Thiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh dùng động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp từ lưới điện 2022.2023

Thiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh dùng động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp từ lưới điệnThiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh dùng động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp từ lưới điệnThiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh dùng động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp từ lưới điệnThiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh dùng động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp từ lưới điệnThiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh dùng động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp từ lưới điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP

Mã Học Phần: 13318 Học kỳ: 1 – Năm học: 2022 – 2023

Đề tài: Thiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh dùng động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp từ lưới

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS HOÀNG XUÂN BÌNH

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua, các hệ thống trạm lạnh ở nước ta đã được ứng dụngrất rộng rãi trong các ngành cùng với quy trình công nghệ máy móc và thiết bịvận hành thì quy trình giám sát đóng một vai trò vô cùng quan trọng Giúp kiểmsoát việc vận hành cũng như đảm bảo độ an toàn trong hệ thống trạm lạnh Vìthế trạm giám sát với công nghệ hiện đại ngày càng được phát triển

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Thiết kế giám sát cho trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh

Phạm vi nghiên cứu bao gồm: xây dựng cấu trúc giám sát trạm lạnh có nhiềumáy nén lạnh, sơ đồ P&ID phục vụ giám sát, lựa chọn thiết bị giám sát, xâydựng các mạch đo và các tín hiệu biến đổi, xây dựng cấu trúc giám sát và thuậttoán chương trình giám sát

4 Phương pháp nghiên cứu khoa học

Để thiết kế hệ thống giám sát này ta sử dụng các phương pháp như:

− Về mặt lý thuyết: Tìm hiểu về cấu trúc chung cho một hệ thống giám sát trạmlạnh, thiết kế các bản vẽ cho hệ thống trạm lạnh

− Về mặt mô phỏng giám sát: Sử dụng phần mềm Step7 để xây dựng khâu giámsát

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Giúp ta sử dụng thông thạo các phần mềm Step7, AutoCad, … qua đó nghiêncứu hiểu rõ hơn về đề tài

CHƯƠNG 1 Khái quát chung về hệ thống giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén

lạnh

1.1 Khái quát chung về hệ thống lạnh

1.1.1 Khái niệm về tự động hóa hệ thống lạnh

Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh, các dụng cụ mà nhờdụng cụ đó có thể vận hành toàn bộ hệ thống lạnh hoặc từng phần thiết bị mộtcách tự động, chắc chắn, an toàn và với độ tin cậy cao mà không cần sự tham giatrực tiếp của công nhân vận hành

Trong quá trình vận hành trạm lạnh, nhiệt độ của đối tượng cần làm lạnhthường bị biến động do tác động của những dòng nhiệt khác nhau từ bên ngoàivào hoặc từ bên trong buồng lạnh Giữ cho nhiệt độ này không đổi hay thay đổitrong phạm vi cho phép là một nhiệm vụ của điều chỉnh máy lạnh Đôi khi việcđiều chỉnh những quá trình công nghệ lạnh khác nhau lại phải làm thay đổi nhiệt

độ, độ ẩm và đại lượng vật lý khác theo một chương trình nhất định

Hệ thống tự động có chức năng điều khiển toàn bộ sự làm việc của hệ thốngmáy lạnh, duy trì được chế độ vận hành tối ưu và giảm tổn hao sản phẩm trongphòng lạnh Bên cạnh việc duy trì tự động các thông số (nhiệt độ, áp suất, độ

ẩm, lưu lượng, mức lỏng…) trong giới hạn đã cho, cũng cần bảo vệ hệ thốngthiết bị tránh chế độ làm việc nguy hiểm Đây chính là yêu cầu bảo vệ hệ thống

tự động

Tự động hóa sự làm việc của trạm lạnh có ưu điểm so với điều khiển bằngtay là giữ ổn định liên tục chế độ làm việc hợp lý Ưu điểm này kéo theo mộtloạt các ưu điểm về tăng thời gian bảo quản, nâng cao chất lượng sản phẩm,giảm tiêu hao điện năng, tăng tuổi thọ và độ tin cập của máy và thiết bị, giảm chiphí nước làm mát, giảm chi phí vận hành và chi phí lạnh cho một đơn vị sảnphẩm góp phần hạ giá thành sản phẩm… Việc bảo vệ tự động cũng được thựchiện nhanh chóng, đảm bảo và tin cậy hơn thao tác của con người

