Thiết kế giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha khởi động sao tam giác

MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 7 1 Tính cấp thiết của đề tài 7 2 Mục đích của đề tài 7 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7 a Đối tượng nghiên cứu 7 b Phạm vi nghiên cứu 7 4 Phương pháp nghiên cứu 7 5 Ý nghĩa kho.

Tính cấp thiết của đề tài

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển với các thiết bị và công nghệ tối tân đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa và hiện đại hóa Trong đó, quá trình giám sát hệ thống như trạm bơm, trạm lạnh và cần trục cầu trục là yếu tố then chốt đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn của toàn bộ hệ thống Việc ứng dụng công nghệ giám sát hiện đại giúp nâng cao năng suất, giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa quá trình vận hành trong các ngành công nghiệp hiện đại.

Từ những nhu cầu thiết yếu về giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài, em đã tiếp nhận đề tài của thầy về “Thiết kế giám sát hệ thống bơm sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha khởi động sao-tam giác.” Đề tài tập trung vào nghiên cứu hệ thống giám sát và thiết kế hệ thống giám sát phù hợp để tăng cường hiệu suất vận hành và độ tin cậy của hệ thống bơm Việc phát triển hệ thống giám sát này giúp theo dõi tình trạng hoạt động của các thiết bị, phát hiện sự cố kịp thời và tối ưu hóa quá trình vận hành tuyến ống Đây là giải pháp an toàn và hiệu quả trong quản lý hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng dài, góp phần nâng cao hiệu suất và giảm thiểu rủi ro gặp phải trong quá trình vận hành.

Mục đích của đề tài

Học cách tìm hiểu và thiết kế hệ thống giám sát hiệu quả giúp thu thập các thông số quan trọng để điều khiển hệ thống trạm bơm cấp lỏng như nước và chất thải Việc này đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác và tối ưu, giảm thiểu rủi ro hỏng hóc trong quá trình vận hành thực tế Thiết kế hệ thống giám sát linh hoạt, kết hợp các cảm biến phù hợp và giao diện dễ sử dụng, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và kiểm soát các bồn chứa hở trong các công trình xử lý chất thải hoặc cấp nước Áp dụng các nguyên tắc này giúp tối ưu hóa quy trình vận hành, đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí cho hệ thống bơm cấp lỏng nhiều bơm trong thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

Thiết lập sơ đồ P&ID thu thập tín hiệu giám sát.

Tính chọn trang bị điện giám sát cho hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài.

Thiết kế điểm đặt các thiết bị cảm biến cho hệ thống.

Thiết kế tủ điện báo động và phần mềm giám sát.

Xây dựng chương trình giám sát.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

a Ý nghĩa khoa học của thực tiễn

Nguyên lý thiết kế giám sát đóng vai trò quan trọng trong việc giúp sinh viên hiểu rõ cách xây dựng hệ thống giám sát hiệu quả, đảm bảo vận hành trơn tru, ổn định và bền vững Thực tiễn áp dụng các nguyên lý này giúp nâng cao khả năng giám sát hệ thống, giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa hiệu quả hoạt động trong các mô hình công nghiệp và kỹ thuật Việc nắm bắt rõ ý nghĩa thực tiễn của thiết kế giám sát góp phần phát triển các giải pháp công nghệ phù hợp, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của quá trình vận hành hệ thống hiện đại.

Giúp sinh viên hiểu sâu hơn về một hệ thống giám sát hoàn chỉnh ngoài thực tế để phục vụ yêu cầu giám sát.

Xây dựng được một phương án giám sát cụ thể.

Tính toán và lựa chọn được các thiết bị cần thiết cho việc giám sát.

KHÁI QUÁT HỆ THỐNG GIÁM SÁT BƠM CHẤT LỎNG TRÊN TUYẾN ỐNG DÀI CẦN THIẾT KẾ

Giới thiệu chung về hệ thống giám sát bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài cần thiết kế

1.1.1 Giới thiệu về hệ thống giám sát bơm chất lỏng trên tuyến ống dài cho khu công nghiệp

Hệ thống máy bơm nước cho các khu vực trong khu công nghiệp X đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn cung cấp nước sinh hoạt liên tục và ổn định Với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà máy và khu công nghiệp mới, nhu cầu sử dụng nước ngày càng lớn và thường xuyên biến đổi Do đó, việc lắp đặt và duy trì hệ thống máy bơm nước hiệu quả là yếu tố then chốt để đáp ứng kịp thời mọi nhu cầu sinh hoạt trong khu công nghiệp.

1.1.2 Hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài

Hệ thống bơm tuyến ống dài giúp tăng áp lực lưu thông nước trong đường ống, đảm bảo đẩy chất lỏng đi xa, lên cao hoặc điều chỉnh áp suất phù hợp theo yêu cầu của nhà thiết kế Đây là giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả truyền tải và kiểm soát lưu lượng chất lỏng trong các hệ thống ống dẫn Việc sử dụng hệ thống bơm dài giúp đảm bảo nguồn cung cấp chất lỏng ổn định, duy trì hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống.

