Điều khiển hệ thống máy nén lạnh

Hệ thống giám sát trạm lạnh phục vụ việc bảo thịt đông lạnh, nhiệt độ bảo quản – 18 độ C đến – 25 độ C. Bảo quản 50 tấn thực phẩm kích thước của kho lạnh có chiều dài x chiều rộng x chiều cao( 10 x 6 x 3) (m). Sử dụng 4 máy nén lạnh trục vít. Sử dụng 2 kho lạnh mỗi kho lạnh gồm 2 máy nén lạnh, có chế độ tự động cấp lạnh khi một trong 2 kho lạnh không hoạt động.

Trang 1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TRẠM LẠNH CÓ NHIỀU MÁY NÉN LẠNH 3

1.1 Khái quát hệ thống thiết kế 3

1.2 Yêu cầu đối với một hệ thống giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh 3

1.3 Sơ đồ P&ID cho hệ thống lạnh có nhiều máy nén lạnh 4

2.1 Lựa chọn máy nén lạnh và động cơ phục vụ giám sát 7

2.2 Lựa chọn các sensor trong hệ thống lạnh có nhiều máy nén lạnh 8

2.2.1 Lựa chọn các thiết bị bảo vệ trong hệ thống lạnh 8

2.2.2 Lựa chọn các thiết bị đo 12

2.2.3 Lựa chọn các thiết bị mạch điều khiển phục vụ giám sát 14

2.2.4 Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển 16

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRẠM LẠNH SỬ DỤNG NHIỀU MÁY NÉN LẠNH 18

3.1 Giám sát tại chỗ 18

3.1.1 Thiết kế tủ điện 18

3.1.2 Thiết kế mạch giám sát 20

3.2 Giám sát từ xa thông qua phần mềm wincc 32

3.2.3 Phần mềm wincc 35

3.2.4 Viết chương trình trên PLC 36

3.2.5 Giám sát trên Wincc 40

KẾT LUẬN 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

Trang 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Sơ đồ P & ID của hệ thống lạnh 6

Hình 2 1 Cấu tạo của rơle áp suất 10 Hình 2 2 Rơ le áp suất 10

Hình 2 3 Cấu tạo rơle áp suất dầu 12

Hình 2 4 Rơ le áp suất dầu 12

Hình 2 5 Cảm biến mức 13

Hình 2 6 Sơ đồ chân của cảm biến mức 14

Hình 2 7 Cảm biến nhiệt độ 14

Hình 2 8 Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ 14

Hình 2 9 Bộ điều khiển nhiệt độ OM352UNI 15

Hình 2 10 Sơ đồ đầu nối với cảm biến nhiệt độ 16

Hình 2 11 Ampe kế 17

Hình 2 12 Vôn kế 17

Hình 2 13 Đèn báo hoạt động 18

Hình 2 14 Rơle trung gian 18

Hình 2 15 Sơ đồ chân của Rơle trung gian 19

Hình 3 1 PLC S7 -300 33

Hình 3 2 Giao diện phần mềm wincc 35

Hình 3 3 Giám sát giao diện Wincc 40

Trang 3

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua hệ thống lạnh ngày càng được ứng dụng nhiềutrong đời sống, công nghệ ngày càng được đổi mới và cải tiến phục vụ nhu cầucuộc sống

Các thiết bị, và công nghệ ứng dụng tự động hóa ngày càng phát triển, các

hệ thống đều được điều khiển tự động cảnh báo bằng hệ thống cảm biến, ứngdụng PLC phục vụ quá trình điều khiển, giám sát hệ thống trên phần mềm HMI,Wincc, để tối ưu quá trình vận hành

Chính vì vậy việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào hệ thống trạmlạnh ngày càng phổ biến và không ngừng cải tiến phục vụ quá trình sản suất.Đáp ứng được những nhu cầu cần thiết phục vụ đời sống

2 Mục đích nghiên cứu

Hệ thống lạnh ngày càng phổ biến và có vai trò quan trọng trong quá trìnhsản suất, bảo quản thực phẩm Xuất phát từ vấn đề trên với đề tài được giao: “Thiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh dùng động cơ không đồng bộkhởi động sao – tam giác từ lưới điện “ giúp em hiểu biết thêm về quá trình vậnhành và giám sát hệ thống lạnh

