Bài tập lớn Trang bị điện: Thiết kế điều khiển trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh khởi đông trực tiếp từ lưới điện thầy Hoàng Xuân Bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Trang bị điện - điện tử máy CN
Đề tài: Thiết kế điều khiển trạm lạnh có nhiều máy nén
lạnh khởi động trực tiếp từ lưới điện
GVHD: Hồng Xn Bình
HỌ VÀ TÊN
Đỗ Minh Tú

MSV
85356

HẢI PHỊNG – 2022

LỚP
ĐTĐ60ĐH


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................................3
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................5
1.

Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................5

2.

Mục đích của đề tài....................................................................................................5

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài..............................................................5

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài...................................................................5
CHƯƠNG 1. ĐỀ XUẤT YÊU CẦU VỚI HỆ THỐNG TRẠM LẠNH CÓ
NHIỀU MÁY NÉN...........................................................................................................6
1.1. Các yêu cầu với 1 hệ thống trạm lạnh có nhiều máy nén...........................................6
1.2. Cấu trúc một trạm lạnh có nhiều máy nén.................................................................7
1.3. Đề xuất suất sơ đồ P&ID cho hệ thống....................................................................10
CHƯƠNG 2.Lựa chọn thiết bị cho hệ thống lạnh có nhiều máy nén........................13
2.1.1.Lựa chọn sensor......................................................................................................13
2.1.2.Lựa chọn van.........................................................................................................16
2.1.3.Động cơ không đồng bộ.........................................................................................18
2.1.4. Bơm.......................................................................................................................19
CHƯƠNG 3. Xây dựng thiết kế mạch động lực và đầu vào ra cho PLC..................20
3.1.Mạch động lực của hệ thống máy nén lạnh...............................................................20
3.2.Mạch rơle trung gian.................................................................................................21
3.3.Thiết kế tủ điều khiển................................................................................................35
3.4. Thiết kế mạch đầu vào PLC.....................................................................................35
3.5.Thiết kế mạch đầu ra PLC.........................................................................................40
Kết luận............................................................................................................................45
Tài liệu tham khảo..........................................................................................................46


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.Cấu trúc chung của một hệ thống lạnh
Hình 1.2.Sơ đồ P&ID của hệ thống lạnh
Hình 2.1.Rơ le áp suất Danfoss Kp1
Hình 2.2. Rơ le áp suất cao Saginomiya sns-c135x

Hình 2.3.Thiết bị duy trì nhiệt độ Thermostat
Hình 2.4.Van điều khiển Rexroth 2FRH
Hình 2.5.Van tiết lưu Danfoss TEX
Hình 2.6.Động cơ khí nén AM0706
Hình 2.7.Động cơ bơm nước làm mát AO


Hải Phòng, ngày 15 tháng 11 năm 2022
GVHD
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên)
Đỗ Minh Tú

LỜI MỞ ĐẦU


1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm qua, các hệ thống trạm lạnh ở nước ta đã được
ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành cùng với quy trình cơng nghệ máy
móc và thiết bị vận hành thì quy trình thiết kế điều khiển đóng một vai trị
vơ cùng quan trọng.Đồng thời việc kiểm soát vận hành, điều khiển cũng
như đảm bảo độ an toàn trong hệ thống trạm lạnh cũng vơ cùng cấp thiết.
Vì thế thiết kế điều khiển các trạm lạnh với công nghệ hiện đại đang ngày
càng được phát triển.
2. Mục đích của đề tài
Thiết kế điều khiển một trạm lạnh sử dụng trong công nghiệp
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh.Phạm
vi nghiên cứu bao gồm: xây dựng cấu trúc điều khiển trạm lạnh có nhiều
máy nén lạnh, sơ đồ P&ID phục vụ điều khiển , lựa chọn thiết bị, xâydựng

các mạch đo và các tín hiệu biến đổi
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Giúp ta sử dụng thông thạo các phần mềm Step7, AutoCad,… qua đó
nghiên
cứu hiểu rõ hơn về đề tài.

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1. ĐỀ XUẤT YÊU CẦU VỚI HỆ THỐNG TRẠM LẠNH CÓ


NHIỀU MÁY NÉN
1.1.

