Đang tải... (xem toàn văn)
Chiếm một vị trí khá quan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật điều khiển logic PLC. Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Không những thay thế cho kỹ thuật điều khiển bằng cơ cấu cam hoặc kỹ thuật rơle trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác nữa. Bên cạnh đó việc sử dụng biến tần đem lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích, đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần – động cơ là có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM 1.1.TỔNG QUAN VỀ BƠM 1.1.1 Khái niệm bơm 1.1.2 Phân loại bơm 1.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦABƠM 1.2.1 Cấu tạo bơm 1.2.2 Nguyên lý hoạt động bơm 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CÁC PHẦN TỬ QUAN TRỌNG CỦA BƠM 1.3.1 sơ đồ phần tử quan trọng hệ thống bơm 1.3.2 Phương pháp tăng lưu lượng cột áp hệ thống bơm 10 CHƯƠNG 13 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ BIẾN TẦN 13 2.1 GIỚ THIỆU VỀ BIẾN TẦN LS(IG5A) 13 2.1.1 Loại 230V (0.5-5.4) 14 2.1.2 Loại 460V (0.5-5.4HP) 14 2.1.3 Các đặc tính ưu việt biếntần 14 2.1.4 Các ký hiệu mặt điềukhiển 16 2.1.5 Cài đặt thay đổi thôngsố 17 2.1.6 Lắp đặt 19 2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC PLC S7 –200 24 2.2.1 Cấu trúc chung plc s7 –200 24 2.2.2 Thực chươngtrình 30 2.2.3 Phương pháp lập trình vớiplc 31 2.2.4 Các lệnh plc simatic s7-200 32 CHƯƠNG 3: 49 THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 49 3.1 YÊU CẦU CÔNGNGHỆ 49 3.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 50 3.3 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 51 3.3.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀUKHIỂN 53 KẾT LUẬN 59 LỜI NÓI ĐẦU Ngày trước phát triển khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào thực tế sản xuất phát triển rộng rãi quy mô lẫn chất lượng Trong ngành tự động hóa chiếm vai trò quan trọng khơng làm giảm nhẹ sức lao động cho người mà góp phần lớn việc nâng cao xuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, tự động hóa ngày khẳng định vị trí vai trò ngành cơng nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống cơng nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng Chiếm vị trí quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic PLC Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Không thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật rơle trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác Bên cạnh việc sử dụng biến tần đem lại cho nhiều lợi ích, đặc biệt hệ truyền động biến tần – động điều chỉnh vô cấp tốc độ động thay đổi theo ý muốn dải rộng Xuất phát từ thực tế đó, q trình học tập trường đại học Dân Lập Hải Phòng, em nhận đồ án với đề tài là: “Nghiên cứu tổng quan hệ thống bơm công nghiệp Thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển PLC biến tần” Đồ án bao gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống bơm Chương 2: Tổng quan PLC biến tần Chương 3: Thiết kế mơ hình hệ thống CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM 1.1.TỔNG QUAN VỀ BƠM 1.1.1 Khái niệm bơm Bơm loại máy thủy lực sử dụng để vận chuyển chất lỏng (nước, dầu, hóa chất…) từ nơi thấp lên nơi cao từ nơi đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển đường ống nên đầu đường ống phải gia tăng áp lực để thắng trở lực hiệu áp suất hai đầu đường ống Năng lượng cấp cho chất