THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BƠM
Khái quát chung về các hệ thống bơm
Bơm là thiết bị thủy lực có chức năng hút và đẩy chất lỏng từ vị trí này sang vị trí khác Để đảm bảo chất lỏng di chuyển qua các đường ống, bơm cần tăng áp suất ở đầu ống nhằm vượt qua trở lực và áp suất hiệu quả trong hệ thống.
Đầu đường ống bơm cung cấp năng lượng cho chất lỏng từ động cơ điện hoặc các nguồn động lực khác như máy nổ và máy hơi nước Các điều kiện làm việc của bơm rất đa dạng, bao gồm môi trường trong nhà và ngoài trời, độ ẩm, nhiệt độ, và bơm cần phải chịu đựng được tính chất lý hóa của chất lỏng cần vận chuyển.
Máy bơm có nhiệm vụ di chuyển dòng môi chất và tăng cường năng lượng của nó trong quá trình hoạt động Năng lượng mà bơm nhận từ động cơ sẽ được chuyển hóa thành thế năng, động năng và một phần nhỏ thành nhiệt năng của dòng môi chất.
Bơm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:
Bơm là thiết bị thiết yếu trong nông nghiệp để thực hiện thủy lợi hóa, đồng thời cũng đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong khai thác mỏ và xây dựng Hiện nay, bơm được sử dụng rộng rãi trong việc vận chuyển nguyên liệu, hóa chất và quặng dầu, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả kinh tế cho các quy trình công nghiệp.
Máy bơm là một bộ phận thiết yếu trong ngành chế tạo, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển thủy lực và các hệ thống điều khiển khác.
Trong lĩnh vực kỹ thuật, ba loại bơm phổ biến nhất là bơm ly tâm, bơm hướng trục và bơm piston Biểu đồ phân bố phạm vi sử dụng của các loại bơm này được thể hiện rõ ràng.
Phân loại chung hệ thống bơm
Máy bơm được phân loại dựa trên đặc tính cấu trúc, điều kiện lắp ráp và môi trường hoạt động, dẫn đến sự xuất hiện của nhiều tiêu chuẩn khác nhau Dưới đây là một số tiêu chuẩn phổ biến để phân loại máy bơm.
Dựa trên đặc tính tác dụng phân ra: máy bơm thể tích và máy bơm động học
Máy bơm cánh(cánh dẫn) : máy bơm động học và máy bơm thể tích Máy bơm điện
Máy bơm dạng tịnh tiến
Máy bơm dạng tay quay
Máy bơm dạng roto - quay, roto – tịnh tiến
Dựa trên đặc tính cấu trúc:
Theo hướng đặt trục quay hoặc cơ cấu làm việc: máy bơm nằm ngang , máy bơm đặt đứng, máy bơm trục đứng
Theo số lượng cấp, số lượng dòng: mấy bơm đơn cấp, máy bơm đa cấp, máy bơm đơn dòng, máy bơm đa dòng
Theo yêu cầu vận hành: mấy bơm một chiều, máy bơm thuận nghịch,máy bơm điều khiển, máy bơm bù
Dựa trên nguồn phát động máy bơm:
Máy bơm điện – hoạt động nhờ động cơ điện
Máy bơm diesel – hoạt động nhờ động cơ diesel
Máy bơm thủy lực – hoạt động nhờ động cơ thủy lực
Vai trò của bơm trong từng hệ thống
1.2.1 Hệ thống bơm cứu hỏa
• Chức năng ,công dụng của hệ thống:
Hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler hiện nay đã trở nên phổ biến và cần thiết, mang lại hiệu quả cao về cả kinh tế lẫn kỹ thuật, đồng thời đảm bảo an toàn cho con người và tài sản Hệ thống này phát huy tác dụng rõ rệt tại những nơi được trang bị, đặc biệt khi có rủi ro sự cố xảy ra Theo khuyến cáo của Hiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc tế, việc lắp đặt hệ thống Sprinkler là yêu cầu thiết yếu cho các công trình công cộng.
Hệ thống đường ống được thiết kế với các đầu cảm ứng nhiệt lắp đặt theo từng thang bậc nhiệt độ khác nhau, nhằm giám sát nhiệt độ liên tục 24/24 khi hoạt động Tất cả các đường ống được lắp đặt theo yêu cầu kỹ thuật cao, kết nối và phân chia theo từng khu vực bảo vệ, dẫn đến phòng bơm Tại đây, các đầu tự phun được lắp đặt để bảo vệ các diện tích đã được tính toán, cùng với các đường ống bơm, valve kiểm soát, valve báo động, tủ điều khiển máy bơm và hệ thống giám sát valve, máy bơm và hồ chứa nước.
Mô tả chi tiết hệ thống:
Nguồn nước cho bể chứa được lấy từ hệ thống cấp nước thành phố, đồng thời hệ thống còn có hai họng tiếp nước lắp đặt tại hồ chứa và nhà bảo vệ Điều này cho phép nhận nước từ bên ngoài khi xảy ra sự cố, đảm bảo nguồn nước dự trữ luôn đủ cung cấp.
