Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn hoá chất

 Hố chất trong thùng tiếp tục tăng lên tới mức 1 thì bộ nạp 1 được điều khiển cho ngừng hoạt động.. Vỡ vậy việc cấp điện cho mạch điều khiển được duy trỡ.Khi RA cú điện thỡcỏc tiếp điểm

Môc lôc

Lời mở đầu - 2

Chương 1 : Giới thiệu công nghệ hệ thống - 3

Chương 2 : Thiết kế sơ đồ nguyên lý - 5

Chương 3 : Lựa chọn thiết bị - 14

Chương 4 : Thiết kế lắp ráp - 18

Tài liệu tham khảo - 23

1

Lêi më ®Çu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá, có thể nói tiêu chỉ

để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ tự động hoá trong sản xuất Tác dụng của các công nghệ mới và các dây truyền hiện đại là một phần rất quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất luợng sản phẩm Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ cao và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất.

Đồ án “ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn hoá chất” nhằm

mục đích giúp cho sinh viên làm quen dần với công nghệ trong thực tế, làm quen với các thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạch điều khiển Trang bị cho ta nững kiến thức cơ bản khi trường.

Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong

bộ môn và ý kiến của bạn học đã giúp em hoàn thành bản đồ án này Nhưng trong thời gian tương đối ngắn và kinh nghiệm còn hạn chế nên bản

đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận được sự góp ý của thầy

cô và các bạn.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của

thầy Nguyễn Hồng Quang đã giúp em hoàn thành thiết kế này.

Hà Nội, ngày tháng năm Sinh viên

Ch¬ng I

Giíi thiƯu c«ng nghƯ hƯ thèng

Bơm tháo 1 Van xả 3

Bộ nạp 2 Bộ nạp 1

Thùng trộn

Động cơ khuấy 0

2 1 0

Nguyên lý hoạt động:

 Ban đầu khi ấn nút mở máy thì bộ nạp 1 và bộ nạp 2 hoạt động đồng thời nạp hố chất cùng nạp hố chất vào thùng trộn Lúc này van xả

3 đĩng lại, động cơ khuấy khơng và bơm tháo 4 chưa hoạt động

 Khi lượng hố chất trong thùng trộn tăng lên tới mức 0 thì mở máy cho động cơ khuất hoạt động Trong khi đĩ 2 bộ nạp vẫn tiếp tục hoạt động nạp hố chất vào thùng

 Hố chất trong thùng tiếp tục tăng lên tới mức 1 thì bộ nạp 1 được điều khiển cho ngừng hoạt động Bộ nạp 2 vẫn tiếp tục nạp hố chất vào thùng Động cơ khuấy vẫn hoạt động khuấy hố chất

 Khi luợng hố chất được bộ nạp 2 nạp vào cho tới khi lên đến mức 2 thì bộ nạp 2 được điều khiển cho dừng lại Động cơ khuấy vẫn tiếp tục hoạt động Đồng thời lúc này thì van xả 3 mở ra bơm tháo 4 hoạt động hút hố chất khỏi thùng trộn Lượng hố chất trong thùng giảm dần từ mức 2 qua mức 1 tới mức 0 Khi lượng hố chất vừa toíe mức

0 thì đồng thời xảy ra:

 Bơm tháo 4 ngừng hút hố chất

 Bộ nạp hoá chất 2

 Van xả 3 và bơm tháo 4

Hai bộ nạp được điều khiển ngừng hoạt động ở 2 thời điểm khác nhau

để đảm bảo là hoá chất đuợc trộn theo tỷ lệ nhất định Khi đó hoá chấtđược nạp bởi bộ nạp 2 là lớn hơn so với lượng hoá chất nạp bởi bộ nạp 1

Chơng II

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

Ta dựng phương phỏp ma trận trạng thỏi để tổng hợp sơ đồ nguyờn lý

I Xỏc định biến đầu vào:

Ta gọi cỏc biến đầu vào là a,b,c,d trong đú

a: Là biến đầu vào chỉ trạng thỏi làm việc của hệ thống mỏy trộn

a = 0 khi hệ thống khụng làm việc

a = 1 khi hệ thống làm việc

b: Là biến đầu vào chỉ trạng thỏi của lượng hoỏ chất trong thựng khi

ở mức 0 - trạng thỏi của rơle mức R0 tại 0

b = 0 khi lượng hoỏ chất trong thựng ở dưới điểm 0

b = 1 khi lượng hoỏ chất trong thựng ở trờn điểm 0

c: Là biến đầu vào chỉ trạng thỏi của lượng hoỏ chất trong thựng khi

ở mức 1- trạng thỏi của rơle mức R1 tại 1

c = 0 khi lượng hoỏ chất trong thựng ở dưới điểm 1

c = 1 khi lượng hoỏ chất trong thựng ở trờn điểm 1

d: Là biến đầu vào chỉ trạng thỏi của lượng húa chất trong thựng khi

ở mức 2- trạng thỏi của rơle mức R2 tại 2

d = 0 khi lượng hoỏ chất trong thựng ở dưới điểm 2

d = 1 khi lượng hoỏ chất trong thựng ở trờn điểm 2

II Xỏc định biến đầu ra

Đ0: là tớn hiệu đúng cắt động cơ khuấy 0

Đ0 = 0 khi động cơ khuấy khụng hoạt động

Đ0 = 1 khi động cơ khuấy hoạt động

Đ1: là tớn hiệu điều khiển bộ nạp 1

Đ1 = 0 khi bộ nạp 1 khụng nạp hoỏ chất

Đ1 = 1 khi bộ nạp 1 nạp hoỏ chất

Đ2: là tớn hiệu điều khiển bộ nạp 2

Đ2 = 0 khi bộ nạp 2 khụng nạp hoỏ chất

Đ2 = 1 khi bộ nạp 2 nạp hoỏ chất

Đ3: là tớn hiệu điều khiển van xả 3 và bơm thỏo 4

Đ3 = 0 khi van xả 3 đúng lại và bơm thỏo 4 khụng hoạt động

Đ3 = 1 khi van xả 3 mở ra và bơm thỏo 4 hoạt động

III Lập graph chuyển trạng thỏi

Ta cú tổ hợp biến đầu vào và đầu ra

0 1 2 3

abcd

Đ Đ Đ Đ

5

Graph chuyển trạng thái như sau:

Lập ma trận chuyển dịch MII: Để tạo thành ma trận chuyển dịch MII ta

phải nhập hàng Việc nhập hàng theo nguyên tắc sau

+ Không cần chú ý tới tín hiệu đầu ra

+ Trên cùng một cột phải có cùng kí hiệu

Do đó ta nhập các hàng như sau: Nhập hàng 1 – 2 – 3 – 4

Nhập hàng 5 – 6 – 7

IV Xác định biến trung gian và cách mã hoá

Số biến trung gian được xác định như sau

(5)(6)(7)(8)

X

Y

Ma trận Cacnô cho biến trung gian X

0 1 2 3

X

Y

11

Thuyết minh hoat động của sơ đồ

Đầu tiờn ta đúng cầu dao để cấp điện từ nguồn cho mạch điều khiển.Sau đú ta nhấn nỳt mở mỏy M để cung cấp điện cho toàn bộ mạch điềukhiển chuẩn bị cho cỏc quỏ trỡnh làm việc của hệ thống Khi nhấn nỳt M thỡrơle RA cú điện Tiếp điểm thường mở RA(1,5), thường đúng RA(5,11)

mở ra nờn RB khụng cú điện nờn tiếp điểm thường đúng RB(5,6) vẫn đúng

Vỡ vậy việc cấp điện cho mạch điều khiển được duy trỡ.Khi RA cú điện thỡcỏc tiếp điểm thường mở RA(2,23) và RA(5,29) đều đúng lại Do lượnghoỏ chất trong thựng chưa cú nờn rơle mức R0 chưa cú tớn hiệu nờn tiếpđiểm thường đúng b(23,24) chưa mở ra Và cũng do rơle trung gian X chưa

