Ổn định độ PH một bơm cấp NaOH vào bồn chứa dung dịch axit để trung hòa độ PH ổn định bằng 0 7

GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

Nội dung đề tài :
Ổn định độ PH: Một bơm 50 l/min cấp NaOH vào bồn chứa dung dịch axit
để trung hòa độ PH. Hãy điều khiển lưu lượng của bơm làm sao để độ PH ổn định
bằng 0.7
Biến tần dùng hãng: OMRON.

GVHD: TS. Lê Quang Đức
NHÓM: 16
1. Lê Công Tuân 0951050069
2. Nguyễn Phan Vương Tuấn 0951050070
3. Trương Quang Tùng 0951050062



TP.Hồ Chí Minh, Ngày 22 Tháng 04 Năm 2013
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
2
PHỤ LỤC
Trang

PHẦN 1. GIỚI THIỆU CHUNG. 3
I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.
II. MỤC ĐÍCH.
III. GIẢI PHÁP SƠ BỘ.
PHẦN 2. CHỌN THIẾT BỊ. 5
I. CHỌN BƠM VÀ ĐỘNG CƠ. 5
a) Tiêu chí chọn.
b) Đặc tính cơ của máy sản xuất.
c) Các yêu cầu điều khiển và bảo vệ chính.
d) Thông số kĩ thuật.

II. CHỌN BIẾN TẦN. 6
III. THIẾT BỊ PHỤ KIỆN VÀ BẢO VỆ BIẾN TẦN. 8
a) Cuộn kháng DC và AC 9
b) Bộ lọc nhiễu 10
IV. THIẾT BỊ, BẢO VỆ MẠCH ĐỘNG LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
1. MCCB 10
2. Contactor 11
3. MCB 12
4. Cảm biến độ PH 13
5. Phao điện 14
6. Bộ chuyển đổi nguồn AC/DC
7. Relay 15
8. Nút nhấn, đèn báo. 17
9. Cáp điện cho phần động lực và điều khiển 18
PHẦN 3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ GIẢI THÍCH. 20
1. Mạch động lực và mạch điều khiển. 20
2. Thuyết minh. 21
PHẦN 4. CÀI ĐẶT BIẾN TẦN. 23
PHẦN 5. THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN. 25

GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
3
PHẦN 1. GIỚI THIỆU CHUNG.
I. Giới thiệu đề tài.

 Đề tài 6: Ổn định độ PH.
 Một bơm 50 l/min cấp NAOH vào bồn chứa dung dịch axit để
trung hòa độ PH. Hãy điều khiển lưu lượng của bơm làm sao để
độ PH ổn định là 0,7.
- Chọn lọai bơm thích hợp.
- Hệ thống gồm 1 bơm NaOH vào bồn, điều khiển lưu lượng bơm .
- Bơm NaOH dừng khi bình chứa hết nguyên liệu, báo động bằng đèn.
- Bơm không tự hoạt động lại sau khi có sự cố.
 Sử dụng biến tần : OMRON.

II. Mục đích, yêu cầu.

 Ổn định độ PH là 0.7 thông qua việc điều chỉnh lưu lượng bơm NaOH
được cấp vào dung dịch axit.
 Chọn động cơ, các thiết bị điều khiển và bảo vệ.
 Chọn bơm chuyên dụng với lưu lượng 50 l/min bơm NAOH vào
bồn axit.
 Dùng biến tần Omron điều khiển tốc độ động cơ.
 Chọn cảm biến PH.

III. Giải pháp sơ bộ.
1. Mô hình tổng quát của hệ thống:


GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
4

Mô tả hoạt động: Biến tần điều khiển bơm, bơm NAOH vào bồn chứa với tốc độ
được đặt trước 50lit/min.Cảm biến độ PH sẽ cảm biến độ PH dung dịch trong thùng chứa,
phản hồi tín hiệu về biến tần. Biến tần so sánh tín hiệu phản hồi về từ cảm biến với giá trị
PH đặt là 0,7 sẽ điều khiển bơm bơm dung dịch NAOH vào bình chứa sao cho độ PH
trong bình chứa luôn ổn định ở mức 0,7.
2. Mô hình vòng kín của hệ thống :