• 1 bơm bù áp (Jockey) trục đứng đa cấp được điều khiển tự động bằng tay thông qua tủ điều khiển đặt ngay gần hệ thống bơm
• 2 bơm ly tâm trục ngang được điều khiển tự động và bằng tay thông qua tủ điều khiển được đặt ngay gần hệ thống máy bơm
• Hệ thống tủ điện : gồm 2 tủ điện
+ Tủ 1 điều khiển bơm điện 1 và bơm Jockey
+ Tủ 2 điều khiển bơm điện 2
Nguyên lý vận hành hệ thống
Trong hệ thống đường ống áp lực, áp suất thường duy trì ở mức 7kg/cm² Khi xảy ra sự cố cháy, người sử dụng chỉ cần kéo cuộn vòi đến vị trí cháy và mở van khống chế của hệ thống hose reel, làm cho nước tự phun ra Áp lực trong đường ống sẽ giảm, kích hoạt hệ thống bơm điện cấp nước để bù đắp lượng nước đã mất cho đến khi đám cháy được kiểm soát hoàn toàn Sau khi dập tắt cháy, người dùng nhấn STOP để dừng bơm điện và khởi động bơm Jockey nhằm phục hồi lượng nước đã mất Khi áp lực nước đạt lại mức 7kg/cm², bơm Jockey sẽ tự động tắt và hệ thống trở về trạng thái tự động.
Hệ thống chữa cháy tại siêu thị được kết nối với hệ thống Spinkler và hose reel bên ngoài, đảm bảo hiệu quả chữa cháy Khi xảy ra sự cố, người dùng chỉ cần kéo vòi đến vị trí cháy và mở van khống chế hệ thống HYDRANT Áp lực nước trong đường ống sẽ tự động phun ra, và khi áp suất giảm, bơm điện sẽ hoạt động để cấp nước bổ sung, duy trì cho đến khi đám cháy được kiểm soát hoàn toàn Sau khi khống chế cháy, nhấn STOP để dừng bơm điện và khởi động bơm Jockey nhằm bù lại lượng nước đã mất Khi áp lực nước đạt 7kg/cm², bơm Jockey sẽ tự động tắt, đưa hệ thống về chế độ tự động.
Tr-ớc khi vận hành thử máy bằng tay vị trí MANUEL nên kiểm tra lại tình trạng vận hành tự động của máy bơm điện
6 Đóng valve số 21,22,23 của hệ thống 3 ZONE 1,2,3
Chuyển công tắc chuyển mạch về vị trí OFF của bơm Jockey và bơm điện sè 2
Mở từ từ van số 29 gần công tắc áp lực và đồng hồ áp lực trong quá trình vận hành Ghi nhớ áp lực kế khi bơm điện hoạt động tự động, với áp lực từ 4.5 đến 7 kg/cm² cho bơm điện số 1 Để kiểm tra, hãy để máy bơm vận hành trong 10 phút sau khi mở van số 29.
Chuyển công tắc từ vị trí MANUEL về vị trí STOP hoặc OFF bơm điện số 1
Mở valve số 21,22,23 của hệ thống 3 ZONE 1,2,3
Chuyển công tắc chuyển mạch của bơm Jockey về vị trí AUTO
Chuyển công tắc chuyển mạch của 2 bơm điện về vị trí AUTO
Kết thúc quá trình kiểm tra bơm điện số 1
Kiểm tra lại hệ thống báo động tại trạm điều khiển
Kiểm tra phao và mức n-ớc của hồ chứa
Bơm điện số 2 làm t-ơng tự bơm điện số 1
7 Mạch động lực cho bơm điện số 1 và số 2:
Hình 1.2: Sơ đồ mạch cấp nguồn cho bơm điện số 1 và số 2
Chúng tôi cung cấp điện cho bơm từ lưới điện 3 pha, giúp bơm hoạt động hiệu quả Mạch điện bao gồm các bộ phận như cầu chì, công tắc tơ và rơ le nhiệt, nhằm bảo vệ hệ thống khỏi ngắn mạch, bảo vệ nguồn điện và ngăn ngừa quá tải dòng cho phụ tải, đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
Sơ đồ động lực điện được kết nối từ nguồn trong hình 1.1 và sử dụng ba ampe kế để đo dòng qua mạch, đảm bảo rằng dòng điện không vượt quá giá trị cho phép.
