THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG MÁY BƠM CHO HẦM LÒ

Trong nền công nghiệp hiện nay việc ứng dụng tự động hoá ngày càng phát triển , như trong các dây truyền sản xuất của các nhà máy , các khu khai thác khoáng sản như than , dầu , quặng... .Khi ứng dụng quá trình tự động hái vào dây truyền sẽ mang lại một hiệu quả cao hơn và có độ tin cậy .Khi các mạng điện ngày càng phát triển rộng khắp thì tỉ lệ với nó là sự ứng dụng các dây truyền tự động hoá cũng phát triển . Sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ ngày càng cao. Những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tử công suất, Kỹ thuật đo lường.... đã và đang được triển khai trên quy mô rộng lớn, tạo nên những thiết bị và dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động với năng suất cao và chất lượng tốt. Việc khai thác khoáng sản rất quan trọng trong nền kinh tế và nền công nghiệp nước ta hiện nay .

Thiết kế môn học điều khiển logic

MỞ ĐẦU

Trong nền công nghiệp hiện nay việc ứng dụng tự động hoá ngày càngphát triển , như trong các dây truyền sản xuất của các nhà máy , các khukhai thác khoáng sản như than , dầu , quặng Khi ứng dụng quá trình tựđộng hái vào dây truyền sẽ mang lại một hiệu quả cao hơn và có độ tincậy Khi các mạng điện ngày càng phát triển rộng khắp thì tỉ lệ với nó là sựứng dụng các dây truyền tự động hoá cũng phát triển

Sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ

cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất Với vai trò là mũi nhọncủa kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ ngàycàng cao Những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học côngnghiệp, Điện tử công suất, Kỹ thuật đo lường đã và đang được triển khaitrên quy mô rộng lớn, tạo nên những thiết bị và dây chuyền công nghiệp sảnxuất tự động với năng suất cao và chất lượng tốt

Việc khai thác khoáng sản rất quan trọng trong nền kinh tế và nền côngnghiệp nước ta hiện nay

Do vậy việc phát triển nó đi kèm với việc nâng cao hiệu quả khai thác vàcác biện pháp bảo vệ cho các hầm lò Với khí hậu nước ta thì rất có nhiềubất lợi đối với các hầm lò vì rất hay bị ứng lụt do mưa nhiều Nên việc cấpbách đặt ra là làm thế nào để xử lý đúng lúc , đúng chỗ khi bị úng lụt tronghầm lò Phương pháp thiết kế hệ thống bằng Grafcet là công cụ rất hữu ích

để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của hệ tự động hoá các quá trìnhđiều khiển

Vì vậy, sử dụng công cụ Grafcet để thiết kế hệ thống điều khiển hoạtđộng của các bơm theo yêu cầu công nghệ đã đề ra là phương pháp thiết kếcho độ chính xác và độ tin cậy cao nhất

Thiết kế môn học điều khiển logic

Bơm 2 sẽ hoạt động khi mức nước ở trên mức 2 và không hoạt động khimức nước ở dưới mức 2

Bơm 3 sẽ hoạt động khi mức nước ở trên mức 3 và không hoạt động khimức nước ở dưới mức 3

Bơm 4 sẽ hoạt động khi mức nước ở trên mức 4 và không hoạt động khimức nước ở dưới mức 4

Dùng GRAFCET để thiết kế hế thống , phương án mạch điều khiển vàmạch lực dùng động cơ rôto lồng sóc

Ứng với mỗi bơm sẽ là một động cơ xoay chiều không đồng bộ bapha

Bơm 1 : Động cơ có công suất P1 = 15 (KW)

Bơm 2 : Động cơ có công suất P2 = 15 (KW)

Bơm 3 : Động cơ có công suất P3 = 15 (KW)

Bơm 4 : Động cơ có công suất P4 = 40 (KW)

PHẦN I : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ :

Gọi ao , a1 , a2 , a3 , a4 là các phần tử nhận biết tín hiệu của mức nước trong hầm lò

ao= 1 Khi mức nước ở trên mức 0 hoặc bằng mức 0

ao = 0 Khi mức nước ở dưới mức 0

a1= 1 Khi mức nước ở trên mức 1 hoặc bằng mức 1

a1 = 0 Khi mức nước ở dưới mức 1

a2= 1 Khi mức nước ở trên mức 2 hoặc bằng mức 2

a2 = 0 Khi mức nước ở dưới mức 2

a3= 1 Khi mức nước ở trên mức 3 hoặc bằng mức 3

a3 = 0 Khi mức nước ở dưới mức 3

a4= 1 Khi mức nước ở trên mức 4 hoặc bằng mức 4

a4 = 0 Khi mức nước ở dưới mức 4

Thiết kế môn học điều khiển logic

1 LẬP GRAFCET I :

2 LẬP GRAFCET II

3 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI

Thiết kế môn học điều khiển logic

4 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN KHÔNG TIẾP ĐIỂM :

