để biết được nó đã biến dạng bao nhiêu %.
c, Cách tính giá trị áp suất theo tín hiệu y = ax + b
Trong đó :
y : tương ứng giá trị mA ( bất kỳ )
x : tương ứng với giá trị áp suất ( bất kỳ )
b : hằng số bằng 4 tương ứng với mức min của 4-20mA
a : hằng số được xác định bởi công thức ” 20-4ma / thang đo áp suất của cảm biến ” . VD : cảm biến có áp suất 0-50 bar thì a = (20-4mA) / 50 bar = 0.32mA/bar
Hình 2.22: Sơ đồ tín hiệu ngõ ra 4-20mA tương ứng với áp suất và tỉ lệ phần
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 3.1 Thiết bị mạch động lực
3.1.1 Máy bơm
Bảng 3-1: Bảng lượng nước tiêu thụ của khu chung cư
Giờ trong ngày Chế độ dùng nước (% Q ngày đêm) Chung cư 800 người ( 5 người/căn hộ), Tiêu chuẩn dùng nước lấy 200 l/ng/ngày đêm.Q = 200 x 800/1000=160 m³ /ngày đêm 0h-1h 1h-2h 2h-3h 3h-4h 4h-5h 5h-6h 6h-7h 7h-8h 8h-9h 9h-10h 10h-11h 11h-12h 12h-13h 13h-14h 14h-15h 15h-16h 16h-17h 17h-18h 18h-19h 19h-20h 20h-21h 21h-22h 22h-23h 23h-24h 24h-0h
Công suất động cơ bơm: (cột áp cao 40m, bơm đặt dưới tầng hầm 5m, lưu lượng 13,6m3/h):
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3600
Trong đó: P là Công suất động cơ (kW)
P bơm =2,083
0,43 = 4,84kW => Chọn bơm có công suất 5.5kW
Hình 3.1: Máy bơm công nghiệp CM40- 200B
Bảng 3-2: Thông số kỹ thuât bơm công nghiệp CM40- 200B
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58
3.1.2 Biến tần
Ta lựa chọn biến tần để phù hợp với yêu cầu công nghệ và với động cơ đã chọn: + Kỹ thuật điều khiển yêu cầu cao cấp từ PLC, HMI xuống biến tần thì ta sử dụng truyền thông RS485
+ Động cơ dùng cho tải nhẹ
+Chế độ vận hành ngắn hạn: Chọn các biến tần để điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, đảo chiều quay liên tục, chạy, dừng, ... Chế độ này cần chọn loại biến tần –
inverter có khả năng chịu quá tải cao, chế độ tản nhiệt đáp ứng đủ
+ Với công suất động cơ 3 pha 380V đã chọn là 7Hp/5.5kW. Thiết bị biến tần được chọn sao cho thỏa mãn điều kiện: ≥ đ
+ 2 biến tần điều khiển cho 3 bơm với 2 bơm chính và bơm dự phòng Công suất biến tần sử dụng là: = 1.5 ∗ đ
Ta chọn biến tần loại Shilin dòng SF-G với ưu điểm:
+ Có khả năng chạy quá tải lên đến 150% trong vòng 60s hoặc 200% trong 60s + Sử dụng công nghệ điều khiển vector thông minh nâng cao hiệu năng làm việc + Thiết kế tối ưu nhằm bảo vệ cơ cấu phần cứng
+ Hỗ trợ giao thức truyền thông RS485 đồng thời cung cấp phần mềm chuyên dụng cho biến tần
+ Khả năng tích hợp nhiều module mở rộng khác nhau + Có khả năng thay đổi giữa loại tải nhẹ và tải nặng
+ Cho phép sao lưu cài đặt giữa các loại biến tần cùng loại
+ Khả năng lưu trữ 12 lỗi cảnh báo gần đây nhất giúp cho việc giám sát thuận lợi hơn
Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp định mức ngõ ra: 3 pha 380/480 VAC