Có các cầu chì , công tắc tơ và rơ le nhiệt để bảo vệ cho mạch điện
Sơ đồ tổng thể phòng cháy chữa cháy của hệ thống bơm cứu hỏa được trình bày dưới hình sau:
Hình 1.4: Sơ đồ tổng thể phòng cháy chữa cháy của hệ thống bơm cứu hỏa
Hình 1.5: Sơ đồ hoạt động của bơm số 1
Hình 1.6: Sơ đồ hoạt động của bơm Jockey
Hình 1.7: Sơ đồ hoạt động của bơm số 2
+ Đ-a hệ thống vào sử dụng Đóng lại valve xả số 21d,22d,23d của valve báo động của Zone 1,2,3(tuỳ theo zone nào đang có sự cố cháy)
Mở valve số 28 của valve an toàn
Chuyển công tắc chế độ tự động AUTO của hệ thống bơm điện số 1 hoặc số
2 để bơm cung cấp n-ớc vào hệ thống đ-ờng ống
Khi áp lực đạt 7.5 kg/cm², cần tắt bơm điện bằng cách chuyển vị trí mạch sang STOP hoặc OFF khi đồng hồ áp lực hiển thị 7.57 kg/cm² Tiếp theo, chuyển công tắc sang chế độ AUTO của hệ thống bơm Jockey, bơm Jockey sẽ tự động dừng khi áp lực trên đồng hồ của trạm điều khiển hiển thị 7.57 kg/cm², trong khi bơm điện số 1 vẫn ở chế độ OFF.
Chuyển công tắc chuyển mạch về vị trí AUTO của tất cả 2 bơm điện
Mở từ từ valve số 21c,22c,23c của chuông báo động bằng n-ớc để đ-a hệ thống vào chế độ làm việc tự động
Kiểm tra đồng hồ âm ở tr-ớc đầu bơm điện 1 và 2.Sau đó khoá valve này lại
Sử dụng vận hành hệ thống tự động
Cần phải mở các valve sau:2,10,11,21,22,23,20,38,41,30,23c,22c,21c
Cần phải đóng các van 28, 24, 21a, 22a, 23a, 24, và 28 Đặc biệt, van 28 của tường nước luôn phải được giữ đóng; việc mở van này chỉ được thực hiện khi có quyết định rõ ràng và hợp lý về sự cố cháy.
Khi xảy ra sự cố cháy
+ Báo cho bộ phận bảo vệ và báo động toàn khu vực
+ Khi sự cố cháy đang xảy ra,kiểm tra các valve số 2,10,3,11,21,22,23,20,38 ,41,30,23c,22c,21c,các valve này phải mở hoàn toàn
+ Kiểm tra hoạt động của nguồn n-ớc cấp vào bể chứa và bổ sung liên tục và th-ờng xuyên
+ Chỉ ngừng sự hoạt động của hệ thống khi thực sự biết rõ sự cố cháy đã thực sự đ-ợc dập tắt
Khi sự cố đã đ-ợc dập tắt
+ Chuyển vị trí công tắc của cả 3 bơm điện về vị trí Stop hoặc OFF trên tủ ®iÒu khiÓn
+ Đóng valve số 21c,22c,23c của chuông báo động bằng n-ớc của 3 Zone 1,2,3 tuỳ theo zone nào đang có sự cố cháy
+ Mở valve xả thử số 21a,22a,23a của valve báo động zone số 1,2,3 để xả hết n-ớc ra khỏi hệ thống ống(tuỳ theo zone nào đang có sự cố cháy)
+ Thay thế các đầu phun Spinkler bị h- hỏng bằng những đầu phun spinkler mới cùng chức năng(nhiệt độ,chủng loại)
Trong quá trình vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống bơm, cần chú ý đặc biệt đến van an toàn được cài đặt với áp suất xả 9kg/cm, trong khi áp lực làm việc tối đa của đầu sprinkler là 12kg/cm Cột áp của bơm ở trạng thái không tải là khoảng 14-15kg/cm Nếu không kiểm tra van an toàn thường xuyên, áp lực của hệ thống bơm có thể không được kiểm soát, dẫn đến nguy cơ làm vỡ các đầu sprinkler và gây hư hỏng cho hàng hóa, thiết bị trong khu vực được bảo vệ bởi hệ thống này.
Hệ thống bơm cứu hỏa mang lại nhiều tiện ích và có tác dụng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày, giúp bảo vệ con người khỏi những sự cố không mong muốn Nó được sử dụng rộng rãi tại các nhà máy, khu chung cư, siêu thị, khách sạn và văn phòng, trở thành một phần thiết yếu trong việc đảm bảo an toàn.
1.2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ bơm bồn kín
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống bơm bồn kín
Hệ thống sử dụng các điểm đo và sensor khác nhau để đảm bảo hoạt động hiệu quả Điểm đo Đ1 dùng để đo mức chất lỏng trong bình chứa hoặc sông hồ, nhằm tín hiệu hóa mức chất lỏng tại cửa hút; nếu mức quá thấp, hệ thống sẽ dừng ống bơm Điểm đo Đ2 chỉ hoạt động trong giai đoạn khởi động bơm, với chức năng đo áp suất bơm và cắt nguồn nếu vượt quá thời gian quy định Cuối cùng, điểm đo Đ3 được sử dụng để đo áp suất công tắc của bơm, khởi động bơm khác nếu không đạt yêu cầu.
Để bắt đầu quá trình, cần nạp áp suất không khí ban đầu và khóa van khí lại Sau đó, tiến hành cấp lỏng vào bình Do khí chịu nén, áp lực sẽ rất mạnh, vì vậy chỉ nên mở van cấp chất lỏng khi đã có phụ tải.
