Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ Bơm ổn định áp suất gồm các nội dung chính: tìm hiểu về vấn đề, giải pháp, chọn các thiết bị chính của mô hình, chọn các thiết bị, bảo vệ mạch động lực,..
Điều khiển động cơ Nhóm 82 ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỀ TÀI: BƠM ỔN DỊNH ÁP SUẤT GVHD: TS. LÊ QUANG ĐỨC SVTH: NGUYỄN VĂN BA 1051050004 DƯƠNG VĂN THƯỜNG 1051050058 ĐỒN VÕ THI ÂN 1051050002 TÌM HIỂU ĐỀ TÀI: BƠM ỔN DỊNH ÁP SUẤT Bài tốn: Điều khiển bơm cấp nước ổn định áp suất cho một chung cư khi các hộ sử dụng khơng có quy luật. Lưu lượng tối đa 10 /h, cột áp 40m. Chọn bơm, động cơ, biến tần, cảm biến áp suất NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 1 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Điều khiển ổn định áp suất nước cấp cho chung cư Bơm tự động chạy lại sau khi có sự cố điện Ngắt bơm khi trong bồn dưới khơng còn nước để tránh chạy khơ. Ngắt bơm khi áp suất nước q thấp do bể ống hoặc bơm khơng hút được (dưới cột áp 5m trong 20s) Ngắt bơm khi áp suất q cao do kẹt đường ống (cột áp trên 60m trong 20s) Bơm dừng máy từ từ trong 50s để tránh sốc đường ống Bơm khởi động từ từ trong 1 phút để tránh sốc đường ống I .TÌM HIỂU VỀ VẤN ĐỀ Hệ thống bơm cho khu chung cư Vấn đề: Nhu cầu sử dụng nước của khu chung cư là khơng có quy luật, khác nhau ở từng thời điểm , vào giờ cao điểm như buổi tối (tắm rửa,nấu cơm… ),buổi sáng( sinh hoạt)… Nước được dùng nhiều, như vậy gây ra sụt áp nước chảy chậm(yếu),khi các hộ gia đình đi làm,hoặc vào ban đêm ít dùng nướcdẫn đến áp suất đường ống tăng caogây hư hại các thiết bị…. Ngồi ra máy bơm ln chạy đầy tải dù giờ cao điểm hay thấp điểm như vậy là khơng cần thiết,gây tốn điện năng và giảm tuổi thọ cơ khí Đặc tính bơm: Là mối quan hệ giữa lưu lượng và cột áp NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 2 Điều khiển động cơ Nhóm 82 u cầu : Phải ổn định áp suất trên đường ống cấp nước và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống II.GIẢI PHÁP: Vì vậy dùng biến tần để điều khiển hệ thống sẽ đáp ứng được những u cầu ta cần . Khi nhu cầu xử dụng nước cao, cần áp lực trên đường ống cao thì biến tần sẽ tự động điều khiển động cơ quay tốc độ cao nhất để duy trì áp lực, ngược lại khi nhu cầu xử dụng nước thấp, cần áp lực thấp, biến tần sẽ điều khiển động cơ giảm tốc độ xuống hoặc dừng hẳn. Khi đó năng lượng điện được tiết kiệm Khi dùng biến tần thì dòng khởi động được hạn chế sẽ khơng gây sụt áp khi khởi động để tránh ảnh hưởng tới các thiết bị khác. Q trình START , STOP của bơm được êm hơn, tác dụng giảm tác hại cho động cơ về mặt cơ khí. NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 3 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Tiết kiệm năng lượng khi nhu cầu sử dụng thay đổi nhiều. Có các chức năng bảo vệ : q áp , thấp áp , bảo vệ q tải … Khởi động bơm từ từ với việc cài đặt thời gian tăng tốc, giảm tốc tránh gây rung đường ống và sự thay đổi áp suất đột