Hệ thống giám sát gồm 3 bơm mắc song song và đưa về một đường ống chung, đảm bảo hiệu quả vận hành cao Các tín hiệu cần giám sát được đo đạc và nhận biết bằng cảm biến, giúp thu thập dữ liệu chính xác để kiểm soát hệ thống Dữ liệu từ cảm biến sau đó được xử lý qua bộ điều khiển PLC đã lập trình sẵn để điều khiển các đèn cảnh báo trong tủ điện tại hiện trường, nâng cao an toàn vận hành Vị trí lắp đặt các thiết bị đo phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật, với lựa chọn cảm biến phù hợp như cảm biến mực nước dạng phao, bộ chuyển đổi tín hiệu từ analog sang kỹ thuật số, và các thiết bị đèn báo tại tủ điện Để lắp đặt hệ thống hiệu quả, cần thực hiện các thao tác chuẩn bị và lắp đặt theo đúng quy trình kỹ thuật.

Khảo sát vị trí lắp đặt cảm biến là bước quan trọng trong việc thiết kế các điểm đo chính xác Điểm đo mức chất lỏng trong bể giúp theo dõi và kiểm soát lượng chất lỏng tồn kho, trong khi điểm đo tại cửa hút của bơm đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống Điểm đo áp suất tại các vị trí cụ thể giúp giám sát áp lực hệ thống, còn điểm quy định số lượng bơm hoạt động đảm bảo tối ưu hiệu suất hoạt động và gửi tín hiệu về hệ thống giám sát để điều chỉnh kịp thời.

Khảo sát vị trí lắp đặt tủ điện giám sát và tủ điện báo động tại hiện trường là bước quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động Tủ điện cần được lắp đặt ở nơi cao ráo, tránh tiếp xúc trực tiếp với mưa gió và điều kiện thời tiết khắc nghiệt để đảm bảo độ bền và an toàn Sử dụng tủ sắt chống va đập giúp bảo vệ thiết bị tối ưu Vị trí lắp đặt phải dễ quan sát và thuận tiện cho công tác bảo trì, thay thế khi cần thiết nhằm duy trì hoạt động liên tục và ổn định của hệ thống.

Các yêu cầu đối với giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài cần thiết kế

Việc giám sát hệ thống được thực hiện thông qua các thiết bị cảm biến, thiết bị đo lường và chuyển đổi tín hiệu Các thiết bị đo lường trong hệ thống có hai nhiệm vụ chính: điều khiển và giám sát Trong đó, tín hiệu đo dùng để giám sát chỉ nhằm hiển thị và báo các thông số quá trình, không ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của hệ thống.

1 Giám sát nguồn điện cho trạm bơm, thông báo trạng thái của nguồn điện.

- Nguồn điện ba pha: có đủ 3 pha, điện áp các pha, thứ tự các pha

- Nguồn điện 1 pha (phòng điều khiển): điện áp nguồn một pha.

2 Giám sát tình trạng hoạt động của các trang thiết bị truyền động điện hệ thống bơm chất lỏng trên tuyến ống dài.

- Hiển thị công suất hoạt động của từng động cơ bơm trong hệ thống

3 Giám sát lượng chất lỏng trong bể chứa chất lỏng nước vào của hệ thống bơm.

- Khi lượng chất lỏng trong bể chứa thấp cần thông báo để tiếp chất lỏng vào bể hoặc dừng hệ thống bơm.

4 Giám sát lưu lượng, áp suất đầu ra của từng trạm bơm.

- Khi bắt đầu vận hành, bơm bắt đầu chạy mà áp suất trong ống không tăng thì cần kiểm tra hoạt động của hệ thống.

- Khi hoạt động ổn định cần kiểm tra áp suất, lưu lượng để tăng giảm công suất của bơm để đạt yêu cầu

5 Giám sát lưu lượng, áp suất đầu ra cuối cùng của nơi tiếp nhận nhiên liệu.

- Kiểm tra áp suất, lưu lượng cuối xem có đạt yêu cầu cung cấp nhiên liệu

Sơ đồ P&ID cho hệ thống giám sát

Sơ đồ cấu trúc P&ID miêu tả chi tiết quá trình công nghệ kèm theo các chức năng tiêu biểu của một hệ thống điều khiển quá trình.

Hình 1.1: Sơ đồ P&ID hệ thống giám sát

Về cơ bản, các thiết bị đo lường sử dụng trong hệ thống phục vụ hai nhiệm vụ chính: giám sát và điều khiển

Giám sát: tín hiệu đo về chỉ phục vụ hiển thị, chỉ báo các thông số quá trình (không ảnh hưởng tới chế độ làm việc của hệ thống)

Trong sơ đồ P&ID nói trên, các vị trí đo lường có các chức năng như sau:

- Tại bể hút: cần đo giá trị mức chất lỏng trong bể để phục vụ giám sát khi mức chất lỏng xuống tới giá trị thấp

Trong hệ thống đường ống hút, đồng hồ đo áp suất chân không dùng để theo dõi độ chân không bên trong ống mà không yêu cầu truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển Tuy nhiên, trong các trường hợp đặc biệt, việc thu thập tín hiệu này để điều khiển là cần thiết Nếu sau một thời gian trễ, bơm không thể loại bỏ áp suất âm trong đường ống, cần phải dừng hoạt động của bơm để đảm bảo an toàn và hiệu quả hệ thống.