cú điện nờn tiếp điểm thường đúng X(29,30) cũng chưa mở ra

Vỡ vậy 2 cụng tắc tở Đ1, Đ2 đều cú điện Cỏc tiếp điểm thường mởcủa Đ1, Đ2 trờn mạch lực đúng lại cấp điện cho 2 động cơ của 2 bộ nạp hoạtđộng.Cỏc tiếp điểm thường đúng Đ1(5,42); Đ1(31,44) và Đ2(5,46);

Đ2(33,48) đều mở ra đảm bảo cụng tắc tơ H1 và H2 khụng cú điện nờnnguồn một chiều khụng được đúng vào động cơ Đồng thời rơle thời gian1Rth cú điện, tiếp điểm 1Rth(5,26) tớnh thời gian mở chậm, tiếp điểm1Rth(5,28) tớnh thời gian đúng chậm Lỳc này cụng tắc tơ KY1 đang cú điện,tiếp điểm thường mở KY1 trờn mạch lực đúng lại, động cơ 1 được khởi độngvới nối dõy hỡnh sao Hết thời gian duy trỡ thỡ tiếp điểm 1Rth(5,26) mở rađồng thời 1Rth(5,28) đúng lại cụng tắc tơ KY1 mất điện, tiếp điểm thườngmởcủa nú mở ra, cụng tắc tơ KD1 cú điện đảm bảo động cơ 1 đó được nốidõy hỡnh tam giỏc Như vậy động cơ 1 đó được thực hiện khởi động Quỏtrỡnh khởi động với động cơ bộ nạp 2 cũng tương tự

Khi lượng hoỏ chất trong thựng trộn dõng lờn tới mức 0 thỡ rơle mứcR0 tỏc động tiếp điểm thường đúng b(23,24) mở ra, nhưng đồng thời tiếpđiểm thường mở b(5,25) đúng lại đảm bảo vẫn cấp điện cho bộ nạp hoạtđộng.Tiếp điểm thường mở b(5,17) đúng lại cụng tắc tơ Đ0 cú điện lamdcho động cưo khuấy hoạt động.Việc khởi động đối với động cơ khuấy cũngdiễn ra tương tự Lượng hoỏ chất trong thựng trộn tiếp tục tăng lờn khi tớimức 1 thỡ rơle mức R1 tỏc động Tiếp điểm thường đúng c(27,27) mở radẫn tới cụng tắc tơ Đ1, và rơle thời gian 1Rth bị mất điện do đú động cơ Đ1

ngừng nạp hoỏ chất Đồng thời động cơ cũng đó được đổi nối dõy về dạnghỡnh sao Cỏc tiếp điểm thường đúng Đ1(5,42); Đ1(31,44) trở lại trạng thỏiđúng làm cho rơle thời gian 4Rth, cụng tắc tơ H1 cú điện thực hiện quỏtrỡnh hóm cho động cơ của bộ nạp 1 Khoảng thời gian thực hiện hóm làkhoảng thơig gian mở chậm của tiếp điểm thường đúng mở chậm4Rth(5,31) Như vậy động cơ bộ nạp một được được dừng hoạt động vàthực hiện hóm động năng như đỳng yờu cầu cụng nghệ.Lỳc nỏy động cưokhuấy vắn hoạt động đảm bảo hoỏ chất đựoc trộn đều

