CHƯƠNG 1 Tổng quan về cơ sở lý thuyết Mục tiêu chương: Giới thiệu tổng quát về cơ sở lý thuyết (Các hệ thống bơm nước, Động cơ không đồng bộ 3 phase xoay chiều, Biến tần) để tiến hành xây dựng mô hình. Cải thiện điều kiện làm việc: tự động hoá là loại bỏ công việc lặp lại và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công nghệ, tắt bật cơ cấu chấp hành, ghi chép số liệu, sự cố,.Tự động hoá và giám sát bằng máy tính làm tiện lợi thêm khả năng khống chế từ xa một số lượng lớn các thông tin, đơn giản hoá nhiệm vụ khai thác, giám sát và quản lý. Nâng cao hiệu quả của thiết bị: Trước hết ta có thể cải thiện được áp suất nước đi đến các khu vực tiêu thụ bằng hệ thống bơm nước mạnh mẽ. Thay thế các hệ thống bơm nước cũ điều chỉnh bằng tay bằng các thiết bị đo và điều chỉnh tự động hoá quá trình, cho phép giải phóng con người và làm tăng tốc độ tin cậy của hệ thống.
Nhưng quan trọng là nâng cao độ chắc chắn vận hành của thiết bị có tính đến các tiêu chuẩn độ tin cậy qua việc nghiên cứu các sự cố vận hành. Nghĩa là dự phòng các phương án để thiết bị có thể làm việc liên tục trong trường hợp bị hỏng hóc một bộ phận nào đó bằng cách đưa tự động các thiết bị dự phòng vào làm việc và giải quyết hỏng hóc. Tự động hoá cho phép việc nghiên cứu thống kê các dữ liệu đã thu được, mở ra con đường tối ưu của việc xử lý. Tăng năng suất lao động: Tự động hoá nhằm nâng cao năng suất bằng cách giảm chi phí vận hành.
Ta cũng có thể tối ưu hoá giá thành năng lượng chi phí hàng giờ và chi phí vật liệu. Giảm nhân công vận hành và giảm công việc bảo dưỡng cũng cho phép giảm giá thành. Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến đổi, phát hiện báo động, đặt các phương tiện ghi các dữ liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy tính. 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP-HCM Chính vì vậy, tự động hoá là điều cần thiết và tất yếu trong các trạm bơm cấp nước tưới tiêu cho vùng nông thôn, cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư như hiện nay.
Nội dung: Giới thiệu các khái niệm, thuật ngữ, các chương trình phần mềm sử dụng trong đồ án. Tìm hiểu nguyên lý làm việc của các thiết bị.1 Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp Hình 1. Mô hình phân cấp quản lý sản xuất trong công nghiệp 1.1 Cấp chấp hành Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền động được chính xác và nhanh nhạy.
Các thiết bị thông minh (smart device) có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển. 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP-HCM 1.2 Cấp điều khiển Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý các thông tin theo thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống cấp chấp hành. Các thiết bị thông minh ở cấp cảm biến/chấp hành cũng có thể đảm nhận một phần việc này. Ngoài ra, việc thực hiện các chức năng ở bất kỳ cấp nào bên trên đều mang bản chất chất là xử lý thông tin.
Cấp điều khiển và cấp chấp hành cũng hay được gọi chung là cấp trường (field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường, gần kề với hệ thống kỹ thuật .3 Cấp điều khiển quá trình Điều khiển quá trình tức là điều khiển và vận hành một quá trình kỹ thuật. Khi đa số các chức năng như đo lường điều khiển, điều chỉnh, bảo trì hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của các cấp điều khiển quá trình là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường. Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động hay dừng và điều khiển theo công thức (ví dụ như trong chế biến dược phẩm, hoá chất). Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển quá trình thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có giao diện mạng ngoài các máy tính điều hành.
Hiện nay, do nhu cầu tự động hoá tổng thể ở các cấp điều hành sản xuất và quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian không cần thiết trong mô hình chức năng trở nên cần thiết. Cũng vì thế, ranh giới giữa cấp điều khiển quá trình và điều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai cấp này thành một cấp duy nhất, gọi chung là cấp điều khiển.2 Giới thiệu chung về các loại trạm bơm nước 1.1 Khái niệm: Hệ thống công trình trạm bơm là tổ hợp các công trình thủy công và các trang thiết bị cơ điện…Nhằm đảm lấy nước từ nguồn nước,vận chuyển và bơm nước đến nơi sử dụng hoặc cần tiêu nước thừa ra nơi khác. 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP-HCM 1.2 Các thành phần công trình của hệ thống trạm bơm Hình 1.2: Sơ đồ khối các công trình trạm bơm Công trình cửa lấy nước 1, lấy nước từ nguồn (lấy từ sông, hồ, kênh dẫn…). Công trình dẫn nước 2, có nhiệm vụ đưa nước từ cửa lấy nước về bể tập trung nước trước nhà máy bơm.
Công trình dẫn nước có thể là kênh dẫn, đường ống dẫn. Trên công trình dẫn có thể có bể lắng cát 3. Bể tập trung nước 4 nằm trước nhà máy bơm, nó có nhiệm vụ nối tiếp đường dẫn với công trình nhận nước (bể hút) của nhà máy sao cho thuận dòng. Công trình nhận nước 9 (bể hút) lấy nước từ bể tập trung và cung cấp nước cho ống hút hoặc ống tự chảy vào máy bơm.
