1. Tớnh cấp thiết của đề tài
2.9. Quy trỡnh vận hành của hệ thống bơm
* Cấu tạo sơ đồ thủy lực của trạm bơm.
- Cấu tạo sơ đồ thủy lực của trạm bơm trung tõm được thể hiện như trờn hỡnh vẽ 2.12:
Hỡnh 2.12: Sơ đồ thủy lực trạm bơm
Trong đú:
- B1, B2, B3 là cỏc bơm dựng để bơm thoỏt nước cho mỏ.
- VDD1, VDD2, VDD3 là cỏc van đỏy 1 chiều được lắp trờn đường ống hỳt của bơm cú tỏc dụng ngăn khụng cho nước từ trờn hệ thống ống chảy xuống bể chứa giữ cho bơm khụng bị e ống.
- VNS1, VNS2, VNS3 là cỏc van năng suất 2 chiều. - V1C1, V1C2, V1C3 là cỏc van 1 chiều.
- VM1, VM2, VM3 là cỏc van 2 chiều dựng để mồi nước cho bơm trước khi khởi động.
- VC1.1, VC2.1, VC3.1, là cỏc van chặn cho phộp cỏc bơm được dựng đường ống thoỏt nước số 1.
- VC1.2, VC2.2, VC3.2, là cỏc van chặn cho phộp cỏc bơm được dựng đường ống thoỏt nước số 2.
* Quy trỡnh bật bơm.
Trong thực tế sản xuất quỏ trỡnh vận hành bơm được thực hiện thủ cụng bởi cụng nhõn trực trạm bơm. Quỏ trỡnh bật bơm (vớ dụ bật bơm số 1) được người cụng nhõn thực hiện theo quy trỡnh cỏc như sau:
Bước 1: Kiểm tra bơm: Trong bước này người thợ phải thao tỏc kiểm tra cả về phần cơ (cỏc ổ bi, mỡ bụi trơn tại những chi tiết quay...) và phần điện (đo điện trở cỏch điện, kiểm tra chạm chập, tiếp đất...)
Bước 2: Giả sử trước đú cỏc van chặn VC1.1 hoặc VC1.2 đó được mở để chọn đường ống thoỏt. Khúa cỏc van năng suất VNS1 và kiểm tra nước mồi. Nếu thấy nước mồi thiếu thỡ sẽ tiến hành mồi nước cho bơm bằng cỏch mở van mồi VM1 để cho nước lưu đọng từ đường ống chảy vào để mồi bơm. Sau khi quỏ trỡnh mồi nước cho bơm kết thỳc sẽ khúa van mồi VM1 lại.
Bước 3: Chạy bơm: Trong bước này người cụng nhõn sẽ ấn nỳt khởi động cấp điện cho bơm, để cho bơm chạy từ 2 đến 3 phỳt cho ổn định (kết hợp với tai nghe tiếng kờu của bơm), sau đú tiến hành kiểm tra cỏc đồng hồ bỏo ỏp suất ở đường ống đẩy và đồng hồ bỏo chõn khụng ở đường ống hỳt, nếu khụng cú sự cố gỡ thỡ sẽ tiến hành mở van năng suất VNS1 để bơm nước ra ngoài khu vực mỏ.
Quy trỡnh tắt bơm cũng được thực hiện bới người cụng nhõn trực trạm bơm và được tiến hành ngược lại so với quy trỡnh bật bơm.
CHƯƠNG 3
GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HểA THOÁT NƯỚC CHO MỎ 3.1. Giải phỏp cho việc tự động húa hoạt động của trạm bơm. 3.1.1. Mục tiờu của việc tự động húa hoạt động của trạm bơm.
Để tăng hiờu quả kinh tế ta thay hệ thống đường ống chớnh của hệ thống cũ (2 đường ống D600mm) bằng hệ thống đường ống mới (3 đường ống mới D400mm).
Để giảm sức lao động cho con người, đảm bảo an toàn, hoạt động tin cậy, tăng năng suất và hiệu quả kinh tế ta cần cải tiến hệ thống theo hướng tự động húa điều khiển cỏc hoạt động của bơm bằng thiết bị điều khiển khả trỡnh PLC.