Trong hệ thống đường ống đẩy, việc đo giá trị áp suất là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả Các thiết bị giám sát nên được cài đặt ở mức thấp hơn các tín hiệu điều khiển, giúp người vận hành có thể can thiệp sớm trước khi có lệnh tự động từ trung tâm điều khiển Khi phát hiện áp suất đo được thấp hơn mức bình thường, cần kiểm tra toàn diện hệ thống ống dẫn để phát hiện possible rò rỉ hoặc vị trí hỏng hóc.

- Một số ký hiệu trong hệ thống:

Bảng 1 1: Bảng ký hiệu trong sơ đồ

01 Chức năng thiết bị/ số thứ tự

+ LT: Thiết bị đo mức

+ LI: Thiết bị chỉ thị mức

+ PG: Đồng hồ ấp suất

+ PT: Thiết bị đo áp suất

+ FM: Thiết bị đo lưu lượng

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT BƠM VẬN CHUYỂN CHÂT LỎNG TRÊN TUYẾN ỐNG DÀI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Lựa chọn các thiết bị giám sát

Việc sử dụng cảm biến kiểu tương tự mang lại sự linh hoạt trong việc điều phối hoạt động của các bơm, giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống Hệ thống cần điều khiển luân phiên hoạt động của các bơm để tránh tình trạng một bơm hoạt động liên tục trong khi các bơm khác không hoạt động, đảm bảo sự cân đối và nâng cao tuổi thọ của các thiết bị.

Mức là chiều cao của chất lỏng hoặc hạt có diện tích tiết diện không đổi trong các thiết bị công nghệ, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra chế độ làm việc và điều khiển quá trình sản xuất Nhờ cảm biến mức, chúng ta có thể đánh giá chính xác khối lượng của các chất lỏng chứa trong bồn xăng dầu, đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của hệ thống.

Đơn vị đo mức là đơn vị đo chiều dài, dùng để xác định độ cao hoặc độ sâu của chất lỏng trong bể chứa Việc đo mức có thể thực hiện theo hai phương pháp chính: đo liên tục hoặc đo theo ngưỡng cố định Đo liên tục cung cấp tín hiệu liên tục phản ánh thể tích chất lưu còn lại trong bồn chứa, giúp quản lý và vận hành hệ thống một cách chính xác và hiệu quả.

Khi đo theo ngưỡng, cảm biến phát ra tín hiệu nhị phân để xác định chính xác mức chất lỏng có đạt hay không Tín hiệu này giúp điều khiển quá trình hoạt động của bồn chứa một cách tự động và chính xác hơn Phương pháp đo lường bằng cảm biến ngưỡng đảm bảo độ tin cậy cao trong việc giám sát mức chất lỏng, góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất

Dựa trên cơ sở lý thuyết, lựa chọn các thiết bị sau đây để tiến hành xây dựng, nghiên cứu đồ án:

Ta sử dụng cảm biến đo mức kiểu diện dụng Finetek-Type: SA,hoạt động trên nguyên lý cảm ứng điện dung Capacitance Effects.

Hình 2.1: Cảm biến đo mức chất lỏng

Các thông số kĩ thuật:

- Nhiệt độ làm việc: 20 ~ 200°C, Max 800°C.

- Độ nhạy: 10pf, 20pf và 40pf, có thể điều chỉnh được.

- Thiết kế thêm tính năng điều chỉnh độ trễ, cho phép khoảng điều chỉnh từ 0 ~ 6 giây.

- Điện áp làm việc: 110V/220VacC hoặc 24Vdc

- Tùy chọn đầu ra: NPN transistor, 5A/250Vac and 5A/240Vac SPDT contact.

- Kiểu kết nối: kiểu ren 1" NPT, hoặc theo yêu cầu của khách hàng.

- Cấp bảo vệ: IP65 hoặc phòng nổ explosion-proor.

Cảm biến đo áp suất trong đường ống đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát áp suất hệ thống Thiết bị này giúp xác định chính xác áp suất đẩy trong đường ống, đảm bảo hoạt động ổn định của bơm Nếu sau thời gian khởi động bơm mà áp suất không tăng như mong muốn, cần dừng bơm ngay để tránh gây hư hỏng hoặc rò rỉ hệ thống Việc sử dụng cảm biến đo áp suất giúp tối ưu hóa quá trình vận hành và duy trì an toàn cho hệ thống.

Ta sử dụng cảm biến áp suất dạng on/off SR1F002A00 Georgin – Pháp

Hình 2.2: Cảm biến áp suất SR1F002A00 Georgin – Pháp

- Bảo vệ quá áp gấp 3 lần áp định mức trong ngắn hạn.

- Đo được trong điều kiện tĩnh hoặc áp suất thay đổi liên tục, chống sốc áp và chống rung.

- Nhiệt độ hoạt động: 0- 95 oC

- Dãy 0 10, 0 16, 0 25, 0 40 bar luôn có sẵn.