Lượng hoỏ chất trong thựng trộn lỳc này chỉ do bộ nạp 2 cung cấp.Khi lượng hoỏ chất tăng lờn tới mức 2 thỡ rơle mức R2 tỏc động Tiếp điểmthường mở d(5, 20) đúng lại làm cho rơle trung gian X cú điện Tiếp điểm

thường đóng X(29,30) mở ra công tắc tơ Đ2, và rơle thời gian 2Rth đều mấtđiện Bộ nạp 2 ngừng hoạt động.Qúa trình ngừng hoạt động và thực hiệnhãm diễn ra tương tự như đối với động cơ bộ nạp 1 Cùng lúc đó do rơletrung gian X có điện nên tiếp điểm thường mở X(5,36) đóng lại làm chocông tắc tơ Đ3 có điện Các tiếp điểm thường mở của Đ3 đóng lại Van xảđược mở ra động cơ bơm tháo 4 hoạt động tháo hoá chất ra ngoài Quatrình khởi động động cơ bơm tháo tương tự như đối với các động cơ ở trên.Tiếp điểm thường mở b(5,17) vẫn đóng lên động cơ khuấy vẫn hoạt độngsuốt trong quá trình trộn hoá chất.

Lưọng hoá chất được tháo ra khỏi thùng trộn nên giảm dần khi hóchất giảm qua mức 2 thì rơle R2 trở lại trạnh thái mở nên tiếp điểm thường

mở d(5,17) đang đóng mở ra nhưng do công tắc tơ X đã đựoc duy tri cóđiện bằng tiếp điểm X(13,0) nên động cơ khuấy vẫn hoạt động Lượng hoáchất tiêp tục giảm xưống khi nó giảm qua mức 1 thì rơle mức R1 cũng trởlại trạng thái ban đầu tiếp điểm thường đóng c(25,27) đang mở sẽ đóng lạinhưng do tiếp điểm thường đóng X(27,24), X(29,30) đang mở nên côngtác tơ Đ1, và Đ2 khổng thể có điện Đồng thời tiếp điểm thường mở X(5,36)vẫn đóng vẫn đảm bảo hóa chất được trộng đều Hoá chất tiếp tục giảmxưống tới mức 0 Khi lượng hoá chất vừa qua mức 0 thì rơle mức R0 tácđộng trở về trạng thái ban đầu, điểm tiếp thường mở b(5,13) đang đóng mở

ra làm cho công tắc tơ X mất điện tiếp điểm thường mở X(5,36) đang đóng

mở ra công tắc tơ Đ3 mất điện Van xả 3 đóng lại, động cơ bơm tháo 4ngừng hoạt động Quá trình ngừng hoạt động cũng đựoc thực hiện hẵmđộng năng như trên Lúc này do có tiếp điểm thường mở mở chậm7Rth(15,22) nên công tắc tơ Y có điện, tiếp điểm thường mở Y(5,17) đónglại đảm bảo cho động cơ khuấy vẫn hoạt động Tiếp điểm thường mởb(5,25) đóng lại nên công tắc tơ Đ1, và công tắc tơ Đ2 đồn thời lại có điệnhoá chất lại đựoc nạp vào thùng trộn bắt đầu lại một quá trình mới

Trong quá trình trộn hoá chất nếu bị mất điện đột ngột thì ta có thể

xử ly như sau:

 Nếu như ta muốn tiêp tục nạp hoá chất thì ta lại nhấn nút mởmáy Khi đó tuỳ vào lượng hoá chất đã có sẵn trong thùng trộn mà hệthống hoạt động Nếu lượng hoá chất mà dưới mức 1 thì hệ thốnghoạt động cả bộ nạp Nếu lượng hoá chất mà trên mức 1 thì hệ thốngchỉ hoạt động bọ nạp 2 Nếu lượng hoá chất mà trên mức 2 thì 2 bộbnạp sẽ không hoạt động chỉ có van xả và bơm tháo hoạt động

