bom nuoc binh ho

7/31/2019 bom nuoc binh ho

http://slidepdf.com/reader/full/bom-nuoc-binh-ho 1/36

Đồ án môn học Trang bị điện

LỜI MỞ ĐẦU

Trong các đô thị và các vùng đô thị hóa hệ thống thoát nước và hệ thống

cấp nước là một trong những hệ thống cơ sở hạ tầng rất quan trọng, không thể

thiếu được. trong hệ thống cấp nước và hệ thống thoát nước thì công trình thu

nước trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp thoát nước là những công trình chủ yếu

và rất quan trọng. ở đồ án trạm bơm cấp I sẽ nghiên cứu về các quy trình thu

nước từ nguồn nước ngầm và nguồn nước mặt đưa lên trạm xử lý hoặc bể chứa.Việc thực hiện đồ án này rất là bổ ích cho các sinh viên, nó sẽ giúp các

sinh viên tự tìm tòi học hỏi, và hiểu ra nhiều quy trình cấp thoát nước và cách

vận hành của nó, từ đó sẽ làm nền tảng và nguồn kiến thức dồi dào cho các sinh

viên khi hoạt động trong các công tác chuyên ngành của mình và các hoạt động

trong đời sống về lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thống cấp nước. Các hệ

thống bơm chất lỏng bình hở được ứng dụng rất rộng rãi .Bài viết tuy không dài nhưng hi vọng có thể đáp ứng lại một phần nào đó

nhu cầu tìm hiểu về hệ thống bơm nước lên bình hở. Và từ đó chúng ta có một

cái nhìn đầy đủ hơn về hệ thống bơm và các chương trình điều khiển.

Bài viết này còn rất nhiều thiếu sót, em mong nhận được những đánh giá,

những lời góp ý của thầy cô và các bạn.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Thắng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức ThắngLớp: ĐTĐ 47 - ĐH2

1




MỤC LỤC

Trang

Chương 1. Tổng quan hệ thống bơm chất lỏng, cấu tạo bơm…………….. 3

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống máy bơm……………….. …………….. 3

1.2. Hệ thống bơm chất lỏng lên bình hở .………………………………… 16

Chương 2. Thiết kế điều khiển, hệ truyền động điện cho trạm có nhiều bơm

2.1. Xây dựng mạch điều khiển …………………………………………. 17

2.2. Xây dựng mạch động lực …………………………………………… 23

Chương 3. Viết chương trình điều khiển ………………………………... .27

3.1. Viết chương trình điều khiển cho PLC ……………………………... 24

3.2. Mô phỏng …………………………………………………………… 30


2




CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG BƠM CHẤT LỎNG

CẤU TẠO BƠM

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống máy bơm:

1.1.1. Khái niệm chung:

- Bơm là máy thuỷ lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi khác.

Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng ở

đầu đường ống để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp suất ở 2 đầu

đường ống. Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từ các

nguồn động lực khác (máy nổ, máy hơi nước…).

- Điều kiện làm viêc của bơm rất khác nhau (trong nhà, ngoài trời, độ ẩm, nhiệt

độ v.v…) và bơm phải chịu được tính chất lý hoá của chất lỏng cần vận chuyển.

1.1.2. Phân loại:

Phân loại bơm có nhiều cách:

a. Theo nguyên lí làm viêc hay cách cấp năng lượng, có hai loại bơm:

Bơm thể tích: Loại bơm này khi làm viêc thì không gian thể tích làm viêc

thay đổi nhờ chuyển đông tịnh tiến của pittong (bơm pittong) hay nhờ chuyển

đông quay của roto (bơm roto). Kết quả thế năng và áp suất chất lỏng tăng lên

nghĩa là bơm cung cấp á p năng cho chất lỏng.

Bơm đông học: trong bơm này chất lỏng được cung cấp đông năng từ

bơm và á p suất tăng lên. Chất lỏng qua bơm, thu được đông lượng nhờ va đâ p

của các cánh quạt (bơm li tâm, bơm hướng trục) hoăc nhờ ma sát của tác nhân

làm viêc (bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn đông, bơm xoắn, bơm sục khí), hoăcnhờ tác đông của trường điên từ (bơm điên từ) hay các trường lực khác.

b. Theo cấu tạo:

- Bơm cánh quạt: trong loại này bơm li tâm chiếm đa số và hay gă p nhất

(bơm nước)

- Bơm pittong ( bơm nước, bơm dầu)

- Bơm roto (bơm dầu, hóa chất, bùn...)