Cảm biến lưu lượng dòng chảy sử dụng cảm biến Hall kết hợp với cánh quạt bên trong để đo lường tốc độ dòng chảy của nước Khi nước chảy qua, cánh quạt quay và cảm biến Hall phát ra tín hiệu xung, giúp xác định chính xác tốc độ dòng chảy dựa trên tần số của các xung này Loại cảm biến này thường được ứng dụng trong các thiết bị giám sát lưu lượng nước, đảm bảo đo lường chính xác và hiệu quả trong hệ thống theo dõi dòng chảy.

Cảm biến lưu lượng Digital flow DCTT-015S:

Hình 2.3: Cảm biến đo lưu lượng Digital flow DCTT-015S

- Nguyên lý làm việc: turbine.

- Nhiệt độ môi chất và môi trường: -40 đến 800C.

- Áp suất làm việc: max 500bar.

- Đơn vị xung: 0.0027l/phút (có thể kết nối với DG_100, đồng hồ đo xung MP5W, MP5M, MP5Y, CT6M, CT6S, CT6Y để hiển thị, giám sát lưu lượng).

- Ngõ ra: xung (NPN, NO).

- Ren nối ống: ren ngoài PT3/4".

- Vật liệu: lõi quay: Polyamide và ferrite, Thân: SUS304, Trục quay:SUS316.

- Môi chất: Dầu lửa, xăng, dầu diesel, dầu nhẹ, dầu nặng, nước, và các chất lỏng khác, v.v

+ Dây đen (BLACK): Ground 0VDC.

+ Dây đỏ (RED): (+) POWER 24VDC.

+ Dây trắng (WHITE): (-) SIGNAL dây tín hiệu NPN.

Thiết kế mạch cấp nguồn và mạch động lực

Hình 2.4: Sơ đồ mạch cấp nguồn chính a, Ký hiệu, tên gọi, chức năng các phần tử trong mạch cấp nguồn

Trên hình 2.4, sơ đồ mạch cấp nguồn gồm các phần tử:

Cầu dao tự động (MCB): trong hệ thống gồm có 1MCB, 2MCB, 3MCB, 4MCB.

1MCB (30AF/10A) có chức năng đóng cắt nguồn điện cấp cho toàn hệ thống trong mạch điện.

2MCB (30AF/10A) có chức năng đóng cắt nguồn điện cấp cho mạch điều khiển 220V xoay chiều và mạch điều khiển nguồn 24V một chiều.

3MCB (30AF/10A) đóng cắt nguồn điều khiển 220V xoay chiều, nguồn điều khiển 24V một chiều.

4MCB (30AF/10A) đóng cắt nguồn điều khiển 24V một chiều.

Công tắc tơ xoay chiều (MC): có chức năng dùng để điều khiển đóng cắt cấp nguồn cho toàn bộ mạch động lực.

Rơle thứ tự pha (1RF): có chức năng bảo vệ mất pha.

Máy biến áp xoay chiều (TR) trong hệ thống có các loại như 1TR và 2TR, được sử dụng để biến đổi điện áp xoay chiều Cụ thể, máy biến áp 1TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng chuyển đổi điện áp từ 380V xuống 110V, giúp đo giá trị điện áp nguồn hiển thị trên vôn kế V0 Việc sử dụng máy biến áp xoay chiều là phần quan trọng trong các hệ thống đo lường điện, đảm bảo an toàn và chính xác khi kiểm tra điện áp.

2TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều 380V xuống 220V để tạo ra nguồn điều khiển 220V.

Biến dòng đo lường (1CT – 100/5A): trong hệ thống bản vẽ gồm 1CT.

1CT (1CT – 100/5A): biến đổi dòng điện sơ cấp 100A về dòng thứ cấp 5A hiển thị trên giá trị ampe kế A0.

Bộ chuyển đổi điện xoay chiều sang một chiều (220VAC/24VDC) có chức năng chuyển đổi điện áp xoay chiều 220V một pha thành điện áp DC 24V để cấp nguồn cho các mạch điều khiển trung gian Sản phẩm này giúp đảm bảo nguồn cấp ổn định và phù hợp cho hệ thống tự động, điều khiển công nghiệp hay các thiết bị điện tử Việc sử dụng bộ chuyển đổi này không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống mà còn đảm bảo an toàn và độ bền của các thiết bị điều khiển.

Cầu chì (F – 5A) có chức năng bảo vệ ngắn mạch trong hệ thống và dễ dàng thay thế các thiết bị điện. b, Nguyên lý hoạt động

Trên hình 2.4, thể hiện sơ đồ cấp nguồn động lực cho hệ thống Nguồn điện

Hệ thống cấp nguồn 3 pha 380V được lấy từ phía hạ áp của máy biến áp và đưa đến thanh cái tại trụ đấu dây JB1 Sau đó, ngắt mạch được bảo vệ bởi Aptomat tổng 1MCB, trong quá trình vận hành dòng điện được đo bằng biến dòng để theo dõi Điện áp 3 pha sau khi qua trụ đấu dây sẽ đi qua rơ le pha; khi đủ điện áp, rơ le pha sẽ đóng các tiếp điểm, đảm bảo cấp nguồn cho các thiết bị phía sau hoạt động liên tục Việc điều khiển cấp nguồn có thể thực hiện tại chỗ bằng nút ấn ON hoặc từ xa qua nút ON1 như mô tả trong hình 2.5, giúp đóng tiếp điểm liên kết với cuộn hút contactor MC và mang lại nguồn điện cho các thiết bị phía sau một cách hiệu quả.