Khi các điểm đo áp suất (Đ1, Đ2, Đ3) đạt yêu cầu, trạm bơm hoạt động bình thường Nước từ bình chứa hoặc sông hồ được truyền qua các van và bơm vào bồn kín Sau đó, ta nạp áp suất không khí ban đầu, khóa van khí lại và bắt đầu cấp lỏng vào bình Khi khí bị nén, áp lực tăng mạnh, vì vậy cần xả hết khí trước khi mở van cấp chất lỏng cho phụ tải.
Trong trường hợp một trong các điểm đo áp suất ( Đ 1 , Đ 2 , Đ 3 ) không đạt yêu cầu:
Các thông số và đặc tính cơ bản
1.3.1 Các thông số cơ bản a (hay
Trong một số tổ máy bơm cần phải phân biệt 3 loại công suất:
Công suất làm việc N i (công suất hữu ích) là công để đưa một lượng Q chất lỏng lên độ cao H trong một đơn vị thời gian (s)
Công suất tại trục bơm N (thường ghi trên nhãn bơm) Công suất này thường lớn hơn N i vì có tổn hao ma sát
Công suất động cơ kéo bơm (Nđc) thường lớn hơn công suất bơm (N) để bù đắp cho hiệu suất truyền động và dự phòng cho tình huống quá tải bất thường Hiệu suất bơm được xác định bằng tỉ số giữa công suất hữu ích (N i) và công suất tại trục bơm (N).
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 bị ảnh hưởng bởi tổn thất do ma sát giữa các bộ phận cơ khí như ổ bi và gối trục, cũng như giữa bề mặt guồng động và chất lỏng trong bơm ly tâm.
1.3.2 Đặc tính của bơm Ở phần này, ta xem xét các đặc tính bơm như là một đối tượng mà động cơ cần truyền động Qua đó, ta thấy những đáp ứng mà động cơ phải có khi kéo bơm Bơm có rất nhiều loại nên ta chỉ khảo sát 2 loại bơm chính sau:
- Bơm piton a Bơm ly tâm
Bơm ly tâm là một loại bơm động học với cánh quạt, được sử dụng phổ biến nhờ vào khả năng bơm nhiều loại chất lỏng khác nhau như nước, axit và kiềm Với lưu lượng rộng từ vài lít đến vài mét khối mỗi giây, bơm ly tâm có cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ và chắc chắn, đồng thời có giá thành thấp, làm cho nó trở thành sự lựa chọn lý tưởng trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
Nhược điểm của bơm ly tâm : Là không có khả năng hút nước lúc ban đầu (phải mồi) và lưu lượng Q phụ thuộc vào cột áp H
Công suất N đạt giá trị cực tiểu khi lưu lượng bằng 0, cho phép động cơ khởi động dễ dàng Do đó, cần khoá van trên ống đẩy để Q = 0 Sau khoảng 1 phút, van cần được mở ngay để tránh tình trạng bơm và chất lỏng bị quá nóng do công suất động cơ chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng Hơn nữa, khi mở máy, dòng động cơ lớn có thể gây nguy hiểm cho động cơ nếu Q = 0 Bơm pitton là một thiết bị quan trọng trong quá trình này.
Bơm pitton là loại bơm thể tích có nguyên lý làm việc đơn giản
Bơm pitton có thiết kế cồng kềnh và khó chế tạo hơn so với bơm ly tâm khi cùng lưu lượng, dẫn đến việc ít được sử dụng ở vùng áp suất thấp và trung bình Tuy nhiên, ở vùng áp suất cao và rất cao (trên 200at), bơm pitton lại chiếm ưu thế tuyệt đối, đặc biệt trong các ứng dụng như hệ truyền động bằng dầu, vòi phun nhiên liệu động cơ diesel và hệ thống thủy lực trên máy bay.
Cột áp H ảnh hưởng đến công suất bơm và công suất động cơ, với lưu lượng bơm khác nhau sẽ dẫn đến sự thay đổi trong công suất Một đặc điểm nổi bật của bơm pitton là lưu lượng bơm có sự dao động.
Hệ thống bơm đóng vai trò quan trọng trong đời sống xã hội hiện nay, không chỉ hỗ trợ cuộc sống của người dân mà còn phục vụ cho các ngành công nghiệp và nông nghiệp trong những điều kiện mà con người không thể làm được Qua đồ án tốt nghiệp, tôi đã có cơ hội nghiên cứu về hệ thống bơm tăng áp 2 cấp, giúp tôi hiểu rõ hơn về công dụng và lợi ích mà bơm mang lại cho con người và trong sinh hoạt xã hội.
HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN , TRANG BỊ ĐIỆN -ĐIỆN TỬ CỦA HỆ THỐNG BƠM
Yêu cầu về trang bị điện-điện tử cho hệ thống bơm
Bơm có nhiều kiểu loại và công suất đa dạng, với truyền động phổ biến là điện Tùy thuộc vào tốc độ bơm, kết nối giữa động cơ và bơm có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp Khi chọn công suất động cơ, cần lưu ý đến hiệu suất của các khâu truyền lực trung gian Hầu hết các bơm không yêu cầu thay đổi tốc độ, do đó thường sử dụng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc cho bơm nhỏ, và cho bơm có công suất trung bình và lớn, động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn thường được sử dụng Đối với bơm chuyên dụng, có thể sử dụng động cơ một chiều kích từ song song hoặc nối tiếp khi có yêu cầu thay đổi tốc độ.
Khi chọn động cơ cho bơm pittông, cần căn cứ vào loại bơm cụ thể và lưu ý đến biến thiên của lưu lượng và cột áp, để đảm bảo mômen động cơ phù hợp Đối với bơm ly tâm, do bơm không tự động mồi nước, mạch điều khiển cần đảm bảo việc mồi nước trước khi khởi động bơm, thông qua bơm mồi và các van, đồng thời tuân thủ thứ tự thao tác khi vận hành 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)
33 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 trạm nhiều máy bơm:
Khi lựa chọn loại tạm bơm, cần xác định xem đó là bơm nước thường cho hệ thống bình kín hay tạm bơm cho hệ thống bình hở Dù thuộc loại nào, việc vận chuyển chất lỏng đi xa với lưu lượng cần thiết đòi hỏi phải có một áp năng dự trữ nhất định.
Trong các hệ thống bơm chuyển vật liệu hóa chất và công nghệ, trạm bơm thường được thiết kế với nhiều bơm để đảm bảo hiệu quả hoạt động Việc tự động hóa các trạm bơm là cần thiết, với mục tiêu chính là 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…
Một số khí cụ thường dùng trong hệ truyền động máy bơm
Mức là chiều cao của chất lỏng hoặc hạt trong các thiết bị công nghệ, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra chế độ làm việc và điều khiển quy trình sản xuất Cảm biến mức giúp đánh giá khối lượng chất lỏng trong các bồn chứa như xăng, dầu, với đơn vị đo mức là đơn vị chiều dài Việc đo mức có thể thực hiện liên tục hoặc theo ngưỡng.
34 Đo liên tục là quá trình trong đó tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại trong bồn chứa
Cảm biến đo theo ngưỡng cung cấp tín hiệu nhị phân, giúp phát hiện tình trạng mức nước trong bồn chứa có đạt yêu cầu hay không, từ đó điều khiển hiệu quả quá trình làm việc của bồn chứa.
Hệ thống đo mức bằng phao sử dụng một phao nổi bằng thép không gỉ, được kết nối với một thanh dẫn Một đầu của thanh dẫn gắn với cảm biến đo dịch chuyển, trong khi đầu còn lại có thể nối với cảm biến vị trí qua dây mềm và hệ thống ròng rọc.
Hình 2.1: Phương pháp sử dụng áp kế Hình 2.2: Phương pháp vi sai
4: Phao 2.2.2 Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị phổ biến, không chỉ dùng để đo nhiệt độ mà còn để đo các đại lượng phi điện khác như tốc độ lưu chất và xác định nồng độ thành phần của khí.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ dựa trên quá trình nhiệt (đốt nóng, làm lạnh và trao đổi nhiệt) mà đại lượng đo là nhiệt độ
Khi nhiệt độ biến đổi, tính chất vật lý của vật thể cũng thay đổi, và những tính chất này được ứng dụng để chế tạo các cảm biến nhiệt độ hiệu quả.
Quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất và khối lượng đối với chất khí được miêu tả bằng phương trình Va-dec-val:
V: là khối lượng; p: áp suất; t: nhiệt độ; R: hệ số tỉ lệ a1, b1: hằng số phụ thuộc vào tính chất của vật chất, không phụ thuộc vào trạng thái và điều kiện mà các chất đi qua
Trong thực tế khi đo nhiệt độ thường xảy ra với áp suất nhỏ và được miêu tả bằng phương trình Bento:
Rt a, b, R là thông số đặc trưng cho chất đo nhiệt độ ( chất khí, rắn, lỏng,…
Là thiết bị đóng ngắt mạch điện theo thời gian đặt, bao gồm
+ Rơle thời gian trễ hút
+ Rơle thời gian trễ nhả
Dùng trong bộ khống chế máy bơm khởi động tránh khởi động đầy tải
2.2.4 Rơle áp suất và rơle nhiệt độ
Rơle nhiệt độ và rơle áp suất là hai thiết bị điều khiển quan trọng, giúp điều chỉnh nhiệt độ và áp suất một cách hiệu quả Chúng hoạt động theo nguyên lý đóng ngắt hai vị trí và thường được kết hợp với bộ chuyển đổi đóng ngắt để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong các hệ thống.