lỏng thường lấy từ nhiều nguồn khác như: Máy nổ, máy nước… Tuy nhhiên trạm nhiều bơm động cấp cho bơm lấy từ động điện, việc cho phép bơm làm việc nhiều chế độ khác đơn giản cho người công nhân vậnhành Điều kiện làm việc bơm khác nhau: Trong nhà, trời, độ ẩm cao, nhiệt độ cao… Do vậy, tùy theo yêu cầu mà vật liệu chế tạo bơm cấu truyền động phải chống chịu với môitrường làm việc Ngày bơm sử dụng rộng rãi sinh hoạt ngành công nghiệp nhiệm vụ quan trọng Hiện nhiều nhà máy xí nghiệp coi bơm phụ tải số 1, hệ thống ngừng hoạt động gây thiệt hại lớn kinh tế, gián đoạn ngừng sản xuất, ảnh hưởng đến suất giá thành sản phẩm 1.1.2 Phân loại bơm Có nhiều cách để phân loại bơm thông thường người ta dựa vào nguyên lý làm việc cấu tạo Nếu phân loại theo nguyên lý làm việc hay cách cấp lượng phân chia thành loại: Bơm thể tích: Đặc điểm bơm làm việc thể tích khơng gian làm việc thay đổi nhờ chuyển động tịnh tiến pittông (bơm pittông) hay nhờ chuyển động quay rotor (bơm rotor) Do chuyển động pittông rotor làm cho áp suất chất lỏng tăng lên nghĩa bơm cung cấp áp cho chấtlỏng Bơm động học: Trong loại bơm chất lỏng cấp động từ bơm áp suất tăng lên Chất lỏng qua bơm, thu động nhờ va đập cách quạt (bơm ly tâm, bơm hướng trục) hay cánh bơm nhờ ma sát tác nhân làm việc (ở bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn động, bơm vít xoắn, bơm sục khí) nhờ tác dụng trường điện từ (bơm điện từ) hay trường lựckhác Nếu phân loại theo cấu tạo ta chia thành loại bơm sau: Bơm cánh quạt: Trong bơm ta thường gặp bơm ly tâm ứng dụng nhiều bơm nước Bơm ly tâm sử dụng rộng rãi cơng nghiệp đời sống chúng mang ưu điểm: Kết cấu nhỏ gọn, làm việc tin cậy, bền, cột áp bơm cao đạt tới hàng trăm mét, hiệu suất bơm tương đối cao Bơm pittông: Thường gặp hệ thống bơm dầu, bơm nước… Bơm rotor: Ứng dụng bơm dầu, hóa chất chất bơm dạng bùn… 1.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦABƠM 1.2.1 Cấu tạo bơm Các bơm có cấu tạo khác nhau, cấu tạo hai loại bơm thường gặp bơm ly tâm bơm pittông: Bơm ly tâm: Cấu tạo bơm ly tâm thể hình vẽ 3.1 Bộ phận cánh dẫn bơm phận quan trọng bơm, phận có ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc bơm Hình 1.1: Cấu tạo bơm ly tâm 1: Bánh công tác, 2: Trục bơm, 3: Bộ phận dẫn hướng vào, 4: Bộ phận dẫn hướng ra, 5: Ống hút Bơm pittơng: Sơ đồ bơm pittơng có chuyển động tịnh tiến mô tả nhưsau: P P a Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo bơm pittông 1: Pittông, 2: Xilanh, 3: Ống hút, 4: Van chiều, 5: Ống đẩy 1.2.2 Nguyên lý hoạt động bơm a Nguyên lý hoạt động bơm lytâm Với loại bơm khác có nguyên lý hoạt động khác nhau, nguyên lý hoạt động bơm lytâm: Trước cho bơm hoạt động ta phải mồi nước vào buồng bơm ống hút, nước giữ ống hút nhờ vangiữ nước Sau mồi nước ta tiến hành cho động kéo bơm hoạt động, lúc thông qua cấu truyền động làm cánh bơm quay Dưới tác dụng lực ly tâm nước đẩy đường ống dẫn với áp suất cao đồng thời phía ống hút lại tâm cánh quạt tạo nên vùng áp suất 0, tác dụng áp suất lớn bể chứa nước đẩy qua van giữ nước nên buồng bơm điền vào chỗ trống vùng chân không Việc diễn liên tục cánh quạt bơm quay đẩy nước ngồi dòng nước bể lại hút lên liên tục suốt thời gian bơm nước Hình 1.3 Nguyên lý làm việc bơm ly tâm 1: Động kéo bơm, 2: Van khóa chiều, 3: Bể chứa, 4: Bể hút 5: Van giữnước Trong trường hợp cần bơm nước lên cao, người ta thường bố trí thêm van chiều đặt đầu đường ống