+ Điện áp nguồn điện cung cấp ngõ vào: 3 pha 380/830VAC Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58
Vương Văn Sơn
+ Biến động điện áp ngõ vào cho phép: 342/528 VAC + Tần số nguồn điện cung cấp ngõ vào: 50/60Hz + Biến động tần số ngõ vào cho phép: ± 5% + Giải nhiệt: quạt
Chọn 2 biến tần Shihlin SF-040-11K/7.5K-G + 7.5kw cho tải nặng, 11kw cho tải nhẹ. + Dòng điện IN(A): 32/24 A
+ Kích thước HxWxD (mm): 323x200x186 mm + Khối lượng: 5.6 kg
Hình 3.2 Biến tần Shilin SF-040-11K/7.5K-G
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.1.3 MCB
+ Dòng điện định mức của động cơ là: =
Trong đó: : Dòng điện định mức của động cơ (A) : Công suất định mức động cơ (kW) : Điện áp định mức của động cơ (V) + Dòng định mức của MCB là:
= 1,2*13,06 = 15,67(A)
Tra catalog và chọn MCB có dòng định mức bằng hoặc lớn hơn 15.67(A) =>Chọn MCB có dòng định mức 20A mã EZC100B3020 của hãng Schneider.
Hình 3.3: Các loại MCB schneider
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 3.4: MCB Schneider EZC100B3020
3.1.4 Contactor
- Khi chọn Contactor điều khiển động cơ ta sẽ chọn loại AC-3: Tải cuộn kháng + Dòng điện định mức contactor khi khởi động trực tiếp là:
=1,2* =1,2*13,06=15,67(A)
+ Dòng điện định mức Contactor khởi động định mức Y/∆ là: = =13.06=7,54 (A)
√3 √3
=>Chọn Contactor có dòng định mức 12A mã LC1D12 của hãng Schneider.
Hình 3.5: Các loại Contactor Schneider
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 3.6: Contactor Schneider LC1D12
3.1.5 Relay nhiệt
+ Dòng định mức relay nhiệt khi khởi động trực tiếp là: =1,2* =1,2*13,06=15,67(A)
Chọn Relay RLE21 + Dòng điện định mức relay nhiệt khởi động định mức Y/∆ là:
= =13.06=7,54 (A) √3 √3
Chọn Relay RLE 14
Hình 3.7: Các loại Relay nhiệt Schneider
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.2 Thiết bị sử dụng trong hệ thống 3.2.1 Bể chứa nước ngầm
- Nhà dân cư 1600 người (lấy trung bình 5 người/căn hộ), Tiêu chuẩn dùng nước lấy 200 l/ng/ngày đêm.
=> Lưu lượng nước dân cư Q = 200 x 1600/1000=320 m³ /ngày đêm.
- Tính toán nhu cầu cấp nước cho các dịch vụ công cộng: tưới cây, rửa sàn ...Chọn theo tiêu chuẩn: TCXDVN-33-2006, chọn lưu lượng nước cấp cho nhu cầu công cộng bằng 10% lưu lượng tính toán cho tòa nhà.
=> Lưu lượng nước cho các dịch vụ công cộng: Qcc = 320 x 0,1 = 32 m³/ngày đêm Tổng lưu lượng nước cấp vào cho tòa nhà:
=> Qtc = Q+ Qcc = 320+32 =352 m³/ngày đêm. Ta chọn 360 m³/ngày đêm. Dung tich bể chứa nước ngầm được tính theo công thức:
=> Qbể = (0,5÷2) x Qngày/đêm = 1,6 x 360 = 576m³/ngày đêm. => Chọn bể nước ngầm có dung tích: 600 m³
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.2.2 Tính chọn đồng hồ nước
Bảng 3-3: Kiểu đồng hồ đo nước
Kiểu đồng hồ đo nước
Cánh quạt
Tuốc bin
*Nguồn: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4513-1988
- Trong đó chọn Q ngày đêm = 160 khối/ngày đêm = 7 khối/ giờ.