ngột, tránh ảnh hưởng xấu cho hệ thống Để biến tần điều khiển được hoạt động của bơm thì cần phải có cảm biến áp suất phản hồi về Sơ đồ khối của hệ thống như sau: III. CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MƠ HÌNH CHỌN BƠM ĐỘNG CƠ: Mục đích : Cấp nước cho khu chung cư, động cơ kéo bơm cấp nước NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 4 Điều khiển động cơ Nhóm 82 u cầu : Bơm phải phù hợp với u cầu : Cột áp 40m và lưu lượng tối đâ là 10 /h Động cơ là việc ở chế độ dài hạn, cơng suất phù hợp với bơm Tra đồ thi tải nên nhóm chọn bơm đi liền với động cơ của hãng PENTAXÝ Số hiệu: CMT400 Điện áp tần số dòng điện: 400VAC 50Hz – 6,6A NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 5 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Tốc độ: 2850 v/p Cột áp – lưu lượng: 42,5m – 12/h Cơng suất: 3Kw ( 4HP ) Áp suất tối đa: 8 bar Số cực : 2 cực Có Catologue kèm theo (Trang 9 ) CHỌN BIẾN TẦN: Mục đích: Điều khiển động cơbơm có cơng suất 3kw u cầu: Điêu khiên U/f ̀ ̉ Thich h ́ ợp tai lam viêc dai han. ̉ ̀ ̣ ̀ ̣ Sử dung cho đông c ̣ ̣ ơ co công suât đâu ra 3kw ́ ́ ̀ Điều khiển bằng biến tần của hãng ABB Giới thiệu biến tần ABB .Hãng ABB có rất nhiều loại biết tần như là biến tần ACS55,ACS150,ACS310 ACS355, ACSM1,ACS550,ACS800 ……. Biến tần dùng cho bơm quạt NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 6 Điều khiển động cơ Nhóm 82 NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 7 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Biến tần cho chế tạo máy NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 8 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Biến tần tiêu chuẩn. NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 9 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Biến tần cơng nghiệp NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 10 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Thời gian cài đặt : 0.05s100h *Ngun lý hoạt động : Catalogue ( CTERD) 6.Chọn cảm biến áp suất: Mục đích : Đo áp suất đường ống để hồi về biến tần u cầu : Vùng làm việc chứa áp suất 4 bar ( 40m cột áp) Giải pháp : Nhóm chọn cảm biến áp suất của hãng OMRON NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 25 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Mã E8AAM10 Các thơng số của cảm biến : Điện áp vào:12 24VDC NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 26 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Dòng điện tiêu thụ :40mA max Dải áp suất:0 đến 1MPa Áp suất chịu được : 2MPa Có ngõ ra dòng điện:4 đến 20mA Nhiệt độ mơi trường xung quanh : Hoạt động: 10 : 60oC Lưu trữ : 25 : 70oC Thời gian phản ứng :100ms Khối lượng : khoảng 250g Có catalogue kèm theo ( cam bien ap suat_trang 1) 7.Chọn cơng tác phao Mục đích : khi nước trong bồn dưới hết nước thì dừng động cơ. u cầu : Điện áp tiếp điểm : 220VAC Tác động khi nước bồn hút hết Giải pháp :Nhóm chọn cơng tắc phao đóng mở nhờ mực nước của hãng ABB : Mã: MS10 NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 27 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Có catalog kèm theo( cong tac phao_trang 3,4) Thơng số kỹ thuật : Điện áp –dòng điện tiếp điểm: 250VAC1A / 125DC0,5 A Áp suất chuẩn tối đa : 103 bar 8.Chọn nguồn DC u cầu kỹ thuật: Vì sử dụng cảm biến áp suất, ta nên dùng 1 nguồn ni riêng để cảm biến hoạt động ổn định Nguồn cấp cho cảm biến phải có điện áp từ 1224VDC Giải pháp :Nhóm chọn bộ nguồn của hãng ABB có mã : CP-E 24/0.75 - Nguồn cấp 100~240 VAC 50/60Hz Điện áp ngỏ ra: 24VDC 0,75A NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 28 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Có catalogue kèm theo (ABBPowerSupply_trang 14) 9.Cáp điều khiển. Mục đích :Kết nối các thiết bị mạch điều khiển u cầu : Phù hợp với dòng điện tổng trong mạch điều khiển Cách điện và chống nhiễu tốt NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 29 Điều khiển động cơ Nhóm 82 số lõi : 1 lõi Giải pháp :Chọn cáp 1 lõi cách điện XLPE 0.6/1(1.2)kV của hãng LSVINA Catalog (Day cap LVMV cable _Trang 10) Thơng số kỹ thuật: Tiết diện danh định: 1,5 Đường kính lõi :1,56mm NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 30 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Chiều dày cách điện :0,7mm 10.Chọn máy biến áp Mục đích : Biến áp dùng để cấp nguồn và cách ly mạch điều khiển với lưới điện u cầu :Điện áp vào ra là 220VAC, cơng suất phù hợp Nhóm chọn biến áp cách ly của hãng STANDA Mã : ST1000VABACL Điện áp vào : 220 VAC – 1 phase Điện áp ra : 220 VAC Cơng suất : 1000 VA Có catalogue kèm theo (bien ap cach ly_trang 11) 11.Chọn MCB cho mạch điều khiển Mục đích :MCB dùng để cấp nguồn và bảo vệ ngắn mạch ,q tải và cách ly cho mạch điều khiển u cầu : Dòng định mức phù hợp Điện áp 220V NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 31 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Theo tính tốn sơ bộ dòng điện của các thiết bị trong mạch điều khiển thì dòng điện tổng nhỏ hơn 1A.Nên chon MCB có dòng định mức 1A Nhóm chon MCB của hãng ABB Mã : S201C1NA Dòng định mức In=1A Điện áp định mức :480Y/277 VAC Khả năng chịu dòng :Icu=6kA Tần số hoạt động :50/60hz Số cực :1+1NA cực Catalog (MCB S200_Trang 17) VI. THIẾT KẾ MẠCH (file autocard kèm theo) NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 32 Điều khiển động cơ Nhóm 82 1.Mạch động lực THIẾT BỊ CHỨC NĂNG Biến tần Điều khiển, bảo vệ động cơ Động cơ – Bơm Bơm nước Sensor Đo áp suất trên đường ống và phản hồi tín hiệu về biến tần EMC Line Fiter Lọc sóng điện từ cao tần, chống nhiễu Contactor Đóng ngắt mạch động lực thơng qua mạch điều khiển MCB1 Bảo vệ ngắn mạch,q tải,…mạch động lực Input chokes, Output chokes Cải thiện hệ số cơng suất đầu vào và giảm sóng hài,giảm dòng ngắn mạch,bảo vệ q tải động cơ khi khởi động 2.Mạch điều khiển THIẾT BỊ CHỨC NĂNG MCB2 Cấp nguồn và bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển Biến áp cách ly Cấp nguồn và