đẩy lên, để phân chia áp lực giảm bớt áp lực cột nước tác dụng lên cánhbơm Khi cần bơm nước lên cao, bơm ly tâm ghép nhiều tầng, cánh quạt mắc nối tiếp bơm Với lọại bơm tạo cột áp bơm lớn tùy thuộc vào số tầng ghép b Ngun lý hoạt động bơm pittơng: Từ hình 3.2 ta thấy nguyên lý họat động bơm pittông sau: Khi pittơng sang trái, thể tích buồng làm việc a tăng lên, áp suất giảm điều làm cho chất lỏng từ ống hút qua van chiều vào xi lanh Khi pittông sang phải áp lực P pittông chất lỏng xilanh bị nén với áp suất P qua van chiều vào ống đẩy Phần thể tích buồng làm việc thay đổi để hút đẩy chất lỏng gọi thể tích làm việc c Đặc tính làm việc bơm: Bơm ly tâm:Đường đặc tính bơm đường thể mối quan hệ cột áp H lưu lượng Q Hàm biểu diễn mối quan hệ chúng H = H(Q) Q =Q(H) H N H Q Hình 1.4 Đặc tính bơm ly tâm Nhận xét đặc tính N(Q) ta thấy: Cơng suất N có trị số cực tiểu lưu lượng Lúc động truyền động mở máy đễ dàng Do động tác hợp lí mở máy khoá van ống đẩy Q = Sau hay phút mở van để tránh bơm chất lỏng bị nóng cơng suất động chuyển hồn tồn thành nhiệt Hơn nữa, lúc mở máy, dòng động lại lớn nên Q ≠ làm dòng khởi động lớn gây nguyhiểm cho động cơđiện Bơm pittơng: Đường đặc tính bơm pittơng thể hình vẽ sau: Q N N Q H Hình 1.5 Đường đặc tính bơm pittơng Từ đường đặc tính ta thấy rằng, với cột áp H, lưu lượng bơm khác cơng suất bơm , cơng suất động khác Đặc điểm bật bơm pittơng lưu lượng bị dao động Qua ta thấy không ổn định chuyển động chất lỏng bơm pittông Sự dao động lưu lượng gây nhiều bất lợi áp suất chất lỏng bị dao động với biên độ lớn biên độ dao động lưu lượng Điều liên quan tới động kéo bơm mơmen tải ln biến động Khắc phục tượng bơm người ta dùng bình khí điều hồ (bơm nước) dùng bơm tác dụng kép dùng bơm nhiều xilanh Đối với động cơ, mômen trường hợp bơm pittông dùng nhiều xilanh 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CÁC PHẦN TỬ QUAN TRỌNG CỦA BƠM 1.3.1 sơ đồ phần tử quan trọng hệ thống bơm Bơm làm việc hệ thống đường ống, để hiểu rõ hệ thống bơm ta tìm hiểu sơ đồ thiết bị bơm hệ thống đơn giản 5 Hình 1.6 Sơ đồ thiết bị hệ thống bơm đơngiản Như hình 3.6 máy bơm phải kéo máy lai (động điện, động diesel…), phận cung cấp động cho bơm thông qua hệ truyền động điện Việc thay đổi chế độ làm việc bơm điều khiển hiệu chỉnh Do coi phận quan trọng hệ thống bơm, sử dụng động điện làm máy lai tùy thuộc vào công suất, yêu cầu công nghệ, chế độ làm việc mà động sử dụng đồng bộ, không đồng bộ, chiều… Thành phần bơm chứa cánh bơm (bơm ly tâm), pittông (bơm pittông) Thành phần bơm nhận động từ máy lai để kéo cánh bơm quay (trong bơm ly tâm) kéo pittông chuyển động tịnh tiến xi lanh (bơm pittông) Bể hút chứa chất lỏng, lượng chất lỏng bể hút giám sát chặt chẽ, mức nước bể hút cạn bơm phải ngừng hoạt động (ở hệ thống bơm mà hệ thống điều khiển tính tốn đến bảo vệ bể hút cạn) máy bơm chạy chế độ không tải Nếu việc diễn gây gián đoạn sản xuất lãng phí lớn kinhtế Bể chứa thường đặt vị trí cao so với mặt mà cung cấp để tạo áp lực cho chất lỏng, từ bể chứa chất lỏng phân phối nơi sử dụng Trong bể chứa phải đặt cảm biến mức nước để điều khiển bơm hoạt động Nếu chất lỏng chứa trrong bể chất dẽ cháy thiết bị sử dụng phải loại đóng cắt khơng tiếp điểm để phòng ngừa cháy nổ, với môi trường thường sử dụng cảm biến mức tín hiệu điện dung, tần số Nếu bể chứa nước thiết bị phát mức nước bình sử dụng phao điện, phương pháp điều khiển