BÁO CÁO ĐỒ ÁNKỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠĐỀ TÀI : ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT MÁY NÉNKHÍ

Yêu cầu đề tài : ➢ Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí ➢ Máy nén khí trục vít với động cơ có công suất P=20 HP, 50 Hz tốc độ tối thiểu của máy nén là 20 Hz ➢ Điều khiển khởi động má

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

ĐỀ TÀI : ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT MÁY NÉN

KHÍ

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

PHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ ĐỀ TÀI

I Yêu cầu đề tài :

➢ Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí

➢ Máy nén khí trục vít với động cơ có công suất P=20

HP, 50 Hz tốc độ tối thiểu của máy nén là 20 Hz

➢ Điều khiển khởi động máy nén khí sử dụng bình trung gian, khi động cơ dừng thì xả bình trung gian

để khởi động dễ dàng

➢ Ổn định áp suất khí nén đầu ra là 10 kg/cm 2

➢ Bảo vệ quá tải động cơ

➢ Bảo vệ bồn chứa: dừng động cơ khi bồn có áp suất quá 14 bar.

➢ Tự động khởi động lại: Nếu áp suất bồn về dưới 8 bar, hoặc điện phục hồi sau mất điện

❖ Quy định về biến tần : biến tần HITACHI

❖ Quy định về thiết bị đóng cắt : Siemens

II Tìm hiểu đề tài :

➢ Đối tượng điều khiển : lưu lượng và áp suất khí nén

➢ Máy sản xuất : máy nén khí trục vít

➢ Yêu cầu : điều khiển ổn định áp suất trong bình chứa thông qua máy nén khí nhờ biến tần

III Tổng quan về máy nén khí :

Hiện nay trên thị trường có 2 loại máy nén khí chính :

1 Máy nén khí thể tích (Positive Displacement) : 1.1 Máy nén roto (Rotary) : gồm nhiều loại như máy

nén trục vít (Helical –Screw) ,vành chất lỏng (Liquid –Ring) ,máy nén cam , máy nén cánh trượt (Sliding –Vane)

2 Máy nén động học (Dynamic) : 2.1 Máy nén ly tâm (Centrifugal) 2.2 Máy nén hướng trục (Axial)

❖ Các dòng máy nén khí khác nhau có thiết kế và

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

Tham khảo : “Máy nén khí và hệ thống khí nén “ trang 8.

IV Giải pháp :

❖ Điều khiển ổn định áp suất trong bình chứa :khi

áp suất ở trong bình giảm xuống thì phải tang tốc

độ động cơ lên để nén thêm khí ,nếu áp suất trong bình tang lên thì phải giảm tốc độ động cơ xuống

để giảm lượng khí nén trong bình lại ,còn áp suất không đổi thì giữ nguyên tốc độ động cơ

V Nguyên lý hoạt động :

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

Sơ đồ nguyên lý của việc ổn định áp suất máy nén khí

❖ Nguyên lý hoạt động cơ bản :

➢ Để ổn định được áp suất trong bình chứa khí thì chúng ta cần dùng một cảm biến áp suất

để phản hồi áp suất thực tế về biến tần để so sánh với áp suất đặt rồi từ đó biến tần sẽ xuất ra lệnh điều chỉnh tốc độ động cơ nên tăng hay giảm

➢ Biến tần điều khiển động cơ máy nén khí để bơm khí vào bình trung gian với áp suất ổn định ở mức 10 kg/cm 2 Khí ở bình trung gian

sẽ được đưa vào bồn chứa bằng đường ống thông qua van một chiều ,lúc này cảm biến

áp suất sẽ đo áp suất trong bồn chứa rồi phản hồi tín hiệu về biến tần Biến tần sẽ so sánh giá trị phản hồi về với giá trị đặt là 10 kg/cm 2 rồi xuất ra lệnh điều khiển tốc độ động cơ tăng hay giảm sao cho áp suất trong

bồn chứa luôn ổn định ở mức 10kg/cm 2

➢ Sử dụng van điện từ vào bình trung gian để khi đọng cơ dừng thì xả khí ở bình trung gian ra để động cơ khởi động lại một cách dễ dàng