Rơle nhiệt độ là một tiếp điểm đóng ngắt điện của một mạch điều khiển tác động theo nhiệt độ của đầu cảm biến nhiệt độ
Rơle áp suất là một tiếp điểm đóng ngắt điện của một mạch điều khiển theo áp suất của đầu cảm biến áp suất
Rơle nhiệt độ và rơle áp suất là các thiết bị biến đổi các đại lượng không điện ra các đại lượng điện
Aptomat là khí cụ điện dùng để cắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp…Aptomat còn gọi là cầu dao tự động
Sử dụng Aptomat có 3 yêu cầu
Chế độ làm việc của Aptomat cần đảm bảo là chế độ dài hạn, cho phép dòng điện định mức chạy qua trong thời gian không giới hạn Đồng thời, Aptomat cũng phải có khả năng chịu đựng dòng điện lớn khi các tiếp điểm đã đóng hoặc đang trong trạng thái đóng.
- Aptomat phải ngắt được dòng ngắn mạch lớn Sau khi ngắt dòng ngắn mạch, Aptomat phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức
Để tăng cường tính ổn định nhiệt và điện động cho thiết bị điện, đồng thời hạn chế tác động tiêu cực của dòng điện ngắn mạch, Aptomat cần có thời gian cắt nhanh Điều này thường yêu cầu sự kết hợp giữa lực thao tác cơ học và thiết bị dập hồ quang bên trong Aptomat.
- Để thực hiện yêu cầu bảo vệ có chọn lọc, Aptomat cần phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện đặt và thời gian tác động
2.2.6 Rơle áp suất cao và thấp
Có thể chia rơle áp suất ra các loại sau :
Rơle áp suất là thiết bị có khả năng ngắt và đóng mạch trong quá trình điều chỉnh khi áp suất vượt quá hoặc giảm xuống dưới mức đã được cài đặt Trong khi đó, rơle áp suất an toàn là dụng cụ thiết yếu giúp ngắt mạch điện khi áp suất đạt đến mức cao hoặc thấp vượt quá giới hạn an toàn của các thiết bị như bình cao áp và chai gió Khi áp suất trở lại mức an toàn, rơle sẽ tự động đóng lại, đảm bảo an toàn cho hệ thống.
Rơle áp suất khóa an toàn là thiết bị có khả năng ngắt mạch điện khi áp suất vượt quá giới hạn cao hoặc thấp đã được cài đặt trước Đặc biệt, khóa này không tự động đóng lại, mà cần phải được đóng bằng tay hoặc bằng các công cụ hỗ trợ.
Van hồi dầu được lắp vào đầu nối của bơm phân phối VE để ổn định áp suất nhiên liệu Đường ống hồi cho phép một lượng nhiên liệu trở lại thùng chứa qua lỗ khoan nhỏ khoảng 0,6 mm, giúp chia đều nhiên liệu và hạn chế hiện tượng tan chảy Kích thước lỗ khoan được tính toán cẩn thận để duy trì áp suất yêu cầu, đồng thời điều khiển lượng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu, cũng như xả khí trong khoang cao áp.
Thiết kế hệ thống
2.3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống bơm tăng áp 2 cấp
Dong co diezel lai may phat
Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc hệ thống bơm tăng áp 2 cấp
Sơ đồ cấu trúc hệ thống bơm tăng áp 2 cấp (Hình 2.4 ).Hệ thống gồm có
Hệ thống bao gồm 4 bơm được trang bị 4 động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc, với các điểm khởi động là No1-No4, No1-No3, No2-No3, và No2-No4 Trong quá trình khởi động, chỉ một trong bốn cặp bơm hoạt động Khi áp suất đầu ra không đủ, hệ thống sẽ tự động kích hoạt cặp bơm còn lại Các điểm đo áp suất Đ1 theo dõi áp suất đầu vào, trong khi đầu đo Đ31 và Đ32 giám sát và tự động điều khiển hoạt động của máy bơm.
Khi chất lỏng bị rò rỉ hoặc lấy ra khỏi hệ thống trong khi bơm đang ngừng hoạt động, áp suất sẽ giảm Điều này dẫn đến việc công tắc áp suất ở chế độ cao nhất bị đóng, khiến cho bơm thứ nhất khởi động.
Khi lưu lượng cấp vượt quá khả năng của một bơm, áp suất giảm, dẫn đến việc công tắc áp suất kích hoạt bơm thứ hai Khi hệ thống đạt áp suất đầy đủ và lưu lượng đầu ra giảm, áp lực sẽ tăng lên, khiến công tắc áp suất mở và bơm dừng lại Việc điều chỉnh thứ tự khởi động của hai bơm giúp giảm số lần khởi động của mỗi bơm trong một giờ và đảm bảo cả hai bơm đều được sử dụng hiệu quả.
Sơ đồ hệ thống bơm tăng áp 2 cấp (Hình 2.4) được sử dụng để bơm dầu cho hệ thống phát điện dự phòng công suất lớn Hệ thống này có chức năng hút dầu từ thùng chứa, lọc sạch và tạo áp lực cao để phun vào buồng đốt của động cơ diesel Việc bơm dầu được thực hiện đúng thời điểm và với lượng nhiên liệu phù hợp với phụ tải của động cơ, nhờ vào cảm biến D10 gắn trong động cơ diesel để điều khiển các bơm.