6

Tuy nhiên việc trang bị hệ thống tự động cho trạm lạnh cũng chỉ hợp lý khihoạch toán kinh tế là có lợi hoặc do có nhu cầu tự động hóa vì không thể điềukhiển bằng tay do tính chính xác của quá trình, lý do khác có thể là công nghệđòi hỏi phải thực hiện trong môi trường động hại hoặc dễ cháy nổ…

Trong tất cả các quá trình tự động hóa điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu, báođộng và bảo vệ thì quá trình tự động điều chỉnh là có ý nghĩa hơn cả

Trong một hệ thống lạnh, máy nén lạnh là thiết bị quan trọng nhất Nó quyếtđịnh các vấn đề cơ bản sau:

− Năng suất lạnh, suất tiêu hao điện năng;

− Tuổi thọ;

− Độ tin cậy và an toàn của hệ thống lạnh;

Do đó, tự động hóa máy nén lạnh đóng vai trò quan trọng nhất đối với việc tựđộng hóa hệ thống lạnh Tự động hóa máy nén lạnh bao gồm:

− Điều chỉnh tự động năng suất lạnh;

− Điều khiển, bảo vệ hệ truyền động điện lai máy nén lạnh;

− Bảo vệ máy nén khỏi các điều kiện làm việc nguy hiểm như áp suất đầu đẩy quácao, áp suất cửa hút quá thấp, hiệu áp suất dầu bôi trơn quá thấp; nhiệt độ đầuđẩy quá cao, nhiệt độ dầu bôi trơn quá cao hoặc quá thấp; áp suất và lưu lượngnước làm mát, nhiệt độ nước làm mát cao

− Hệ thống giám sát: chỉ thị và báo động tình trạng công tác của máy nhằm bảođảm sự vận hành tự động toàn bộ hệ thống lạnh

1.1.2 Phân loại thiết bị tự động hóa hệ thống lạnh

Ta phân loại thiết bị tự động theo các đặc trưng khác nhau:

a Theo chức năng có thể phân các thiết bị tự động ra:

c Theo đối tượng có thể phân ra thiết bị tự động đó phục vụ cho:

− Buồng lạnh (trực tiếp hay nước muối);

− Vòng tuần hoàn chất tải nhiệt đối với hệ thống lạnh làm mát bằng nước tuầnhoàn qua tháp giải nhiệt hay đối với bơm nhiệt là vòng tuần hoàn cấp nhiệt chocác hộ tiêu thụ;

− Vòng tuần hoàn chất tải lạnh đối với hệ thống lạnh gián tiếp;

− Nguồn nhiệt hay nguồn cung cấp nhiệt cho bơm nhiệt, ví dụ như nước giếng,nước tự nhiên, lòng đất, địa nhiệt, năng lượng mặt trời, không khí thải, hơi thải,khí thải có mức năng lượng cao để tái sinh nhiệt… Nguồn nhiệt gần tương tựnhư vòng tuần hoàn chất tải lạnh nhưng không ổn định như các hộ tiêu thụ lạnhnên cần được tự động hóa ở mức độ cao hơn nhiều

d Theo nguyên tắc làm việc có thể chia ra các thiết bị tự động làm việc theo:

− Cơ cấu cơ khí (van tiết lưu nhiệt);

− Tiếp điểm điện (các loại khí cụ điện như rơle nhiệt, rơle kiểu điện áp, kiểu dòngđiện…);

− Kết hợp cơ điện (rơle nhiệt độ hay thermostat, rơle áp suất hay pressostat…);

e Theo đại lượng điều chỉnh bảo vệ có thể phân ra:

− Các thiết bị tự động điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu, bảo vệ áp suất, ví dụ: ápsuất dầu cao, áp suất dầu thấp, hiệu áp dầu…

− Nhiệt độ, ví dụ nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu, … độ quá nhiệt hơi hút tn