➢ Sứ dụng Rơ le áp suất (van an toàn ) để bảo

vệ bồn chứa (dừng động cơ khi bồn có áp suất quá 14 bar)

➢ Bảo vệ hệ thống :bảo vệ quá tải động cơ ,bảo

vệ khi áp suất quá 14 bar

VI Đặc tính cơ và nguyên lý làm việc của máy nén khí :

1 Đặc tính cơ máy nén khí :

➢ Mô men tỷ lệ với tốc độ

➢ Chế độ làm việc dài hạn

➢ Không yêu cầu điều khiển tốc độ cao

● Đặc tính cơ của bơm trục vít

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

Động cơ sẽ làm việc với máy sản xuất trong thời gian lâu dài ,nhiệt

độ của động cơ đạt đến giá trị ổn định

2 Đặc tính làm việc :

Phần 2 :Lựa chọn thiết bị cho hệ thống :

I. Máy nén khí :

➢ Lưu lượng : 2.61m 3 /min

➢ Áp suất làm việc :10 bar

➢ Kích thước : 775x1050x1082 (mm)

➢ Khối lượng :650kg

II. Biến tần và các thiết bị đi kèm :

❖ Giải pháp: Chọn biến tần Hitachi (L300p)

Biến tần Hitachi L300p series là dòng biến tần công suất lớn dùng cho các động cơ có công suất lớn lên đến 132 KW.Dòng biến tần này sử dụng chế độ điều khiển v/f nên phù hợp với những loại tải không cần momen khởi động lớn như: quạt gió, bơm các loại,thiết bị điều hòa, băng tải, máy nén khí, máy giặt

12 GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

(trang 28 catalouge)

Thông số cơ bản của biến tần:

+ Công suất: 20 hp (15kw)

+ Dòng điện định mức đầu vào: 32A

+ Dòng điện định mức đầu ra :29A

+ Điện áp : 3pha 380v-400v

+ Chỉ số bảo vệ: IP 20

+ Tần số 50/60hz

14 GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

(trang29 catalogue)

2/ AC reactor:

Mục đích: Dùng để cải thiện hệ số công suất nguồn cấp cho biến tần và giảm sóng hài Bảo vệ bộ chỉnh lưu khi cường độ dòng điện lớn,điện áp cấp thay đổi đột ngột.

Giải pháp: chọn theo khuyến cáo của NSX

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

( tham khao trang web ies.co.jp/english/products/inv/option/acl.htm )

http://www.hitachi-➢ Chọn AC reactor có model: ACL-H2-15

❖ Sơ đồ đấu nối cho AC reactor:

3 – DC reactor:

❖ Mục đích: Dùng để cải thiện hệ số công suất và giảm sóng hài ngõ vào

( Tham khảo trang web

➢ Chọn DC reactor có model: DCL-H-15

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

song hài bậc cao

❖Giải pháp: chọn theo khuyến cáo nhà sản xuất

➢ Chọn EMI Filter co model: NF-CEH40

❖Đấu nối thiết bị:

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

❖Thông số kỹ thuật của CB “5SY8 340-7 “

❖Tính toán sơ bộ cho mạch điều khiển :

I1= 1A

24 GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

❖Thông số kỹ thuật của CB “5SY6 501-7 “

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

(trang 52 catalogue)

❖Dòng định mức: 30 - 35A

❖Dùng cho động cơ có công suất: 20-22 KW

28 GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

❖Dải áp suất hoạt động: 0-20 bar

❖Dải nhiệt độ hoạt động: -10 - +100 độ C

❖Thời gian đóng mở:10-20ms

❖Cấp bảo vệ: IP 65

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

❖Yêu cầu :

➢ Áp suất ổn định ở 10 bar nên phải chọn cảm biến áp suất

có dải hoạt động trên 10 bar

➢ Làm việc trong môi trường khí

➢ Tín hiệu ngõ ra : 0-10V

➢ Nguồn cấp : 18-33V DC

❖Giải pháp : chọn cảm biến áp suất của hãng Siemens dòng QBE2002-P16.