Các yêu cầu với 1 hệ thống trạm lạnh có nhiều máy nén
Hệ thống lạnh xét ở đây là hệ thống lạnh dùng để bảo quản nông sản.Kho

lạnh nông sản là một dạng cơ sở vật chất đặc biệt khơng chỉ chứa nơng sản mà
cịn đảm bảo,nâng cao chất lượng sản phẩm được bảo quản.Kho lạnh nói
chung và kho lạnh nơng sản nói riêng cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định
Kho lạnh bảo quản nông sản giúp chúng ta bảo quản các loại nông sản
như rau, củ quả .. trong điều kiện môi trường nhiệt độ từ -2 đến -5 độ C.
Đồng thời cung cấp độ ẩm, khí tươi ổn định cho nơng sản từ đó giúp tăng
tường thời gian bảo quản cũng như độ tươi ngon cho nông sản trong một thời
gian dài.
Trạm lạnh phải đảm bảo điều kiện chống chọi lại được các ảnh hưởng bên
ngồi tác động vào buồng lạnh.Đặc biệt kiểm sốt và duy trì được nhiệt độ, độ
ẩm... trong buồng lạnh.Đồng thời có khả năng thốt nhiệt thốt ẩm tốt đảm
bảo cho việc xử lí hàng hóa
Thiết bị làm lạnh cần có cơng suất đủ để bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ ổn

định.Môi chất làm lạnh thân thiện mới môi trườg không gây ra ô nhiễm
nghiêm trọng, không sử dụng chất cấm
Các thiết bị chứa áp lực ,ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt an tồn khơng bị
ăn mị trong khơng khí
Hệ thống vận hành ổn định và hiệu quả giúp tiết kiệm chi phí vận hành và
sử dụng. Dễ dàng bảo dưỡng khi xảy ra sự cố
Đảm bảo phải thu thập được đầy đủ dữ liệu đo đạc được hay quan sát
được liên quan đến hệ thống.Thông số hiển thị chính xác rõ ràng


1.2.

Cấu trúc một trạm lạnh có nhiều máy nén
Một hệ thống lạnh cơng nghiệp có cấu trúc cơ bản như sau:

Hình 1.1.Cấu trúc chung của một hệ thống lạnh lạnh
Hệ thống là một hệ kín, sử dụng cơng chất lỏng dễ bay hơi như NH3,
Freon 12 hoặc Freon 22. Công chất khi bay hơi ( từ dạng lỏng sang hơi) sẽ thu
nhiệt của buồng lạnh.
Máy nén : Máy nén thường dùng là loại bơm piston, hút công chất ở
dạng hơi từ dàn bay hơi về, nén tạo áp suất cao, qua bình ngưng trao đổi nhiệt
với nước làm mát ngưng tụ biến thành dạng công chất lỏng cung cấp cho dàn
bay hơi. Khi công chất lỏng qua van tiết lưu sẽ biến thành dạng hơi. Máy nén
trong hệ thống lạnh có thể là loại một xi lanh hoặc nhiều xilanh, nén một hay
nhiều cấp tuỳ thuộc vào công suất làm lạnh và nhiệt độ làm lạnh yêu cầu
Bình ngưng : Hơi cơng chất sau máy nén có áp suất và nhiệt độ cao, để
biến hơi công chất thành dạng lỏng thì ta phải lấy nhiệt của hơi cơng chất, tức
là phải làm mát cơng chất, có hai cách cơ bản làm mát:
Dùng nước làm mát: thông thường dùng nước ngọt làm mát công chất,
nước biển làm mát cho nước ngọt. Phương pháp này thường sử dụng trong

các hệ thống lạnh. Để cấp nước làm mát thì người ta thường dùng một bơm
nước riêng biệt.
Dựng quạt gió: Thổi khơng khí qua làm mát công chất, hay sử dụng
trong các hệ thống điều hịa (dàn nóng).