− Độ ẩm tương đối trong buồng lạnh;

− Mức lỏng L (lever) trong bình bay hơi, mưc dầu trong bình tach dầu hoặc trongmáy nén;

− Lưu lượng F (Flow) ví dụ như dầu trong máy nén trục vít

f Phương pháp điều chỉnh: Theo bậc, liên tục và hai vị trí Hệ thống điều chỉnhliên tục lại có thể chia ra các loại như:

− P – Proportinal điều chỉnh liên tục tỷ lệ;

− I – Integral điều chỉnh liên tục tích phân;

− PI – Proportinal integral điều chỉnh liên tục tỷ lệ tich phân;

− PID – Prop.In + Derativ0065 điều chỉnh liên tục tỷ lệ vi phân tich phân nghĩa làđiều chỉnh với sự cân đối cho toàn bộ hệ thống

8

Loại điều chỉnh theo hai vị trí “ON – OFF” thường là các thiết bị có nguyêntắc làm việc theo kiều tiếp điểm điện hoặc kết hợp cơ điện có hai tiếp điểm đóngngắt “ON – OFF”.

g Theo phương pháp truyền động cung có thể chia làm hai loại: tác động trựctiếp hoặc tác động gián tiếp Tác động trực tiếp là các thiết bị có cơ cấu cơ ví

dụ van điều chỉnh nước bình ngưng, van tiêt lưu nhiệt Còn loại ác động giántiếp nhờ một nguồn năng lượng truyền động phụ như điện, điện tử khí nén

và thủy lực để tác động cho thiết bị tự động hoạt động

1.1.3 Sơ đồ cấu trúc máy nén lạnh Pistong

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc của một máy nén lạnh Pistong

Dưới đây là bảng chú thích các phần tử trong một máy nén lạnh:

Bảng 1.1 Danh sách các phần tử

1 Block máy: đúc bằng gang, lắp trong hệ thống làm mát

2 Caste: thu hồi dầu về ket chung

3 Trục khuỷu

4 Xilanh và pittong

5 Tay biên và bảng trục

6 Đầu đẩy của máy nén

7 Đường góp chung các đầu đẩy

Hình dưới đây là cấu trúc chung hệ thống lạnh công nghiệp:

Hình 1.2 Cấu trúc chung hệ thống lạnh công nghiệp

− Nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh:

Môi chất lạnh được nén ở áp suất cao sau đó đưa vào dàn ngưng tụ để ngưng

tụ thành dạng lỏng Ở dàn ngưng tụ môi chất lạnh toả nhiệt, môi chất lạnh lỏngđược đẩy vào dàn bay hơi (dàn lạnh) Ở dàn lạnh môi chất lỏng sôi thu nhiệt củamôi trường Môi chất lỏng chuyển thành dạng hơi và được hút trở lại máy nén

để tiếp tục chu trình

− Điểm đo Đ7: đo áp suất âm

1.2 Lựa chọn hệ thống giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh

Để thuận tiện cho vận hành giám sát ta lựa chọn phương án giám sát tại chỗ

và giám sát từ xa cho hệ thống Giám sát tại chỗ bao gồm tủ điện giám sát, đèn.Giám sát từ xa ta cần đưa tín hiệu từ hiện trường về để hiển thị trên màn hìnhtrong phòng điều khiển

10

Hình 1.3 Hệ thống giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh

1.3 Đề xuất cấu trúc P&ID cho trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh

Hình 1.4 Sơ đồ P&ID của hệ thống lạnh gồm nhiều máy nén lạnh

Bảng 1.2 Các thành phần trong sơ đồ P&ID

Sử dụng để hút hơi ở ápsuất thấp, nhiệt độ thấp sinh

ra ở dàn bay hơi nén lên ápsuất cao để đẩy vào dànngưng tụ

ngưng tụ và giải phóng bềmặt trao đổi nhiệt của thiết

bị ngưng tụ, tự duy trì sựcấp lỏng liên tục của vantiết lưu

lỏng chảy qua ống

theo một chiều

và bơm dầu bôi trơn

Các điểm cần giám sát trong sơ đồ:

Bảng 1.3 Các điểm cần giám sát trong hệ thống

P1, P2, P3, P4 Giám sát áp suất cửa hút máy nén

P5, P6, P7, P8 Giám sát áp suất cửa đẩy máy nén

PV1, PV2 Giám sát áp suất van một chiều

P9, P10 Giám sát áp suất bình ngưng

T1, T6 Giám sát nhiệt độ bình ngưng

F1, F2 Giám sát lưu lượng nước

P11, P12 Giám sát áp suất bình chứa

P13, P14 Giám sát áp suất môi chất lạnh

T3, T4 Giám sát nhiệt độ kho lạnh

Poil Giám sát áp suất dầu bôi trơn

Toil, Foil Giám sát nhiệt độ và lưu lượng dầu

T2, T5 Giám sát nhiệt độ giàn bay hơi

12

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG

2.1 Lựa chọn các sensor dùng trong hệ thống

a Cảm biến áp suất

− Cảm biến áp suất cao ở cửa đẩy của máy nén, áp suất bình ngưng và áp suấtbình chứa cao áp dùng loại: EJA510A-B Capsule của hãng Yakogawa

Thông số như bảng sau:

Bảng 2.4 Các thông số của cảm biến áp suất EJA510A-B

Nhiệt độ môi trường -40 to 85 deg C (-40 to 185 deg F)

Hình 2.5 Hình dáng bên ngoài của EJA510A-B

− Cảm biến ấp suất thấp ở cửa hút máy nén, áp suất bay hơi: dùng loại EJA 130A

Bảng 2.5 Các thông số của cảm biến áp suất EJA 130A

Nhiệt độ môi trường -40 to 85 deg C (-40 to 185 deg F)

Hình 2.6 Hình dạng ngoài của cảm biến áp suất EJA 130A

− Cảm biến hiệu áp suất dầu bôi trơn máy nén dùng loại cảm biến áp suất tươngđối EJA 530A

Bảng 2.6 Các thông số cảm biến áp suất tương đối EJA 530A

Nhiệt độ môi trường -40 to 85 deg C (-40 to 185 deg F)

Hình 2.7 Hình dạng ngoài của cảm biến nhiệt độ hiển thị số TSG

2.2 Lựa chọn máy nén lạnh và động cơ

− Chọn 4 máy nén hãng BITZER, Model 4HE – 25Y – 40P

Hình 2.8 Máy nén Bitzer Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật

Công suất lạnh 19.22 kW tại Te = – 25°CCông suất lạnh 46.50 kW tại Te = – 5°CThể tích quét 73.7 m3/h

Nguồn điện 380V/3Pha/50Hz

Nhiệt độ bay hơi – 20°C đến 7.5°C

− Chọn 4 động cơ bơm dầu hãng ALPHA, Model APBD0102

Hình 2.9 Động cơ Alpha Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật

− Chọn động cơ bơm nước làm mát hãng Teco, Model: G37-80-7.5HP-90

Hình 2.10 Động cơ bơm nước Teco Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật

Đường kính ống hút 76mmĐường kính ống hút 76mm

16

Kiểu bơm Bơm đầu ngang

2.3 Xây dựng sơ đồ mạch động lực và lựa chọn thiết bị cho sơ đồ

− Sơ đồ mạch cấp nguồn chính cho hệ thống

Bản vẽ 01 là mạch cấp nguồn chính Nguồn điện được lấy từ nguồn 3 phaRST 380V/50Hz được nối qua cầu dao tự động MCCB Nguồn điện được bảo vệbởi rơ le bảo vệ mất pha PMR-44 Nguồn được đấu với các thiết bị đo dòng và

− Sơ đồ mạch động lực điều khiển động cơ lai máy nén lạnh

− Sơ đồ mạch động lực điều khiển bơm dầu.

− Sơ đồ mạch động lực điều khiển động cơ bơm nước làm mát.