- Chọn đồng hồ đo nước loại cánh quạt trục ngang cở đồng hồ 50 (từ 10 - 60 Khối/ngày).
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 3.8: Đồng hồ đo nước DN50 Komax Thông số kỹ thuật và thông tin sản phẩm:
- Nhiệt độ làm việc: Max 50 độ C - Áp lực làm việc: 16 Bar
- Thân: Gang, đồng, Inox
- Vật liệu phụ: Nhựa, Inox, Jong cao su, vòng đệm… - Chuyển động: Từ tính mặt số khô dễ đọc - Tiêu chuẩn: BS - Hãng sản xuất: Komax - Cấp độ: B 3.2.3 Kích thước đường ống + D = √3,14∗ 4 Trong đó: D: Đường kính ống (m)
Q: Lưu lượng trong ống (l/s) V: Vận tốc nước (m/s)
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Ở mục 6.5 Trang 14 Trong tiêu chuẩn 4513-1988. Lấy nước dùng cho mọi nhu cầu sinh hoạt vận tốc V = 2 m/s
Ống hút: Lưu lượng 10 m³/h, vận tốc 2 m/s. Chọn ống có đường kính DN125. Ống đẩy: Lưu lượng 10 m³/h, vận tốc 2,5 m/s. Chọn đường kính ống đẩy DN125.
3.2.4 Bể nước mái
- Nhu cầu sử dụng nước trong một giờ: ℎ = 320/24 = 14m³/h.
=> Dung tich điều hòa bể nước mái: = 0,3 * à /đê = 0,3 x 320 = 96 m³. => Chọn bể nước mái cho sinh hoạt là: 100m3
Hình 3.9: Bồn nước lắp ghép GRP dung tích 100m³ Thông số kĩ thuật
- Bồn chứa nước ghép GRP Megasun - Dung tích bồn chứa: 100 m³
- Chiều dài bể chứa: 10 m - Chiều rộng bể chứa: 5 m - Chiều cao bể chứa: 2 m - Bảo hành: 3 năm
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.2.5 Van một chiều
Hình 3.10: Van một chiều lá lật Inox
Thông số kỹ thuật:
- Kiểu van: Lá lật, cánh bướm, đĩa, lò xo, cửa lật - Chất liệu: Inox SUS304, SUS316, SUS201 - Kích thước: DN15 - DN500
- Áp lực: PN10 - PN16 - PN25 -Tiêu chuẩn: JIS, BS
-Kiểu lắp: Nối bích, Nối ren
-Môi trường: Nước, Hơi, Khí, Hóa chất -Nhiệt độ làm việc: - 5 ~ 180 độ C -Made in: Korea, Taiwan, China -Bảo hành: 12 tháng
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.2.6 Phao điện
Hình 3.11: Phao điện Baren
Thông số:
+ Hãng: Baren + Bảo hành: 1 năm
+ Dễ dàng lắp đặt với 2 bóng sử dụng kẹp dây Củ điện có lỗ thông hơi để hơi nước không ảnh hưởng đến lõi củ đảm bảo cho độ bền của sản phẩm Sử dụng cho bể nước trên cao hoặc bồn inox
+ Cơ chế hoặt động: Tự động đóng mở khi hết nước.