3




Thuôc loại này có bơm bánh răng, bơm cách trượt (lá gạt)

Ngoài ra còn có các loại đăc biêt như bơm màng cánh (Bơm xăng trong

ôtô), bơm phun tia (tạo chân không trong các bơm lớn nhà máy nhiêt điên)

1.1.3. Sơ đồ các phần tử của một hệ thống bơm

Các phần tử cơ bản trong một hệ thống bơm được giới thiệu trên hình 1.1:

Hình 1.1 : Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống bơm

Bơm hút chất lỏng từ bể hút 4 qua bộ lọc 3, qua ống hút 5, qua van 6, van

7 và đẩy chất lỏng qua ống đẩy 8 vào bể chứa 9. Động cơ lai 1 dùng để quay

bơm 2, 11 là đồng hồ chỉ thị ở cửa hút còn 12 là đồng hồ chỉ thị ở cửa đẩy.

1.1.4. Các thông số cơ bản của bơm

a. Côt á p H (hay á p suất bơm). Đó là lượng tăng năng lượng riêng cho môt đơn

vị trọng lượng của chất lỏng chảy qua bơm (từ miêng hút đến miêng đẩy của

bơm).

Côt á p H thường được tính bằng mét côt chất lỏng ( hay mét côt nước)

hoăc tính đổi ra á p suất của bơm

gH H P ρ γ == .

Trong đó:

- γ : trọng lượng riêng của chất lỏng được bơm (N/m3)

- ρ : Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3)


4




- g : Gia tốc trọng trường

Côt áp H của bơm dùng để khắc phục:

- Đô chênh mức chất lỏng giữa bể chứa và bể hút Hh + Hd [m]

- Đô chênh á p suất tại hai măt thoang ở bể hút (p1) và bể chứa (p2)

g

p p p p

ρ γ 1212 −

=−

- Trở tùy lực (tổn thất năng lượng đơn vị ) trong ống hút ∑ hh và

ống đẩy d h∑

- Đô chênh lêch á p suất đông học(đông năng) giữa hai măt thoáng

g

vv

2

2

1

2

2−

g

vvhh

g

p p H H H d hd h 2

)(21

2212 −

+++−

++= ∑∑ ρ

)(2

2

∑∑ += d h

hhhh d

l

g

vh ξ

λ

)(2

2

∑∑ += hd

d d d h d

l g vh ξ λ

Trong đó:

- vh, vd : vân tốc chất lỏng trong ống hút và ống đẩy (m/s)

- λh, λd : hê số trở lực ma sát trong ống hút và ống đẩy

- lh, ld, dh, dd : các chiều dài và đường kính ống hút ống đẩy (m)

-∑ hξ ,∑ d ξ : tổng hê số trỏe lực cục bô trong ống hút và ống đẩy

b. Lưu lượng (năng suất) bơm: đó là thể tích chất lỏng do bơm cung cấ p vào ống

đẩy trong môt đơn vị thời gian.

c. Công suất bơm ( P hay N )

Trong một số tổ máy bơm cần phải phân biệt 3 loại công suất:


5




- Công suất làm việc i N (công suất hữu ích) là công để đưa một lượng Q

chất lỏng lên độ cao H trong một đơn vị thời gian (s)310*** −= H Q N i γ [kW] ( 1.2)

Trong đó :γ

[N/

3

m ], Q[

3

m /s], H[m]- Công suất tại trục bơm N (thường ghi trên nhãn bơm) . Công suất này

thường lớn hơn Ni vì có tổn hao ma sát.

- Công suất động cơ kéo bơm (Nđc). Công suất này thường lớn hơn N để bù

hiệu suất truyền động giữa động cơ và bơm, ngoài ra còn dự phòng qúa tải bất

thường.

3

10**

***

*−

==tđ btđ

đc

H Qk N

k N η η

γ

η [kW] ( 1.3 )

Trong đó : k - hệ số dự phòng

Còn với k thì công suất bơm dưới: 2kW, lấy k = 1,50

2 - 5 kW lấy k = 1,50 ÷ 1,25

5 - 50kW lấy k = 1,25 ÷ 1,15

50 - 100kW lấy k = 1,15 ÷ 1,08

Công suất bơm trên 100kw lấy k = 1.05

Cũng có thể lấy hệ số dự phòng khi:

Q < 100 hm /3 thì k = 1,2 ÷ 1,3

Q > 100 hm /3 thì k = 1,1 ÷ 1,15

tđ η - hiệu suất bộ truyền. Với bộ truyền đai (cu roa) thì tđ η < 1. Còn khi động cơ

nối trực tiếp với bơm thì 1≈tđ η

d. Hiệu suất bơm ( bη ) là tỉ số giữa công suất hữu ích i N và công suất tai trục

bơm N.

N

N i

b=η ( 1.4 )

Hiệu suất bơm gồm 3 phần:

m H Qb η η η η **= ( 1.5 )

Trong đó:


6




+ Hiệu suất lưu lượng (hay hiệu suất thể tích) do tổn thất lưu lượng vì rò rỉ.