đơn giản, giảm chi phí, dễ sửa chữa thay Thiết bị phát mức chất lỏng bình hoạt động phải tin cậy, không dẫn đến điều khiển sai hệ thống Ống đẩy có nhiệm vụ nhận chất lỏng mang áp lực từ bơm lên bể chứa Ở hệ thống bơm đại đường ống đẩy phải có thiết bị đo áp lực đườngống để giám sát hoạt động an toàn cho đường ống bơm Nếu bơm phải hoạt động để đẩy chất lỏng lên cao hang trăm mét đường ống đẩy phải bố trí thêm van chiều để giảm bớt áp lực cột nước tác động lên cánhbơm Tại cuối đường hút phải có van chặn để phục vụ việc mồi ban đầu cho bơm ngăn chặn tạp chất vào bơm bơm hoạt động Với bơm công suất lớn phải có thiết bị đo áp lực đường ống hút để giám sát tình trạng bảo bệ hệ thống hoạt động, hình 3.6 thiết bị giám sát áp lực đường ống phần tử Trong STL lệnh thực phép chia số nguyên 16 bit n1 cho số nguyên chứa từ thấp (từ bit đến bit 15) toán hạng 32 bit n2 (4byte) Bảng 2.20: Mô tả cú pháp lệnh chia số nguyên 16 bit LAD Toán hạng STL IN1, n1, IN2(từ) VW, T, CIW, QW, MW SMW AC,AIW, DIV n1 n2 CONST, *VD *AC OUT, n2, VD, ID, QD(Từ kép) MD, SMD, AC*VD, *AC 2.2.4.8.5 MUL_R (LAD): R(STL) Trong LAD lệnh thực phép nhân số thực 32 bit IN1và IN2 kết số thực 32 bit ghi vàoOUT Trong STL lệnh thực phép nhân số thực 32 bit IN1và IN2 kết số thực 32 bit ghi vàoIN2 Bảng 2.21: Mô tả cú pháp lệnh nhân số nguyên 16 bit LAD Toán hạng STL IN1, IN2 VD, ID, QD, (Từkép)MD, MUL n1 n2 SMD, AC, HC, CONST, *VD, *AC OUTVD,ID,QD(Từkép) MD, SMD, AC*VD,*AC 2.2.4.8.6 DIV_R (LAD): R(STL) Trong LAD lệnh thực phép chia số thực 32 bit IN1cho số thực 32 bit IN2 kết số thực 32 bit ghi vào từ kép OUT (4byte) 46 Trong STL lệnh thực phép chia số thực32 bit IN1 cho số thực 32 bit IN2 Kết 32 bit ghi vào IN2 Bảng 2.22: Mô tả cú pháp lệnh chia số nguyên 16 bit LAD Toán hạng STL IN1, IN2VD, ID, QD, (Từ kép) MD,SMD,AC,HC,CONST, DIV_R IN1 IN2 *VD,*AC OUT VD, ID, QD(Từ kép) MD, SMD, AC*VD,*AC Các lệnh dịch chuyển thực việc di chuuyển chép số liệu từ vùng liệu sang vùng liệu khác nhớ Trong LAD STL lệnh dịch chuyển thực việc di chuyển hay chép nội dung byte, từ, hay từ kép giá trị thực từ vùng sang vùng khác nhớ 2.2.4.8.7 MOV_B (LAD): MOV_B(STL) Lệnh chép nội dung byte IN sang byte OUT Cú pháp lệnh MOVB STL LAD sau Bảng 2.23: Mô tả cú pháp lệnh MOVB LAD Toán hạng STL IN VD,ID,QD,MD,SMD (Từ kép) HC, AC, hằngsố *VD*AC, MOV_RIN OUT OUT VD, ID, QD, MD,SMD (Từ kép) AC, *VD, *AC 47 2.2.4.4.8 MOV_W (LAD): MOV_W(STL) Lệnh chép nội dung từ đơn IN sang từ đơn OUT Cú pháp lệnh MOVW STL LAD sau: Bảng 2.24: Mô tả cú pháp lệnh MOVB LAD Toán hạng STL IN VW, T, C, IW, QW, MW (Từ)AC, AIW, số, *VD, MOV_W INOUT *AC OUT VW, T, C, IW, QW, MW (Từ) AQW, AC, *VD, *AC Lệnh chép nội dung từ kép IN sang từ kép OUT.Cú pháp lệnh MOVDW STL LAD sau Bảng 2.25: Mô tả cú pháp cú pháp lệnh MOVDW LAD Toán hạng STL INVD,ID,QD,MD,SMD (Từ kép)HC, AC,hằngsố*VD, *AC MOV_RIN OUT OUT VD, ID, QD, MD,SMD (Từ kép)AC, *VD, *AC 48 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 3.1 U CẦU CƠNGNGHỆ PLC xuất tín hiệu điều khiển biến tần khởi động cho bơm 1, sau đạt tốc độ định mức, PLC điều khiển bơm lấy điện trực tiếp từ lưới Sau thời gian, bơm khởi động biến tần, trình tiếp tục với bơm Sau thời gian, bơm khởi động biến tần, trình tiếp tục với bơm Quá trình cụ thể sau: bấm start I0.0, P1 đóng điện cho biến tần hoạt động, đồng thời cuộn hút K1 có điện, biến tần khởi động cho bơm Sau thời gian 20s, cuộn hút K1 điện, sau 0.5s K2 có điện động lấy nguồn từ lưới Sau 1s tiếp điểm P1 bị ngắt ra, biến tần bắt đầu trình dừng Quá trình điều chỉnh biết tần, chọn 10s; 16s sau trình dừng bắt đầu (5s sau tần số trở số 0) P1 đóng lại Q trình khởi động tiếp tục diễn cho bơm bơm 49 3.