PHẦN 2. CHỌN THIẾT BỊ.
I. Các thiết bị chính.
1. Chọn bơm và động cơ.
a. Tiêu chí lựa chọn.
 Chọn loại bơm chuyên dụng bơm hóa chất NAOH.
 Chọn loại bơm ly tâm.
 Chọn động cơ cho máy bơm có chế độ làm việc dài hạn.
b. Phân tích đặc tính cơ của máy sản xuất.
Mục đích: Chọn được máy sản xuất.
Chế độ làm việc : Dài hạn.
Vì ở đây là tải bơm,quạt nên: T
L

= k.ω
2
.
Đặc tính cơ:
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
5




c. Chọn bơm và động cơ.
 Yêu cầu kĩ thuật.
Cần 1 bơm dung dịch hóa chất.
Yêu cầu lưu lượng: Q = 50 l/phút = 3m
3
/h.
Ta chọn loại bơm có tích hợp động cơ chuyên dụng bơm hóa chất.

 Từ yêu cầu trên ta chọn máy bơm hãng EBARA ( ITALIA).
Model: CDX 70/05.
 Đặc tính của bơm :



GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
6

 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp định mức: 3-pha 230/400V, 50Hz.
- Công suất định mức: 0,37 KW.
- Dòng điện định mức: 1,4A.
- Tần số làm việc: 50 Hz.
- Lưu lượng Q = 50 l/min = 3m
3
/h.
- Áp suất làm việc tối đa: 2 bar.
- Bơm lên được độ cao: 18,4m.
- Chất liệu: AISI 304 (Thép không gỉ).

2. Biến tần.
 Yêu cầu:
- Sử dụng biến tần hãng OMRON.
- Phù hợp với tải bơm, quạt gió.
- Điều khiển V/f.
- Biến tần có chức năng PID.
- Công suất phù hợp với động cơ được sử dụng.

 Biến tần được sử dụng: (OMRON - JAPAN)
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
7
- Sử dụng dòng biến tần: 3G3JX – A4004

 Thông số kỹ thuật:
- Công suất: 0.4 Kw
- Điện áp: 3 Phase- 380/480V.
- Dòng điện vào: 2.0 A.

- Tần số đầu vào: 50/60Hz
- Tần số đầu ra: 0.5->400Hz
- Điều khiển: V/F.
- Chức năng tiết kiệm năng lượng và điều khiển PID.
- Bảo vệ quá dòng, quá áp.

(catalog kèm theo: BT_catalog_bientan_omron_3g3jx.pdf [trang 18;177])
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
8
3. Thiết bị phụ kiện và bảo vệ biến tần.
a. Cuộn kháng DC và AC
(chọn theo catalog biến tần: BT_catalog_bientan_omron_3g3jx.pdf [trang
190,199])
 DC REACTOR
Model: 3G3AX – DL4004.



 A
C








 AC REACTOR

Model: 3G3AX – AL4025.



DC REACTOR VÀ AC REACTOR dùng để triệt sóng hài, làm cho biến tần chạy
ổn định hơn, bền hơn.




GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
9
b. Bộ lọc nhiễu.
(chọn theo catalog biến tần: BT_catalog_bientan_omron_3g3jx.pdf [trang
192])
 INPUT NOISE FILTER (Bộ lọc trước vào biến tần).
Model: 3G3AX – NFI41.








Tác dụng lọc nhiễu, ngăn nhiễu cảm ứng.

 OUTPUT NOISE FILTER (Bộ lọc trước motor).
Theo catalog thì chỉ dùng cho những model có công suất 2.2 và 3.7 KW của dòng

3G3JX nên ta không sử dụng

II. Các thiết bị và bảo vệ mạch động lực mạch điều khiển.
1. MCCB – MITSUBISHI - JAPAN.
Vì dòng vào biến tần là 2 A, nên ta chọn MCCB có dòng định mức lớn hơn. Theo
catalog MCCB ta chọn.