Trong quá trình mất pha, tiếp điểm của relay thứ tự pha sẽ mở ra để ngắt nguồn cấp cho contactor MC, ngắt mạch động lực khỏi nguồn Đồng thời, điện áp 380V sẽ được chuyển qua máy biến áp 380V/220V để cung cấp điện cho mạch rơ le trung gian và cấp nguồn cho PLC hoạt động Điện áp 220V tiếp tục được chuyển qua bộ chuyển nguồn, biến đổi từ 220VAC thành 24VDC để cấp điện cho các thiết bị điều khiển.

Hình 2.6: Mạch động lực cho động cơ M1

Hình 2.8: Mạch động lực cho động cơ M3 a, Ký hiệu, tên gọi, chức năng các phần tử trong mạch động lực

Trên hình 2.6, hình 2.7 và hình 2.8 gồm các phần tử:

Cầu dao tự động (MCB): trong hệ thống gồm có 5MCB, 6MCB, 7MCB. 5MCB (30AF/10A) đóng cắt mạch động lực cho động cơ lai bơm 1.

6MCB (30AF/10A) đóng cắt mạch động lực cho động cơ lai bơm 2.

7MCB (30AF/10A) đóng cắt mạch động lực cho động cơ lai bơm 3.

Máy biến áp xoay chiều (TR): trong hệ thống bản vẽ gồm có 3TR, 4TR, 5TR.

3TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều 380V xuống 110V để đo giá trị điện áp nguồn hiển thị trên vôn kế V1.

Biến dòng đo lường (CT): trong hệ thống bản vẽ gồm 2CT, 3CT, 4CT

Rơ le nhiệt (RT): trong hệ thông bản vẽ bao gồm 1RT, 2RT, 3RT

1RT: bảo vệ quá tải cho động cơ M1

2RT: bảo về quá tải cho động cơ M2

3RT: bảo vệ quá tải cho động cơ M3

Các cuộn hút công tắc tơ: trong hệ thống bản vẽ bao gồm: 1M, 2M, 3M. 1M1: Khởi động trực tiếp động cơ M1.

2M2: Khởi động trực tiếp động cơ M2.

3M3: Khởi động trực tiếp động cơ M3

1MY: Khởi động sao động cơ M1.

1M ∆ : Khởi động tam giác động cơ M1.

Động cơ không đồng bộ ba pha lai bơm là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học một cách hiệu quả Nó giúp tạo ra tốc độ quay của roto nhằm vận hành bơm một cách liên tục và ổn định Sản phẩm này thường được ứng dụng trong các hệ thống công nghiệp, nhờ vào khả năng hoạt động mạnh mẽ và bền bỉ Động cơ này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất làm việc mà còn giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, mang lại lợi ích về kinh tế và môi trường.

Động cơ không đồng bộ ba pha lai bơm 2 là loại động cơ sử dụng năng lượng điện để chuyển đổi thành năng lượng cơ học Nó hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra mô-men quay nhờ từ trường ba pha, giúp roto quay đều và ổn định Bơm 2 hoạt động cùng động cơ để duy trì hiệu suất truyền động cao, phù hợp trong các hệ thống công nghiệp Đây là giải pháp hiệu quả để biến đổi năng lượng điện thành cơ năng một cách bền vững và đáng tin cậy.

M3 sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha lai bơm 3 để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, tạo ra tốc độ quay roto và hoạt động của bơm 3 Nguyên lý hoạt động dựa trên nguồn điện áp 3 pha 380V từ tủ điện chính, được phân phối qua Aptomat MCB của từng tủ điện động lực để cấp điện cho các động cơ Các động cơ này được khởi động bằng phương pháp khởi động trực tiếp, đảm bảo hiệu quả vận hành Thông số dòng điện và điện áp của các động cơ được giám sát chặt chẽ thông qua các tủ điện, giúp đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Thiết kế mạch điện giám sát cho hệ thống

2.3.1 Mạch rơ le trung gian a, Mạch rơ le trung gian bể chứa

- Sơ đồ bao gồm các phần tử:

Cảm biến S1 có chức năng cảm biến mức ở mức thấp 2.

Cảm biến S2 có chức năng cảm biến mức ở mức thấp 1.

Vai trò trung gian gồm có ba vai trò chính: NLV, L1LV và L2LV, đảm nhận chức năng bảo vệ mạch đầu vào của PLC và tạo ra nhiều tiếp điểm để hỗ trợ quá trình giám sát và điều khiển hệ thống Các vai trò này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn, tối ưu hóa hoạt động và dễ dàng điều khiển hệ thống tự động hóa Với khả năng bảo vệ mạch và cung cấp các tiếp điểm phụ trợ, trung gian giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điều khiển tự động.

Các đèn báo L2LV, L1LV, NLV có chức năng hiển thị mức chất lỏng.

