Trang bị điện điện tử máy CN Đề tài: Thiết kế điều khiển trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh GVHD: Trần Thị Phương Thảo

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
GVHD: Trần Thị Phương Thảo
HỌ VÀ TÊN
Vũ Đức Long

MSV
78883

LỚP
ĐTĐ59ĐH

HẢI PHÒNG – 2021

1


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các
lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào cơng nghiệp nói chung và cơng nghiệp
điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có cơng suất lớn đã được chế tạo ngày càng
nhiều, và đặc biệt là các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống
hàng ngày đã, đang được phát triển hết sức mạnh mẽ.
Với những tiến bộ không ngừng của nền khoa học kỹ thuật ngày nay, những hệ
thống hiện đại hóa, cơng nghiệp hóa có vai trị rất quan trọng trong mọi lĩnh vực: sản
xuất, dịch vụ, tiêu dùng. Các q trình cơng nghệ sản xuất được ứng dụng tự động hóa

để tăng năng suất, giảm sức lao động của con người cũng như đáp ứng các yêu cầu kỹ
thuật.
Các hệ thống trạm lạnh cũng đã được áp dụng những công nghệ đề giúp kiểm
soát việc vận hành cũng như đảm bảo độ an tồn. Vì thế điều khiển với cơng nghệ hiện
đại ngày càng được phát triển.
Với sinh viên chuyên ngành điện tự động cơng nghiệp thì các kiến thức về điện
tử công suất là rất cần thiết. Do vậy các sinh viên cần trang bị cho mình một trình độ
và sự hiểu biết sâu rộng về lĩnh vực này. Chính vì vậy thiết kế môn học Điện tử công
suất là một yêu cầu rất cần thiết cho mỗi sinh viên, nó sẽ đánh giá khả năng tự tìm hiểu
và nghiên cứu của mỗi người.
Được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của cô giáo Trần Thị Phương Thảo cùng sự
giúp đỡ của các bạn trong lớp em đã hoàn thành xong bài tập lớn của mình. Tuy nhiên
kiến thức cịn hạn chế khơng thể tránh khỏi những sai sót mong nhận được sự góp ý
của cơ và các bạn để bài tập của em trở nên hoàn thiện hơn.1

MỤC LỤ

2


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ TRẠM LẠNH TRONG CÔNG NGHIỆP......................4

1.1. Giới thiệu khái quát, tham số một trạm lạnh cần thiết k ế..............4
1.2. Đề xuất các yêu cầu điều khiển trạm lạnh...........................................4
1.3. Chọn phương án thiết kế từ yêu cầu điều khiển................................6
1.4. Sơ đồ P&ID của hệ thống thiết kế............................................................8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TRẠM LẠNH CÓ NHIỀU MÁY NÉN LẠNH
..................................................................................................................................... 10

2.1. Lựa chọn các thiết bị, trang bị cho trạm lạnh.....................................10

2.2. Thiết kế tủ động lực, mạch động lực và điều khiển cho trạm
lạnh............................................................................................................................ 17
2.2.1 Mạch cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển ..17
2.2.2 Mạch rơ le trung gian.......................................................................19
2.2.3 Bố trí các tủ điều khiển và giám sát............................................57
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM LẠNH....59

3.1. Xây dựng thuật toán điều khiển và chương trình điều khi ển trên
phần mềm PLC.......................................................................................................59
3.2. Kết quả mô phỏng........................................................................................69
KẾT LUẬN.................................................................................................................. 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................71