3.1.2. Giải phỏp thay thế phương phỏp thoỏt nước và bổ xung phần cứng.
Căn cứ vào sơ đồ điện của tủ khởi động mềm ta thấy để cấp điện cho động cơ bơm nước ta phải ấn vào nỳt ấn SB của bộ nỳt ấn điều khiển từ xa, để dừng ta ấn nỳt SS của bộ nỳt ấn điều khiển từ xa cụ thể như hỡnh vẽ sau:
Hỡnh 3.1: Sơ đồ nguyờn lý đấu nối bộ nỳt ấn điều khiển từ xa của tủ khởi động mềm
Như vậy để tiện cho việc điều khiển bằng PLC ta sẽ cải tiến lại mạch điện thay thế bộ nỳt ấn này bằng 2 rơ le trung gian cụ thể như hỡnh vẽ sau:
Hỡnh 3.2: Sơ đồ thay thế nỳt ấn
Theo sơ đồ thay thế trờn ta thấy muốn khởi động bơm nào ta chỉ cần cấp điện cho cuộn dõy rơ le trung gian số 1 tương ứng của bơm đú (B1.1), muốn dừng bơm thỡ chỉ việc cấp điện cuộn dõy rơ le trung gian số 2 tương ứng (B1.2) là tủ khởi động mềm sẽ tỏc động dừng bơm.
Căn cứ vào sơ đồ hiện trạng của hệ thống bơm thoỏt nước của cụng ty than Dương Huy hỡnh 2.12.
Để tự động húa hệ thống bơm thoỏt nước mỏ như đó trỡnh bày ở trờn, trước hết ta cần thay van mồi bằng tay VM1, VM2, VM3 thành van điện từ để cú thể dựng điện để điều chỉnh.
Van điện từ cú cỏc thụng số kỹ thuật như sau:
- Điện ỏp điều khiển 380VAC/220VAC/110VAC/24VAC (tựy chọn) - Đường kớnh trong: D60mm
- Kiểu hoạt động : Tỏc động trực tiếp, NC (thường đúng)
- Áp suất làm việc : Khớ：0~1.0Mpa , Nước：0~0.7Mpa, Dầu：
0.9Mpa
- Nhiệt độ mụi trường làm việc từ õm 5 đến 80 độ C - Áp suất chịu được tối đa 1Mpa.
Thay cỏc van năng suất VNS1, VNS2, VNS3 bằng cỏc van năng suất điều chỉnh bằng động cơ servo.
Hỡnh 3.4: Van servo D400mm.
Thụng số kỹ thuật của van:
- Áp lực làm việc: PN 10 - 40, ANSI loại 150 - 300 - Kiểu lắp đặt: Mặt bớch theo DIN hoặc ANSI B 16.5 - Nhiệt độ làm việc: -30 - 350(độ)C
- Đường kớnh trong : D = 400mm
- Cụng tắc hành trỡnh cú 1 cặp thường mở và 1 cặp thường đúng (10A). Lắp thờm cỏc cảm biến ỏp suất P1, P2, P3 trờn đường ống đẩy để phỏt hiện bơm cú lờn nước hay khụng? Lắp thờm cỏc cảm biến chõn khụng PCK1, PCK2, PCK3 để kiểm tra ỏp suất chõn khụng đường ống hỳt của bơm. Đồng thời lắp thờm cỏc cảm biến mức nước dưới bể chứa để tự động điều khiển bật bơm theo từng thời điểm mà khụng phu thuộc vào sự quan sỏt của con người.
Chi tiết cỏc thay đổi theo giải phỏp tự động húa hệ thống bơm được thể hiện trờn hỡnh 3.5.
* Chức năng cỏc phần tử trờn sơ đồ
- S1, S2, S3, S4 là cỏc cảm biến mức nước, nếu mức nước ≥ mức đặt cảm biến thỡ tiếp điểm thường mở sẽ đúng lại.
- P1, P2, P3 là cỏc cảm biến ỏp suất trong đường ống đẩy, nếu ỏp suất trong đường ống đẩy ≥ ỏp suất tỏc động của cảm biến thỡ tiếp điểm thường mở của cảm biến sẽ đúng lại.
- VM1, VM2, VM3 là cỏc van mồi thường đúng (ở trạng thỏi khụng cú điện thỡ van sẽ khúa khụng cho nước chảy qua, khi được cấp điện thỡ van sẽ mở cho nước chảy qua).
- B1, B2, B3 là cỏc bơm.
- au/man là cụng tắc chuyển mạch chọn chế độ làm việc của hệ thống (chọn chế độ làm việc tự động hoặc bằng tay).
Hỡnh 3.5: Sơ đồ cụng nghệ của hệ thống bơm thoỏt nước
- on/off b1, on/off b2, on/off b3 là cỏc nỳt ấn cú đốn bỏo dựng để bật/tắt cỏc bơm tương ứng.