Van 1 chiều V21-V24 có chức năng đo áp suất đầu vào của hệ thống, từ đó gửi thông tin về hệ thống điều khiển để xác định hoạt động của hệ thống Đồng thời, van cũng cung cấp dữ liệu cho hệ thống giám sát, giúp thông báo mức chất lỏng trong thùng và thiết lập các mức cảnh báo cần thiết.
40 Đ2: đo áp suất ở phía sau lọc thứ 1, đưa về để báo động lọc bị thủng hoặc bị tắc Đ3: đo áp suất đầu ra của bơm
Để điều khiển bơm, cần cung cấp tín hiệu cho hệ thống để quyết định thời điểm hoạt động Đo lường đầu ra của finter 2 được thực hiện tại Đ5 Các phép đo tại Đ6 và Đ7 tương tự như Đ3, trong khi Đ8 thực hiện phép đo tương tự như Đ4.
Xây dựng cấu trúc hệ thống
2.4.1 Thiết kế tủ động lực
+ Phương án : điều khiển tập trung
Giải thích hình 2.5: các tủ điều khiển và cấp nguồn cho đông cơ được lắp đặt tập trung tại 1 phòng cách xa hệ thông bơm stop start
Tu PLC DC-1 DC-2 DC-3 DC-4 to motor 4 stop start
Tu PP to motor 3 to motor 2 to motor 1
Hình 2.5: Sơ đồ tủ điều khiển tập trung
2.4.2 Xây dựng mạch động lực
Mạch điện động lực, hay còn gọi là mạch điện nguồn, cung cấp điện cho các thiết bị trong hệ thống như máy nén, bơm và quạt Dòng điện trong mạch này thay đổi tùy thuộc vào công suất của từng thiết bị, do đó, công suất của các thiết bị đi kèm cũng cần được lựa chọn tương ứng Nguồn cấp cho mạch động lực thường được lấy từ trạm biến áp của nhà máy.
Hình 2.6: Sơ đồ mạch động lực của hệ thống
Hệ thống bao gồm bốn bơm được kết hợp với bốn động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc Các điểm khởi động được xác định là No1-No4, No1-No3, No2-No3 và No2.
Khi khởi động, chỉ có 1 trong 4 cặp bơm hoạt động Nếu áp suất đầu ra không đủ, hệ thống sẽ tự động kích hoạt cặp bơm còn lại Điểm đo Đ1 theo dõi áp suất đầu vào, trong khi các đầu đo Đ31 và Đ32 giám sát và điều khiển tự động máy bơm.
2.4.3 Xây dựng mạch điều khiển
Hiện nay, tự động hóa đang trở thành xu hướng chủ yếu trong sản xuất và vận hành các hệ thống do yêu cầu về kích thước gọn nhẹ và độ tin cậy cao Trong các hệ thống bơm chất lỏng bình hở, tự động hóa được áp dụng nhằm đạt được những mục tiêu và yêu cầu quan trọng.
- 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 đã nêu, thiết bị điều khiển lý tưởng cho toàn bộ hệ thống là PLC S7-300 của Siemens PLC mang lại sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống công nghiệp Việc thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC giúp quá trình điều khiển trở nên nhanh chóng, tiết kiệm chi phí và đặc biệt là hiệu quả hơn Do đó, PLC S7-300 là lựa chọn ưu việt hơn so với 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
Vỏ của PLC được chế tạo từ vật liệu cứng, giúp chúng chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và nhiễu, điều mà các máy tính tiêu chuẩn không thể làm được Khả năng thích ứng này khiến PLC trở thành lựa chọn lý tưởng cho môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
Giao diện trực tiếp là yếu tố quan trọng trong việc kết nối máy tính với môi trường công nghiệp Các máy tính tiêu chuẩn thường yêu cầu hệ thống phức tạp để thực hiện giao tiếp này, trong khi đó, PLC (Bộ điều khiển lập trình) có khả năng giao tiếp trực tiếp nhờ vào các mô đun vào ra I/O được sản xuất theo tiêu chuẩn công nghiệp.
Lập trình PLC trở nên dễ dàng hơn nhờ việc sử dụng ngôn ngữ lập trình dạng sơ đồ hình thang, tương tự như sơ đồ đấu nối trong các hệ thống điều khiển rơle truyền thống.
Chương trình điều khiển của PLC có tính linh hoạt cao, cho phép người dùng nhanh chóng và dễ dàng thay đổi bằng cách nạp lại chương trình mới thông qua bộ lập trình, thẻ nhớ hoặc truyền tải qua mạng Điều này mang lại ưu thế lớn về phần mềm cho hệ thống.
- PLC có nhiều công cụ lập trình dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3
Ngôn ngữ lập trình bậc cao cho phép phát triển các chương trình lớn và phức tạp, đồng thời hỗ trợ giao tiếp hiệu quả với các thiết bị ngoại vi và truy cập dữ liệu chương trình.