5.SƠ ĐỒ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Thiết kế môn học điều khiển logic

6.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH

Khi ta đóng tất cả các cầu dao ( cầu dao tổng và cầu dao trước cácmáy bơm ) ấn load để toàn bộ các phần tử trở về 0 Sau đó ta ấn nút mở

g

Lúc đó g=1 do vậy S0+ = 1 do S0-= 0 cho nên S0=1 Khi S0=1

thì rơle trung gian X0 có điện làm tiếp điểm x0 đóng lại

Khi mức nước dâng lên trên a1 ( đã qua a0 ) thì tín hiệu a1 = 1 dẫn

tơ M1 có điện dẫn đến tiếp điểm M1 đóng lại động cơ ĐK1 đượccấp điện và bơm 1 được hoạt động

Khi mức nước dâng lên tới điểm a2 dẫn đến a2 = 1 do đó S2- =

0 suy ra S2 = 1 cuộn hút của rơle trung gian có điện làm cho tiếpđiểm x2 đóng lại dẫn đến cuộn hút của công tắc tơ M2 có điện làmcho tiếp điểm M2 đóng lại động cơ ĐK2 được cấp điện và bơm 2được hoạt động

Khi mức nước dâng lên đến điểm a3 thì a3 =1 suy ra S3- = 0dẫn đến S3 =1 cuộn hút rơle trung gian X3 có điện làm cho tiếpđiểm x3 đóng lại suy ra cuộn hút của công tắc tơ M3 có điện dẫnđến tiếp điểm M3 đóng lại do vậy bơm 3 được đưa vào hoạt động

Khi mức nước dâng lên mức a4 thì a4 = 1 cung lúc đó S4- = 0

do vậy S4 = 1 cuộn hút của rơle trung gian X4 có điện tiếp điểm x4

đóng lại làm cho cuộn hút của công tắc tơ M4 có điện dẫn đến tiếpđiểm M4 đóng lại Cùng lúc đó Rth có điện dẫn đến tiếp điểm củaRth đang trong thời gian đóng chậm suy ra điện trở r được đưa vào

để khở động Sau một thời gian đóng chậm tiếp điểm Rth đóng lạisuy ra cuộn hút của công tắc tơ H có điện dẫn điến tiếp điểm Hđóng lại ngắt điện trở ra khỏi quá trình khởi động

Khi mức nước hạ dần xuống dưới a4 suy ra a4 = 0 dẫn đến S4

-= 1 làm cho S4 = 0 cuộn hút của rơle trung gian X4 mất điện tiếpđiểm x4 mở ra cuộn hút của công tắc tơ M4 mất điện làm cho tiếpđiểm M4 mở ra động cơ ĐK4 bị ngắt điện bơm 4 ngừng hoạt động

Khi mức nước hạ dần xuống dưới a3 đẫn đến a3 = 0 suy ra S3

-= 1 làm cho S3 = 0 do vậy cuộn hút của rơle trung gian X3 mấtđiện dẫn đến tiếp điểm x3 mở ra cuộn hút của công tắc tơ M3 mấtđiện dẫn đến tiếp điểm M3 mở ra do đó động cơ ĐK3 bị ngắt điện ,bơm 3 ngừng hoạt động

Khi mức nước hạ dần xuống dưới a2 dẫn đến a2 = 0 suy ra S2

-= 1 làm cho S2 = 0 do đó cuộn hút của rơle trung gian X2 mất điệnlàm cho tiếp điểm x2 mở ra cuộn hút của công tắc tơ M2 mất điệnsuy ra tiếp điểm M2 mở ra động cơ ĐK2 bị ngắt điện bơm 2 ngừnghoạt động

Khi mức nước hạ dần xuống dưới a1 trên a0 thì a1 = 0 dẫn đến

S1+ = 0 nhưng do mức nước ở trên a0 do đó a0 = 1 nên S1- = 0 suy

ra mạch lật giữ nguyên trạng thái nghĩa là S1 = 1 ( bơm 1 vẫn hoạtđộng )