+ Hiệu suất thuỷ lực (hay hiệu suất cột áp) do tổn thất cột áp vì ma sát trong

nội bộ bơm

+ Hiệu suất cơ khí do tổn thất vì ma sát giữa các bộ phận cơ khí (ổ bi, gối

trục…) và bề mặt ngoài của guồng động (bánh xe công tác) với chất lỏng (bơm

ly tâm).

1.1.4. Một số loại bơm:

a. Bơm ly tâm

Bơm ly tâm là loại bơm cánh dẫn, làm việc theo nguyên lý của máy thuỷ

lực cánh dẫn. Cơ cấu truyền năng lượng chính là hệ thống bánh cánh công tác

Trước khi bơm làm việc cần phải làm cho cánh công tác tiếp xúc với chất

lỏng. Khi bánh cánh công tác quay với một vận tốc nào đó thì chất lỏng tiếp xúc

với bánh cánh cũng quay theo, như vậy bánh cánh đã truyền năng lượng cho

chất lỏng. Do chuyển động quay của bánh cánh mà các hạt chất lỏng chuyển

động có xu hướng văng ra xa khỏi tâm. Để bù vào chỗ trống mà hạt chất lỏng

vừa văng ra thì hàng loạt các hạt chất lỏng khác chuyển động tới và quá trình

trao đổi năng lượng lại diễn ra như các hạt trước nó. Quá trình trao đổi năng

lượng diễn ra liên tục tạo thành đường dòng liên tục chuyển động qua bơm.

Tốc độ chuyển động của hạt chất lỏng khi ra khỏi bánh cánh công tác lớn

sẽ làm tăng tổn thất của đường dòng, bởi vậy cần phải giảm tốc độ này bằng

cách biến một phần động năng của hạt chất lỏng chuyển động thành áp năng. Để

giải quyết điều này, chất lỏng sau khi ra khỏi bánh cánh công tác sẽ được dẫn

vào buồng có tiết diện lớn dần dạng xoắn ốc nên gọi là bầu góp xoắn ốc .Do sựquay đều của bánh cánh công tác nên trong đường ống chất lỏng chuyển động

liên tục.

* Phân loại bơm

+ Theo lưu lượng của bơm:

- Bơm có lưu lượng thấp : Q < 20m3/h

- Bơm có lưu lượng trung bình : Q < 60m3

/h


7




- Bơm có lưu lượng cao: Q > 60m3/h

+ Phân loại theo cột áp của bơm:

-Bơm cột áp thấp H < 20 mH2O

-Bơm cột áp trung bình H = 20 ÷ 60 mH2O.

-Bơm cột áp cao H > 60 mH2O.

+ Theo trị số bánh cánh và cách lắp ghép của các chi tiết:

-Bơm có một bánh cánh và một cấp áp lực.

-Bơm có nhiều cấp là các cánh của bánh công tác được lắp ghép nối tiếp.

-Bơm có nhiều bánh cánh, bánh cánh được nối ghép song song.

+ Theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác:

-Bơm có bánh công tác hút chất lỏng từ một phía được gọi là bơm một

miệng hút.

-Bơm có hai miệng hút.

+ Theo kết cấu của vỏ:

-Bơm một vỏ là bơm có một mặt phẳng chia vỏ ra làm hai phần qua tâm

trục.

-Bơm vỏ rời là bơm mà vỏ cấu tạo thành từ các phần riêng, mỗi phần ứng

với một bánh công tác tạo thành một cấp của bơm.

+ Theo cách đặt bánh công tác:

-Bơm đặt thẳng đứng.

-Bơm đặt nằm ngang.

+ Theo loại chất lỏng được chuyển bằng bơm :

-Bơm để bơm nước.

-Bơm để bơm sản phẩm dầu hoả.

+ Theo cách hút của bơm:

- Các bơm tự hút là các bơm có thiết bị để tạo ra chân không trong đường

ống hút trong thời kỳ khởi động.

- Các bơm không tự hút là các bơm không có thiết bị để tạo ra độ chân

không trong đường ống hút trong thời kỳ khởi động.


8




* Các thông số cơ bản của bơm ly tâm

- Cột áp:

Bơm li tâm khi làm việc với hệ thống đường ống sẽ có cột áp xác định,

cột áp này bằng cột áp cản của đường ống. Ta gọi cột áp đó là cột áp làm việc

của bơm li tâm và được xác định theo công thức sau:

H B =γ

12 P P −+

g

vv

2

21

22 − + ( z2 – z1 ) ( 1.6 )

Trong đó: P 1 ,P 2 – Là áp suất đo được tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;

v1 , v2 – Là giá trị tốc độ dòng tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;

z1 , z2 - Độ chênh hình học của hai vị trí đo áp suất P1 và P2;

Đối với bơm li tâm, ứng với mỗi vòng quay nhất định thì chỉ có một giá

trị cột áp mà tại đó bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, ta gọi là cột áp định

mức. Giá trị cột áp này được chỉ dẫn trên tài liệu kỹ thuật của bơm.

