Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các hệ thống tự động hoá ở mức cao. Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, gải phóng người lao động ra khỏi những vị trí độc hại … Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra. Các hệ thống tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung .Hệ thống tự động hoá đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra trong điều kiện cần thiết và đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn trong quy trình công nghệ. Chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này.
LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các hệ thống tự động hoá ở mức cao. Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, gải phóng người lao động ra khỏi những vị trí độc hại … Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra. Các hệ thống tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung .Hệ thống tự động hoá đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra trong điều kiện cần thiết và đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn trong quy trình công nghệ. Chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này. Để phát triển sản xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quy trình công nghệ hoặc ứng dụng công nghệ mới, thì một hướng nghiên cứu không kém phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hoá các quy trình công nghệ. Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử và công nghệ chế tạo cơ khí chính xác, các thiết bị đo lường và điều khiển các quy trình công nghệ càng được chế tạo tinh vi, làm việc tin cậy và chính xác. Tuy nhiên các hệ thống còn phụ thuộc rất lớn vào khả năng vận hành sử dụng hệ thống này của đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên làm việc trực tiếp ở các nhà máy, xí nghiệp. Mặc dù việc vận hành sử dụng hệ thống thiết bị tự động hoá là nhiệm vụ của các kỹ sư và các kỹ thuật viên được đào tạo trong lĩnh vực điều khiển tự động, nhưng các kỹ sư công nghệ cũng cần tiếp cận tốt các hệ thống này để theo dõi, nghiên cứu các diễn biến của các quá trình công nghệ. Các hệ 1 thống tự động hoá là phương tiện tốt nhất để các kỹ sư có thể đi sâu nghiên cứu các quá trình công nghệ, từ đấy có thể đưa ra những giải pháp nâng cao chất lượng của quy trình công nghệ. Với đề tài "Nâng cấp hệ thống đo lường và điều khiển máy nén khí UK135/8T nhà máy xi măng Bỉm Sơn" là một ứng dụng tự động hoá trong quá trình sản xuất, em hy vọng đề tài sẽ được đưa vào thực tế trong nhà máy, nâng cao năng suất hoạt động và chất lượng sản phẩm cũng như nâng cao chất lượng quá trình điều khiển giám sát của nó, giảm giá thành trong sản xuất. Để hoàn thành được đồ án này em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Lê Hoà cùng toàn thể các thầy cô giáo- Bộ môn Kĩ thuật đo và tin học công nghiệp- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và hướng dẫn em tận tình trong quá trình làm tốt nghiệp. Đồng thời xin cám ơn các bạn sinh viên lớp Đo Lường - K46 đã góp ý kiến xây dựng để cho đồ án tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn. Trong quá trình làm đồ án tuy đã rất cố gắng nhưng do thời gian hạn chế và các thiết bị thực