Việc nghiên cứu phát triển quá trình thiết kế và giám sát hệ thống lạnhgiúp cho vận hành sản xuất, bảo quản thực phẩm hiệu quả hơn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

Đối tượng nghiên cứu: “ Hệ thống lạnh có nhiều máy nén lạnh “

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng cấu trúc giám sát hệ thống lạnh có nhiềumáy nén lạnh, xây dựng sơ đồ P&ID, xây dựng mạch thu thập tín hiệu giám sát

từ contactor, các cảm biến, xây dựng thuật toán chương trình điều khiển trênPLC

4 Phương pháp nghiên cứu khoa học

Trang 4

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 giámsát trạm lạnh, thiết kế các bản vẽ cho hệ thống trạm lạnh

+ Về mặt mô phỏng giám sát: Sử dụng phần mềm Step7 để xây dựngkhâu giám sát

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

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

Trang 5

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TRẠM LẠNH CÓ NHIỀU MÁY

NÉN LẠNH 1.1 Khái quát hệ thống thiết kế

Hệ thống giám sát trạm lạnh phục vụ việc bảo thịt đông lạnh, nhiệt độ bảoquản – 18 độ C đến – 25 độ C Bảo quản 50 tấn thực phẩm kích thước của kholạnh có chiều dài x chiều rộng x chiều cao( 10 x 6 x 3) (m) Sử dụng 4 máy nénlạnh trục vít Sử dụng 2 kho lạnh mỗi kho lạnh gồm 2 máy nén lạnh, có chế độ

tự động cấp lạnh khi một trong 2 kho lạnh không hoạt động

1.2 Yêu cầu đối với một hệ thống giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh

+ Yêu cầu về điều khiển: Có thể điều khiển từ xa và tại chỗ, giám sát điểm đo,

cách hệ thống máy nén

+ Yêu cầu về đo lường: Đảm bảo thu thập tín hiệu đo lường các cảm biến,

thống số kỹ thuật, yêu cầu của kho lạnh

+ Yêu cầu về hiển thị: Thông số đầy đủ chính xác, có các đèn báo động, để khi

xảy ra sự cố có biện pháp khắc phục kịp thời

+ Yêu cầu về quản lý: Luôn luôn nâng cấp, bảo hành sửa chữa hệ thống lạnh,

ngoài ra còn phải đảm bảo yêu cầu sau đây:

- Hệ thống ổn định duy trì liên tục

- Vận dụng tối đa các tài nguyên

- Tối ưu hóa công lắp đặt bảo trì, sửa chữa

- Môi trường làm việc luôn đảm bảo an toàn

Trang 6

1.3 Sơ đồ P&ID cho hệ thống lạnh có nhiều máy nén lạnh

Hình 1 1 Sơ đồ P & ID của hệ thống lạnh

 Giải thích các ký hiệu:

Giám sát máy nén 1:

+ HP1: Cảm biến áp suất báo cao áp xuất cửa hút máy nén

+ LP1: Cảm biến áp suất báo mức thấp của hút máy nén

+ NP1: Cảm biến áp suất báo áp suất bình thường cửa hút máy nén

+ HP5: Cảm biến áp suất báo cao áp xuất cửa đẩy máy nén

+ LP5: Cảm biến áp suất báo mức thấp của đẩy máy nén

+ NP5: Cảm biến áp suất báo áp suất bình thường cửa đẩy máy nén

+ H1Poil: Cảm biến áp suất báo mức cao dầu máy nén

+ L1Poil: Cảm biến áp suất báo mức thấp dầu máy nén

+ N1Poil: Cảm biến áp suất báo mức thấp dầu máy nén

Trang 7

Giám sát mức công chất lỏng 1:

+ LH1: Mức cao của bình BC

Trang 9

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT

MỘT TRẠM LẠNH CÓ NHIỀU MÁY NÉN LẠNH 2.1 Lựa chọn máy nén lạnh và động cơ phục vụ giám sát

Lựa chọn máy nén lạnh trục vít của hãng MYCOM có các thông số để giám sátnhư sau:

Bảng 2 1 Bảng thông số máy nén lạnhĐặc điểm

kỹ thuật Thông số làm việc ởđiều kiện thường Thông số điều kiệnlàm việcNhiệt độ hút vào >- 18°c -9,5 đến - 6,5°c

Trang 10

2.2 Lựa chọn các sensor trong hệ thống lạnh có nhiều máy nén lạnh

2.2.1 Lựa chọn các thiết bị bảo vệ trong hệ thống lạnh

a, Rơle áp suất cao và rơle áp suất thấp:

Hình 2 1 Cấu tạo của rơle áp suất+ Rơ le áp suất cao được sử dụng bảo vệ máy nén khi áp suất đầu đẩy caoquá mức quy quy định, nó sẽ tác động trước khi van an toàn mở Hơi đẩy đượcdẫn vào hộp xếp phía dưới của rơ le, tín hiệu áp suất được hộp xếp chuyển thànhtín hiệu cơ khí và chuyển dịch hệ thống tiếp điểm, qua đó ngắt mạch điện khởiđộng từ máy nén Giá trị đặt này có thể điều chỉnh thông qua vít “A” Độ chênh

áp suất làm việc được điều chỉnh bằng vít “B” Khi quay các vít “A” và “B” kimchỉ áp suất đặt di chuyển trên bằng chỉ thị áp suất

+ Rơ le áp suất thấp được sử dụng để tự động đóng mở máy nén, trongcác hệ thống lạnh chạy tự động Khi nhiệt độ buồng lạnh đạt yêu cầu, van điện

từ ngừng cấp dịch cho dàn lạnh, máy thực hiện rút gas về bình chứa và áp suấtphía đầu hút giảm xuống dưới giá trị đặt, rơ le áp suất tác động dừng máy Khinhiệt độ phòng lạnh lên cao van điện từ mở, dịch vào dàn lạnh và áp suât hút lêncao và vượt giá trị đặt, rơ le áp suất thấp tự động đóng mạch cho động cơ hoạtđộng

Lựa chọn role áp suất: DANFOSS KP1

Trang 11

Hình 2 2 Rơ le áp suấtThông số kỹ thuật

- Áp suất thử nghiệp tối đa: 20,0 bar

- Áp suất làm việc tối đa: 17,0 bar

- Áp suất làm việc: -0.2 7.5 bar

- Tiếp điểm ON/OFF

- Điều chỉnh áp suất thông qua vít điều chỉnh

b, Rơle áp suất dầu

Áp suất dầu của máy nén phải được duy trì một giá trị cao hơn áp suất hútcủa máy nén một khoảng nhất định nào đó,tùy thuộc vào từng máy nén cụ thểnhằm đảm bảo quá trình lưu chuyển trong hệ thống rãnh cấp dầu bôi trơn và tácđộng cơ cấu giảm tải của máy nén.Khi làm việc rơ le áp suất dầu sẽ so sánh hiệu

áp suất dầu và áp suất trong cacte máy

Trên hình giới thiệu cấu tạo bên ngoài và bên trong rơ le áp suấtdầu.Rơ le bảo vệ áp suất dầu lấy tín hiệu của áp suất dầu và áp suất cacte máynén.Phần tử cảm biến áp suất dầu OIL (1) phía dưới cửa rơ le được nối đầuđẩy bơm và phần tử cảm biến áp suất thấp LP (2) được nối với cacte máynén Δp =pd – p0 nhở hơn giá trị đặt trước được duy trì trong một khỏang thờigian nhất định thì mạch điều khiển tác động dừng máy nén Khi áp suất nhỏ thìdòng điện sẽ đi qua rơ le thời gian (hoặc mạch sấy cơ cấu lư ỡng kim).Sau mộtkhỏang thời gian trễ nhất định,thì rơ le thời gian (hoặc cơ cấu lưỡng kim ngắtmạch điện) ngắt dòng điều khiển khởi động từ máy nén Độ chênh lệch áp suấtcực tiểu cho phép có thể điều chỉnh nhờ cơ cấu 3 Khi quay theo chiều kim