- ĐBL1, ĐBL2, ĐBL3 là cỏc đốn bỏo màu vàng sử dụng điện ỏp 220V dựng để bỏo trạng thỏi bơm đang gặp sự cố.
- Đ1, Đ2, Đ3 là cỏc đốn bỏo màu đỏ sử dụng điện ỏp 220V dựng để bỏo trạng thỏi bơm đang dừng hoạt động.
- PCK1, PCK2, PCK3, là cỏc cảm biến ỏp suất chõn khụng được lắp trờn đường ống hỳt của bơm. Nếu ỏp suất trờn đường ống hỳt của bơm nhỏ hơn ỏp suất tỏc động của cảm biến thỡ tiếp điểm thường mở của cảm biến sẽ đúng lại.
- VNS1, VNS2, VNS3 là cỏc van năng suất được điều khiển bằng động cơ secvor (động cơ quay thuận tương ứng với chiều khúa van, động cơ quay ngược tương ứng với chiều mở van).
- VC1, VC2, VC3 là cỏc van chặn dựng để khúa đường ống khi muốn sửa chữa, thay thế cỏc thiết bị phớa sau, trong quỏ trỡnh làm việc thỡ cỏc van này luụn mở.
- VX1, VX2, VX3 là cỏc van xả 2 chiều điều khiển bằng tay.
3.2. Giải phỏp cho việc hoạt động từng bơm riờng biệt. 3.2.1. Yờu cầu cụng nghệ vận hành tự động từng bơm:
Nếu nước trong bể chứa ngập trờn mức tỏc động của cảm biến nào thỡ hệ thống sẽ tự động điều khiển bơm đú hoạt động (Cảm biến S2 tỏc động → bật bơm số 1, cảm biến S3 tỏc động → bật bơm số 2, Cảm biến S4 tỏc động → bật bơm số 3). Cụ thể quỏ trỡnh khởi động của từng bơm (vớ dụ bơm số 1, cỏc bơm khỏc tương tự) như sau:
Hỡnh 3.6: Sơ đồ khối chức năng điều khiển 1 bơm.
Khi cú tớn hiệu từ điều khiển từ chương trỡnh chớnh, trước tiờn chương trỡnh điều khiển cấp điện cho van mồi (VM1) và mở van năng suất (VNSM1) làm việc để mồi nước cho bơm. Khi van năng suất mở hết hành trỡnh tỏc động
vào cụng tắc hành trỡnh CBM1 thỡ ngắt điện (VNSM1). Sau 1 thời gian đủ nước mồi sẽ tự đụng cắt điện van mồi (VM1) làm cho van mồi khúa lại, cấp điện cho van năng suất theo chiều ngược lại (VNSĐ1 cú điện) để khúa van năng suất. Khi van năng suất đúng hết hành trỡnh tỏc động vào cảm biến CBĐ1 sẽ cắt điện van năng suất. Sau đú hệ thống sẽ tự động điều khiển cho khởi động mềm làm việc cấp điện khởi động cho bơm (cuộn dõy B1.1 cú điện), sau một thời gian cho bơm khởi động và làm việc ổn định hệ thống sẽ tự động kiểm tra ỏp suất chõn khụng bằng tớn hiệu cảm biến PCK1 và ỏp suất đẩy P1. Nếu cỏc cảm biến chưa tỏc động (bơm gặp sự cố) thỡ chương trỡnh bỏo sự cố sẽ đưa tớn hiệu bỏo lỗi sang để dừng bơm. Nếu cỏc cảm biến đó tỏc động (bơm làm việc bỡnh thường) thỡ sẽ tự động điều khiển mở van năng suất (VNSM1 cú điện) bơm nước ra ngoài. Khi van năng suất mở hết sẽ tỏc động vào cụng tắc hành trớnh CBM1 và dừng (cắt điện van năng suất).
3.2.2. Xõy dựng lưu đồ thuật toỏn điều khiển khởi động từng bơm.
Hỡnh 3.7: Lưu đồ thuật toỏn điều khiển khởi động 1 bơm.