- Lưu lượng:

Lưu lượng là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị

thời gian. Giá trị sản lượng này thường được xác định bằng các cách đo trực tiếp

dòng chất lỏng mà bơm cung cấp được.Lưu lượng thường được ký hiệu là Q, thứ nguyên là m3/giờ, m3/giây,

lít/phút.

- Công suất:

+ Công suất làm việc

Công suất làm việc là công suất tiêu tốn trên trục động cơ lai bơm. Ví dụ

bơm được lai bằng động cơ điện thì: NLV= Nđ/cơ điện lai.ηđ/cơ điện lai

+ Công suất thuỷ lực:

Công suất thuỷ lực là công suất mà chất lỏng thực sự nhận được từ động

cơ lai để tạo ra cột áp H , và sản lượng Q, γ là khối lượng riêng của chất lỏng

N = QH ( 1.7 )

* Cấu tạo của bơm ly tâm


9




Ngày nay bơm li tâm có nhiều loại và kết cấu rất đa dạng song chúng bao

gồm các bộ phận chính như: Vỏ bơm, bánh cánh, ống góp hình xoắn ốc và thiết

bị làm kín. Kết cấu của một bơm điển hình được thể hiện trên (Hình 1.2). Đây là

bơm li tâm một cấp đặt đứng cửa hút quay xuống dưới và có khoan lỗ cân bằng

trên cánh để khử lực dọc trục.

Hình 1.2: Cấu tạo bơm li tâm

Trong đó:

1. Bánh cánh

2. Nắp vỏ bơm

3. Bộ làm kín đầu trục

4. Bệ đỡ động cơ

5. Ống bao trục

6. Vành làm kín đầu mút cánh

- Vỏ bơm:

Vỏ bơm có thể có kết cấu theo kiểu ghép ngang hay ghép dọc. Có thểđược chế tạo thành nhiều phần và sau đó ghép liên kết với nhau. Chúng thường

chế tạo bằng gang đúc, đồng đúc hoặc hợp kim. Chất liệu chế tạo và kiểu cách

tuỳ vào điều kiện công tác của bơm.

Thân vỏ bơm có thể được chia thành nhiều khoang riêng biệt với nhau với

nhiều mục đích. Nó cũng còn có ý nghĩa trong việc tạo khung để bố trí các ổ đỡ

trục, bộ làm kín, định hướng bánh cánh và các chi tiết khác…


10




Khi tháo lắp, sửa chữa hoặc bảo dưỡng nên chú ý các chốt định vị, độ dày

các gioăng và thứ tự lắp ghép để đảm bảo trạng kỹ thuật của bơm.

Lối dẫn chất lỏng vào bánh cánh tạo thành cửa hút. Phần góp chất lỏng ra

theo phương tiếp tuyến ngoài của bánh cánh công tác có hình xoắn ốc. Bầu góp

này có nhiệm vụ biến một phần cột áp động thành cột áp tĩnh nhằm giảm tổn

thất năng lương dưới dạng động năng.

- Bánh cánh công tác:

Bánh cánh công tác của bơm li tâm hình tròn gồm nhiều cánh cong hay

thẳng (Số lượng từ 5 - 9 cánh) gắn trên mâm tròn xoay và được quay nhờ gắn

chặt trên trục quay của bơm.Bánh cánh được chế tạo từ các loại vật liệu khác

nhau song trong lĩnh vực tàu thuỷ thường được chế tạo từ đồng đúc hoặc ghép.

Bánh cánh bơm li tâm có 3 loại chính là kín hai phía, hở một phía (phía

còn lại kín) và hai phía đều hở

ra tuỳ thuộc vào chế độ công tác và ưu tiên chức năng chính của bơm cần

cột áp hay cần lưu lượng mà kết cấu có dạng cánh cong ít hay cong nhiều.

Cánh cong nhiều và dài ( β 2 nhỏ) để bơm chủ yếu tạo ra cột áp lớn. Ngược

lại cánh cong ít và ngắn ( β 2 lớn) thì bơm chủ yếu tạo ra sản lượng cao

- Thiết bị làm kín:

Trong bơm li tâm thiết bị làm kín có nhiệm vụ ngăn cách giữa các khoang

công tác với nhau, không cho rò rỉ chất lỏng qua lại để đảm bảo chức năng của

bơm. Đồng thời có nhiệm vụ cách biệt trong bơm với bên ngoài môi trường, hạn

chế sự rò lọt của chất lỏng công tác ra ngoài môi trường, hoặc ngăn chặn không

khí bên ngoài lọt vào bơm.(Hình 1.3) thể hiện các vị trí cần làm kín trong bơm.