cách ly mạch điều khiển với lưới điện Nguồn 24VDC Nguồn ni riêng cho cảm biến NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 33 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Cơng tắc Thao tác để điều khiển Cơng tắc phao( C) Báo bể còn nước hay hết nước RL1 Rơ le trung gian điều khiển chạy ,dừng động cơ RL2 Rơ le trung gian điều khiển dừng động khi nước bồn hết L,H Công tắc áp suất bảo vệ áp thấp và áp cao T1,T2 Rơ le thời gian (đếm thời gian) NGUON đèn báo nguồn cấp cho biến tần LOI đèn báo khi biến tần xảy ra lỗi CHAY,DUNG đèn báo động cơ chạy hoặc dừng D3 đèn báo bồn hết nước D1 đèn báo áp suất thấp D2 đèn báo áp suất cao 3 .Thuyết minh mạch Bật MCB 1 cấp nguồn cho mạch động lực Bật MCB 2 cấp nguồn cho mạch điều khiển Vặn SWITCH 1 về ON cấp điện cho cuộn hút K1 +Đóng tiếp điểm K1 bên mạch động lực cấp điện cho biến tần +Đóng tiếp điểm K1 bên mạch điều khiển để sẵn sàng khởi động động +Đèn NGUON sáng +Đèn DUNG sáng NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 34 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Vặn SWITCH 2 về STAR cấp điện cho cuộn hút RL1: +Tiếp điểm RL1 bên mạch động lực đóng, động cơ chạy +Đèn CHAY sáng +Tiếp điểm RL1 bên mạch điều khiển thường đóng mở ra ,đèn DUNG tắt Vặn SWITCH 2 về STOP ngắt điện cuộn hút RL1 +Tiếp điểm RL1 bên mạch động lực mở, động cơ dừng +Đèn CHAY tắt +Tiếp điểm RL1 bên mạch điều khiển thường đóng đóng lại,đèn DUNG sáng Vặn SWITCH 1 về OFF cuộn hút K1 mất điện +Ngắt nguồn cho biến tần.các đèn báo tắt hết *Bảo vệ : Nếu biến tần xảy ra sự cố, thì tiếp điểm ROCOMRONC mở ra,ngắt điện cuộn hút RL1.động cơ dừng.Tiếp điểm ROCOMRONO đóng lại ,đèn LOI sáng Nếu nước trong bồn hút hết nước ,cơng tắc mực nước hoạt động, đóng tiếp điểm C ở mạch điều khiển,cấp điện cho cuộn hút RL2: +Tiếp điểm RL2 ở mạch điều khiển thường đóng mở ra, ngắt điện cuộn hút RL1, động cơ dừng(đèn DUNG sáng, đèn CHAY tắt.) + Đèn D3 báo hết nước sáng Nếu áp suất q cao do kẹt đường ống(trên 6 bar) thì cơng tắc áp suất H tác động,đóng tiếp điểm H cấp điện cho cuộn hút T2: +Nếu áp suất cao trong vòng 20 giây thì tiếp điểm T2 thường đóng mở ra,thường mở đóng lại.Ngắt điện cuộn hút RL1,động cơ dừng.(đèn báo áp suất cao D2 sáng) +Tiếp điểm T2 (2528) duy trì nguồn cấp cho cuộn hút T2, khi khắc phục sự cố xong,ta phải vặn SWITCH STOP để ngắt điện cho cuộn hút T2 để các tiếp điểm T2 thường mở mở ra, thường đóng đóng lại và vặn lại SWITCH STAR để động cơ chạy lại NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 35 Điều khiển động cơ Nhóm 82 Nếu áp suất q thấp do bể đường ống hoặc khơng hút được nước(dưới 0,5 bar) thì cơng tắc áp suất L tác động,đóng tiếp điểm L cấp điện cho cuộn hút T1: +Nếu áp suất thấp trong vòng 20 giây thì tiếp điểm T1 thường đóng mở ra,thường mở đóng lại.Ngắt điện cuộn hút RL1,động cơ dừng.