(TIỂU LUẬN) đồ án môn học TRANG bị điện điện tử máy CÔNG NGHIỆP THIẾT kế điều KHIỂN CHO TRẠM NHIỀU bơm TĂNG áp 2 cấp

DANH MỤC BẢN VẼ03 Mạch rơle trung gian của rơle thứ tự pha và rơle nhiệt 19 04 Mạch rơle trung gian của rơle áp suất thấp 20 05 Mạch rơle trung gian của rơle áp suất cao và rơle mức nước

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỌC PHẦN: TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

MÁY CÔNG NGHIỆP

MÃ HỌC PHẦN: 13318

Giảng viên hướng

dẫn

: PGS.TS HOÀNG XUÂN BÌNH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỌC PHẦN: TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

MÁY CÔNG NGHIỆP

HẢI PHÒNG, 12/2021

1 T ÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI IV

2 M ỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI IV

3 Đ ỐI TƯƠNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU IV

4 P HƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI V

CHƯƠNG 1: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM NHIỀU

BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 1

1.1 Đ Ề XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO TRẠM NHIỀU BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 1

1.1.1 Khái quát chung về công tác thiết kế 1

1.1.2 Thông số kỹ thuật của hệ bơm tăng áp 2 cấp 1

1.1.3 Các yêu cầu về điều khiển cho trạm bơm tăng áp 2 cấp 1

1.2 S Ơ ĐỒ P&ID CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 2

1.2.1 Sơ đồ P&ID cho trạm bơm tăng áp 2 cấp 2

1.2.2 Thuyết minh sự hoạt động của sơ đồ P&ID 4

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ, XÂY DỰNG MẠCH ĐỘNG LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM NHIỀU BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 6

2.1 L ỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 6

2.1.1 Lựa chọn bơm và động cơ lai bơm 6

2.1.2 Lựa chọn các thiết bị đóng cắt phục vụ điều khiển 7

2.2 X ÂY DỰNG MẠCH CẤP NGUỒN , MẠCH ĐỘNG LỰC CHO TRẠM BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 14

2.3 X ÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM NHIỀU BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 24

2.3.1 Thiết kế mạch ghép nối PLC 24

2.3.2 Thiết kế tủ điều khiển cho trạm nhiều bơm tăng áp 2 cấp 30

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM NHIỀU BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 31

3.1 X ÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TRẠM NHIỀU BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 31 3.2 X ÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRẠM NHIỀU BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP 32

3.2.1 Chọn cấu hình trạm PLC 32

3.2.2 Khai báo biến vào ra trong chương trình điều khiển 32

3.2.3 Chương trình điều khiển 33

3.2.4 Giao diện điều khiển trên HMI 38

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC BẢN VẼ

03 Mạch rơle trung gian của rơle thứ tự pha và rơle nhiệt 19

04 Mạch rơle trung gian của rơle áp suất thấp 20

05 Mạch rơle trung gian của rơle áp suất cao và rơle mức nước 21

06 Mạch rơle trung gian cho công tắc tơ 22

07 Mạch rơle trung gian cho tiếp điểm phụ của các aptomat 23

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thuật, tự động hóa có vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực: sản xuất, dịch vụ, tiêu dùng Vậy nên các trạm bơm tăng áp, duy trì lưu lượng, áp suất, của chất lỏng (ví dụ như xăng, dầu, nước sạch ) cũng cần được ứng dụng tự động hóa để tăng năng suất, giảm sức lao động của con người cũng như đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật

Từ những vấn đề trên mà đề tài: “Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều

bơm tăng áp 2 cấp” nhằm giải quyết những khó khăn về tự động hóa trong việc

điều khiển một trạm bơm tăng áp 2 cấp rất phổ biến hiện nay

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Thiết kế điều khiển cho trạm có nhiều bơm tăng áp 2 cấp

3 Đối tương và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

4 Phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý thuyết :

- Tìm hiểu về cấu trúc chung cho một hệ thống điều khiển trạm nhiều bơm tăng áp 2 cấp

Về mặt mô phỏng điều khiển:

- Sử dụng phần mềm Step 7 xây dựng khâu điều khiển

5 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Nắm rõ nguyên lý làm việc của hệ thống để xây dựng hệ thống diều khiển quá trình vận hành hệ thống bơm tăng áp 2 cấp, tăng tính ổn định, bền vững cho hệ thống

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Xây dựng hệ thống điều khiển hoạt động của trạm bơm có nhiều bơm tăng áp 2 cấp có khả năng áp dụng vào thực tiễn.