Đó là các vị trí lắp các bộ làm kín (Vị trí A, B, C ). Chúng có tác dụng làm cách

biệt các vùng công tác có áp suất cao và vùng áp suất thấp, tránh sự qua lại của

chất lỏng. Tuy nhiên trong thực tế sự qua lại của chất lỏng vẫn tồn tại và vì thế

không tránh khỏi tổn thất lưu lượng của bơm.


11




Hình 1.3: Vị trí và một số dạng làm kín trong bơm li tâm

b. Bơm pittông

Bơm pittông là loại bơm thể tích với nguyên lí làm việc đơn giản (hình 1. 4).

Khi động cơ quay quanh trục O, kéo theo hệ thống biên - maniven 3,4 và chuyển

động quay biến thành chuyển động tịnh tiến qua lại của pittông 2 trong xilanh 1

với hành trình S = 2R (R là chiều dài maniven). Hai vị trí giới hạn hành trình

của pittông A1 và A2 tương ứng với 2 điểm chết C1 và C2 . Khi pittông dịch

sang trái thì thể tích buồng làm việc 5 tăng lên, áp suất tuyệt đối chất lỏng trong

xilanh giảm nhỏ hơn áp suất trên bề mặt thoáng bể hút. Lúc đó van đẩy 7 đóng

lại, van hút 6 bị đẩy mở ra và chất lỏng qua ống hút vào xilanh. Đó là giai đoạn

hút. Khi pittông dịch sang phải thì thể tích buồng làm việc giảm đi áp suất chất

lỏng trong xilanh tăng cao. Lúc này van hút 6 bị đóng lại, van đẩy 7 bị đẩy mở

ra và chất lỏng từ xilanh dồn vào ống đẩy. Đó là giai đoạn đẩy.

Qua cách làm việc của bơm pittông, ta thấy :

- Ống hút luôn ngăn cách bởi ống đẩy

- Chuyển động của chất lỏng không đều, lưu lượng bị dao động và hầu

như không phụ thuộc vào áp suất bơm.

- Áp suất bơm (cột áp H) có thể rất cao (tương ứng với độ bền bơm và

công suất động cơ kéo bơm).


12




Hình 1.4: Cấu tạo của bơm pittongVới cùng lưu lượng như nhau thì bơm pittông cồng kềnh và khó chế tạo (kín,

khít) hơn so với bơm li tâm. Do vậy, ở vùng áp suất thấp và trung bình người ta

ít dùng bơm pittông, nhưng ở vùng áp suất cao và rất cao (trên 200 at) thì hiện

tại bơm pittông chiếm ưu thế tuyệt đối ( như trong hệ truyền động bằng dầu,

trong vòi phun nhiên liệu động cơ điêzen, trong hệ thuỷ lực điều khiển trên máy

bay…).1.1.5. Đăc tinh của bơm

Do bơm được lai bởi đông cơ điên nên ở đây ta xét đăc tính của bơm như

môt đối tượng mà đông cơ điên phải truyền đông. Qua đó thấy những đáp ứng

cần phải có khi đông cơ kéo bơm. Bơm có rất nhiều loại sau đây em chỉ khảo sát

loại điển hình phổ biến và được sử dụng trong đề tài này.

Do diện tích mặt cắt buông trôn ốc tăng dần nên lưu tốc chất lỏng giảmdần và một phần động năng của chất lỏng biến thành áp năng, dồn chất lỏng vào

ống đẩy.

Lí thuyết và thực nghiệm cho thấy: khi tốc độ quay n của động cơ giữ

nguyên thì cột áp H, công suất N và hiệu suất η là hàm số của lưu lượng Q.

Quan hệ H=H(Q); N=N(Q); η= η(Q) gọi là các đặc tính riêng của bơm. Đường

cong H=H(Q) hoặc Q=Q(H) cho biết khả năng làm việc của bơm nên còn gọi là

đặc tính làm việc của bơm.


13




Hình 1.5: Các đặc tính công tác của bơm li tâm

Nhận xét đặc tính N(Q) ta thấy: Công suất N có trị số cực tiểu khi lưu

lượng bằng 0. Lúc này động cơ truyền động mở máy dễ dàng. Do vậy, động tác

hợp lí khi mở máy là khi khóa van 7 trên ống đẩy để cho Q = 0. Sau đó một hayhai phút thì mở van ngay để tránh bơm và chất lỏng bị quá nóng do công suất

động cơ chuyển hoàn toàn thành nhiệt năng. Hơn nữa, lúc mở máy, dòng động

cơ lại lớn nên Q ≠ 0 sẽ làm dòng khởi động quá lớn có thể gây nguy hiểm cho

động cơ điện.