+ Phao điện Baren: Sử dụng cho máy bơm đẩy, nước đầy tự động ngắt. thích hợp cho mọi loại máy bơm sử dụng đước cho mọi loại bồn nước, hồ nước. Nếu sử dụng kết hợp với Rơ Le Baren để chuyển đổi điện xoay chiều 220V thành điện 1 chiều 12V sẽ an toàn khi sử dụng và kéo dài tuổi thọ cho phao điện.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.2.7 Bình tích áp
Hình 3.12: Bình tích áp Varem 500L 10bar
THÔNG TIN - Model: US060361CS000000 - Hãng sản xuất: Varem - Xuất xứ: Italy - Dung tích: 500lít - Áp lực: 10 bar - Bảo hành: 12 Tháng
- Có đầy đủ CO, CQ, Packinglist
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 4.1 Thiết bị mạch điều khiển
4.1.1 PLC VÀ MODULE
Chọn PLC SIMATIC S7-300 CPU 313C 2DP 6ES7313-6CG04-0AB0 + 16 ngõ vào số/16 ngõ ra số + Bộ nhớ làm việc: 128kB. + Tốc độ xử lý: 0.07us. + Nguồn điện: 24 VDC + Timer/counter: 256/256. + Vùng nhớ: 256 byte. + 3 bộ đếm tốc độ cao 30 kHz
+ Truyền thông: MPI, Profibus DP
+ Kích thước: 8.60 x 10.10 x 7.10
+ Khối lượng: 0,54 kg
+ Hãng sản xuất: Siemens AG
+ Xuất xứ: Germany
+ Điều khiển độ rộng xung. Xuất xung 2.5 kHz. Điều khiển vòng kín.
Hình 4.1: Hình ảnh PLC S7-300 CPU 313C 2DP 6ES7313-6CG04-0AB0
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
+ Module Mở rộng
Hình 4.2: Module PLC Analog SM 334 6ES7334-0CE01-0AA0
Thông số:
SIMATIC S7-300, Analog module SM 334, 4 AI/2 AO, 1x 20-pole, Kích thước: 8.60 x 10.10 x 7.10
Khối lượng: 0,244 Kg Hãng sản xuất: Siemens AG
Xuất xứ: Germany
Bảo hành: Bảo hành chính hãng 12 tháng
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
4.1.2 Cảm biến áp suất
Hình 4.3: Cảm biến áp suất 50 bar M5256-C3079E-050BG
Thông số kĩ thuật:
Cảm biến áp suất M5256-C3079E-050BG
- Phạm vi đo: 0 ~ 50bar
- Ngõ ra: 4~20mA (được bảo vệ nối ngược cực và ngắn mạch).
- Nguồn cấp: 9-30VDC.
- Điện trở cách điện: 100MΩ -500VDC
- Kiểu nối cáp: Mini DIN43650
- Nối ren: PT1/4" - Nhiệt độ hoạt động: -40~125℃. - Áp suất đột ngột: 5 lần áp suất định mức - Thân vỏ thép không gỉ - Chịu rung 20G, 20~200Hz - Trọng lượng: 85g.
- Môi chất: nước, dầu, khí.
- Giấy hợp chuẩn CE về công nghệ nặng.
- Xuất xứ: Korea.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
4.1.3 HMI
Hình 4.4: Màn hình HMI Weintek MT6071IP
Hiển thị:
+ Kích thước hiển thị: 7inch TFT + Độ phân giải (WxH dots): 800×480 + Độ sáng (cd/m2): 350
+ Tuổi thọ LCD: >30,000 hr. + Màu sắc: 16.000 màu
+ Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive Type
Cấu hình:
+ Bộ nhớ (MB): 128 + RAM (MB): 64
+ Cortex A8 CPU 600MHz + USB Host: USB 2.0 x 1 + USB Client: Mico USB + Khe cắm thẻ SD: Không + RTC Built-in
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Truyền thông, in/out: COM1 RS-232, COM2 RS-485 2W/4W
Nguồn: 24 ± 20%VDC
Đặc điểm:
+ Vỏ: Nhựa
+ Kích thước bao ngoài (WxHxD) 200.4 x 146.5 x 34 mm + Kích thước khoét lỗ: 192 x 138 mm
+ Nhiệt độ hoạt động: 0° ~ 50°C (32° ~ 122°F) + Khối lượng: 0.52 Kg
4.2 Chức năng của hệ thống và phân tích hệ thống
- Vận hành hệ thống thông qua HMI
- Hệ thống được hoạt động ở 2 chế độ tự động (Auto) và chế độ bằng tay (MANU) - Các chức năng chính của hệ thống điều khiển tự động:
+ Đo lường: do đầu đo cảm biến áp suất đo lường và chuyển đổi đưa về biến tần,