CHƯƠNG 1: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN CHO

TRẠM NHIỀU BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP

1.1 Đề xuất phương án thiết kế cho trạm nhiều bơm tăng áp 2 cấp 1.1.1 Khái quát chung về công tác thiết kế

Trong thực tế, không phải lúc nào đường ống dẫn chất lỏng cũng duy trì được một mức áp lực nhất định mà nó sẽ thay đổi, càng đi xa hay càng lên cao thì áp lực sẽ càng thấp và cũng có thể do trong quá trình hoạt động xảy ra sự cố như chất lỏng bị rò rỉ

Hệ thống bơm chất lỏng tăng áp thường được sử dụng trong trường hợp cần truyền tải chất lỏng đi xa, hay truyền tải chất lỏng lên cao Khi đó, hệ thống bơm được mắc nối tiếp với nhau nhằm tăng cột áp cho hệ thống

Các bơm hầu như không đòi hỏi thay đổi tốc độ nên phổ biến là dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc, mở máy trực tiếp (nếu công suất nhỏ) hay đổi nối sao tam giác nếu công suất động cơ lớn

1.1.2 Thông số kỹ thuật của hệ bơm tăng áp 2 cấp

Động cơ bơm:

- Trạm bơm bao gồm 4 bơm tăng áp

- Động cơ lựa chọn là loại động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc

- Công suất từ 20-30KW Các chế độ vận hành:

- Chế độ vận hành bằng tay, điều khiển sự hoạt động của hệ thống tại chỗ

- Chế độ điều khiển từ xa bằng máy tính

1.1.3 Các yêu cầu về điều khiển cho trạm bơm tăng áp 2 cấp

Hiện nay do yêu cầu kích thước gọn nhẹ, độ tin cậy cao nên tự động hóa

là xu hướng phát triển chung trong thực tế chế tạo vận hành các hệ thống Các

hệ thống bơm chất lỏng bồn kín, tự động hóa nhằm đạt được mục đích yêu cầu sau đây:

- Giảm bớt hoặc giảm hẳn sự phục vụ của con người đối với sự hoạt động của hệ thống

- Nâng cao tính kinh tế, tính an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ hệ thống

- Nâng cao hiệu suất làm việc

1.2 Sơ đồ P&ID cho trạm bơm tăng áp 2 cấp 1.2.1 Sơ đồ P&ID cho trạm bơm tăng áp 2 cấp

Hệ thống bơm chất lỏng tăng áp thường được sử dụng trong trường hợp cần truyền tải chất lỏng đi xa Vì vậy, ta xây dựng sơ đồ P&ID cho hệ bơm tăng giảm áp 2 cấp sử dụng 4 bơm, được chia làm hai tầng mắc nối tiếp nhau, mỗi tầng có 2 bơm mắc song song với nhau Với cách thiết kế này, sự làm việc luân phiên được đảm bảo (mỗi tầng bơm đều có 1 bơm chạy chính và 1 bơm chạy dự phòng) Các vị trí lắp đặt thiết bị đo được thể hiện trong sơ đồ công nghệ hệ thống bơm chất lỏng tăng áp 2 cấp như hình dưới:

Hình 1.1: Sơ đò P&ID trạm nhiều bơm tăng áp hai cấp Bảng 1.1: Ký hiệu các phần tử được dùng trong hệ thống

13 PG Đồng hồ chỉ thị áp suất

1.2.2 Thuyết minh sự hoạt động của sơ đồ P&ID

Tại thời điểm khi bắt đầu ấn nút start, hệ thống sẽ sẵn sàng hoạt động với điều kiện mức nước cung cấp ở trạng thái bình thường (khi nước bể chứa ở trạng thái LLV, hệ thống sẽ không hoạt động) Khi hệ thống hoạt động, ở cấp tăng áp thứ nhất bơm 1 là bơm tăng áp chính và ở cấp tăng áp thứ hai, bơm 3 là bơm tăng áp chính.

Nước chảy từ bình chứa chảy qua 1 van cầu và các khớp nối mềm tới bơm Sau mỗi bơm đều được đo áp suất bởi các cảm biến, các cảm biến sẽ nối thông qua một van cửa để cho việc thuận tiện tháo lắp các thiết bị đo ra khỏi hệ thống ngay cả khi hệ thống đang làm việc Ở đầu ra của bơm là khớp nối mềm cùng với van một chiều, van này có tác dụng ngăn dòng chất lỏng chảy ngược về bơm gây tổn thất trong hệ thống.