Mạch role trung gian lấy nguồn 220 VAC từ tủ cấp nguồn để hoạt động, khi cảm biến S1, S2 bị tác động sẽ kích hoạt các relay trung gian, thay đổi trạng thái các tiếp điểm để phát sáng đèn hiển thị và truyền tín hiệu đến phòng điều khiển từ xa Mạch rơ le trung gian cho cảm biến áp suất tại các bơm giúp đảm bảo kiểm soát chính xác áp suất, tăng độ an toàn và hiệu quả vận hành của hệ thống.

Hình 2.11: Mạch rơ le trung gian cho cảm biến áp suất tại bơm 2

Trên hình 2.10, hình 2.11, hình 2.12 thể hiện mạch các role trung gian cho các cảm biến tại các bơm.

Tên gọi, ký hiệu, chức năng các phần tử trong mạch hình 2.10 như sau:

- Mạch bao gồm 5 cảm biến SP1-1, SP1-2, SP1-3, SP1-4, SP1-5.

Cảm biến SP1-1 có chức năng cảm biến áp suất ở mức cao nhất.

Cảm biến SP1-2 có chức năng cảm biến áp suất ở mức cao.

Cảm biến SP1-3 có chức năng cảm biến áp suất ở mức trung bình.

Cảm biến SP1-4 có chức năng cảm biến áp suất ở mức thấp.

Cảm biến SP1-5 có chức năng cảm biến áp suất ở mức thấp nhất.

Vai trò trung gian gồm năm loại chính: 1RH1P, 1RHP, 1RNP, 1RL1P, 1RLP, có chức năng bảo vệ mạch đầu vào PLC, giúp đảm bảo an toàn hệ thống điều khiển tự động Các trung gian này tạo nhiều tiếp điểm để hỗ trợ quá trình giám sát và điều khiển, nâng cao hiệu quả vận hành và độ tin cậy của hệ thống tự động hóa công nghiệp Việc sử dụng các vai trò trung gian này góp phần tối ưu hóa bảo vệ thiết bị, giảm thiểu rủi ro mất mát dữ liệu hoặc hỏng hóc trong quá trình hoạt động.

Các đèn báo 1H1P, 1HP, 1NP, 1L1P, 1LP có chức năng hiển thị mức chất lỏng tại tủ điện trong trạm bơm.

Mạch role trung gian lấy nguồn 220 VAC từ tủ cấp nguồn để hoạt động Khi các cảm biến SP1-1 đến SP1-5 bị tác động, chúng kích hoạt các role trung gian, thay đổi trạng thái các tiếp điểm của role Điều này làm sáng các đèn hiển thị và gửi tín hiệu truyền thông đến phòng điều khiển từ xa, đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác và hiệu quả.

Các mạch ở hình 2.11, hình 2.12 có nguyên lý tương tự chỉ khác ký hiệu các phần tử. c, Mạch rơ le trung gian cảm biến lưu lượng trên đường ống

Trên hình 2.13 thể hiện mạch các role trung gian cho các cảm biến lưu lượng trên đường ống.

- Tên gọi, ký hiệu, chức năng các phần tử trong mạch hình 2.16 như sau: Mạch bao gồm 5 cảm biến SF1, SF2, SF3, SF4, SF5.

Cảm biến SF1 có chức năng cảm biến lưu lượng ở mức cao nhất.

Cảm biến SF2 có chức năng cảm biến lưu lượng ở mức cao.

Cảm biến SF3 có chức năng cảm biến lưu lượng ở mức trung bình.

Cảm biến SF4 có chức năng cảm biến lưu lượng ở mức thấp.

Cảm biến SF5 có chức năng cảm biến lưu lượng ở mức thấp nhất.

Trong hệ thống tự động, role trung gian gồm năm loại chính: RH1F, RHF, RNF, RL1F, và RLF, có chức năng bảo vệ mạch đầu vào PLC Các role này còn tạo ra nhiều tiếp điểm giúp giám sát và điều khiển hệ thống một cách hiệu quả Việc sử dụng các role trung gian này đảm bảo an toàn, tin cậy cho quá trình tự động hóa công nghiệp và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điều khiển PLC.

Các đèn báo H1F, HF, NF, L1F, LF có chức năng hiển thị mức chất lỏng tại tủ điện trong trạm bơm.

Mạch role trung gian lấy nguồn 220 VAC từ tủ cấp nguồn để điều khiển các thiết bị khác Khi các cảm biến SF1-1 đến SF1-5 bị tác động, chúng kích hoạt các rơ le trung gian, làm thay đổi trạng thái các tiếp điểm của rơ le Điều này dẫn đến việc đèn hiển thị sáng lên và tín hiệu truyền về phòng điều khiển từ xa Ngoài ra, còn có mạch rơ le trung gian dành cho rơ le nhiệt, hỗ trợ điều khiển an toàn và chính xác trong hệ thống.

Trên hình 2.14 thể hiện mạch các role trung gian cho các rơle nhiệt.