Van tiết lưu : Công chất lỏng qua van tiết lưu thì áp suất bị giảm mạnh, làm
cơng chất biến từ dạng lỏng sang dạng hơi. Khi công chất bay hơi nhiệt độ sẽ
giảm mạnh, thu nhiệt từ vật cần làm lạnh. Van tiết lưu có chức năng làm giảm áp
suất của công chất và dùng để điều chỉnh mức (lưu lượng) chất lỏng cung cấp cho
dàn bay hơi.
Dàn bay hơi : Là nơi công chất lỏng bay hơi, thu nhiệt từ của các vật cần
làm lạnh trong buồng lạnh. Có hai phương pháp để làm lạnh:
Làm lạnh trực tiếp: Dàn bay hơi đặt trực tiếp ngay trong buồng lạnh, trao
đổi nhiệt trực tiếp với vật cần làm lạnh. Ví dụ như tủ lạnh, điều hồ khơng khí
gia đình, văn phịng.
Làm lạnh gián tiếp: Dùng một cơng chất trung gian để truyền từ dàn bay
hơi vào buồng lạnh. Công chât trung gian này có thể là khơng khí hoặc nước
muối. Phương pháp này thường dùng trong các hệ thống làm lạnh có cơng
suất lớn, nhiều buồng lạnh hoặc khu vực khác nhau như trong các kho lạnh
công nghiệp, các hệ thống điều hồ khơng khí trung tâm trong các siêu thị, tồ
nhà văn phịng . Trong hệ thống điều hồ khơng khí tồn tàu thường dùng
quạt thơng gió thổi qua dàn bay hơi đi vào từng phịng.
Tách lỏng : Cơng chất ở dạng hơi sau dàn bay hơi có thể cịn lẫn hơi
nước hoặc các hạt cơng chất ở dạng lỏng, máy nén hút về cửa hút có thể sẽ
gây hiện tượng thuỷ kích, hỏng máy nén. Đe tránh hiện tượng này thì người ta
bố trí các bình tách lỏng giữa dàn bay hơi và máy nén.
Tách dầu: Khi công chất qua máy nén có lẫn các dầu bơi trơn, các hạt
này sẽ ảnh hưởng đến quá trình bay hơi của cơng chất lỏng, do vậy bố trí bình
tách dầu sau máy nén và trước khi vào bình ngưng.

1.3.

Đề xuất suất sơ đồ P&ID cho hệ thống

Hình 1.2.Sơ đồ P&ID của hệ thống lạnh


Giải thích các điểm đo:
Đ26+Đ28+Đ30+Đ32 : Cảm biến áp suất ở cửa hút máy nén

Đ25+Đ27+Đ29+Đ31 : Cảm biến áp suất cửa đẩy máy nén

Đ5+Đ10+Đ15+Đ20 : Cảm biến nhiệt độ tại kho lạnh

Đ2+Đ7+Đ12+Đ17 : Cảm biến sáp suất dầu bôi trơn


Đ1+Đ6+Đ11+Đ16: Cảm biến áp suất van một chiều

Đ4+Đ9+Đ14+Đ19 : cảm biến áp suất môi chất lạnh


CHƯƠNG 2.Lựa chọn thiết bị cho hệ thống lạnh có nhiều máy nén
2.1.1.Lựa chọn sensor
Các rơ-le áp suất:
a) Rơ le áp suất thấp LP
Ta lựa chọn Rơ le áp suất thấp DANFOSS KP1

Hình 2.1.Rơ le áp suất thấp Danfoss Kp1
Tiếp điểm đang ở vị trí ON (1-4). Khi tiếp điểm chuyển sang (1-2) là v ị trí OFF.
Khi nào áp suất giảm xuống dưới mức cho phép rơle sẽ tác đ ộng b ằng cách ti ếp
điểm 1 đột ngột rời 4 bật xuống 2 (OFF), máy nén l ạnh ng ưng ch ạy. Khi áp suất
tăng lên và vượt giá trị cho phép, nhờ cơ cấu lật, vị trí tiếp điểm 2 bật sang 4 (ON).
Thông số rơle
Mã sản phẩm

KP1

Áp suất hoạt động

-0.2 ~ 7.5 bar

Part No

060-110191

Diff

0.7 ~ 4.0 bar

Đầu nối Ren

1/4″ Flare ext

Kích thước

12.7 X 9.4 X 4.8 (cm)

Xuất xứ

Danfoss / India

Bảng 2.1 Bảng thông số rơ le áp suất thấp Danfoss Kp1


b) Rơ le áp suất cao HP
Ta chọn Rơle áp suất cao Saginomiya sns-c135x

Hình 2.2.Rơ le áp suất cao Saginomiya sns-c135x

Khi áp suất đầu đẩy máy nén tăng vượt quá giá trị áp suất cho phép (giá tr ị cài
đặt trên công tắc áp suất), công tắc áp suất mở tiếp điểm đang ở vị trí ON(1-2) và
tiếp điểm chuyển sang OFF(1-4) . Khi áp suất giảm xuống dưới giá trị áp suất cài
đặt trừ đi vi sai thì cơng tắc áp suất cao lại t ự động chuy ển t ừ tiếp điểm OFF(1-4)
sang tiếp điểm ON(1-2).
Thông số rơle
Mã sản phẩm

SNS-C135X

Áp suất hoạt động

10 ~ 35 bar

Đầu nối Ren

6mm

Loại reset

Automatic

Nhiệt độ môi chất

-20 ~ 120 °C

Tiếp điểm

SPDT (đơn cực 2 ngã)