3


DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 1. 1 Cấu trúc điều khiển hệ thống lạnh..............................................................7
Hình 1. 2 Sơ đồ P&ID của hệ thống lạnh.....................................................................9Y
Hình 2. 1 Rơle áp suất thấp Danfoss KP1....................................................................12
Hình 2. 7 Mạch cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển..............20
Hình 2. 8 Mạch động lực động cơ chính.......................................................................22
Hình 2. 12 Mạch rơle trung gian cho aptomat(1/2)................................................29
Hình 2. 13 Mạch rơle trung gian cho aptomat (2/2)...............................................30
Hình 2. 14 Mạch rơ le trung gian cho rơ le nhiệt cao (1/2).................................32
Hình 2. 15 Mạch rơle trung gian cho rơle nhiệt cao(2/2)....................................33
Hình 2. 19 Mạch rơle trung gian cho cơng tắc tơ (1/2).........................................40
Hình 2. 20 Mạch rơle trung gian cho cơng tắc tơ (2/2).........................................41
Hình 2. 33 Tủ cấp nguồn và điều khiển.......................................................................59
Hình 2. 34 Tủ giám sát động cơ 1,2................................................................................59

Hình 2. 35 Tủ giám sát động cơ 3,4................................................................................60
Hình 3. 1 Lưu đồ thuật tốn điều khiển nhiệt độ kho lạnh................................61
Hình 3. 2 Cấu hình trạm PLC.............................................................................................62
Hình 3. 3 Bảng khai báo biếnXây dựng chương trình điều khiển trên PLC..63
Hình 3. 4 Chương trình điều khiển (1/10).................................................................64
Hình 3. 5 Chương trình điều khiển (2/10).................................................................65
Hình 3. 6 Chương trình điều khiển (3/10).................................................................65
Hình 3. 7 Chương trình điều khiển (4/10).................................................................66
Hình 3. 8 Chương trình điều khiển (5/10).................................................................66
Hình 3. 9 Chương trình điều khiển (6/10).................................................................67
Hình 3. 10 Chương trình điều khiển (7/10)...............................................................67
Hình 3. 11 Chương trình điều khiển (8/10)...............................................................68
Hình 3. 12 Chương trình điều khiển (9/10)...............................................................69
Hình 3. 13 Chương trình điều khiển (10/10)............................................................70
Hình 3. 14 Thực hiện mô phỏng trên step7................................................................71
4


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Thông số rơle Danfoss KP1...........................................................................13
Bảng 2. 2: Thông số rơle Saginomiya sns-c135x......................................................14
Bảng 2. 3: Thông số rơle Danfoss MP55......................................................................17

5


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ TRẠM LẠNH TRONG CÔNG NGHIỆP

1.1 Giới thiệu khái quát, tham số một trạm lạnh cần thiết kế
Trong một hệ thống lạnh, máy nén lạnh là thiết bị quan trọng nh ất.

Nó quyết định các vấn đề cơ bản sau:
- Năng suất lạnh, suất tiêu hao điện năng
- Tuổi thọ
- Độ tin cậy và an toàn của hệ thống lạnh
Do đó, tự động hóa máy nén lạnh đóng vai trị quan tr ọng nh ất đ ối
với việc tự động hóa hệ thống lạnh. Tự động hóa máy nén l ạnh bao g ồm:
- Điều chỉnh tự động năng suất lạnh
- Điều khiển, bảo vệ hệ truyền động điện lai máy nén lạnh
- Bảo vệ máy nén khỏi các điều kiện làm việc nguy hiểm nh ư áp
suất đầu đẩy quá cao, áp suất cửa hút quá thấp, hiệu áp suất dầu bôi
trơn quá thấp, nhiệt độ dầu đẩy quá cao, nhiệt độ dầu bôi trơn quá
cao hoặc quá thấp, áp suất và lưu lượng nước làm mát, nhiệt đ ộ
nước làm mát cao
- Hệ thống giám sát: chỉ thị và báo động tình trạng cơng tác của
máy nhằm đảm bảo sự vận hành tự động toàn bộ hệ thống lạnh
1.2 Đề xuất các yêu cầu điều khiển trạm lạnh
Một hệ thống lạnh có nhiều máy nén lạnh trong công nghiệp hiêu đ ại
cần phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:
+ Điều chỉnh tự động năng xuất lạnh.
+ Bảo vệ máy nén khỏi các điều kiện làm việc nguy hiểm nh ư áp suất
dầu bôi trơn quá thấp, áp suất cửa hút quá thấp.
+ Yêu cầu về điện khiển: có thiể điều khiển (tại chỗ, từ xa,..) và có th ể
giám sát các thành phần hoặc thiết bị thuộc hệ thống.
+Yêu cầu về đo lường: đảm bảo phải thu thập được đầy đủ dữ liệu đo
đạc được hay quan sát được liên quan đến hệ thống.