 Nếu như ta không muốn sử dụng tiêp lượng hoá chất đó nữathì ta nhấn nút reset Khi đó rơle trung gian RB có điện Tiếp điểmthường đóng RB(5,7) mở ra đảm bảo rơle RA không có điện Cùnglúc đó tiếp điểm thường mở RB(5,36) đóng lại làm cho van xả mở ra

và bơm tháo hoạt động Khi lượng hoá chất đựơc tháo hết ra rồi đểhoạt động hệ thống ta lại nhấn nut mở máy khi đó thì rơle RA lại cóđiện còn rơle RB thì không có điện đảm bảo không bị xả hoá chấttrong quá trình đang trộn

13

Chơng III

Lựa chọn thiết bị

Sau khi thiết kế xong mạch động lực và mạch điều khiển ta tiến hànhbứoc tiếp theo của quỏ trỡnh thiết kế là là tớnh toỏn và chọn thiết bị cho hệthống Việc chọn thiết bị phải đảm bảo sao cho sơ đồ hoạt động đỳng yờucầu

I Lựa chọn động cơ điện.

Theo yờu cầu cụng nghệ ta chọn cỏc động cơ điện rụto lồng súc cho thiết bị như sau:

 Chọn động cơ khuấy cú cụng suất P = 30(kW)

 Bộ nạp 1 và 2 là mỏy bơm cú cụng suất P = 10(kW)

 Bơm thỏo 4 chọn bơm cú cụng suất P = 10(kW)

Ta cú bảng lựa chọn như sau:

Tờn U (kđm W) I (A)đm Hiệu suất cosđm

II Lựa chọn thiết bị bảo vệ:

Cỏc thiết bị bảo vệ cú vai trũ quan trọng trong quỏ trỡnh vận hànhthiết bị làm việc vỡ nú đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị Vỡvậy cần lựa chọn cỏc thiết bị phự hợp với yờu cầu cụng nghệ đó cho

1 Chọn cầu dao cho mạch động lực:

Cầu dao là thiết bị bảo vệ cú tỏc dụng để đúng cắt nguồn điệncho toàn hệ thống làm việc vỡ vậy nú phải thoả món yờu cầu là chịu đượcdũng, ỏp lớn và cú khả năng dập tắt hồ quang Ngoài ra cầu dao cũn conhiệm vụ cắt điện tạo khoảng cỏch ly khi sửa chữa

Cầu dao được chọn theo điều kiện sau:

Trong

::

U Điện áp định mức của l ới

U Điện áp định mức của cầu dao cần chọn

I òng điện định mức của cầu dao cần chọn

Do đú ta chọn loại cầu dao 5TE7 413 do Siemens chế tạo cú cỏc thụng số như sau:

cốt(mm2) lượng(Kg)

1 Chọn cầu chỡ cho cỏc động cơ :

Cầu chỡ là thiết bị bảo vệ ngắn mạch 1 pha hoặc 3 pha:

- Đối với động cơ ta phải đặt cầu chỡ trờn cả 3 pha

- Đối với mạch điều khiển thỡ ta chỉ đặt cầu chi trờn một pha (Cấm đặt cầu chỡ trờn dõy trung tớnh và dõy nối đất)

Điều kiện chọn cầu chỡ như sau:

d L cb

d

K.II

Trong

U

đcc dđcc

đmĐC dđdc

đcc L

l

dđcc cb dddc

I à dòng điện danh định của cầu chì

I là dòng làm việc c ỡng bức

I là dòng điện dây chảy của cầu chì

K=5 hệ số khởi động =2,5 khởi động nhẹ =1,5-:-2 khởi động nặng

aa

Chọn cầu chỡ 1cc cho động cơ khuấy:

Chọn cầu chỡ 2cc, 3cc, 4cc cho cỏc bộ nạp và bơm thỏo:

³

Như vậy ta chọn cầu chỡ loại p -P 2do Liờn Xụ cũ chế tạo cúcỏc thụng số như sau: Dũng điện định mức cầu chỡ 60(A) và dũng điện dõychảy 45(A) với điện ỏp là 380(V)( Tra TL 3)

1 Chọn van xả và cầu chỡ 5cc:

15

Ta chọn van xả loại van điện từ điện áp xoay chiều là DGS4 do hãng GlobalSpec cung cấp có các thông số như sau:

1 Chọn cầu chì cho mạch điều khiển:

Ta cũng chọn cầu chì cho mạch điều khiển loại 3NA2 804 có dòng điện định mức và áp định mức như trên

1 Chọn rơle nhiệt:

Là thiết bị bảo vệ dài hạn Khi có hiện tượng quá tải dòng điệnvượt quá trị số cho phép thì sẽ gây lên phát nóng đối với dây quấn củathiết bị nên dễ gây cháy máy điện Khi dòng qua Rơle nhiệt quá trị số dòngcho phép trong khoảng thời gian chỉnh định thì Rơle nhiệt có tác dụng cắtđiện ra khởi mạch điều khiển đồng thời ngừng toàn bộ quá trình hoạt động.Rơle nhiệt có tiếp điểm là loại không tự phục hồi nên sau khi đã tác độngthì phải án phục hồi bằng tay Trong mạch ta sử dụng 8 Rơle nhiệt nên tachọn chung cùng 1 loại rơle nhiệt để cho dễ dàng thuận tiện cho việc sửa

chữa thay thế Chúng ta chọn loại rơle nhiệt CDRE17 do Trung Quốc chế

tạo với các đặc tính như sau: Dòng điện cho phép từ 0,1 125A điện áp cóthể chịu được tới 660 V

1 Chọn thiết bị điều khiển:

Điện áp của mạch điều khiển là 220(V) và là điện áp pha

a Tính chọn công tắc tơ K ,K ,K ,K ,K ,K ,K ,K Y0 D 0 Y1 D 1 Y2 D 2 Y3 D 3

Các công tắc tơ này có 3 tiếp điểm thường mở trên mạch lực do

đó với công tắc tơ K ,K điều khiển động cơ khuấy ta chọn loại công tắc Y0 D 0

tơ có thể chịu được dòng ³ 57(A), các công tắc tơ còn lại ta chọn loại chịu

được dòng ³ 19(A) Ta chọn loại công tắc tơ CR453/CR353 có thể chịu

được dòng điện cho phép từ 20 150 A do hãng GE sản xuất.

b Tính chọn các công tắc tơ Đ 0, Đ1 , Đ 2 , Đ 3

Các công tắc tơ này để đóng điện cho các động cơ khi hoạt động

và cắt điện động cơ để thực hiện hãm hoặc dừng làm việc Việc lựa chọncác công tắc tơ này tương tự như đối với các công tác tơ K ,KY D Các công

tắc tơ này có 3 tiếp điểm thường mở và hai tiếp điểm thường đóng Ta chọn

loại công tắc tơ CR453/CR353 có thể chịu được dòng điện cho phép từ

c Chọn các Rơle trung gian X, Y, RA, RB

Ta chọn cùng một chủng loại rơle trung gian cho thuận tiện choviệc sửa chữa và thay thế Chúng ta lựa chọn các rơ le trung gian có các

tiếp điểm thường đóng và thường mở loại MK3P-I với dòng điện 10A và điện áp pha 220V do hãng OMRON sản xuất.

d Chọn các Rơle thời gian

Trong mạch điều khiển ta dử dụng Rơle thời gian để tạo khoảng thời gian trễ giúp cho việc khởi động và hãm Đối các rơle thời gian Rth,

1Rth, 2Rth, 3Rth dùng để chuyển sao tam giác ta chọn loại rơle H3CR –

G8L của hãng OMRON dải thời gin của rơle này là từ 0,05(s) tới 300(h)

Các rơle thời gian còn lại ta chọn H3JA cũng của OMRON sản xuất.

e Chọn Rơle mức R 0, R1 , R 2

Các rơle mức ta cũng chọn của hãng OMRON sản xuất loại 61F – G – AP

tiện lợi cho mọi loại chất lỏng, thích hợp cho việc hệ thống bơm tự động

17