Khi nhận được tớn hiệu điều khiển từ chương trỡnh chớnh lập tức van năng suất (VNSM1) và van mồi (VM1) được cấp điện mở ra để mồi nước cho bơm, sau đú chương trỡnh sẽ kiểm tra tớn hiệu cụng tắc hành trỡnh CBM1. Nếu
CBM1 = 1 sẽ điều khiển cắt điện van năng suất (VNSM1). Sau 1 phỳt (thời gian này cú thể thay đổi tựy theo từng trường hợp cụ thể) sẽ điều khiển khúa van mồi (VM1 = 0) và đúng van năng suất (VNSĐ1 = 1). Khi van năng suất đúng hết hành trỡnh (CBĐ1 = 1) sẽ tự động cắt điện van năng suất (VNSĐ1=0) và khởi động bơm 1 (B1.1=1). Sau 3 giõy sẽ cắt điện rơ le (B1.1=0). Trong quỏ trỡnh bơm 1 hoạt động luụn được kiểm tra lỗi. Nếu bơm 1 cú sự cố (BL1=1) sẽ lập tức dừng bơm B1.2=1, sau 3 giõy B1.2=0. Sau thời gian 5 phỳt cho bơm hoạt động ổn định thỡ van năng suất được mở ra (VNSM1=1). Khi van mở hết hành trỡnh (CBM1=1) sẽ tự động cắt điện van năng suất (VNS1=0). Bơm 1 vẫn hoạt động cho tới khi mức nước trong bể chứa thấp hơn mức S1 (S1=0) thỡ dừng bơm B1.2=1 sau 3 giõy B1.2=0 (do biện phỏp kết nối PLC với tủ khởi động mềm.
Hỡnh 3.8: Lưu đồ thuật toỏn chương trỡnh bỏo lỗi của 1 bơm.
Ban đầu tớn hiệu bỏo lỗi bơm 1 được gỏn bằng 0 (BL1=0). Chương trỡnh sẽ kiểm tra trạng thỏi của bơm 1 (B1=1), sau đú kiểm tra trạng thỏi của
rơ le nhiệt 1 (RL1=1). Nếu rơ le nhiệt đang ở trạng thỏi tỏc động (RL1=1) thỡ trạng thỏi BL1=1 (bơm 1 đang bị lỗi). Nếu (RL1=0) thỡ sau 5 phỳt đủ để bơm hoạt động ổn định sẽ kiểm tra trạng thỏi của cỏc cảm biến ỏp suất P1 và cảm biến chõn khụng PCK1. Nếu P1=0 hoặc PCK1=0 (bơm khụng lờn nước) thỡ đầu ra bỏo lỗi BL1=1. Nếu P1=1 và PCK1=1 (bơm làm việc bỡnh thường) thỡ đầu ra bỏo lỗi BL1=0.
Hỡnh 3.9: Lưu đồ thuật toỏn cảnh bỏo sự cố.
Chương trỡnh sẽ điều khiển cảnh bỏo khi cỏc bơm hoạt động khụng đỏp ứng được nhu cầu thoỏt nước cụ thể là những trường hợp sau:
1) Nước đang ở mức S2 nhưng cả 3 bơm đều hỏng.
2) Nước đang ở mức S3 nhưng cú 2 trong 3 bơm bị hỏng. 3) Nước đang ở mức S4 nhưng cú 1 trong 3 bơm hỏng.
3.3. Giải phỏp cho việc hoạt động luõn phiờn cỏc bơm.
Trong một trạm bơm thường cú nhiều bơm để cỏc bơm hoạt động hiệu quả và tăng tuổi thọ của bơm ta lờn phõn khỳc thời gian làm việc và thời gian nghỉ của bơm cho hợp lý. Ngoài ra việc chọn thời điểm để quyết định đưa 1 bơm vào làm việc hay 2 bơm, 3 bơm .v.v. hay việc cảnh bỏo cho con người biết là hệ thống khụng cũn an toàn nữa để cú phương ỏn di chuyển đến nơi an toàn (trường hợp lụt mỏ).
Sau đõy là giải phỏp của tụi về quỏ trỡnh hoạt động luõn phiờn cỏc bơm và cảnh bỏo toàn hệ thống khi xảy ra lụt mỏ.
3.3.1. Yờu cầu cụng nghệ của hệ thống bơm thoỏt nước mỏ.
Hệ thống cú thể làm việc ở 2 chế độ (tự động hoặc bằng tay). Chọn chế độ làm việc cho hệ thống bằng cụng tắc chuyển mạch au/man.
+ Chế độ làm việc bằng tay.
Cỏc bơm được điều khiển bật tắc bằng cỏch ấn vào nỳt on/off. Ấn nỳt lần đầu thỡ khởi động bơm, ấn nỳt lần thứ 2 thỡ tắt bơm (cỏc thao tỏc vận hành do cụng nhõn trực trạm bơm thực hiện).
+ Chế độ tự động.