hiện chưa có nên không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong được những ý kiến bổ xung đóng góp của các thầy cô và các bạn để em có thể phát triển đề tài đưa vào thực tế sản xuất hiện nay. 2 Phần I: TÌM HIỂU HỆ ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KHÍ UK135/8T CHƯƠNG 1 Tìm hiểu tổng quan về máy nén khí 1.1. Vai trò và chức năng của máy nén khí trong nhà máy Nhiệm vụ của máy nén là nâng áp suất cho một chất khí nào đó và cấp đủ lưu lượng cho các quá trình công nghệ khác, tạo ra sự tuần hoàn của lưu thể trong chu trình hoặc duy trì áp suất chân không ( cô chân không, sấy thăng hoa) cho các thiết bị khác. Trong nhà máy xi măng nó có nhiệm vụ cụ thể là: -Ổn định dòng chuyển động của liệu. -Xử lý trường hợp liệu bị ùn tắc trong các ống dẫn. -Trộn hay đồng nhất liệu trong quá trình cuối giữa Clanhke và các phụ gia. 1.2. Phân loại máy nén khí Máy nén có thể phân loại như sau: Máy nén làm việc theo nguyên lý thể tích gồm có máy nén pitông, máy nén rôto cánh trượt, máy nén trục vít… Máy nén ly tâm. Máy nén làm việc theo nguyên lý cánh nâng. Máy nén tuye. Máy nén một hoặc nhiều cấp. Theo đối tượng nén: máy nén không khí, máy nén khí CO 2 , máy nén hơi NH 3 , máy nén hơi Freon… Theo đặc điểm cấu tạo: máy nén kín, nửa kín và nưa hở (đối với động cơ ). 3 1.3. Tổng quan về nguyên lý hoạt động của máy nén khí Nguyên lý hoạt động: Máy nén là nhóm máy công tác trong các loại máy thuỷ lực.Khi đi qua máy công tác, lưu thể thu nhận năng lượng. Ngược lại khi đi qua máy động lực thì lưu thể cho năng lượng. Trong quá trình nhận hay cho năng lượng của lưu thể đều tuân theo định luật Becnuli. Các máy công tác làm việc theo nguyên lý chính sau đây : Nguyên lý thể tích. Nguyên lý cánh nâng. Nguyên lý ly tâm. Nguyên lý phun tia. 1.3.1 Nguyên lý thể tích Nguyên lý thể tích được ứng dụng và thiết kế để chế tạo máy nén. Ở các máy nén thì lưu thể là các chất khí hay hơi. Nguyên lý chính của máy là tạo ra một dung tích thay đổi từ nhỏ đến lớn và ngược lại, khi dung tích của máy tăng từ giá trị bằng không đến giá trị lớn nhất được gọi là quá trình hút lưu thể, khi dung tích giảm về không được gọi là quá trình nén và đẩy lưu thể. Cứ mỗi lần hút và đẩy máy vận chuyển một lượng lưu thể nhất định, dung tích này phụ thuộc vào cấu tạo và vòng quay của máy cũng như tính chất và áp lực của lưu thể. Trong quá trình máy hoạt động sự thay đổi trạng thái của lưu thể luôn tuân theo định luật sau đây: PV = const và PV K = const. Trong đó: P-là áp suất lưu thể; V-là thể tích lưu thể; k- hệ số ; k = 1,4; 4 Khi máy làm việc với lưu thể không co dãn ( V = const ) cần tránh tăng hay giảm quá nhanh thể tích làm việc của máy để không làm hư hỏng máy hoặc cháy động cơ do quá tải. Muốn thế cần chú ý: - Trước khi cho máy chạy cần mở van phía cửa đẩy. - Lắp van an toàn để xả nhanh lưu thể từ không gian nén sang không gian hút của máy. 1.3.2 Nguyên lý ly tâm Nguyên lý này giúp ta ngiên cứu chuyển động của chất lỏng chứa đầy trong kênh. 1.3.3 Nguyên lý cánh nâng Đây là nguyên lý thể hiện chiều chuyển động của lưu thể cùng các lực tác dụng lên cánh, nguyên lý này được ứng dụng trong các máy nén hướng trục. 1.3.4 Nguyên lý phun