1.1.6. Yêu cầu về trang bị điện cho trạm bơm

Như đã nêu, bơm có rất nhiều kiểu loại, đa dạng và giải công suất cũng rất rộng.Truyền động cho bơm phổ biến là tryuền động điện. Tuỳ theo tốc độ bơm, nối

giữa động cơ và bơm có thể là trực tiếp (đồng trục) hoặc gián tiếp qua hộp tốc,

đai truyền ly hợp thay đổi tốc độ, hệ thống biên maniven, trục khuỷu… Do vậy,

khi chọn công suất động cơ, cần lưu ý tới hiệu suất của các khâu truyền lực

trung gian. Các bơm hầu như không đòi hỏi thay đổi tốc độ nên phổ biến kéo

bơm là dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc, mở máytrực tiếp (nếu công suất nhỏ) hay gián tiếp qua điện trở, cuộn kháng ở mạch

stator (nếu công suất trung bình). Với bơm có công suất trung bình và lớn, cũng

thường dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn, mở máy

bằng điện trở hạn chế ở mạch rotor để giảm dòng mở máy hoặc kết hợp thêm

với các phần tử hạn chế ở mạch stator. Trường hợp công suất lớn và rất lớn,

dùng động cơ không đồng bộ để cải thiện cos


14




Với những bơm chuyên dùng, có thể dùng động cơ một chiều kích từ song song

hoặc nối tiếp, nhất là khi có yêu cầu thay đổi tốc độ bơm.

Chọn động cơ kéo bơm pittông, phải theo loại bơm cụ thể và lưu ý sự biến thiên

của lưu lượng, cột áp của bơm, do đó mômen động cơ cần đáp ứng.

Trường hợp truyền động bơm li tâm, do bơm không tự động mồi nước được,

mạch điều khiển cần phải đảm bảo mồi nước trước khi chạy bơm (qua bơm mồi,

các van…) và tuân thủ các thứ tự thao tác chạy bơm.

Vì bơm hoạt động ở môi trường ẩm ướt (nước, chất lỏng khác) hoặc ở môi

trường độc hại (axit, kiềm…) hoặc ở môI trường dễ nổ, cháy (dầu, axit) hoặc ở

môi trường bẩn (bùn) nên các trang bị điện cũng phải đáp ứng được các điều

kiện đó.

Một số chú ý về thiết kế trang bị điện cho tạm nhiều máy bơm:

- Trước hết ta cần chú ý loại tạm bơm, nếu là bơm nước thường trạm bơm cho

hệ thống bình kín hoặc tạm bơm cho hệ thống bình hở. Dù là laọi này hay loại

kia thì việc vận tải chất lỏng đi xa với lưu lượng cần thiết dòng chất lỏng cũng

phải dự trữ một áp năng nào đó.

- Trong các loại hệ thống dùng để bơm chuyển vật liệu hoá chất, vật liệu công

nghệ, trạm thường được thiết kế nhiều bơm. Trong trạm nhiều bơm thì vấn đề tự

động hoá trạm nhằm và các vấn đề cần giải quyết sau:

(i). Duy trì mức chất lỏng cần thiết trong bình chứa;

(ii). Lựa chọn số lượng bơm hoạt động cần thiết;

(iii). Thứ tự tự động khởi động các bơm trong trạm;

(iiii) Thứ tự dừng tự động các bơm trong trạm bơm.- Thiết kế bảo vệ động cơ truyền động, bảo vệ bơm và sự làm việc bền vững của

hệ thống.

- Hệ thống đảm bảo báo động, tín hiệu hoá, tự động dừng và tự động khởi động

khi có yêu cầu.

- Những hệ thống bơm đặc biệt như bơm dầu, hoá chất nhất thiết phải có nhiều

vị trí dừng khi có sự cố, hoả hoạn…


15




1.2. Hệ thống bơm chất lỏng lên bình hở

Ta có yêu cầu công nghệ của hệ thống như sau:

Hệ thống gồm có 3 bơm (được lai bởi 3 động cơ điện không đồng bộ roto

lồng sóc). Trong đó bơm số 1 và bơm số 2 là 2 bơm hoạt động chính với tần suất

lớn, còn bơm số 3 là bơm dự phòng có tần suất hoạt động thấp. Bơm số 3 này sẽ

được bổ sung chạy thay thế cho bơm chính mỗi khi bơm chính gặp một sự cố

nào đó (ví dụ sự cố quá tải của động cơ điện).


16




CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN, HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

CHO TRẠM CÓ NHIỀU BƠM

2.1. Xây dựng mạch điều khiển

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 và vận hành các hệ thống.

Trong các hệ thống bơm chất lỏng bình hở, tự động hóa nhằm đạt được các mục

đích và 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 của hệ thống.

- Nâng cao hiệu suất công việc.