(đèn báo áp suất thấp D1 sáng) +Tiếp điểm T1 (2528) duy trì nguồn cấp cho cuộn hút T1, khi khắc phục sự cố xong,ta phải vặn SWITCH STOP để ngắt điện cho cuộn hút T1 để các tiếp điểm T1 thường mở mở ra, thường đóng đóng lại và vặn lại SWITCH STAR để động cơ chạy lại V. Cài đặt biến tần 1.Thơng số động cơ Mã Cài đặt Mơ tả Giá trị 9905 Ðiện áp định mức motor(page 276) 380 V 9906 Dòng diện định mức motor (page 276) Tần số định mức motor (page 276) Tốc độ định mức motor (page 276) Công suất định mức motor (276) 6.6 A 9907 9908 9909 50 2850 Hz rpm KW 2 Thơng số biến tần Mã NHĨM 82 – LỚP TD10 Mơ tả Page 36 Cài đặt Giá trị Điều khiển động cơ Nhóm 82 2202 2008 2203 2001 2002 2003 2007 1103 1301 1302 1304 1305 Thời gian tăng tốc (page 163) Tần số lớn nhất (page 193) Thời gian giảm tốc (page 163) Ðặt tốc độ nhỏ nhất cho động cơ ( 303) Ðặt tốc độ lớn nhất cho động cơ (303 ) Dòng điện cực đại(dòng quá tải)(192) 60 s 50 Hz 50 s 285 rpm 2850 rpm 9.9 A Hz Tần số nhỏ nhất (page 193) Chọn nguồn tham chiếu tốc độ REF1 (173) Giá trị tối thiểu đầu vào tương tự AI1(180) Giá trị tối đa đầu vào tương tự AI1(180) Phần trăm giá trị tối thiểu đầu vào tương tự AI2(181) Phần trăm giá trị tối đa đầu vào tương tự AI2(181) AI1 % 100 % 20 % 100 % 3.khởi động ,dừng động cơ Mã 1001 1003 Cài đặt Mơ tả Vị trí kiểm sốt bên ngồi DI1 :start=1/stop=0 (171) Kiểm sốt chiều quay động cơ(172) 1 Ghi chú Dừng khởi động thông qua DI1 Chỉ cho phép quay theo chiều thuận 4.PID Mã NHĨM 82 – LỚP TD10 Cài đặt Mơ tả Page 37 Ghi chú Điều khiển động cơ Nhóm 82 9902 1106 4001 4002 4010 4014 4016 Chọn kiểu điều khiển(109) Chọn tín hiệu nguồn cho tham chiếu ngồi REF2.(176) Xác đinh độ lợi cho bộ điều khiển(228) Xác định thời gian tích hợp của bộ điều khiển PID (228) Giá trị tham khảo cho bộ điều khiển PID(230) Lựa chọn giá trị phản hồi bộ điều khiển PID(231) Lựa chọn tín hiệu phản hồi ACT1(232) PID control 19 Kích hoạt PID 10 60 s Tín hiệu AI1 Phản hồi trực tiếp qua ACT1 Tín hiệu AI2 5,Rolay output Mã Cài đặt Mơ tả 1401 RELAY OUTPUT 1(184) 1404 RO 1 ON DELAY(184) 1405 RO 1 OFF DELAY(184) 23 0 Ghi chú Biến tần quá nhiệt Thời gian trễ on delay(s) Thời gian trễ off delay(s) 6.Luật điều khiển Mã Mô tả Cài đặt 2605 Điều khiển U/f NHĨM 82 – LỚP TD10 Page 38 Ghi chú Ưu tiên cho các chế độ mơmen xoắn khơng Điều khiển động cơ Nhóm 82 đổi Ưu tiên cho các bơm ly tâm và ứng dụng quạt NHÓM 82 – LỚP TD10 Page 39 ... Để biến tần điều khiển được hoạt động của bơm thì cần phải có cảm biến áp suất phản hồi về Sơ đồ khối của hệ thống như sau: III. CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MƠ HÌNH CHỌN BƠM ĐỘNG CƠ: Mục đích : Cấp nước cho khu chung cư, động cơ kéo bơm cấp nước... Bơm tự động chạy lại sau khi có sự cố điện Ngắt bơm khi trong bồn dưới khơng còn nước để tránh chạy khơ. Ngắt bơm khi áp suất nước q thấp do bể ống hoặc bơm khơng hút được (dưới cột áp 5m trong 20s)... (dưới cột áp 5m trong 20s) Ngắt bơm khi áp suất q cao do kẹt đường ống (cột áp trên 60m trong 20s) Bơm dừng máy từ từ trong 50s để tránh sốc đường ống Bơm khởi động từ từ trong 1 phút để tránh sốc đường ống