Nếu nước trong bể chứa ngập trờn mức S2 hệ thống sẽ tự động điều khiển khởi động bơm 1, cứ sau 8 giờ thỡ đổi bơm 2 làm việc thay bơm 1, sau 8 giờ tiếp theo thỡ đổi bơm 3 làm việc thay bơm 2, sau 8 giờ tiếp theo thỡ bơm 1 lại làm việc thay bơm 3 (bơm 1, bơm 2 và bơm 3 làm việc luõn phiờn).
Nếu nước tiếp tục dõng lờn ngập mức S3 hệ thống sẽ tự động điều khiển cho bơm 1, bơm 2 hoạt động, sau 8 giờ thỡ bơm 3 làm việc thay bơm 1, sau 8 giờ thỡ bơm 1 làm việc thay bơm 2, sau 8 giờ thỡ bơm 2 làm việc thay bơm 3 (Bơn 1, bơm 2, bơm 3 làm việc luõn phiờn, tại mỗi thời điểm cú 2 bơm hoạt động).
Nếu nước tiếp tục dõng lờn ngập mức S4 hệ thống sẽ tự động bật cả 3 bơm làm việc liờn tục. Sau 20 phỳt (thời gian này cú thể điều chỉnh theo từng trường hợp cụ thể) mà mức nước vẫn ngập trờn mức S4 thỡ sẽ tự động bỏo chuụng cảnh bỏo.
3.3.2. Xõy dựng lưu đồ thuật toỏn điều khiển cỏc bơm chạy luõn phiờn.
Lưu đồ thuật toỏn của chương trỡnh chớnh
Hỡnh 3.10: Lưu đồ thuật toỏn điều khiển chương trỡnh chớnh.
Khi cụng tắc chuyển mạch chọn chương trỡnh au/man=1 (chọn chương trỡnh tự động), au/man=0 (chọn chương trỡnh điều khiển bằng tay). Trong quỏ trỡnh làm việc nếu mức nước trong bể chứa thấp hơn mức S1 (S1=0) sẽ tự động dừng bơm.
Hỡnh 3.11: Lưu đồ thuật toỏn điều khiển chương trỡnh tự động.
Nếu nước trong bể chứa ngập mức S4 (S4=1) sẽ tự động cho cả 3 bơm làm việc đồng thời. Nếu nước trong bể thấp hơn mức S4 (S4=0) và cao hơn mức S3 (S3=1) thỡ sẽ điều khiển chọn chương trỡnh luõn phiờn 2 bơm làm việc đồng thời. Nếu nước thấp hơn mức S3 (S3=0) và cao hơn mức S2 (S2=1) sẽ tự động chọn chương trỡnh chạy luõn phiờn tại mỗi thời điểm cú 1 bơm làm việc. Chương trỡnh làm việc cho tới khi nước trong bể chứa thấp hơn mức S1 (S1=0).
Chương trỡnh chạy luõn phiờn tại mỗi thời điểm cú 1 bơm làm việc
Hỡnh 3.12: Lưu đồ thuật toỏn điều khiển luõn phiờn tại mỗi thời điểm cú 1 bơm làm việc.
Khi cú tớn hiệu điều khiển từ chương trỡnh chớnh bơm 1 được khởi động trong quỏ trỡnh làm việc bơm 1 luụn được kiểm tra bỏo lỗi, nếu BL1=1 sẽ lập tức dừng bơm 1 và bật bơm 2. Nếu BL1=0 thỡ sau thời gian 8 giờ sẽ tự động tắt bơm 1 và bật bơm 2 vào làm việc.
Trong quỏ trỡnh làm việc bơm 2 luụn được kiểm tra bỏo lỗi, nếu BL2=1 sẽ lập tức dừng bơm 2 và bật bơm 3. Nếu BL2=0 thỡ sau thời gian 8 giờ sẽ tự động tắt bơm 2 và bật bơm 3 vào làm việc.
Trong quỏ trỡnh làm việc bơm 3 luụn được kiểm tra bỏo lỗi, nếu BL3=1 sẽ lập tức dừng bơm 3 và bật bơm 1. Nếu BL3=0 thỡ sau thời gian 8 giờ sẽ tự động tắt bơm 3 và bật bơm 1 vào làm việc.
Cỏc bơm cứ luõn phiờn nhau hoạt động cho tới khi nước trong bể thấp hơn mức S1.
Hỡnh 3.13: Lưu đồ thuật toỏn điều khiển luõn phiờn tại mỗi thời điểm cú