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC R S T F4 F5 BT F1 F6 F7 F8 F9 F10 F11F12 F2 F3 K1 K2 M1 K4 K3 M2 Hình 3.2:Sơ đồ mạch động lực 50 K6 K5 M3 3.3 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 0V 220V R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 L+24V L+ Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 N L PLC S7-200 I0.0 L+ I0.1 Start Stop Hình 3.3:Sơ đồ kết nối PLC S7 200 Nút khởi động / dừng biến tần R7 220V R1 K1 K2 K3 K4 K5 33 44 55 R2 R3 R4 R5 K6 R6 Hình 3.4:Sơ đồ kết nối mạch điều khiển động lực 51 M * Nguyên lý hoạt động: Đầu tiên bấm I0.0, P1 đóng điện cho biến tần hoạt động, đồng thời cuộn hút K1 có điện, biến tần khởi động cho bơm Sau thời gian 20s, cuộn hút K1 điện, sau 0.5s K2 có điện động lấy nguồn từ lưới Sau 1s tiếp điểm P1 bị ngắt ra, biến tần bắt đầu q trình dừng Q trình điều chỉnh biết tần, chọn 10s; 16s sau trình dừng bắt đầu (5s sau tần số trở số 0) P1 đóng lại Quá trình khởi động tiếp tục diễn cho bơm bơm 52 3.3.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀUKHIỂN 53 54 55 56 57 58 KẾT LUẬN Sau thời gian dài nghiên cứu tài liệu thực đề tài “Nghiên cứu tổng quan hệ thống bơm công nhiệp Thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển PLC biến tần ” Đây đề hay phù hợp với thực tế sản xuất nay, sâu nghiên cứu thấy hấp dẫn thấy vai trò việc điều khiển tự động Trong đề tài em nghiên cứu giải vấn đề sau: Biết cách lập trình thành công PLC, cài đặt khai thác biến tần Tuy nhiên để làm việc cần đòi hỏi tầm hiểu biết định điện tử, tin học…nên em gặp khơng khó khăn Trong trình làm đồ án, cố gắng kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo đóng góp thầy, giáo bạn để đồ án hoàn thiệnhơn Em xin chân thành cảm ơn Th.S Đinh Thế Nam, người trực tiếp hướng dẫn, bảo tạo điều kiện cho em nghiên cứu hoàn thành đồ án Em xin cảm ơn thầy cô giáo môn, bạn sinh viên lớp ĐC1802 đưa nhiều góp ý để em hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hải phòng, ngày… tháng… năm 2018 Sinh viên thực Vũ Quốc Tưởng 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tăng văn Mùi ( 2003 ), Điều Khiển LOGIC LẬP TRÌNH PLC, Nhà xuất ThốngKê Vũ Quang Hồi (2000), Trang bị điện - điện tử công nghiệp, Nhà xuất giáodục Nguyễn Thái Hưng (2002), Tự động hóa với SIMATIC S7 – 200, Nhà xuất khoa học kỹthuật GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (1999), Máy điện, Nhà xuất giao thông vận tải http:// www.Google.com.vn 60 ... Nghiên cứu tổng quan hệ thống bơm công nghiệp Thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển PLC biến tần Đồ án bao gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống bơm Chương 2: Tổng quan PLC biến. .. thống bơm Chương 2: Tổng quan PLC biến tần Chương 3: Thiết kế mơ hình hệ thống CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM 1.1.TỔNG QUAN VỀ BƠM 1.1.1 Khái niệm bơm Bơm loại máy thủy lực sử dụng để vận chuyển... trường hợp bơm pittông dùng nhiều xilanh 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CÁC PHẦN TỬ QUAN TRỌNG CỦA BƠM 1.3.1 sơ đồ phần tử quan trọng hệ thống bơm Bơm làm việc hệ thống đường ống, để hiểu rõ hệ thống bơm ta tìm