Kích thước

93.5mm x 80.0mm

Trọng lượng

480g

Xuất xứ

SAGINOMIYA / JAPAN

Bảng 2.2. Thông số rơ le áp suất cao Saginomiya sns-c135x


c) Rơ le áp suất dầu
Ta chọn rơ le áp sấut dầu Danfoss Mp 55
Thông số rơle:

Model

MP55

Trọng lượng

0.840kg

Điều chỉnh

Ngắt khi tụt áp suất

Chiều dài ống dẫn

39 3/8 in (1.000mm)

Contents of kit

relay thời gian

Loại
công
( contact )
Contact rating

tắc

ngã)

Contact rating

Độ lệch áp suất tuỳ
chỉnh
Thời gian ngắt relay

SPDT (chuyển mạch đơn cực 2
AC15=2A, 250V
DC13=0.2A, 250V
0,30…4,50 bar
45s

d) Thermostat
Thermostat là một thiết bị điều khiển dùng để duy trì nhiệt đ ộ c ủa kho
lạnh. Cấu tạo gồm có một cơng tắc đổi hướng đơn cực (12) duy trì m ạch đi ện gi ữ
các tiếp điểm 1 và 2 khi nhiệt độ bầu cảm biến tăng lên, nghĩa là nhiệt đ ộ kho
lạnh tăng lên. Khi quay trục (1) theo chiều kim đồng h ồ thì sẽ tăng nhi ệt đ ộ đóng
và ngắt của Thermostat. Khi quay trục vi sai (2) theo chiều kim thì gi ảm vi sai gi ữa
nhiệt độ đóng và ngắt thiết bị.

Hình 2.3.Cấu tạo Thermostat


Khi nhiệt độ trong kho lạnh tăng cao hơn nhiệt độ cài đ ặt (giá tr ị đ ặt t ừ giá tr ị
sau vi sai), lị xo chính đẩy hộp xếp xuống, tay đòn bị kéo xuống làm c ơ c ấu l ật đ ột
ngột thay đổi vị trí, tiếp điểm 1 đột ngột rời tiếp điểm 4 (ON), xu ống ti ếp xúc v ới
tiếp điểm 2 (OFF), khởi động chạy máy nén lạnh.
Khi nhiệt độ trong các kho lạnh giảm xuống dưới giá trị đặt (giá trị đ ặt chính),
tiếp điểm 1 rời khỏi tiếp điểm 2 và quay trở về tiếp xúc với tiếp điểm 4, d ừng
máy nén lạnh.
2.1.2.Lựa chọn van
a) Van điều khiển

- Van điều khiển có nhiệm vụ điều khiển dịng năng lượng bằng cách
đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để điều khiển chuyển động của dịng khí.
- Ngun lý hoạt động của van điều khiển được thể hiện trên (hình 2.9)
: khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (6), thì cửa (5) bị chặn và cửa (2) nối
với cửa (3). Khi có tín hiệu tác động vào cửa (6), ví dụ tác động bằng khí nén
thì nịng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (5) nối với cửa (7) và cửa
(4) bị chặn. trường hợp tín hiệu tác động cửa (6) mất đi, dưới tác động của lực
lị xo nịng van trở về vị trí ban đầu.
1
7
2
6

3
5

4

Hình 2.4 : Van điều khiển Rexroth 2FRH
Ta chọn van điều khiển Rexorth 2FRH
Mã sản phẩm

2FRH

Size

10-16

Áp suất tối đa

315bar

Lưu lượng tối đa

160l/ phút


Đầu nối Ren

1/4″ Flare ext

Kích thước

12.7 X 9.4 X 4.8 (cm)

Xuất xứ

Châu âu

b) Van tiết lưu
- Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều
chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Ngồi ra van tiết
lưu cũng có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo
chiều.
Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ
thuộc vào sự thay đổi của tiết diện.
2

1
4

3

Hình 2.5 : Van tiết lưu Danfoss TEX 2
Ta chọn van tiết lưu Danfoss TEX 2
Mã sản phẩm
Gas lạnh

Danfoss TEX 2

R22

Áp suất tối đa

315bar

Lưu lượng tối đa

160l/ phút

Đầu nối Ren

1/4″ Flare ext

Kích thước

12.7 X 9.4 X 4.8 (cm)

Xuất xứ

Châu âu


2.1.3.Động cơ không đồng bộ
Đối với hệ thống trên sơ đồ P&ID hình 1.2 gồm 4 máy nén lạnh ta lựa chọn
động cơ khí nén AM 0706

Hình 2.6. Động cơ khí nén AM 0706

Mã sản phẩm

AM 0706

Cơng suất

1.7 HP

Tốc độ max

3000v/p

Momen max

6.3N/m

Khí nén tiêu thụ max

1800l/phút

Áp suất 1-7 bar

Xuất xứ

12.7 X 9.4 X 4.8 (cm)
Đài Loan

2.1.4. Bơm
Đối với hệ thống trên sơ đồ P&ID hình 1.2 ta lựa chọn dùng bơm nước làm


mát AO2 – 31 – 4.