6


+Yêu cầu về hiển thị: thông số hiển thị phải chính xác, rõ ràng, đ ầy đủ

và khi có sự cố xảy ra phải kịp thời cảnh báo để nh ận biết và kh ắc ph ụ.

7


1.3
Chọn phương án thiết kế từ yêu cầu điều khiển
Cấu trúc điều khiển hệ thống lạnh

Hình 1. 1 Cấu trúc điều khiển hệ thống lạnh

Ta đề xuất phương án thiết kế
+ Trạm lạnh có 4 máy nén lạnh
+ Điều khiển kiểu “ON-OFF” thay đổi chu kì đóng cắt của máy nén
+ Các máy nén được khởi động sao tam giác
+ Điều khiển trên PLC

8


1.4. Sơ đồ P&ID của hệ thống thiết kế

Hình 1. 2 Sơ đồ P&ID của hệ thống lạnh

9


Trong đó:
PG

: Đồng hồ áp suất

PT

: Thiết bị đo áp suất

TT

: Thiết bị đo nhiệt độ

10


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN CHO TRẠM
LẠNH CÔNG NGHIỆP

2.1. Lựa chọn các thiết bị, trang bị cho trạm lạnh
Các rơle áp suất:
+ Rơle áp suất thấp LP
Ta chọn Relay áp suất thấp DANFOSS KP1

Hình 2. 1 Rơle áp suất thấp Danfoss KP1

Tiếp điểm đang ở vị trí ON (1-4). Khi tiếp điểm chuy ển sang (1-2) là v ị
trí OFF. Khi nào áp suất giảm xuống dưới mức cho phép r ơle sẽ tác đ ộng
bằng cách tiếp điểm 1 đột ngột rời 4 bật xuống 2 (OFF), máy nén lạnh
ngưng chạy. Khi áp suất tăng lên và vượt giá trị cho phép, nhờ cơ cấu lật, v ị
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
11


Bảng 2. 1 Thông số rơle Danfoss KP1

+ Rơle áp suất cao HP
Ta chọn Rơle áp suất cao Saginomiya sns-c135x

Hình 2. 2: Rơle áp suất Saginomiya sns-c135x

Khi áp suất đầu đẩy máy nén tăng vượt quá giá trị áp suất cho phép
(giá trị cài đặt trên công tắc áp suất), công tắc áp suất m ở ti ếp đi ểm đang
ở vị trí ON(1-2) và tiếp điểm chuyển sang OFF(1-4) . Khi áp suất gi ảm
xuống dưới giá trị áp suất cài đặt trừ đi vi sai thì cơng tắc áp suất cao l ại t ự
động chuyển từ 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 mơi chất

-20 ~ 120 °C

Tiếp điểm

SPDT (đơn cực 2 ngã)