2.4 Xây dựng mạch rơ le trung gian

− Bản vẽ 08: mạch rơ le trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát áp suất cửa hút máy nén H2Pch, H1Pch, NPch, L1Pch, L2Pch Sau đónối nối tiếp với rơ le trung gian PC1, PC2, PC3, PC4, PC5 và các đèn báo tươngứng Tại bản vẽ số 20 là các tiếp điểm của rơ le trung gian

− Bản vẽ 09: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát áp suất cửa đẩy máy nén H2Pcd, H1Pcd, NPcd, L1Pcd, L2Pcd Sau đó

24

nối tiếp với rơle trung gian PD1, PD2, PD3, PD4, PD5 và các đèn báo Tại bản

vẽ 20 là các tiếp điểm của rơle trung gian

− Bản vẽ 10: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát áp suất van một chiều H2Pv, H1Pv, NPv, L1Pv, L2Pv Sau đó nối tiếpvới rơle trung gian PV1, PV2, PV3, PV4, PV5 và các đèn báo Tại bản vẽ 20 làcác tiếp điểm của rơle trung gian

− Bản vẽ 11: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát áp suất bình ngưng H2Pbn, H1Pbn, NPbn, L1Pbn, L2Pbn Sau đó nốitiếp với rơle trung gian PB1, PB2, PB3, PB4, PB5 và các đèn báo Tại bản vẽ 20

và 21 là các tiếp điểm của rơle trung gian

− Bản vẽ 12: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến ba tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát nhiệt độ bình ngưng H2Tbn, H1Tbn, NTbn Sau đó nối tiếp với rơletrung gian TB1, TB2, TB3 và các đèn báo Tại bản vẽ 21 là các tiếp điểm củarơle trung gian

− Bản vẽ 13: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến ba tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát lưu lượng nước NFw, L1Fw, L2Fw Sau đó nối tiếp với rơle trung gianFW1, FW2, F23 và các đèn báo Tại bản vẽ 21 là các tiếp điểm của rơle trunggian

− Bản vẽ 14: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát áp suất bình chứa cao áp H2Pbc, H1Pbc, NPbc, L1Pbc, L2Pbc Sau đónối tiếp với rơle trung gian PM1, PM2, PM3, PM4, PM5 và các đèn báo Tại bản

vẽ 21 là các tiếp điểm của rơle trung gian

− Bản vẽ 15: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát áp suất môi chất lạnh H2Pmcl, H1Pmcl, NPmcl, L1mcl, L2Pmcl Sau

đó nối tiếp với rơle trung gian PL1, PL2, PL3, PL4, PL5 và các đèn báo Tại bản

vẽ 21 và 22 là các tiếp điểm của rơle trung gian

− Bản vẽ 16: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến ba tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát nhiệt độ kho lạnh H2Tk, H1Tk, NTk Sau đó nối tiếp với rơle trunggian TK1, TK2, TK3 và các đèn báo Tại bản vẽ 22 là các tiếp điểm của rơletrung gian.

− Bản vẽ 17: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát áp suất dầu bôi trơn máy nén H2Poil, H1Poil, NPoil, L1Poil, L2Poil.Sau đó nối tiếp với rơle trung gian PO1, PO2, PO3, PO4, PO5 và các đèn báo.Tại bản vẽ 22 là các tiếp điểm của rơle trung gian

− Bản vẽ 18: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến ba tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát nhiệt độ dầu bôi trơn H2Toil, H1Toil, Ntoil và cảm biến giám sát mứcdầu bôi trơn NFoil, L1Foil, L2Foil của máy nén Sau đó nối tiếp với rơle trunggian TO1, TO2, TO3, FO1, FO2, FO3 và các đèn báo Tại bản vẽ 22 và 23 là cáctiếp điểm của rơle trung gian

− Bản vẽ 19: mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ mạchchuyển nguồn điện áp (02-5E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm biếngiám sát nhiệt độ giàn bay hơi H2Tbh, H1Tbh, NTbh Sau đó nối tiếp với rơletrung gian TB1, TB2, TB3 và các đèn báo Tại bản vẽ 23 là các tiếp điểm củarơle trung gian

− Tại các bản vẽ rơle trung gian đều có nút Test để thử đèn

26