- Tên gọi, ký hiệu, chức năng các phần tử trong mạch hình 2.16 như sau:

Vai trò trung gian gồm có ba loại chính: 1RHt, 2RHt và 3RHt, đảm nhiệm chức năng bảo vệ mạch đầu vào của PLC Các bộ phận này còn tạo ra nhiều tiếp điểm để phục vụ cho quá trình giám sát và điều khiển hệ thống tự động hóa Chức năng của trung gian giúp tăng độ an toàn, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống điều khiển tự động Việc hiểu rõ về các vai trò trung gian này là yếu tố quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống PLC an toàn, tối ưu.

Các đèn báo 1QT, 2QT, 3QT có chức năng hiển thị tại tủ điện khi động cơ bị quá tải.

Mạch role trung gian lấy nguồn 220 VAC từ tủ cấp nguồn, đảm bảo hoạt động liên tục trong hệ thống điện Khi quá tải, các rơ le nhiệt 1Rt, 2Rt, 3Rt sẽ tác động, kích hoạt các role trung gian và thay đổi trạng thái các tiếp điểm Điều này giúp làm sáng các đèn hiển thị, cung cấp tín hiệu cảnh báo rõ ràng Hệ thống còn truyền thông đến phòng điều khiển từ xa để giám sát kịp thời, đảm bảo an toàn và vận hành hiệu quả.

2.3.2 Mạch kết nốt PLC a, Các tín hiệu đầu vào PLC( I/O)

- Liệt kê tín hiệu vào PLC:

Bảng 2.1: Liệt kê các tín hiệu vào Đặc trưng I/O Mức điện áp

Loại tín hiệu Ý nghĩa Tên biến

B000 I 24VDC Tiếp điểm Tín hiệu báo nguồn 1MCB 1MCB

B001 I Nt Nt Tín hiệu báo nguồn 2MCB 2MCB

B007 I Nt Nt Tín hiệu báo đóng nguồn động lực MC

B008 I Nt Nt Tín hiệu báo quá tải động cơ

B009 I Nt Nt Tín hiệu báo quá tải động cơ

B00A I Nt Nt Tín hiệu báo quá tải động cơ

B010 I Nt Nt Mức áp suất cao nhất ở bơm 1 1RH1P

B011 I Nt Nt Mức áp suất cao ở bơm 1 1RHP

B012 I Nt Nt Mức áp suất trung ở bơm 1 1RNP

B013 I Nt Nt Mức áp suất thấp ở bơm 1 1RL1P

B014 I Nt Nt Mức áp suất thấp nhất ở bơm 1 1RLP

B017 I Nt Nt Mức áp suất trung ở bơm 2 2RNP

B01A I Nt Nt Tín hiệu nguồn bị mất pha RLP

B01B I Nt Nt Mức chất lỏng thấp nhất ở bể chứa RL2LV

B01C I Nt Nt Mức chất lỏng thấp ở bể chứa RL1LV

B01D I Nt Nt Mức chất lỏng bình thường ở bể chứa RNLV

B025 I Nt Nt Mức lưu lượng cao nhất ở đường ống RH1F

B026 I Nt Nt Mức lưu lượng cao ở đường ống RHF

B027 I Nt Nt Mức lưu lượng trung ở đường ống RNF

B028 I Nt Nt Mức lưu lượng thấp ở đường ống RL1F

B029 I Nt Nt Mức lưu lượng thấp nhất ở đường ống RLF

- Mạch module đầu vào số PLC:

Hình 2.16: Đầu vào cho PLC (2) b, Các tín hiệu ra PLC( D/O)

- Liệt kê tín hiệu ra PLC:

Bảng 2.2: Liệt kê tín hiệu ra PLC Đặc trưng D/O Mức điện áp

Loại tín hiệu Ý nghĩa Tên biến

B030 O Nt Nt Đèn báo mức thấp nhất ở bể chứa L2LV

B031 O Nt Nt Đèn báo mức thấp ở bể chứa L1LV

B032 O Nt Nt Đèn báo mức bình thường ở bể chứa NLV

B033 O Nt Nt Đèn báo áp suất cao nhất ở bơm

B034 O Nt Nt Đèn báo áp suất cao ở bơm 1 1HP

B035 O Nt Nt Đèn báo áp suất trung ở bơm 1 1NP

B036 O Nt Nt Đèn báo áp suất thấp ở bơm 1 1L1P

B037 O Nt Nt Đèn báo áp suất thấp nhất ở bơm

B038 O Nt Nt Đèn báo áp suất cao nhất ở bơm

B039 O Nt Nt Đèn báo áp suất cao ở bơm 2 2HP

B03A O Nt Nt Đèn báo áp suất trung ở bơm 2 2NP

B03B O Nt Nt Đèn báo áp suất thấp ở bơm 2 2L1P

B03C O Nt Nt Relay đèn báo áp suất thấp nhất ở bơm 2 2LP

B03D O Nt Nt Relay đèn báo áp suất cao nhất ở bơm 3 3H1P

B03E O Nt Nt Đèn báo áp suất cao ở bơm 3 3HP

B040 O Nt Nt Đèn báo áp suất trung ở bơm 3 3NP

B041 O Nt Nt Đèn báo áp suất thấp ở bơm 3 3L1P

B042 O Nt Nt Đèn báo áp suất thấp nhất ở bơm

B043 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng cao nhất ở đường ống H1F

B044 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng cao ở đường ống HF

B045 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng trung ở đường ống NF

B046 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng thấp ở đường ống L1F

B047 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng thấp nhất ở đường ống LF

B048 O Nt Nt Đèn báo quá tải động cơ M1 1QT

B049 O Nt Nt Đèn báo quá tải động cơ M2 2QT

B04A O Nt Nt Đèn báo quá tải động cơ M2 3QT

- Mạch module đầu ra PLC:

Hình 2.18: Đầu ra cho PLC (1)

Thiết kế tủ giám sát cho hệ thống

Hình 2.20: Bản vẽ tủ điện giám sát (1)

Hệ thống giám sát trạm bơm vận chuyển chất lỏng gồm:

- 3 tủ giám sát nguồn và áp suất chất lỏng của 3 bơm.