Kích thước

93.5mm x 80.0mm
12


Trọng lượng

480g

Xuất xứ

SAGINOMIYA / JAPAN
Bảng 2. 2: Thông số rơle Saginomiya sns-c135x

+Rơle áp suất dầu
Ta chọn rơle áp suất dầu DANFOSS-MP55

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

SPDT (chuyển mạch đơn cực 2
ngã)
AC15=2A, 250V

Contact rating

DC13=0.2A, 250V

Độ lệch áp suất tuỳ
chỉnh
Thời gian ngắt relay

0,30…4,50 bar
45s

Bảng 2. 3: Thông số rơle Danfoss MP55

+Thermostat

13


Hình 2. 3: Thermostat

Thermostat là một thiết bị điều khiển dùng để duy trì nhiệt độ của
kho lạnh. Cấu tạo gồm có một cơng tắc đổi h ướng đ ơn c ực (12) duy trì
mạch điện giữ các tiếp điểm 1 và 2 khi nhiệt độ bầu c ảm bi ến tăng lên,
nghĩa là nhiệt độ kho lạnh tăng lên. Khi quay trục (1) theo chiều kim đ ồng
hồ thì sẽ tăng nhiệt độ đóng và ngắt của Thermostat. Khi quay tr ục vi sai
(2) theo chiều kim thì giảm vi sai giữa nhiệt độ đóng và ngắt thiết bị.

Hình 2. 4: Tiếp điểm của Thermostat

Khi nhiệt độ trong kho lạnh tăng cao hơn nhiệt độ cài đặt (giá tr ị đặt
từ giá trị sau vi sai), lị xo chính đẩy hộp xếp xuống, tay đòn b ị kéo xu ống
làm cơ cấu lật đột ngột thay đổi vị trí, tiếp điểm 1 đột ngột rời tiếp điểm 4
(ON), xuống tiếp xúc với tiếp điểm 2 (OFF), khởi động chạy máy nén l ạnh.
Khi nhiệt độ trong các kho lạnh giảm xuống dưới giá trị đặt (giá trị

đặt chính), tiếp điểm 1 rời khỏi tiếp điểm 2 và quay tr ở về ti ếp xúc v ới
tiếp điểm 4, dừng máy nén lạnh.
2.2. Thiết kế tủ động lực, mạch động lực, mạch đi ều khi ển cho
trạm lạnh
14


2.2.1 Mạch cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển
Bản vẽ số 01
Các phần tử trong sơ đồ:
-

1MCCB, 2MCCB: Cầu dao tự động

-

1F, 2F….10F: Cầu chì

-

1TR, 2TR: Biến áp

-

1WL: Đèn báo phục vụ giám sát tại chỗ

-

1AM: Đồng hồ đo dòng điện xoay chiều

-

1VM – voltage measure: đo điện áp xoay chiều

Rectifier: Cầu chỉnh lưu DIODE không điều khiển biến
điện xoay chiều thành 1 chiều

15


Hình 2. 5 Mạch cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển

Thuyết minh bản vẽ:
Thực hiện việc cấp nguồn 380 VAC cho mạch động lực và cấp ngu ồn
220VAC, 24VDC cho mạch rơle trung gian và cấp cho PLC. T ừ ngu ồn 3 pha
380VAC, được đóng cắt bới 1 aptomat 1MCCB, sau 1MCCB nguồn đ ược chia
thành nhiều nhánh. Nhánh thứ nhất đi tới aptomat 2MCCB qua 2 cầu chì 4F,
5F đóng cắt nguồn cho biến áp 2TR, 2TR là bi ến áp 1 pha 3 cu ộn dây đ ể
lấy ra được ở đầu ra 2 cấp điện áp là 220VAC và 24VAC. Nguồn ra 220VAC
được đưa tới các mạch rơle trung gian tại bản vẽ 06, nguồn ra 24VAC đ ược
đưa tới cầu chỉnh lưu để tạo ra điện áp 1 chiều 24VDC và đưa t ới c ấp cho
PLC

16


2.2.3. Mạch rơ le trung gian
Các phần tử trong các sơ đồ:
- 1MCB… 16MCB: Các tiếp điểm phụ của aptomat tương ứng
- 1RHT… 16RHT: Các tiếp điểm của các rơle nhiệt tương ứng