32 GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

❖Thông số kĩ thuật:

+ loại van : dùng bi

+ áp suất chịu được: 15.000 psi

❖Bảng chuyển đổi áp suất:

7 Chọn Relay áp suất :

 Nếu áp suất bồn về dưới 8 bar, hoặc điện phục hồi sau mất điện

 Yêu cầu :

 Dải áp suất phải nằm trong khoảng yêu cầu của đề tài

 Hoạt động trong môi trường khí

 Phải chịu được áp suất >=14 bar

 Điện áp tiếp điểm 220V

 Giải pháp : với những yêu cầu áp suất như trên ,nhóm chọn 2 relay

áp suất để giới hạn áp suất hoạt động trên và dưới có model lần lượt là RT5-017-5094 và RT116-017-5199

36 GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

 Thông số kỹ thuật :

 Điện áp tiếp điểm :220V

 Dải áp suất lần lượt của 2 relay là : 4-17 bar và 1-10 bar

 Làm việc trong môi trường khí

8 Chọn Relay trung gian:

38 GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

●

● Cấp bảo vệ: IP65

❖Giải pháp :theo khuyến cáo của biến tần ,chọn cáp có tiết

Tham khảo catalogue của hãng LIOA ,trang 8

❖Thông số kỹ thuật :

➢ Đường kính lõi :3.8 mm

➢ Chất liệu : lõi đồng

10.2 Cáp cho mạch điều khiển :

❖Mục đích :kết nối các thiết bị và các tiếp điểm trongmạch điều khiển

❖Yêu cầu :

➢ Cách điện ,chống nhiễu tốt

➢ Phù hợp với dòng của mạch điều khiển

chọn cáp hạ thế 1 lõi cách điện PVC 0.6/1(1.2) KV (chọn

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

Tham khảo catalogue của hãng LIOA ,trang 8

II – Thiết kế mạch động lực và điều khiển:

Xem bản vẽ CAD “ mạch động lực và điều khiển” kèm

theo

III – Thuyết minh mạch điều khiển:

Khởi động hệ thống: Bật MCB cấp nguồn cho mạchđộng lực Nguồn mạch điều khiển của biến tần được cấp

ở 2 terminal là R0 và T0 sẽ được kết nối trước MC đểđảm bảo hoạt động điều khiển của biến tần khi có sự cốcuộn hút MC mất điện Bật MCB cấp nguồn cho mạchđiều khiển Đồng thời DC Power Supply cấp nguồn24Vdc cho cảm biến Để hệ thống hoạt động ta nhấn nút

nhấn x1 và 13 thông 14, cấp nguồn cho cuộn hút MCđồng thời Đ3 báo đã cấp nguồn cho mạch động lực vàđiều khiển Cuộn hút MC có điện sẽ đóng 3 cặp tiếpđiểm thường hở (1/L1-T1/2, 3/L2-T2/4, 5/L3-T3/6) bênmạch động lực cấp nguồn cho biến tần Đồng thời tiếpđiểm bên mạch điều khiển (7-8) đóng lại thông qua tiếpđiểm thường đóng của relay báo lỗi biến tần (ALO-AL2),tiếp điểm thường đóng của relay áp suất cao (11-12),áp suất thấp(15-16) Đồng thời đèn Đ1 sáng báo cónguồn cấp vào biến tần.

Khi chưa nhấn START tiếp điểm 16) thường đóng cấp điện cho Đ7 sáng báo động cơ đangSTOP, tiếp điểm thường đóng RL(41-42) cấp điện chocuộn hút van điện từ và van điện từ xả khí trong bìnhtrung gian để chuẩn bị khởi động động cơ được dễ dàng.Khi nhấn nút START thì cấp điện cho cuộn hút relaytrung gian RL Sau khi cuộn hút RL được cấp điện cặptiếp điểm thường hở RL(11-14) đóng lại để loại bỏ nútSTART cho đến khi nhấn STOP, tiếp điểm RL(41-44 )thường hở cũng đóng lại xuất tín hiệu cho động cơ chaythuận , đồng thời 2 cặp tiếp điểm RL(11- 12) và RL(41-42) thường đóng sẽ mở ra ngắt nguồn Đ7 và cuộn hútvan điện từ và van điện từ đóng lại không xả khí ra.Đồng thời Đ6 sẽ sáng báo START Khi nhấn STOP cuộnhút RL mất điện, tiếp điểm RL(41-44) bên biến tần ngắt

