Đặt vấn đề: Hệ thống bơm nước ở trong các nhà máy, khu công nghiệp, tòa nhà đa phần hoạt động 100% tải từ khi khởi động cho đến khi dừng hệ thống. Việc này gây ra rất nhiều hạn chế cũng như lãng phí cho hệ thống: Khi giờ cao điểm: Lượng nước đầu ra cần sử dụng nhiều mặc dù chạy 100% tải nhưng vẫn không đủ nước cung cấp => thiếu nước. Nếu muốn sử dung thêm nước thì người vận hành đóng thêm bơm khác vào hệ thống nhưng các bơm này sẽ chạy 100% tải, việc này có rất nhiều hạn chế vì việc sử dụng như vậy sẽ khiễn cho lượng nước không cố định, thay đổi liên tục và gây ra lãng phí. Khi ở thời gian thấp điểm: Bơm vẫn chạy 100% công suất nhưng lượng nước đầu ra sử dụng ít => lãng phí.
Các bơm phải chạy liên tục sẽ giảm tuổi thọ về mặt cơ khí của bơm. Vì vậy yêu cầu đặt ra là điều khiển tự động ổn định lưu lượng nước và tiết kiệm năng lương cho hệ thống cấp nước. Tổng quan hệ biến tần – động cơ. Khái niệm: Biến tần là thiết bị biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha có tần số và điện áp cố định thành nguồn điện xoay chiều 3 pha có tần số và điện áp có thể thay đổi được.
Các bộ phận của biến tần: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Sơ đồ mạch lực của biến tần. +) Mạch chỉnh lưu +) Mạch lọc +) Mạch nghịch lưu Các phụ kiện biến tần: +) Bộ kháng điện xoay chiều (AC reactor) +) Bộ kháng điện một chiều (DC reactor) +) Điện trở xả - Nguyên lý hoạt động của biến tần: +) Nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng bằng bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. +) Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng.
Ban đầu, điện áp 1 chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện, điện áp một chiều này ở mức rất cao. +) IGBT thiết bị này có cổng cách điện hoạt động giống như công tắc bật tắt và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần. thông qua trình tự kích hoạt IGBT của biến tần, một điện áp xoay chiều 3 pha sẽ được tạo ra bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com +) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thẻ lên tới dải tần số cao nhằm giảm tiếng ồn cho động cư và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Hệ biến tần-động cơ bơm.
+) Biến tần cho bơm điều áp tự động ổn định áp suất theo giá trị đặt sẵn. +) Có chế độ stand by – tiết kiệm năng lượng. +) Hệ thống điều khiển bằng biến tần +) Giải pháp thông minh, bơm được điều khiển bằng biến tần - Hệ biến tần động cơ: biến tần biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha có tần số và điện áp cố định thành nguồn điện 3 pha có tần số và điện áp thay đổi được để cấp cho động cơ, từ đó thay đổi tốc độ động cơ. Tín hiệu áp lực từ mạng lưới cấp nước được đưa về bộ điều khiển của biến tần, được so sánh với tín hiệu áp lực yêu cầu, sự sai lệch giữa 2 giá trị này được đưa vào một bộ điều khiển đặc trưng là bộ điều khiển PID, cuối cùng sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển đến bộ chỉnh lưu và nghịch lưu của biến tần để tối ưu.
- Ưu điểm của hệ: +) Hạn chế dòng khởi động động cơ. +) Tiết kiểm năng nượng. +) Hoạt động ổn định. +) Dải công suất rộng.
+) Tự động ngừng khi đạt đến điểm đặt. +) Tự động tăng tốc, giảm tốc tránh quá tải hoặc quá điện áp khi khởi động. +) Bảo vệ động cơ khi xảy ra ngắn mạch, quá tải, quá dòng, quá nhiệt. +) Dễ dàng lắp đặt, vận hành.
+) Hiển thị thông số, thuận tiện theo dõi. - Một ưu điểm nổi bật của hệ là tiết kiệm năng lượng: Khi dùng biến tần điều khiển bơm, nếu ta muốn giảm lưu lượng xuống 80% so với định mức, ta chỉ TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com cần điều chỉnh biến tần để giảm tốc độ động cơ xuống. Quan hệ giữa momen tải và tốc độ động cơ (với tải là bơm nước, quạt gió): M =n2 Công suất: P=M. n ⇒ P ≈ n3 Nếu ta giảm tốc độ xuống còn 80% thì công suất P=0,83 ≈ 0,5.
Điều này cho thấy rằng bơm sẽ chỉ hoạt động với 50% công suất định mức là có thể đạt được 80% lưu lượng. - Nguyên lý làm việc. +) Hệ thống biến tần áp dụng nguyên lý điều khiển vòng kín. +) Tín hiệu áp lực từ mạng lưới cấp nước được đưa về bộ xử lý, so sánh với tín hiệu áp lực được cài đặt theo yêu cầu.