- 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
1 Phân công cổng đầu vào của PLC Đầu vào Địa chỉ Kí hiệu trên PLC
1 Phân công cổng đầu ra của PLC Đầu ra Địa chỉ Kí hiệu trên PLC
Cuộn hút rơle 1 cấp nguồn cho động cơ lai bơm 1
Cuộn hút rơle 1 cấp nguồn cho động cơ lai bơm 2
Cuộn hút rơle 1 cấp nguồn cho động cơ lai bơm 3
Cuộn hút rơle 1 cấp nguồn cho động cơ lai bơm 4
Đèn báo áp suất là thiết bị quan trọng trong hệ thống đo áp suất, với các mã D1, D2, D4, D6, D9 và Đ5 tương ứng Mỗi đèn báo này đóng vai trò trong việc theo dõi và cảnh báo áp suất tại các vị trí khác nhau, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của hệ thống.
2 Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 2.7: Sơ đồ mạch điều khiển sử dụng PLC S7- 300
KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Tổng quan về PLC S7-300
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 nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A
Các module được lắp đặt trên thanh ray, với tối đa 8 module SM/FM/CP bên phải CPU, tạo thành một rack Mỗi module được đánh số từ trái sang phải: module nguồn ở slot 1, module CPU ở slot 2, và các module kế tiếp theo thứ tự 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 module
Cấu hình cứng của trạm PLC được khai báo bằng phần mềm Step7 như sau:
- 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 hiệu đầu ra và các tín hiệu ra là tín hiệu số
Hình 3.1: Cấu hình cứng của trạm PLC S7 – 300 Ưu điểm của hệ điều khiển PLC :
Sự xuất hiện của hệ điều khiển PLC đã cách mạng hóa hệ thống điều khiển và thay đổi quan niệm thiết kế của chúng Hệ điều khiển sử dụng PLC mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.
- Giảm 80% Số lượng dây nối
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp
- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng
Chức năng điều khiển có thể thay đổi một cách linh hoạt thông qua thiết bị lập trình như máy tính hoặc màn hình, mà không cần phải thay đổi phần cứng, trừ khi có yêu cầu bổ sung hoặc giảm bớt các thiết bị xuất nhập.
- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển
- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất
- Chi phí lắp đặt thấp
Chương trình điều khiển PLC cho phép in ấn nhanh chóng chỉ trong vài phút, mang lại sự thuận tiện cho công tác bảo trì và sửa chữa hệ thống Ứng dụng của hệ thống điều khiển này rất đa dạng và hiệu quả.
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như:
- Hệ thống nâng vận chuyển
- Các ROBOT lắp giáp sản phẩm
- Dây chuyền xử lý hoá học
- Công nghệ sản xuất giấy
- Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh
- Công nghệ chế biến thực phẩm
- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn
- Dây chuyền lắp giáp Tivi
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông
- Quản lý tự động bãi đậu xe
- Dây truyền may công nghiệp
- Dây chuyền sản xuất xe Ôtô
- Kiểm tra quá trình sản xuất
Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC
1 Xác định qui trình điều khiển: Điều đầu tiên cần biết là đối tượng điều khiển của hệ thống, mục đích chính của PLC là phải điều khiển được các thiết bị ngoại vi Các chuyển động của đối tượng điều khiển được kiểm tra thường xuyên bởi các thiết bị vào, các thiết bị này gửi tín hiệu đến PLC và tiếp theo đó PLC sẽ đưa tín hiêu điều khiển đến các thiết bị để điều khiển chuyển động của đối tượng Để đơn giản, qui trình điều khiển có thể mô tả theo lưu đồ (hình vẽ 3.2)
2 Xác định tín hiệu vào ra:
Bước thứ hai trong quá trình kết nối là xác định vị trí giữa các thiết bị vào ra với PLC Thiết bị vào có thể bao gồm tiếp điểm và cảm biến, trong khi thiết bị ra có thể là rơle điện từ, motor hoặc đèn Mỗi vị trí kết nối cần được đánh số tương ứng với PLC đang sử dụng.
Chương trình điều khiển được soạn thảo dưới dạng lưu đồ hình thang như đã trình bày ở bước 1
4 Nạp chương trình vào bộ nhớ:
Cấp nguồn cho PLC và cài đặt cấu hình khối giao tiếp I/O nếu cần thiết, tùy thuộc vào từng loại PLC Tiếp theo, nạp chương trình đã soạn thảo vào bộ nhớ của PLC Sau khi hoàn tất, nên kiểm tra lỗi bằng chức năng tự chuẩn đoán và nếu có thể, chạy chương trình mô phỏng hoạt động của hệ thống như S7-SIM hoặc S7-VISU.
Trước khi khởi động hệ thống, cần kiểm tra kỹ lưỡng dây nối từ PLC đến các thiết bị ngoại vi để đảm bảo chính xác Trong quá trình chạy thử, có thể cần thực hiện các bước tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn trước khi đưa vào hoạt động thực tế.
Hình 3.2: Quy trình thiết kế một hệ thống điều khiển bằng PLC
Chương trình điều khiển trên PLC
Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán khối chương trình chính
3.2.2 Viết chương trình điều khiển
Chương trình viết trên phần mềm Step 7 :
55 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)