Hình 2.7 : Động cơ bơm nước làm mát AO2-31-4

Mã sản phẩm

AO2 – 31 – 4.

Công suất

2.2 Kw

Điện áp định mức

220/380

Tấn số

50Hz

Tốc độ

1450v/p

Lưu lượng
Xuất xứ

60m3/h
Đài Loan


CHƯƠNG 3. Xây dựng thiết kế mạch động lực và đầu vào ra cho
PLC
3.1.Mạch động lực của hệ thống máy nén lạnh
+Thiết kế mạch cấp nguồn

Thuyết minh mạch: Nguồn điện được lấy từ RST 380V/50Hz được
nối qua cầu dao tự động 1MCB. Sau đó nguồn đi qua 2 cầu chì 1F và 2F để
tới biến áp đo lường PT 380/100V. Ngồi ra nguồn cịn được cấp đến cho
biến áp 1TR 380/220V qua cầu dao tự động 2MCB. Dòng thứ cấp của biến
áp 1TR đi qua 3MCB để cấp nguồn 110ACV cho mạch của các bản vẽ
18,19,20,21 và đi qua 4 MCB để cấp nguồn 220VAC cho rơle trung gian.


3.2.Mạch rơle trung gian
+Thiết kế mạch rơle trung gian
Bản vẽ 2,3,4,5: Mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ
mạch cấp nguồn 01(vị trí cột 5 hàng E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm
biến áp suất cửa hút máy nén H2Pch, H1Pch, NPch, L1Pch, L2Pch. Sau đó nối
tiếp với rơle trung gian PC1...PC20 và các đèn báo.Các tiếp điểm được đưa tới bản
vẽ 26

Bản vẽ 6,7,8,9 : Mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ bản vẽ
mạch cấp nguồn 01(vị trí cột 5 hàng E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở của cảm
biến áp suất cửa đẩy máy nén thứ nhất H2Pcd, H1Pcd, NPcd, L1Pcd, L2Pcd. Sau
đó nối tiếp với rơle trung gian PD1...PD20 và các đèn báo. Các tiếp điểm được đưa
tới bản vẽ 27
Bản vẽ 10,11,12,13: Mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ
bản vẽ mạch cấp nguồn 01(vị trí cột 5 hàng E) cấp đến ba tiếp điểm thường mở của
cảm biến giám sát nhiệt độ kho lạnh H2Tk, H1Tk, NTk. Sau đó nối tiếp với rơle
trung gian TK1...Tk12 và các đèn báo. Các tiếp điểm được đưa tới bản vẽ 28
Bản vẽ 14,15,16,17: Mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ
bản vẽ mạch cấp nguồn 01(vị trí cột 5 hàng E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở
của cảm biến áp suất dầu bơi trơn máy nén H2Poil, H1Poil, NPoil, L1Poil, L2Poil.
Sau đó nối tiếp với rơle trung gian PO1...PO và các đèn báo. Các tiếp điểm được
đưa tới bản vẽ 29
Bản vẽ 19,20,21,22: Mạch rơle trung gian này lấy nguồn điện 220VAC từ
bản vẽ mạch cấp nguồn 01(vị trí cột 5 hàng E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở
của cảm biến áp suất van một chiều H2Pv, H1Pv, NPv, L1Pv, L2Pv. Sau đó nối tiếp
với rơle trung gian PV1...Pv20 và các đèn báo. Các tiếp điểm được đưa tới bản vẽ
30


Bản vẽ 22,23,24,25: Mạch rơle trung gian nàylấy nguồn điện 220VAC từ
bản vẽ mạch cấp nguồn 01(vị trí cột 5 hàng E) cấp đến năm tiếp điểm thường mở
của cảm biến giám sát áp suất môi chất lạnh H2Pmcl, H1Pmcl, NPmcl, L1mcl,
L2Pmcl. Sau đó nối tiếp với rơle trung gian PL1...PL20và các đèn báo. Các tiếp
điểm được đưa tới bản vẽ 31