RHP(11-12),RLP(15-ra dừng động cơ

Hoạt động và bảo vệ: Sau khi hệ thống hoạt động,máy nén khí sẽ bơm khí với áp suất ổn định vào bình

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

áp suất phản hồi bé hơn 10bar, biến tần sẽ tang tốc động

cơ để nén khí, nếu áp suất phản hồi là 10bar thì động cơ

chạy ổn định và nếu áp suất lớn hơn 10bar thì biến tần sẽ

giảm tốc độ động cơ xuống

Khi áp suất trong bình chứa đạt giá trị lớn hơn 14 bar

relay áp suất cao sẽ tác động xả khí trong bình chứa,

hoặc áp suất dưới 8bar thì tiếp điểm RHP(11-12) hoặc

RLP (15-16) mở ra ngắt nguồn cuộn hút RL, tiếp điểm

RL bên biến tần mở ra và dừng động cơ Đồng thời tiếp

điểm RHP(13-14) đóng lại và Đ5 sáng báo quá áp

suất.hoặc nếu trường hợp áp suất thấp thì tiếp điểm

(17-18) đóng lại và Đ2 sáng báo thấp áp.Khi có sự cố quá tải

hay các sự cố khác relay sự cố của biến tần chuyển từ

AL2 sang AL1, ngắt nguồn cuộn hút RL và dừng động

cơ, đồng thời Đ4 sáng báo lỗi biến tần Tất cả các lỗi

trên khi được khắc phục thì cuộn hút RL lại có điện và hệ

thống lại hoạt động lại từ đầu

IV CÀI ĐẶT BIẾN TẦN :

 Yêu cầu :

CÀI ĐẶT BIẾN TẦN HITACH CHO MÁY NÉN KHÍ

01: nghịch nghịch A001 00: biến trở

01: Chân điều khiển bên ngoài (chân 0)

02: Đặt tại F001 03: giao tiếp với RS485

02 Chọn nguồn cài đặt

tần số (nguồn điểm đặt )

A002 01: chân analog input

02: Nhập từ bàn phím trên biến tần

03: Giao tiếp với RS485

00 Kiểu điều khiển

momen

A071 00: Tắt chức năng PID

01:Bật chức năng PID

01 bật chức năng PID

A072 0.2-5.0 1 Hệ số khuếch đại tỷ lệ

( hiệu chỉnh sao cho phù hợp )

A073 0.0-3600 s 1 Hằng số thời gian tích

phân (Ti=1/ki ) ( hiệu chỉnh sao cho phù hợp )

A074 0.0-100s 2 Hằng số thời gian đạo

hàm ( hiệu chỉnh sao cho phù hợp )

GVHD : THẦY NGUYỄN THANH SƠN

hồi tương ứng % cho cấp độ thấp hơn mà có thể chấp nhận được

hồi tương ứng % cho cấp độ cao hơn mà có thể chấp nhận được

mức đầu vào thấp hơn

có thể chấp nhận được

mức đầu vào cao hơn

có thể chấp nhận được

biến tần B012 0.2* In - 1.2*In 29 A bảo vệ quá nhiệt

B021 Lựa chọn hạn chế tình trạng

quá tải 00: Không bảo vệ 01: Kích hoạt cho gia tốc

và tốc độ không đổi 02: kích hoạt chỉ cho tốc độ không đổi

02 Chọn chế độ bảo vệ

quá tải

B022 0.5* In - 1.5*In 35

A Cài đặt bảo vệ quá tải

quá tải B092 00: quạt luôn chạy

01: quạt chạy khi biến tần chạy, dừng khi biến tần dừng

01 Điều khiển làm mát

(quạt)