tia Nguyên lý này dựa trên định luật bảo toàn năng lượng của dòng lưu thể, khi áp suất tăng lên thì vận tốc giảm đi hoặc ngược lại, năng suất và áp suất của máy tuỳ thuộc vào vận tốc chất lưu. 1.4. Vai trò chức năng của hệ thống đo lường, điều khiển máy nén Để đảm bảo hoạt động của máy nén cũng như năng suất hoạt động của máy cần phải có hệ thống đo giám sát các thông số chất lưu, các thông số đó là: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, từ các thông số đo được gửi về người vận hành sẽ dựa vào đó để điều chỉnh sao cho máy luôn hoạt động ở chế độ an toàn, đúng các thông số kỹ thuật cho phép, hoặc các thông số đo sẽ được chuyển thành các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện bằng các bộ chuyển đổi để đưa vào các đầu vào của PLC. 5 Hệ thống điều khiển máy nén khí nhằm thay đổi các thông số chất lưu ở giới hạn cho phép, ổn định hoạt động của máy, giúp cho việc khởi động và dừng máy. Mạch điều khiển là các mạch điện gồm các rơle, rơle thời gian, các công tắc tơ, áptômát, khởi động từ, các khoá điều khiển tạo thành các mạch dừng, mạch khởi động, mạch bảo vệ lắp trên các tủ điều khiển. 6 CHƯƠNG 2 Tìm hiểu cấu tạo và vận hành của máy nén khí UK135/8T do Nga chế tạo 2.1. Cấu tạo của máy nén khí UK135/8T -Gồm các động cơ bơm dầu phụ, bơm hút, đẩy, nguồn cung cấp cho động cơ là nguồn 380/220v, tần số công nghiệp f = 50hz. -Hệ thống bao gồm các ống hút và ống xả, các tuabin. -Hệ thống van bao gồm: Van tiết lưu. Van nhánh. Van dầu đẩy. Van cấp nước. Van thoát nước. Xét cấu tạo của các van: Van có ảnh hưởng rất lớn đến hệ số cấp của máy nén khí. Nhiệm vụ của chúng là phải đóng mở đúng lúc, khi đóng phải kín, khi mở phải ít gây tổn thất trở lực, tuổi thọ cao, dễ chế tạo, dễ thay thế, không tạo ra nhiều không gian chết. Các bộ phận chính trong mỗi van là: đĩa van, lá van, lò xo, chụp dẫn hướng. Đĩa van được khoan và tạo ra các lỗ van. Kích thước đĩa van, kích thước lỗ van phụ thuộc vào độ lớn máy nén khí. Vật liệu chế tạo đĩa van là: gang thép 45 hay thép 40X. Lợi tì cho lá van phải có độ bóng ▼9 hoặc ▼10, các bề mặt còn lại của đĩa van chỉ cần có độ bóng ▼7 là được. Lá van làm việc ở chế độ nặng tải, tần số chu kỳ của nó đúng bằng số vòng quay của trục máy. Vì vậy vật liệu chế tạo lá van phải là thép lò xo như 70C 2 XA, hoặc Y10A, hoặc 30XГCA. Độ cứng của lá van là HRC48-54. Lá van hình tròn hoặc vành khăn có chiều dày từ 1,5÷2mm. 7 -Thùng dầu. -Máy lọc không khí. -Cơ cấu truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ. -Hệ thống bảo vệ bao gồm: Các đèn báo khi xảy ra sự cố. Các chuông báo tín hiệu âm thanh khi có sự cố. -Hệ thống đo và giám sát các thông số bao gồm: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng các thông số trên được đo và kiểm tra bằng các thiết bị đo Dòng điện trong các động cơ máy nén được đo bằng Ampemet. -Hệ thống khởi động và dừng động cơ được điều khiển tại tủ điều khiển bao gồm các công tắc tơ, rơle, aptomat, khởi động từ và các khoá điều khiển tạo thành các mạch dừng và các mạch khởi động. 2.2. Đặc tính kỹ thuật của máy nén khí UK135/8T -Nguồn năng lượng cấp cho hệ thống tự động là nguồn 380/220v,tần số f=50hz. - Công suất định mức của mạng