Sai lệch giữa 2 trị số này sẽ được một chương trình cài đặt riêng cho hệ thống xử lý để đưa ra tín hiệu điều khiển tối ưu đến bộ biến tần. +) Biến tần được lập trình xử lý tín hiệu đó và đưa ra tần số thích hợp cho dòng điện vào động cơ. Số vòng quay trên trục bơm được thay đổi và đáp ứng vừa lưu lượng, áp lực yêu cầu trên mạng lưới đường ống. - Chức năng của thiết bị biến tần.
+) Tự động điều khiển bơm và số vòng quay bơm để cung cấp đủ lưu lượng theo yêu cầu. +) Khởi động mềm và dừng mềm tránh sụt áp dòng điện của hệ thống. +) Có khả năng bảo vệ chống quá tải, ngắt mạch, mất pha, tăng áp… Tổng quan về bộ điều khiển PID - PID (Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Bộ điều khiển PID được sử dụng nhiều nhất trong các hệ thống điều khiển vòng kín TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.
Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị sai số là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào. Để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống. Cấu trúc bộ điều khiển PID.
- Trong đó: +) P (Proportional): là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu. +) I (Integral): là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu. Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0. +) D (Derivative): là vi phân của sai lệch.
Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào. Các bộ điều khiển PID: +) Bộ điều khiển tỉ lệ - P +) Bộ điều khiển tỉ lệ và tích phân - PI +) Bộ điều khiển vi phân - PD TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com +) Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân - vi phân – PID - Mục tiêu của việc sử dụng bộ PID : +) PID được coi là bộ điều khiển lý tưởng của các hệ thống điều khiển quy trình hiện đâị. Nó được sử dụng hầu hết trong các ứng dụng điều khiển quá trình tự động hóa trong công nghiệp hiện nay. Để điều chỉnh lư lượng, nhiệt độ, áp suất, vv… +) Giảm sai số xác lập đến mức tối thiểu nhất +) Hạn chế độ dao động +) Giảm thời gian tác động và độ lọt vố - Hệ thống điều khiển PID tự động bao gồm: +) Thiết bị điều khiển và cài đặt +) Cơ cấp chấp hành +) Thiết bị hồi tiếp Giới thiệu về đề tài thiết kế đồ án Tên đề tài: Ứng dụng bộ PID của PLC FX3U trong hệ PLC-biến tần- động cơ để thiết kế mô hình điều khiển, ổn định áp suất chất lỏng +)PLC: Ứng dụng bộ PID +) HMI: Hiển thị +)Mô đun đọc Analog: Đọc giá trị từ cảm biến đưa về +) Biến tần: Truyền thông giữa PLC- biến tần +) Động cơ bơm: Biến đổi điện năng thành cơ năng, hút nước từ bể chứa, lưu thông qua đường ống tạo nên áp suất.
+) Cảm biến: đo áp suất trong đường ống dẫn nước. Trong thực tế hệ thống bơm có thể sử dụng nhiều động cơ bơm phối hợp với nhau, do có nhiều hạn chế nên hệ thống này chỉ sử dụng một bơm để cấp nước tạo áp suất. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN THẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ BẢN VẼ ĐIỆN. Tính chọn động cơ bơm.
Bơm là loại thiết bị được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, dùng để vận chuyển chất lỏng chuyển động trong ống dẫn. Bơm là loại thiết bị chính cung cấp năng lượng cho chất lỏng để thắng trở lực trong đường ống khi chuyển động, nâng chất lỏng lên độ cao nào đó, tạo lưu lượng trong thiết bị công nghệ,… Năng lượng của bơm được lấy từ các nguồn động năng khác. - Phân loại +)Theo nguyên lý hoạt động, bơm được chia thành 3 nhóm sau a. Bơm thể tích: việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích không gian làm việc của bơm.
Do đó, thể tích và áp suất chất lỏng trong bơm sẽ thay đổi- cung cấp năng lượng chất lỏng. Bơm động lực: việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự chuyển động quay tròn của các bơm, khi đó động năng của quạt sẽ truyền vào chất lỏng tạo năng lượng cho dòng chảy. Bơm khí động: việc hút và đẩy chảy lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi của áp suất dòng khí chuyển động trong bơm và tạo ra năng lượng cho dòng chảy. - Tính chọn động cơ bơm dưa theo nhu cầu lưu lượng và cột áp, để lựa chọn tính toán công suất cho 1 máy bơm nước thì cần đến 4 yếu tố quan trọng: +) Lưu lượng của máy bơm +) Cột áp của máy bơm +) Hút sâu của máy bơm +) Độ nhớt của dung dịch chất lỏng, độ ăn mòn chất lỏng.
- Dù là sản phẩm máy bơm nước của hãng nào đi chăng nữa thì các yếu tố trên rất cần thiết để tính toán lựa chọn 1 máy bơm nước để sử dụng sao cho hiệu TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com quả nhất, giảm chi phí nhất.