Dựa trên các tiêu chí trên ta sẽ tiến hành xây dựng một trạm bơm chất

lỏng bình kín gồm có 3 bơm li tâm với yêu cầu duy trì mức nước đủ cung cấp

cho các hộ tiêu thụ khi nhu cầu sử dụng của các hộ luôn có sự thay đổi. Trước

khi đi vào xây dựng mạch điều khiển, mạch động lực cho hệ thống ta sẽ làm rõ

thuật toán điều khiển mà hệ thống cần thực hiện như sau:

Tại thời điểm ban đầu khi ấn nút Start, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động.

Trạng thái của các cảm biến mức sẽ được đọc về và xử lí theo thuật toán sau:

- Mức nước trong bình dưới vị trí a: Bật đồng thời cả 3 bơm số 1, số 2, số 3 hoạt

động.

- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí a đến vị trí b: Bật chạy bơm số 1

và bơm số 2.- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí b đến vị trí c: Bật chạy bơm số 1.

- Mức nước trong bình trên vị trí c: Tắt hết các bơm.

Với sự hoạt động của hệ thống như đã phân tích ở trên, ta sẽ chọn thiết bị

điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống đó là PLC S7-300 của Siemens với

một số lí do sau đây:


17




Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt

cho các hệ thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC,

quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả

hơn. PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơle hay máy tính tiêu chuẩn.

- Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu

chuẩn hay tủ điều khiển rơle để thực hiện cùng một chức năng.

- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả

các máy tính thông thường.

- Giá thành thấp: Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơle, nhưng nó

có khả năng thay thế hàng trăm rơle.

- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được

làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm,

rung động và nhiễu. Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.

- Giao diện trực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức

tạp để có thể giao tiếp với môi trường công nghiệp. Trong khi đó các PLC có thể

giao tiếp trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O đã được chế tạo sẵn theo chuẩn

công nghiệp.

- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ

đồ hình thang, tương tự như sơ đồ đấu nối của các hệ thống điều khiển rơle

thông thường.

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi

nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào

PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, hoặc bằng truyền tải qua mạng.Cùng với những ưu thế về phần cứng, dưới đây cũng là các ưu thế về

phần mềm:

- PLC có nhiều công cụ lập trình dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3.

- Sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao tạo ra khả năng viết những chương

trình lớn và phức tạp khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi hay truy cập dữ liệu

chương trình.


18




- Cấu trúc các khối chức năng được sử dụng cho các bộ lập trình Ladder

làm tăng khả năng lập trình bằng những lệnh đơn giản.

- Cho phép xác định các lỗi của bộ điều khiển cũng như các lỗi của thiết

bị trong quá trình sản xuất.

- Cung cấp các phép toán với số thực dấu phẩy động tạo ra khả năng tính

toán các bài toán phức tạp.

2.1.1. Phân công cổng đầu vào của PLC

Đầu vào Địa chỉ Nút ấn Start I0.0 Nút ấn Stop I0.1 Nút Reset I0.2

Cảm biến mức A I0.3Cảm biến mức B I0.4Cảm biến mức C I0.5Cảm biến mức D đặt ở nguồn nước I0.6Tiếp điểm thường đóng của Rơ le nhiệt R 1 I0.7Tiếp điểm thường đóng của Rơ le nhiệt R 2 I1.0Tiếp điểm thường đóng của Rơ le nhiệt R 3 I1.1

2.1.2. Phân công cổng đầu ra của PLCĐầu ra Địa chỉ

Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ lai

bơm 1

Q0.0


bơm 2

Q0.1


bơm 3

Q0.2

Đèn báo động cơ 1 bị quá tải Q0.3Đèn báo động cơ 1 bị quá tải Q0.4Đèn báo động cơ 1 bị quá tải Q0.5Đèn báo cảm biến hỏng Q0.6Đèn báo hệ thống đang làm việc Q0.7Biến trung gian được bật lên bằng 1

khi ấn Start

M0.0

Biến trung gian báo nước dưới mức a

hoặc trên mức c để các bơm chỉ chạy

M0.1


19




khi mức nước dưới a

Tổng quan về PLC- S7300

PLC- S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:

- CPU các loại khác nhau: 312FM, 312C, 313C, 314, 314FM, 314C, 315-2DP,

316-2DP, 318…

- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng / số: SM321, SM374…

- Module chức năng FM

- Module truyền thông CP

- Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A,

10ACác module được gắn trên thanh ray, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải

CPU tạo thành một rack. Mỗi module được gắn một số slot tính từ trái sang

phải: module nguồn là slot 1, module CPU là slot 2, module kế mang số 4. Các

module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các

module ngõ vào ra tín hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316- 2DP có thể gán địa chỉ

tùy ý cho các moduleCấu hình cứng của trạm PLC được khai báo bằng phần mềm Step7 như

sau:

- Module nguồn: PS 307 5A

- Module CPU 316 -2DP

- Module tín hiệu vào DI32xDC24V do có tổng cộng 10 tín hiệu vào và các tín

hiệu vào là tín hiệu số.- Module đầu ra DO32xDC24V/0.5A do có tổng cộng 8 tín hiêuh đầu ra và các

tín hiệu ra là tín hiệu số


20




Hình 2.1: Cấu hình cứng của trạm PLC S7 - 300

2.1.3. Sơ đồ mạch điều khiển


21




Hình 2.2: Sơ đồ mạch điều khiển sử dụng PLC S7-300

2.2. Xây dựng mạch động lực


22




Hình 2.3: Sơ đồ mạch động lực của hệ thống

CHƯƠNG 3. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN


23




3.1. Viết chương trình điều khiển cho PLC

Sau khi đã xây dựng sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực cho hệ ta

tiến hành viết chương trình điều khiển trên PLC S7-300 .

Trước khi tiến hành viết chương trình, ta sẽ xây dựng lưu đồ thuật toán điều

khiển.

3.1.1. Lưu đồ thuật toán

Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán khối chương trình chính


24




Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán khi xảy ra sự cố

3.1.2. Viết chương trình điều khiển


25




* Các biến được định nghĩa trong chương trình


26




Chương trình viết trên phần mềm Step 7


27





28





29




Sau khi đã viết xong chương trình điều khiển ta tiến hành download tới

PLC (ở đây chính là tới phần mềm S7-PLCSIM để có thể mô phỏng).

3.2. Mô phỏng

Ta sử dụng phần mềm S7-PLCSIM để mô phỏng cho chương trinh đã viết

bởi phần mềm Step 7.


30




a) Khi ấn Start

Hình 3.3. Trạng thái hoạt động khi ấn Start

Ấn nút Start( I0.0=1) hệ thống sẽ đi vào hoạt động, đồng thời cảm biến d

đặt ở nguồn nước báo đủ nước thì biến trung gian M0.0 =1 và đèn báo hệ thống

hoạt động Q0.7=1.

Đồng thời mực nước dưới mức a do đó cả 3 bơm đều hoạt động :

Q0.1 = 1; Q0.2 = 1; Q0.3 = 1

b) Khi mực nước tăng dần


31




Khi mực nước tăng đến mức a ( I0.3 = 1 ) thì chỉ còn bơm 1 và bơm 2 hoạt động

Q0.0 = 1; Q0.1 = 1

Khi mực nước tăng lên đến mức b ( I0.4 = 1 ) thì chỉ còn bơm 1 hoạt động

Q0.0 = 1

Khi mực nước tăng lên đến mức c ( I0.5 = 1 ) thì chỉ cả 3 bơm đều ngừng hoạt

động


32




c) Khi xảy ra sự cố động cơ lai máy bơm bị quá tải

Nếu khi mực nước đang ở trong khoảng mức a và mức b ( I0.3=1 và I0.4=0) mà bơm số 2 bị sự cố ( I1.0=1 ) thì bơm số 3 sẽ được bật lên để chạy thay thế bơmsô 2, đồng thời đèn báo bơm số 2 bị sự cố sẽ được bật ( Q0.4=1)

Nếu khi mực nước đang ở trong khoảng mức a và mức b ( I0.3=1 và I0.4=0) mà

bơm số 1 bị sự cố ( I0.7=1 ) thì bơm số 3 sẽ được bật lên để chạy thay thế bơmsô 1, đồng thời đèn báo bơm số 1 bị sự cố sẽ được bật ( Q0.3=1)


33




d) Khi ấn Stop

Khi ấn Stop biến trung gian M0.0=0 và Q0.7=0 do đó hệ thống ngừng hoạt động


34




KẾT LUẬN

Trang bị điện điện tử là môn học rất quan trọng trong chương trình đào

tạo sinh viên ngành tự động hoá bởi lẽ nó có ứng dụng rất lớn lao trong các nhà

máy, cơ sở sản xuất. Nắm vững những kiến thức về môn học này cho phép ta

phân tích, thiết kế các hệ thống truyền động đảm bảo yêu cầu về chất lượng tối

ưu nhất và có lợi về kinh tế.

Qua một thời gian nỗ lực làm bài cho đến nay em đã hoàn thành đồ án với

sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy giáo Ts.

Hoàng Xuân Bình. Trong quỏ trỡnh thực hiện chắc chắn bản thõn em khụng thể

trỏnh khỏi những thiếu sút, 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 !

Hải Phòng, ngày 25 tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Nguyễn Đức Thắng


35




TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Ts. Hoàng Xuõn Bỡnh, Bài giảng Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp

dùng chung.[2]. Ths. Đặng Hồng Hải, Ks. Đoàn Văn Tuân, Kĩ thuật khí nén.

[3] Nguyễn Doón Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà, NXB Khoa học và kĩ

thuật, Tự động hóa với Simantic S7-300 .

bom nuoc binh ho

Documents