điều khiển va dòng không quá 4kw. - Điều chỉnh áp suất được thực hiện bằng cách thay đổi năng suất của máy nén khí từ 100% đến 0%. Giới hạn điều chỉnh áp suất tuyệt đối : UK-100/6,5 2.5 – 6.5 Kg/cm 2 UK- 135/8 3.0 – 7.8 Kg/cm 2 - Dừng sự cố máy nén khí đồng thời phát ra tín hiệu âm thanh, ánh sáng theo các thông số sau đây : Khi nhiệt độ ổ đỡ và nhiệt độ dầu ra khỏi ổ đỡ lên đến 80 0 C Khi nhiệt độ khí trên đường ống chính lên đến 40 0 C . Khi áp suất dầu trong ống chính giảm đến 0,5 Kg/cm 2 . 8 Khi lưu lượng nước giảm đến 60 m 3 / h. Kiểm tra trực quan : Áp suất khí trên đường ống xả. Áp suất khí trên đường ống hút. Áp suất dầu trong ống góp. Lưu lượng khí cần thiết so với nguồn cấp. Dòng điện của động cơ điện của máy nén khí. - Bộ phận điều chỉnh có thể thực hiện điều khiển tự động từ xa hoặc bằng tay. - Kích thước tủ điều khiển 2.200 x 1.200 x 600 mm. Tủ phân phối 1.920 x 900 x 435 mm. 2.3. Sơ đồ nguyên lý điện 2.3.1. Sơ đồ nguyên lý điện đo lường và điều khiển, bảo vệ máy nén khí UK135/8T (hệ thống điều khiển) 2.3.2.Hệ thống rơle mạch điều khiển • 1P và 2P là cặp rơle trung gian tự duy trì cùng với công tắc cuối KBO-III: sẵn sàng, chuẩn bị khởi động ở chế độ tự động. 9 • 3P: là rơle trung gian cho phép khởi động. • 4P: báo hiệu động cơ đã được đóng điện qua cặp tiếp điểm БKC. • 6P: rơle điều khiển bơm dầu khởi động. • 7P: rơle bảo vệ áp lực dầu. • 8P: rơle chuẩn bị khởi động van nhánh. • 9P: rơle chuẩn bị khởi động van tiết lưu. • 10P: rơle bảo vệ áp lực nước qua cặp tiếp điểm PKC. • 11P: rơle bảo vệ lưu lượng khí. Tác động khi lưu lượng khí giảm dưới 60 m 3 /p. • 12P: rơle bảo vệ nhiệt độ dầu. • 13P: rơle bảo vệ nhiệt độ khí. • 14P: rơle trung gian. • 15P: rơle sự cố máy nén khí. • 16P: rơle kiểm tra tín hiệu đèn. • 20P: rơle bảo vệ nhiệt độ gối đỡ. • PB: rơle thời gian, • TC1: đèn báo tủ đã được đóng điện. • TC2: đèn báo cho phép khởi động. • TC3: đèn báo động cơ đã đóng điện. • TC4: đèn báo áp lực dầu thấp hơn định mức. • TC5: đèn báo áp lực nước thấp hơn định mức. • TC6: đèn báo bơm dầu phụ đã được đóng điện. • TC7: đèn báo nhiệt độ dầu tăng quá định mức. • TC8: đèn báo nhiệt độ khí tăng quá định mức. • TC12: đèn báo nhiệt độ gối đỡ tăng quá định mức. 10 [...]... cồng kềnh Về hệ thống đo chưa được số hoá, các đầu ra của thiết bị đo là các tín hiệu chưa được chuẩn hoá để đưa đi điều khiển chỉ dừng lại ở mức độ đo để kiểm tra các thông số và sau đó điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí, chưa tự động hoá được quá trình đo và điều khiển hệ thống 4.2 Ý tưởng nâng cấp hệ thống và các phuơng án nâng cấp 4.2.1 Các phương án nâng cấp hệ thống Dựa vào yêu cầu điều khiển của... tắc và phương pháp đo 3.1 các thông số đo -Đo áp suất -Đo nhiệt độ -Đo lưu lượng 3.2 Nguyên tắc và phương pháp đo 3.2.1 .