I. Tổng Quan Nghiên Cứu Trạm Bơm La Tiến Giới Thiệu Chi Tiết
Nghiên cứu này tập trung vào Trạm bơm La Tiến, một phần quan trọng của Xí nghiệp khai thác công trình thủy lợi Phù Cừ, thuộc Công ty TNHH một thành viên khai thác công trình thủy lợi tỉnh Hưng Yên. Xí nghiệp KTCTTL Huyện Phù Cừ có 107 cán bộ công nhân viên, trong đó 90 công nhân vận hành tại các trạm bơm và các công trình thủy lợi. Trạm bơm La Tiến đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho nông nghiệp và sinh hoạt của khu vực. Việc tự động hóa trạm bơm là một yêu cầu cấp thiết để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí vận hành. Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào hiện trạng, phân tích các giải pháp cải tạo và thiết kế hệ thống điều khiển trạm bơm tiên tiến.
1.1. Tổng quan về công ty khai thác công trình thủy lợi Hưng Yên
Xí nghiệp khai thác công trình thủy lợi Phù Cừ trực thuộc Công ty TNHH MTV Khai thác công trình thủy lợi tỉnh Hưng Yên. Do đó, Xí nghiệp có vai trò quản lý và vận hành Trạm bơm La Tiến để phục vụ tưới tiêu và cấp nước. Việc nghiên cứu cải tạo hệ thống điều khiển hiện có sẽ giúp Xí nghiệp nâng cao hiệu quả hoạt động và tiết kiệm chi phí.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu cải tạo hệ thống điều khiển
Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại cho trạm bơm La Tiến, bao gồm cả phần cứng và phần mềm. Hệ thống mới cần đảm bảo khả năng vận hành ổn định, giám sát từ xa, và tối ưu hóa hiệu suất. Việc nghiên cứu cũng tập trung vào việc lựa chọn các thiết bị phù hợp và lập trình phần mềm điều khiển hiệu quả.
II. Phân Tích Hệ Thống Điện Trạm Bơm La Tiến Chi Tiết
Phân tích hệ thống điện hiện tại của trạm bơm La Tiến là bước quan trọng để xác định các điểm cần cải thiện. Hệ thống bao gồm các máy biến áp, tủ điện, động cơ bơm và các thiết bị bảo vệ. Các trạm có máy bơm công suất từ 800 kW trở lên thường dùng động cơ đồng bộ, điện áp 6 kV hoặc 10 kV để nâng cao hệ số cos φ. Kiểm soát dòng điện khởi động là yếu tố then chốt. Các phương pháp khởi động khác nhau đang được sử dụng. Điện áp được hạ áp từ 10 kV xuống 0,4 kV bằng các máy biến áp 760KVA, 560KVA và 100KVA để cung cấp cho các tủ động lực, tủ điều khiển và tự dùng. Cần phân tích kỹ lưỡng để lựa chọn giải pháp tự động hóa trạm bơm phù hợp.
2.1. Cấu hình và chức năng cầu chì chống SI 10KV
Cầu chì chống SI - 10KV được sử dụng để bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch trong máy biến áp hoặc ngắn mạch tại thanh dẫn phía trước của aptomat tổng. Đây là một thiết bị điện quan trọng để đảm bảo an toàn cho hệ thống. Việc lựa chọn cầu chì phù hợp với dòng điện định mức là yếu tố quan trọng.
2.2. Thông số kỹ thuật máy biến áp và áp tô mát
Trạm bơm La Tiến sử dụng 3 máy biến áp với dung lượng khác nhau: 760KVA, 560KVA và 100KVA. Các máy biến áp có nhiệm vụ cung cấp điện cho các động cơ bơm và các phụ tải tự dùng. Áp tô mát được sử dụng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết bị điện. Việc lựa chọn áp tô mát có dòng cắt phù hợp là rất quan trọng.
2.3. Phân tích đặc tính động cơ bơm và máy bơm nước
Động cơ bơm được sử dụng tại trạm bơm La Tiến có nhiều loại, công suất khác nhau. Thông số kỹ thuật quan trọng bao gồm công suất định mức, điện áp định mức, tốc độ quay, hiệu suất và hệ số cos φ. Máy bơm nước có các thông số lưu lượng và cột áp đặc trưng. Việc hiểu rõ các thông số này giúp thiết kế hệ thống điều khiển hiệu quả.
III. Phương Pháp Khởi Động Động Cơ Trạm Bơm Cách Lựa Chọn
Ở các trạm bơm lớn, với máy bơm công suất từ 800kW trở lên, thường sử dụng động cơ đồng bộ làm việc ở cấp điện áp 6kV hoặc 10kV để nâng cao hệ số cos φ. Một trong những yêu cầu quan trọng là phải khống chế được dòng điện trong quá trình khởi động các động cơ. Hiện nay, ở các trạm bơm người ta đang sử dụng các phương pháp khởi động khác nhau. Việc lựa chọn phương pháp khởi động phù hợp sẽ giúp giảm thiểu ảnh hưởng đến lưới điện và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Cần xem xét các yếu tố như công suất động cơ, đặc tính tải và yêu cầu về mô-men khởi động.