Tại các điểm đo áp suất sau bơm sẽ có 3 trạng thái:

- HP: Mức áp suất cao => to stop

- NP: Mức áp suất thông thường => to running

- LP: Mức áp suất thấp => to stop Trong quá trình vận hành, nếu bơm 1 hoặc bơm 3 gặp sự cố, hệ thống sẽ tự động khởi động bơm dự phòng tương ứng (bơm 2 hoặc bơm 4) Nếu xảy ra các trường hợp như áp suất ở 2 đường ống tổng quá cao hoặc quá thấp, mức nước cung cấp trong bể chứa giảm xuống mức thấp, quá tải nhiệt thì cả hệ thống sẽ dừng hoạt động để tiến hành kiểm tra và sửa chữa.

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ, XÂY DỰNG MẠCH ĐỘNG LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM NHIỀU BƠM

TĂNG ÁP 2 CẤP

2.1 Lựa chọn các thiết bị điều khiển cho trạm bơm tăng áp 2 cấp 2.1.1 Lựa chọn bơm và động cơ lai bơm

Trạm bơm tăng áp có 2 tầng Tầng đầu sẽ sử dụng bơm bơm từ 0 AT đến

15 AT Tầng sau sử dụng bơm từ 15 AT đến 30 AT.

Ta chọn máy bơm ly tâm trục ngang Pedrollo F 50/250AR ( 22kw-30hp) với các thông số sau đây:

- Model: Pedrollo F 50/250AR

- Vật liệu phần núm cảm biến: nhựa PEEK chống bám bẩn, chống dính.

- Tín hiệu output: NPN hoặc PNP.

- Nhiệt độ làm việc: -40 o C – 85 o C

- Tiêu chuẩn bảo vệ: IP67.

- Ứng dụng: đo được chất lỏng như nước, nước thải, bùn, axit, dầu thực vật, dầu diesel, ….

- Đầu nối Ren: 6mm

- Loại reset: Automatic

- Nhiệt độ môi chất: -20 ~ 120 °C

- Tiếp điểm: SPDT (đơn cực 2 ngã); Tiếp điểm: C; NO; NC

- Trọng lượng: 480g

- Kích thước: 93.5mm x 80.0mm

- Xuất xứ: SAGINOMIYA / JAPAN

Hình 2.3: Hình ảnh về rơle áp suất SAGINOMIYA SNS-C135X

Aptomat

Để đóng ngắt không thường xuyên trong các mạch điện người ta sử dụng các aptomat Cấu tạo aptomat gồm hệ thống các tiếp điểm có bộ phận dập hồ quang, bộ phận tự động cắt mạch để bảo vệ quá tải và ngắn mạch Bộ phận cắt mạch điện bằng tác động điện từ theo dòng cực đại Khi dòng vượt quá trị số cho phép chúng sẽ cắt mạch điện để bảo vệ thiết bị

Ta chọn loại aptomat MCCB LS ABN103c với thông số:

- Dòng điện định mức: 40A

- Dòng cắt ngắn mạch: 22kA

- Số cực: 3P

- Chức năng: Đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch

- Tiêu chuẩn: IEC 60947-2

Hình 2.4: Hình ảnh về Contactor 3P LS 32-40A

Chú thích các chân của contactor:

- A1,A2: tiếp điểm điều khiển cuộn hút contactor

- L1, L2, L3: chân lấy nguồn 3 pha

- T1, T2, T3: chân cấp nguồn 3 pha cho tải (thường đấu qua rơle nhiệt)

- 43/44, 13/14: tiếp điểm thường mở NO

- 31/32, 21/22: tiếp điểm thường đóng NC

- Điện áp thử nghiệm xung (Uimp): 6kV

- Chức năng: bảo vệ quá tải cho động cơ

- Dùng cho contactor: 9b, 12b, 18b, 22b, 32a, 40a

MC Cách lắp: lắp trực tiếp vào contactor

- Tiêu chuẩn: IEC 60529

- Xuất xứ: LS Hàn Quốc

Hình 2.5: Rơle nhiệt LS MT-32

Chú thích các chân của Rơle nhiệt:

Rơle bảo vệ thứ tự pha

Lựa chọn Rơle bảo vệ mất pha, sai thứ tự pha Schneider RM22TR33

- Điện áp làm việc : 380 – 440VAC,

- Đầu ra: 2 C/O – 8A

- Time delay: OFF delay (0.1 đến 30 giây)