Nhà máy bơm 5, đây là nơi đặt các tổ máy bơm và các thiết bị phụ cơ điện. Đường ống áp lực (ống đẩy) 6, đưa nước từ máy bơm lên công trình tháo 7. Công trình tháo 7 ( bể tháo) nhận nước từ ống đẩy, làm ổn định mực nước, phân phối nước cho kênh dẫn 8 hoặc công trình nhận nước.1 Phân loại trạm bơm Phân theo mục đích sử dụng của trạm bơm: Trạm bơm tưới, mục đích làm việc của nó là cung cấp nước tưới cho nông nghiệp. Trạm bơm tiêu , mục đích của nó là đưa nước thừa vào vùng nhận nước tiêu.
Trạm bơm tháo nước, nhằm chuyển nước mưa, nước sinh hoạt và nước công nghiệp. Trạm bơm cấp nước nông thôn, nhằm cấp nước cho các hộ dùng nước nông thôn. Phân loại theo sơ đồ bố trí hệ thống các công trình của trạm: Bố trí kết hợp hay riêng biệt giữa nhà máy và công trình lấynước. Bố trí kết hợp hay riêng biệt giữa nhà máy với công trình tháo nước.
4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP-HCM Bố trí toàn khối. Phân loại theo nguồn cấp nước: Nguồn cấp nước là sông. Nguồn cấp nước là hồ chứa.2 Trạm bơm tưới Trạm bơm tưới có những đặc điểm sau đây: Làm việc vào thời kỳ khô hạn trong năm. Việc ngừng làm việc chỉ cho phép tùy thuộc vào cấp an toàn cấp nước.
Nói chung không yêu cầu nước phải sạch về bùn cát và vật nổi, chỉ cần không để những đối tượng và hạt có khả năng mài mòn và làm hư hỏng bánh xe công tác của máy bơm. Riêng những trạm bơm cấp nước cho các máy tưới phun mưa thì yêu cầu nước phải qua lưới lọc kỹ để loại bỏ những hạt có đường kính lớn lấp nhét lỗ phun. Do trạm bơm làm việc theo mùa do vậy cho phép đơn giản nhiều về kết cấu nhà máy, giảm yêu cầu về khả năng ổn định nhiệt của trang thiết bị và kết cấu bao che. Nhà trạm còn có thể được thay thế bằng trạm di động hoặc phao nhẹ nhàng hơn khi máy bơm nhỏ nhẹ.
Gian máy cho phép thấp hơn do đặt cần trục bên ngoài.3 Trạm bơm tiêu Trạm bơm tiêu được xây dựng để bơm nước từ kênh tiêu hở, từ các giếng khoan đứng, từ các hố móng của vùng ngập nước… Ở nước ta do các sông chia cắt ruộng đất thành từng vùng có đê ngăn lũ bảo vệ, do vậy về mùa mưa, lũ mực nước sông lên cao hơn mặt ruộng trong đồng, nước thừa trong đồng không tiêu tự chảy ra sông được gây nên úng ngập đồng, do vậy cần phải bơm tiêu úng chủ động. Trạm bơm tiêu được phân ra các loại: trạm tiêu nước mặt, trạm tiêu nước ngầm, trạm bơm tiêu kết hợp cả nước mặt lẫn nước ngầm. Thời gian làm việc của các trạm bơm tiêu cũng khác nhau: các trạm bơm tiêu nước lũ và nước mưa rào làm việc có tính chu kỳ, thời gian ngắn trong năm, còn bơm nước ngầm thông thường làm việc quanh năm. Ở nước ta hiện nay chủ yếu là tiêu nước mặt cho cây trồng.4 Trạm bơm cấp nước nông thôn Người ta gọi nhà máy trong đó chứa các máy bơm chính và máy bơm phụ cùng các trang thiết bị liên quan nhằm cấp nước cho vùng nông thôn là trạm bơm cấp nước nông thôn.Đặc điểm của trạm bơm cấp nước nông thôn là thời gian làm việc tiến hành cả năm.
5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP-HCM Loại trạm bơm này được phân chia ra theo các cách: Phân theo vị trí tuyến bơm nước. Phân theo công dụng của trạm. Phân theo đặc điểm kết cấu. Yêu cầu đặt ra đối với loại trạm bơm này: Có tính an toàn cao.
Vì vậy ngoài thiế bị bơm chính còn phải lắp đặt các tổ máy bơm dự phòng và các trang thiết bị phụtrợ. Đảm bảo yêu cầu vệ sinh cao. Xung quanh trạm bơm cần bảo đảm vệ sinh, bêntrong nhà máy cần có các công trình vệ sinh và bố trí các phòng cho nhân viên trực ban nghỉ. Cần có mức tự động hóa cao.
Lưu lượng trạm bơm cấp tương đối nhỏ, bởi vậy các đường ống được làm bằng thép cán có đường kính nhỏ, điều này cho phép dễ dàng lắp ghép đường ống trong nhàmáy. Thành phần của các trạm bơm loại này có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên.