Trang 12

36 đồng hồ sẽ tăng độ chênh lệch áp suấ t cho phép,nghĩa là tăng áp suất dầucực

tiểu ở đó máy nén có thể làm việc.Độ chênh lệch được cố định ở 0,2 bar

Hình 2 3 Cấu tạo rơle áp suất dầu

1 Phần tử cảm biến áp suất dầu

2 Phần tử cảm biến áp suất của hút

3 Cơ cấu điều chỉnh

4 Cần điều chỉnh

Relay áp suất dầu SAGINOMIYA ONS-C106XQ5

Trang 13

Hình 2 4 Rơ le áp suất dầuThông số kỹ thuật:

- Áp suất hoạt động: -0.5 ~ 3.5 bar

- Diff: 0.5 bar (fixed)

- Tiếp điểm ON/OF chênh lệch áp suất dầu

c, Cảm biến mức

Hình 2 5 Cảm biến mứcThông số kỹ thuật

Trang 14

- Tín hiệu ngõ ra (Output): ngõ ra của cảm biến dạng Relay

NO/NC

- Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn điện 24VDC

- Chiều dài: chiều dài của cảm biến khoảng 150mm Các bạn có thể tùy chọn các chiều dài khác như 400mm, 650mm, 1150mm

Nhiệt độ làm việc: cảm biến làm việc tốt trong khoảng nhiệt 20÷100°C

Khả năng chịu áp: chịu áp suất lên đến 10bar

- Thời gian phản hồi tín hiệu: độ trễ relay cao nhất 1s

Sơ đồ chân đấu nối:

Hình 2 6 Sơ đồ chân của cảm biến mức2.2.2 Lựa chọn các thiết bị đo

Cảm biến nhiệt độ PT 100 và bộ điều khiển nhiệt độ OM402UNI

Trang 15

Sơ đồ đấu nối:

Hình 2 8 Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ

Bộ điều khiển nhiệt độ: OM352UNI

- Nhận tín hiệu điều khiển Analog 4 – 20(mA)

- Điện áp hoạt động: 80 – 250(VAC)

- Tiếp điểm ON/ON

Trang 16

- Nếu ngõ vào là cảm biến Pt100 loại 3 dây: 19, 22, 23 Loại Pt100 4 dây: 19, 21, 22, 23

- Nếu ngõ vào là can nhiệt loại K, S, B, E thì ta dùng hai chân: 21, 22

- Đối với ngõ ra điện áp dùng chân: I và III

Dùng đo nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ của bình ngưng, nhiệt độ trong dầu bôitrơn, giám sát nhiệt độ của các kho lạnh Cài đặt thông số nhiệt độ cho phép khivượt quá thì tiếp điểm ON/OFF tác động, do đó có thể điều chỉnh được nhiệt độcủa kho lạnh

Sơ đồ đấu nối

Hình 2 10 Sơ đồ đầu nối với cảm biến nhiệt độ

Trang 17

2.2.3 Lựa chọn các thiết bị mạch điều khiển phục vụ giám sát

+ Vôn kế

Đồng hồ Volt 500VAC

Trang 18

Hình 2 12 Vôn kếDải đo: 0 – 500V(VAC)

Lựa chọn đèn báo

Hình 2 13 Đèn báo hoạt độngĐiện áp hoạt động: 220V

2.2.4 Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển

Chọn rơle trung gian IDEC RH4B-ULAC220 220V 10A (8 chân )

Trang 19

Hình 2 14 Rơle trung gian

Trang 20

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT

TRẠM LẠNH SỬ DỤNG NHIỀU MÁY NÉN LẠNH

3.1 Giám sát tại chỗ

3.1.1 Thiết kế tủ điện

Trang 22

3.1.2 Thiết kế mạch giám sát

+ Thiết kế mạch cấp nguồn:

Bản vẽ số 1: Bản vẽ cấp nguồn hoạt động cho hệ thống, nguồn 3 pha380V/50hz Lấy từ trụ đấu dây JB1, R1, S1,T1 Cấp nguồn cho mạch động lựcqua 1MCB đóng cắt cho động cơ bơm và máy nén lạnh Nguồn điều khiển cấpđiện cho mạch rơle trung gian, và nguồn PLC, lấy 2 pha S1, T1, qua 2MCB, cấpđến sơ cấp biến 380/220V, thứ cấp biến áp, qua 3MCB cấp nguồn cho điềukhiển rơle trung gian, và nguồn cho PLC