Đo nhiệt độ Các thông số nhiệt cần đo trong máy nén khí: Nhiệt độ ổ đỡ Nhiệt độ dầu Nhiệt độ khí trên đường ống chính Tổng quan chung về đo nhiệt độ Nhiệt độ là đại lượng ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng của hầu hết các quá trình công nghệ Vì vậy thiết bị đo nhiệt độ tồn tại... chương trình điều khiển -Hoạt động của hệ thống chưa được tối ưu hoá -Không thể tiến hành điều khiển trực tiếp trên một màn hình máy tính vì không có phần mềm tích hợp các chương trình điều khiển giám sát hệ thống 2.Phương án 2: Sử dụng PLCS7-200 để viết chương trình và điều khiển hệ thống theo đúng yêu cầu đặt ra vì số đầu vào và đầu ra của hệ thống không quá lớn và chương trình điều khiển cũng không... trình điều khiển linh hoạt khắc phục được các lỗi điều khiển và các sự cố được khắc phục và cảnh báo hoàn toàn -Có phần mềm theo dõi và giám sát hoạt động hệ thống trực tiếp được trên một máy tính trung tâm +)Nhược điểm của hệ thống: -Chỉ ứng dụng được trong các hệ thống điều khiển nhỏ không đáp ứng được cho các hệ thống lớn 3.Phương án 3: Sử dụng PLCS7-300 để viết chương trình điều khiển cho máy nén, ... với trọng lượng hệ thống phao thì phao ngừng chuyển động và lõi ferit sẽ có một vị trí xác định trong biến áp vi sai Điện áp Ur là đại lượng biểu thị lưu lượng của dòng chảy trong đường ống Cấp chính xác của Rôtamét là 1,5 và 2,5 27 28 CHƯƠNG 4 Những hạn chế trong đo lường và điều khiển máy nén khí UK135/ 8T và phương hướng nâng cấp hệ thống 4.1 Những hạn chế Về mặt điều khiển toàn bộ hệ thống hoạt động... PLC đưa đi điều khiển các quá trình khởi động, dừng máy nén khí, điều chỉnh lưu lượng, đóng mở các van, bảo vệ hay đưa ra các tín hiệu cảnh báo khi có sự cố, khắc phục sự cố bằng chương trình sự cố Các tín hiệu này được đưa tới mạch điện điều khiển là các mạch rơle Như vậy hoạt động của máy nén khí được viết sẵn bằng chương trình điều khiển lưu trong bộ nhớ của PLC Phần giao tiếp giữa PLC và máy tính... độ, sử dụng các thiết bị đo chuẩn khác nhau Thiết bị đo chuẩn cho khoảng nhiệt độ từ 13,81 đến 903,89 0 K là nhiệt kế điện trở bạch kim còn khoảng nhiệt độ từ 630,74 đến 1064,43 0 C sử dụng thiết bị đo chuẩn là cặp nhiệt điện Platinnorodi-Platin Ở máy nén khí UK135/ 8T khoảng nhiệt độ cần đo nằm ở mức một cho nên dùng nhiệt kế điện trở để đo bao gồm: nhiệt độ khí nén, nhiệt độ khí hút, nhiệt độ dầu trong... lô r) Điều chỉnh van tiết lưu, van nhánh để đạt áp suất 6 kg/cm 2 s) Khi vận hành bình thường máy nén khí UK135/ 8T có trị số của các thông số kiểm tra là: • Áp suất khí nén 6 kg/cm 2 • Áp suất dầu 1.2 kg/cm 2 • Năng suất máy 8200m 3 /h 19 • Nhiệt độ ổ trục < 80 0 C • Nhiệt độ khí nén 35÷50 0 C • Nhiệt độ khí hút 20÷30 0 C • Nhiệt độ dầu trong ống góp 40÷50 0 C • Mức chênh lệch nhiệt độ khí làm... hiêu của đồng hồ đo lưu lượng, phụ thuộc vào lưu lượng khí trên thang đo trước của dụng cụ đo Khi lưu lượng khí thấp hơn so với giá trị cho trước theo thang chia của dụng cụ đo thứ hai thì việc điều chỉnh được tiến hành bằng van nhánh 2.4.4 Dừng máy nén khí Dừng máy nén khí bình thường bằng cách quay khoá điều khiển KY sang bên trái và tiến hành theo trình tự sau: - Van nhánh và van tiết lưu được chuyển... lưu thì dừng động cơ điện của máy nén khí - Theo áp suất dầu trong ống chính, đóng khởi động bơm dầu - Trong quá trình máy nén khí làm việc theo quán tính, rơle thời gian đóng van dẫn nước vào, thoát nước ra ngắt bom dầu và khởi động Chuẩn bị dừng động cơ điện được kiểm tra bằng đèn đỏ và ám hiệu “mạch dừng” 14 Dừng sự cố máy nén khí tuabin khác với việc dừng máy nén khí ở chế độ bình thường ở chỗ