- Ứng dụng:bảo vệ mất một hay nhiều pha, sụt áp và quá áp, lệch pha

- Tiêu chuẩn: EN/IEC 60255-1

Hình 2.6: Rơle bảo vệ thứ tự pha Schneider RM22TR33

Chú thích chân Rơle bảo vệ thứ tự pha Schneider RM22TR33:

- L1, L2, L3: Chân lấy điện áp 3 pha

- 11/12, 21/22: tiếp điểm thường đóng của rơle

- 14/24: tiếp điểm thường mở của rơle

2.2 Xây dựng mạch cấp nguồn, mạch động lực cho trạm bơm tăng áp 2 cấp 2.2.1 Thiết kế mạch cấp nguồn động lực

Bản vẽ số 01: Mạch cấp nguồn

Thuyết minh bản vẽ:

Trên bản vẽ số 01 thể hiện sơ đồ cấp nguồn động lực cho hệ thống Nguồn điện 3 pha 380V được lấy từ phía hạ áp của máy biến áp sẽ được đưa tới thanh dây cái Từ nguồn 3 pha 380VAC, được đóng cắt bới 1 aptomat 1MCCB, sau 1MCCB nguồn được chia thành các nhánh Nhánh thứ nhất đi tới aptomat 2MCCB và qua 2 cầu chì 1F, 2F bảo vệ, đóng cắt nguồn cho biến áp 1TR 1TR

là biến áp 1 pha 3 cuộn dây để lấy ra được ở đầu ra 2 cấp điện áp là 220VAC và 24VAC Nguồn ra 220VAC được đưa tới các mạch rơle trung gian tại bản vẽ số

03, nguồn ra 24VAC được đưa tới cầu chỉnh lưu để tạo ra điện áp 1 chiều 24VDC và đưa tới cấp cho PLC tại bản vẽ số 07

Nhánh tiếp theo trục 3 pha đi tới 1 rơ le thứ tự pha 1RF qua 3 cầu chì 5F, 6F, 7F để đảm bảo đúng thứ tự pha R, S, T Tiếp điểm của rơle 1RF được đưa đến bản vẽ 03 để thực hiện việc điều khiển đóng cắt công tắc tơ 1MC bảo vệ cho mạch động lực Sau công tắc tơ 1MC, nguồn 3 pha được đưa tới bản vẽ 02 thực hiện cấp nguồn cho các động cơ bơm tăng áp.

Tieu luan

2.2.2 Thiết kế mạch động lực Bản vẽ số 02: Mạch động lực

Các phần tử trong bản vẽ:

- 1MCB, 2MCB, 3MCB, 4MCB: Các aptomat đóng cắt nguồn cho động cơ bơm 1, 2, 3, 4

- 1M, 2M,…,11M, 12M : công tắc tơ

- 1RT, 2RT, 3RT, 4RHT : Rơle nhiệt bảo vệ quá tải động cơ

- M1, M2, M3, M4: động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha roto lồng sóc

Thuyết minh bản vẽ:

Nguồn 3 pha được đi qua các aptomat 1MCB, 2MCB, 3MCB, 4MCB; qua các công tắc tơ 1M, 4M, 7M, 10M để điều khiển đóng cắt các máy bơm, qua các rơle nhiệt 1RT, 2RT, 3RT, 4RT Công tắc tơ 3M, 6M, 9M, 12M để khởi động theo hình sao các động cơ M1, M2, M3, M4 Qua các công tắc tơ 2M, 5M, 8M, 11M để chạy tam giác các động cơ M1, M2, M3, M4.

Tieu luan

2.2.3 Thiết kế mạch rơle trung gian Bản vẽ số 03: Mạch rơle trung gian của rơle thứ tự pha và rơ le nhiệt

Mạch rơle trung gian được lấy nguồn 220VAC tại mạch cấp nguồn bản vẽ (01-3E) (01-5E), mạch rơle trung gian thực hiện đóng cắt nguồn 220VAC cho các cuộn hút của các rơle trung gian 1RL, 2RL, 3RL, 4RL, được khống chế bởi các tiếp điểm của rơle nhiệt 1RT, 2RT, 3RT, 4RT trên sơ đồ động lực động cơ bơm để bảo vệ quá tải nhiệt cho động cơ

Khi có hiện tượng đảo pha, tiếp điểm rơle pha 1RF mở ra cắt nguồn cấp cho công tắc tơ 1MC, ngắt nguồn cấp đến mạch động lực.