Trang 23

+ Mạch động lực

Bản vẽ 02: Mạch động lực cho máy nén lạnh, lấy nguồn từ 380/50hz( 01 –1E), lần lượt qua 5MCB, 6MCB, 7MCB, 8MCB, đo dòng điện A2, A3, A4, A5,qua V2,V3,V4,V5 đo điện áp, sau đó cấp tới tiếp điểm chính contactor 1M, 4M,7M, 10M, cấp tới 3 đầu đấu dây của động cơ, qua tiếp điểm chính của contactor3M, 6M, 9M, 12M để chạy sao Qua tiếp điểm chính của contactor 2M, 5M, 8M,11M, để chạy theo tam giác

Bản vẽ 03: Mạch động lực cho máy nén lạnh, lấy nguồn từ 380/50hz( 01 –1E), lần lượt qua 9M, 10M, 11M , đo dòng điện A6, A7, A8, qua V6, V7 ,V8 đođiện áp, sau đó cấp tới tiếp điểm chính contactor 13M, 16M, 19M, cấp tới 3 đầuđấu dây của động cơ, qua tiếp điểm chính của contactor 15M, 18M, 21M, đểchạy sao Qua tiếp điểm chính của contactor 14M, 17M, 21M, để chạy theo tamgiác

Trang 24

+ Mạch giám sát tín hiệu contactor

Bản vẽ 04, bản vẽ 05 lấy nguồn 220VAC(01 – 5E) nhận tín hiệu giám sát

từ contactor từ bản số 02, 03, là các tiếp điểm phụ của contactor đưa qua hệthống đèn báo hoạt động của trạng thái của hệ thống máy nén, đèn báo hoạtđộng của hệ thống bơm, các tiếp điểm phụ của rơle trung gian sẽ đưa tín hiệu lênPLC, giám sát hoạt động trên wincc

Trang 25

+ Mạch rơle trung gian giám sát tín hiệu từ cảm biến:

Trang 26

Bản vẽ 06: Lấy nguồn 220VAC( 01 – 5E) cấp điện đến tiếp điểm của cảmbiến áp suất cao thấp của máy nén lạnh 1( HP1, LP1, HP5, LP5, H1Poil,L1PoiL) và máy nén lạnh 2(HP2, LP2, HP6, LP6, H2Poil, L2PoiL) nguồn chorơle trung gian( từ 1RX đến 12RX), tiếp thường mở role trung gian cấp tới đènbáo, và INPUT của PLC.

Bản vẽ 07: Tương tự bản vẽ 06 lấy nguồn 220VAC( 01 – 5E) cấp điệnđến tiếp điểm của cảm biến áp suất cao thấp của máy nén lạnh 3( HP3, LP3,HP7, LP7, H3Poil, L3PoiL) và máy nén lạnh 4(HP4, LP4, HP8, LP8, H4Poil,L4PoiL) nguồn cho rơle trung gian( từ 13RX đến 24RX), tiếp thường mở roletrung gian cấp tới đèn báo, và INPUT của PLC

Bản vẽ 08: Lấy nguồn 220VAC( 01 -5E), cấp tới tiếp điểm báo trạng tháicủa hệ thống máy nén khí( NP1, NP2, NP3, NP4, NP5, NP6, NP7, NP8,N1Poil, N2Poil, N3Poil, N4Poil) cấp tới role trung gian(từ 25RX đến 36RX),tiếp thường mở role trung gian cấp tới đèn báo, và INPUT của PLC

Trang 27

+ Mạch giám sát đèn báo trạng thái của máy nén

Bản vẽ 09 , 10 , 11, 12 đều lấy nguồn từ: ( 01- 5E), cấp điện tới tiếp điểmthường mở của rơle trung gian( bản vẽ 06 và bản vẽ 07 bản vẽ 08), cấp điện tớiđèn báo trạng thái hoạt động của máy nén lạnh

Tiêu đề	Điều Khiển Hệ Thống Máy Nén Lạnh
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điều khiển hệ thống máy nén lạnh
Thể loại	Đề tài tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	4,58 MB
File đính kèm	final_trangbidien.rar (4 MB)