- 1LOPC, 2LOPC, 3LOPC, 4LOPC: Các rơle áp suất dầu
- 1RHP, 2RHP, 3RHP, 4RHP: Các tiếp điểm của relay áp suất cao
- 1RLP, 2RLP, 3RLP, 4RLP: Các tiếp điểm của relay áp suất thấp
- 1TRL…4TRL: Tiếp điểm của Thermostat
- 1M…24M: Cuộn hút của các công tắc tơ tương ứng
- 1RL … 74RL: Relay trung gian xoay chiều 220VAC
Thuyết minh bản vẽ
- Bản vẽ số 06 và 07
Mạch role trung gian được lấy nguồn 220 VAC mạch cấp nguồn tại bản vẽ
01 cột 3 và 4 hàng E, khi các aptomat 1MCB…16MCB đóng sẽ đóng các ti ếp đi ểm
phụ tương ứng làm các role trung gian 1RL…18RL được cấp nguồn, làm thay
đổi trạng thái các tiếp điểm của role. Các tiếp điểm ph ụ của rơle trung gian
được đưa tới các bản vẽ tương ứng đã được định sẵn

17


18


Hình 2. 6 Mạch rơle trung gian cho aptomat(1/2)

19


Hình 2. 7 Mạch rơle trung gian cho aptomat (2/2)

Bản vẽ số 08 và số 09
Mạch role trung gian thực hiện đóng cắt nguồn 220VAC cho các cu ộn hút
của các rơle trung gian 19RL, 20RL, 21RL, 22RL…34RL, được kh ống ch ế bởi các

tiếp điểm của relay nhiệt 1RHT, 2RHT, 3RHT, 4RHT…16RHT trên s ơ đồ đ ộng l ực
động cơ lai máy nén lạnh để bảo vệ quá tải cho động cơ.

20


Hình 2. 8 Mạch rơle trung gian cho cơng tắc tơ (1/2)

21


Hình 2. 9 Mạch rơle trung gian cho cơng tắc tơ (2/2)

22


2.2.5 Bố trí các tủ điều khiển và giám sát
Tđ Đ iê`u Khiển

Tủ nguồn động lực và điờ`u khiển

STOP

START
Báo nguồn
380v
( 1WL )

Báo nguồn
220v

( 2WL )

Báo nguồn
24v
( 3WL )

Cảnh báo
đảo pha
( 8WL )

Cấp nguồn
cho động cơ1
( 4WL )

Cấp nguồn
cho động cơ2
( 5WL )

Cấp nguồn
cho động cơ3
( 6WL )

Cấp nguồn
cho động cơ4
( 7WL )

Chọn bơm chủ

Loạ i bỏ bơm

1TRL
( 17WL )

Hỡnh 2. 10 T cp ngun v iu khin
Tủ giám sát động cơ2

Tủ giám sát động cơ1

Đ ộng cơ1
quá tải
( 9WL )

Đ ộng cơ1
chạ y
( 13WL)

1LOCP
(18WL)

1RHP
(22WL)

Đ ộng cơ2
quá tải
( 10WL )

Đ ộng cơ2
chạ y
( 14WL)

1RLP
(26WL)

2LOCP
(19WL)

Hỡnh 2. 11 T giỏm sỏt ng c 1,2

23

2RHP
(23WL)

2RLP
(27WL)


Tủ giám sát động cơ3

Đ ộng cơ3
quá tải
( 11WL )

Đ ộng cơ3
chạ y
( 15WL)

3LOCP
(20WL)

Tủ giám sát động cơ4

3RHP
(24WL)

Đ ộng cơ4
quá tải
( 12WL )

Đ ộng cơ4
chạ y
( 16WL)

3RLP
(28WL)

4LOCP
(21WL)

Hỡnh 2. 12 T giám sát động cơ 3,4

24

4RHP
(25WL)

4RLP
(29WL)

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM LẠNH

3.1
Xây dựng thuật tốn điều khiển và chương trình điều
khiển trên phần mềm PLC

Hình 3. 1 Lưu đồ thuật tốn điều khiển nhiệt độ kho lạnh

- Các tín hiệu vào ra của PLC
Đầu tiên ta thiết lập trạm PLC S7-300, khai báo cấu hình cho tr ạm :
25