Bản vẽ số 04: Mạch rơle trung gian của rơle áp suất thấp

Mạch rơle trung gian thực hiện đóng cắt nguồn 220VAC cho các cuộn hút của các rơle trung gian 5RL, 6RL, 7RL, 8RL, được khống chế bởi các tiếp điểm của rơle áp suất thấp 1LPR, 2LPR, 3LPR, 4LPR

Bản vẽ số 05: Mạch rơle trung gian của rơle áp suất cao và rơle mức nước

Mạch rơle trung gian thực hiện đóng cắt nguồn 220VAC cho các cuộn hút của các rơle trung gian 9RL, 10RL, 11RL,12RL, 13RL được khống chế bởi các tiếp điểm của rơle áp suất cao 1HPR, 2HPR, 3HPR, 4HPR và rơle mực nước thấp 1LVR

Bản vẽ số 06: Mạch rơle trung gian cho công tắc tơ

Mạch rơle trung gian thực hiện đóng cắt nguồn 220VAC cho các cuộn hút của các công tắc tơ 1M, 2M…11M, 12M, được khống chế bởi các tiếp điểm của relay trung gian 14RL, 15RL…24RL, 25RL Các tiếp điểm đóng cắt các cuộn hút của các công tắc tơ tương ứng sẽ thực hiện việc khởi động động cơ theo hình sao tam giác.

Bản vẽ số 07: Mạch rơle trung gian cho tiếp điểm phụ các aptomat

Mạch rơle trung gian các tiếp điểm phụ của các aptomat bảo vệ nguồn cấp

3 pha, bảo vệ nguồn cấp cho máy biến áp và các động cơ bơm.

Tieu luan

Tieu luan

Tieu luan

2.3 Xây dựng mạch điều khiển cho trạm nhiều bơm tăng áp 2 cấp 2.3.1 Thiết kế mạch ghép nối PLC

Bảng 2.1: Thống kê biến đầu vào PLC

1 I0.0 Start

2 I0.1 Stop

3 I0.2 Tín hiệu quá tải động cơ 1

4 I0.3 Tín hiệu quá tải động cơ 2

5 I0.4 Tín hiệu quá tải động cơ 3

6 I0.5 Tín hiệu quá tải động cơ 4

7 I0.6 Tín hiệu áp suất thấp bơm 1

8 I0.7 Tín hiệu áp suất thấp bơm 2

9 I1.0 Tín hiệu áp suất thấp bơm 3

10 I1.1 Tín hiệu áp suất thấp bơm 4

11 I1.2 Tín hiệu áp suất cao bơm 1

12 I1.3 Tín hiệu áp suất cao bơm 2

13 I1.4 Tín hiệu áp suất cao bơm 3

14 I1.5 Tín hiệu áp suất cao bơm 4

15 I1.6 Tín hiệu mức nước thấp trong bể

16 I2.0 Tín hiệu cắt Aptomat tổng

17 I2.1 Tín hiệu cắt Aptomat máy biến áp

18 I2.2 Tín hiệu cắt Aptomat bơm 1

19 I2.3 Tín hiệu cắt Aptomat bơm 2

20 I2.4 Tín hiệu cắt Aptomat bơm 3

21 I2.5 Tín hiệu cắt Aptomat bơm 4

Bảng 2.2: Thống kê biến đầu ra PLC

1 Q0.0 Khởi động bơm 1

2 Q0.1 Bơm 1 chạy tam giác

3 Q0.2 Bơm 1 chạy sao

4 Q0.3 Khởi động bơm 2

5 Q0.4 Bơm 2 chạy tam giác

6 Q0.5 Bơm 2 chạy sao

7 Q0.6 Khởi động bơm 3

8 Q0.7 Bơm 3 chạy tam giác

9 Q1.0 Bơm 3 chạy sao

10 Q1.1 Khởi động bơm 3

11 Q1.2 Bơm 3 chạy tam giác

12 Q1.3 Bơm 3 chạy sao

Bản vẽ số 08, 09, 10: Input PLC

- START, STOP: nút ấn start, stop

- I0.0, I0.1,…: đầu vào của PLC

- 1RL, 2RL,…: các tiếp điểm của các rơle trung gian tương ứng

Bản vẽ số 11: Output PLC

- Q0.0, Q0.1 … : đầu ra của PLC

- 14RL…25RL : các cuộn hút của các rơle trung gian tương ứng

Tieu luan

Tieu luan

Tieu luan

Tieu luan

2.3.2 Thiết kế tủ điều khiển cho trạm nhiều bơm tăng áp 2 cấp

Hình 2.7: Tủ điều khiển trạm bơm tăng áp 2 cấp