3.1. Phân tích sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ
Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ giúp phân tích các thông số điện như điện trở, điện kháng và dòng điện. Từ đó, có thể tính toán được các đặc tính của động cơ và lựa chọn phương pháp khởi động phù hợp.
3.2. Ảnh hưởng của phương pháp khởi động đến lưới điện
Các phương pháp khởi động khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến lưới điện. Khởi động trực tiếp sẽ gây sụt áp lớn, ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Các phương pháp khởi động gián tiếp như dùng điện trở phụ hoặc máy biến áp tự ngẫu sẽ giảm thiểu sụt áp nhưng lại làm giảm mô-men khởi động.
3.3. Ưu nhược điểm khởi động động cơ rotor lồng sóc
Động cơ rotor lồng sóc là loại động cơ phổ biến trong các trạm bơm. Các phương pháp khởi động cho loại động cơ này bao gồm khởi động trực tiếp, dùng điện trở phụ, dùng máy biến áp tự ngẫu và khởi động sao-tam giác. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng cần cân nhắc khi lựa chọn.
IV. Thiết Kế Sơ Đồ Nguyên Lý Điều Khiển Hướng Dẫn Chi Tiết
Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển là bước quan trọng để xây dựng hệ thống tự động hóa trạm bơm La Tiến. Sơ đồ cần thể hiện rõ các thành phần chính, kết nối giữa chúng và nguyên lý hoạt động. Việc sử dụng vi xử lý PIC30F4011 cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển PID phức tạp và giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Các mạch bảo vệ quá dòng, mất pha cũng cần được tích hợp để đảm bảo an toàn cho hệ thống.
4.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển và bảo vệ
Sơ đồ khối mạch điều khiển cần thể hiện rõ các khối chức năng như khối cảm biến, khối xử lý tín hiệu, khối điều khiển và khối chấp hành. Mạch bảo vệ cần có các chức năng bảo vệ quá dòng, mất pha và quá áp. Việc thiết kế sơ đồ khối rõ ràng giúp dễ dàng kiểm tra và sửa chữa hệ thống.
4.2. Lựa chọn vi xử lý PIC30F4011 và ứng dụng
Vi xử lý PIC30F4011 là một lựa chọn phù hợp cho hệ thống điều khiển trạm bơm nhờ khả năng xử lý tín hiệu số mạnh mẽ và nhiều cổng giao tiếp. Vi xử lý có thể được sử dụng để thực hiện các thuật toán điều khiển PID, giám sát các thông số hoạt động của trạm bơm và giao tiếp với hệ thống SCADA.
4.3. Thiết kế mạch tạo xung và mạch bảo vệ
Mạch tạo xung được sử dụng để điều khiển các Thyristor trong bộ biến đổi điện áp. Mạch bảo vệ quá dòng cần có khả năng phát hiện và ngắt mạch khi dòng điện vượt quá ngưỡng cho phép. Mạch bảo vệ mất pha cần phát hiện và ngắt mạch khi mất một pha của nguồn điện.
V. Chế Tạo Mạch Điều Khiển Lập Trình Bí Quyết Thành Công
Sau khi thiết kế sơ đồ nguyên lý, bước tiếp theo là chế tạo mạch điều khiển và lập trình. Mạch cần được chế tạo theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo độ tin cậy và an toàn. Chương trình điều khiển cần được viết một cách rõ ràng, dễ hiểu và dễ bảo trì. Việc kiểm tra và thử nghiệm kỹ lưỡng là rất quan trọng trước khi đưa hệ thống vào vận hành thực tế. Cần chú trọng đến các giao thức giao tiếp và khả năng mở rộng của hệ thống.
5.1. Mạch nguồn cung cấp cho vi điều khiển
Mạch nguồn cần cung cấp điện áp ổn định và đủ công suất cho vi điều khiển hoạt động. Các linh kiện cần được lựa chọn phù hợp để đảm bảo độ tin cậy của mạch.
5.2. Giao tiếp máy tính qua RS 232 và hiển thị LCD
Giao tiếp RS-232 cho phép máy tính giám sát và điều khiển hệ thống. Màn hình LCD hiển thị các thông số hoạt động của trạm bơm. Việc thiết kế giao diện người dùng thân thiện là rất quan trọng.
5.3. Chương trình con ngắt đầu vào và điều khiển đầu ra
Chương trình con ngắt đầu vào xử lý các tín hiệu từ cảm biến và các thiết bị ngoại vi. Chương trình con điều khiển đầu ra điều khiển các cơ cấu chấp hành như van và động cơ bơm. Việc sử dụng ngắt giúp hệ thống phản ứng nhanh chóng với các sự kiện.