Thiết kế môn học điều khiển logic

Khi mức nước hạ dần xuống dưới a0 dẫn đến a0 = 0 suy ra S1

-= 1 suy ra S1 = 0 làm cho cuộn hút của rơle trung gian X1 mất điệntiếp điểm x1 mở ra làm cho cuộn hút của công tắc tơ M1 mất điệndẫn đến tiếp điểm M1 mở ra làm cho động cơ ĐK1 mất điện bơm 1người hoạt động

PHẦN II : TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN

Công suất của các động cơ:

dựa theo tiêu chuẩn

Theo điều kiện làm việc bình thường : Iđmcc ≥ Iđmđc

Theo điều kiện mở máy : Iđmcc ≥

5 , 2

c

Immd

(khi mở máynhẹ)

Với Immdc : dòng điện động cơ lúc mở máy

Iđmđc :dòng điện định mức của động cơ

Tra theo tài liệu của hãng Mitsubishi, với động cơ công suất 15

KW thì ta dùng loại Rơle nhiệt N20TA

Với động cơ 40 KW dùng loại Rơle nhiệt N60TA

Vậy với các bơm 1,2 ,3 ta chọn loại N20TA của hãng Mitsubishisản xuất, là Rơle 2 cực , tự phục hồi Kích thước 74 x 72 mm

Với bơm 4 ta chọn Rơle loại N60TA do của hãng Mitsubishi sảnxuất, là Rơle 2 cực Kích thước 89 x 74 mm

3, Chọn công tắc tơ :

Tra theo tài liệu của hãng Mitsubishi, với động cơ công suất 15

KW thì ta dùng loại công tắc tơ S-2xN25, với động cơ 40 KWdùng loại cống tắc tơ

S-2xN80

Thiết kế môn học điều khiển logic

Vậy với các bơm B1,B2 ,B3 ta chọn loại S-2xN25 của hãng

Iđm(A) Uđm(V) Uđk(V) Pđk(VA)

Kích thước 270 x 140 mm

4,Chọn cầu dao

Chọn cầu dao loại 3 cực với điện áp 600V và dòng 60A

Kích thước 80 x 180 mm cho 3 động cơ B1,B2,B3

Chọn cầu dao loại 3 cực với điện áp 600V và dòng 100A

Kích thước 120 x 200 mm cho động cơ B4

Tất cả đều do Việt nam sản xuất

5, Chọn Rơle thời gian

Ta dùng Rơle thời gian RTh có tiếp điểm thường mở đóng chậm

với thời gian chỉnh định từ 3 ÷ 5 giây để phục vụ quá trình khởi

Thời gian trễ Số tiếp điểm Điện áp Công suất

6,Chọn cầu chì và cầu dao cho mạch điều khiển

Ta phải tính dòng tổng của mạch điều khiển:

Ta chọn cầu chì loại π P2 có dòng định mức của cầu chì là 15 A,

dòng định mức của dây chảy là 6 A

Chọn cầu dao loại 2 cực có dòng định mức là 30 A do Việt Nam

Thiết kế môn học điều khiển logic

Tầng khuyếch đại tín hiệu :chọn T C338 có nguồn nuôi 12VDC

Chọn rơle trung gian P∋ _ 500 có Ucuộn hút = 12VDC

Các IC này đều có nguồn nuôi là +5V

Chọn 5 phần tử D-F-F (D-Flip- Flop) đồng bộ theo sườn xung nhịp

PHẦN III : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ LẮP RÁP

Thiết kế môn học điều khiển logic

C1 – C1.B§K

16 – §K4

C2 – C2.B§K

17 – §K4

Thiết kế môn học điều khiển logic

-Thiết kế môn học điều khiển logic

KẾT LUẬNSau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn

tận tình của thầy giáo Phan Cung và sự giúp đỡ của các bạn cùng

lớp, em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao của bản đồ án: Thiết

kế hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống máy bơm trong hầm

lò

Trong nội dung nghiên cứu của bản đồ án này, em đã thực hiện

được các nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu công nghệ và yêu cầu đối với hệ thống điều

khiển hoạt động của các máy bơm

- Dùng phương pháp Grafcet để tổng hợp và hiệu chỉnh

- Xây dựng sơ đồ lắp ráp và bảng nối dây

Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi nững thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng

góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Ngày 13 tháng 1 năm 2002

sinh viên

Nguyễn Phú Hồng Lâm