- 1 tủ giám sát nguồn động lực.

- 1 tủ giám sát mức chất lỏng trong bể chứa và lưu lượng trên đường ống dẫn.

Chúng tôi cần thiết kế 5 tủ điện để đảm bảo đồng bộ về kích thước và nguyên liệu, tạo sự nhất quán trong hệ thống Kích thước các tủ được chọn gồm chiều cao 1,2 m, chiều dài 0,8 m và chiều rộng 0,5 m, phù hợp với yêu cầu vận hành và giám sát Mỗi tủ có đèn báo phù hợp với chức năng giám sát cụ thể, giúp dễ dàng theo dõi và kiểm soát toàn bộ hệ thống Tủ điện được thiết kế tập trung, thuận tiện cho người vận hành quan sát toàn bộ hệ thống tại trạm bơm, nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành.

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT VÀ VẬN HÀNH

Xây dựng chương trình giám sát trên phần mềm PLC S7-300

Hình 3.1: Chọn trạm trong PLC S7-300

- Slot 4: Module đầu vào số DI32xDC

- Slot 5: Module đầu ra số DO32xDC24V/0.5A

Hình 3.2: Khai báo các biến vào PLC

Hình 3.3: Khai báo các viến ra PLC 3.1.3 Viết chương trình PLC a, Chương trình giám sát ở bể chứa

Hình 3.4: Chương trình giám sát ở bể chứa b, Chương trình giám sát cảm biến áp suất tại bơm 1

Hình 3.5: Chương trình giám sát tại bơm 1(1)

Hình 3.6: Chương trình giám sát tại bơm 1(2) c, Chương trình giám sát cảm biến lưu lượng ở đường ống

Cảm biến áp suất tại các bơm còn lại hoạt động theo chương trình tương tự như cảm biến áp suất tại bơm 1, đảm bảo kiểm soát chính xác hệ thống Hệ thống còn tích hợp chương trình giám sát rơ-le nhiệt dành cho động cơ, giúp phát hiện và cảnh báo kịp thời khi xảy ra quá nhiệt Việc sử dụng cảm biến áp suất và rơ-le nhiệt tự động hoá giúp nâng cao hiệu suất vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Hình 3.8: Chương trình giám sát rơ le nhiệt

Mô phỏng

Mô phỏng trực tiếp bằng các tín hiệu vào ra trong phần mềm PLC S7-300. a, Mô phỏng giám sát ở bể chứa

Hình 3.9: Mô phỏng giám sát ở bể chứa (1)

Hình 3.10: Mô phỏng giám sát ở bể chứa (2)

Hình 3.11: Mô phỏng giám sát ở bể chứa (3) b, Mô phỏng giám sát ở bơm 1

Hình 3.12: Mô phỏng giám sát ở bơm 1 (1)

Hình 3.13: Mô phỏng giám sát ở bơm 1 (2) c, Mô phỏng giám sat rơ le nhiệt

Hình 3.14: Mô phỏng giám sát rơ le nhiệt

Sau thời gian thực hiện dự án môn học, sự nỗ lực của bản thân cùng sự hỗ trợ từ thầy cô và các bạn đã giúp em hoàn thành đề tài một cách thành công.

Trong đề tài của mình, em đã thực hiện thiết kế hệ thống giám sát bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha khởi động sao-tam giác, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ thống Thiết kế này giúp theo dõi tình trạng hoạt động của bơm, giảm thiểu rủi ro hỏng hóc và tối ưu hóa quá trình vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài Việc áp dụng động cơ không đồng bộ ba pha khởi động sao-tam giác mang lại khả năng khởi động dễ dàng, tiết kiệm năng lượng, phù hợp cho các hệ thống bơm công nghiệp quy mô lớn Phương pháp giám sát này không những giúp phát hiện sớm các sự cố tiềm ẩn mà còn nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ cho hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất trong các ứng dụng công nghiệp.

- Tìm hiểu về hệ thống giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài bằng các sensor.

- Lựa chọn các thiết bị giám sát cho trạm.

- Thiết kế các bản vẽ mạch động lực, mạch giám sát, mạch role trung gian, mạch PLC.

- Ứng dụng PLC trong lập trình giám sát hệ thống.

Hải phòng, ngày 25 tháng 5 năm 2019

Tiêu đề	Thiết kế giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha khởi động sao tam giác
Trường học	Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Hệ Thống Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Đề tài tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	2,8 MB