Model NF32-SW 3P/16A/5kA
(catalog kèm theo: CATALOGUE MCCB MITSUBISHI.pdf [trang
54])
 Thông số kỹ thuật:
- Số cực:3 cực
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
10
- Dòng điện định mức: 16A
- Khả năng chịu dòng cực đại AC400V : 5kA
- Dòng ngắn mạch AC400V: 2kA




2. CONTACTOR – MITSUBISHI – JAPAN
Vì biến tần có công suất là 0.4 KW, 380÷440V nên ta chọn contactor chịu được công
suất là 0.4KW ở 400V và có dòng định mức hơn 2A.
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
11

Tiếp điểm chính:

 Thông số kỹ thuật:
- Contactor Mitsubitshi: S –N10(CX) AC400V1A
- Công suất : 7 KW (380-440V AC).


- Dòng nhiệt: I
th
= 20A.
- Nguồn điện: AC 3P, 380-480V.
- Dòng định mức: 11 A.
(catalog kèm theo: - CATALOGUE MCCB MITSUBISHI.pdf [trang 90]
- Contactor Catalog mitsubishi.PDF [trang 9, 18, 29])






3. MCB – MITSUBISHI – JAPAN

GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
12



 Thông số kỹ thuật:
- MCB Mitsubitshi: BH-D6

- Số cực: 1
- Dòng điện định mức: 3A
- Điện áp định mức: 230V
- Dòng điện ngắn mạch: 6kA
(catalog kèm theo: - mcb_catalogue.pdf [trang 10])
4. Cảm biến pH.
Vì chỉ cần đo độ PH nên chúng ta cần dùng
cảm biến đo PH. Khi cài đặt ta sẽ cài đăt để
nhận tín hiệu đo độ PH mà không cần qua bộ
hiển thị.
Model : WQ210 pH Sensor (Global Water -
USA)





GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
13
 Thông số kỹ thuật:
- Dòng điện output : 4-20 mA.
- Thang đo: 0-14
- Nguồn cấp : 10-30 VDC.
- Thép không gỉ.
(catalog kèm theo: WQ201B.pdf [trang 1])

Sơ đồ đấu dây.

(catalog kèm theo: WQ201B.pdf [trang 25])
5. Phao điện.
- Yêu cầu:
- Phao được đặt chìm trong dung dịch NaOH.
- Phao điện có chức năng ngắt điện trực tiếp vào biến tần, động cơ để dừng
hoạt động lúc cạn NaOH.
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
14
- Vị trí đặt: khu vực thành bể chứa.
- Chịu ăn mòn bởi bazo cao.
Model: MF-21S (FEEJOY)





 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp tối đa: DC200V, AC240V
- Dòng điện tối đa: 1A
- Áp suất tối đa: 1.5MPa
- Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 160 ℃
- Chất liệu: SUS304 hoặc SUS316L
(thép không gỉ)
- Phương pháp đặt: đặt ngang.

(catalog kèm theo: 1.Mini Float Level Switch.pdf trang[3])
6. Bộ chuyển đổi nguồn AC/DC
Chức năng: Chuyển nguồn 220V AC thành nguồn 12V DC để cấp cho cảm biến pH.
Model: 653-S8JX-G01512CD
 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp vào: 100-240 VAC
- Công suất: 15 W
- Điện áp ra: 12 VDC
- Dòng ra: 1.3 A
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
15

(catalog kèm theo: S8JX-G05024CD-Omron.pdf trang [2])

(catalog kèm theo: OMRON Switching Power Supplies.pdf trang [1])


7. Relay
Model : MY4N-AC220-240S . (OMRRON)

GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
16

 Thông số kỹ thuật:
- Tải định mức: AC220V 3A
- Nguồn: AC 220/240V
- 4 cặp tiếp điểm.

(catalog kèm theo: Relay_1953.pdf )







(catalog kèm theo: Relay_my_dsheet_gwj111-e1-03.pdf trang [8])
Chọn đế cắm rolay ,ta chọn PYF14A-E sử dụng cho loại 4PDT, có 14 chân.
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
17

(catalog kèm theo: 1953.pdf )



(catalog kèm theo: my_dsheet_gwj111-e1-03.pdf trang [11])
8. Nút nhấn, đèn báo.
 Nút nhấn:
Model: A22R-FR-10M (OMRON)

 Thông số kỹ thuật:
- Nút nhấn đỏ, không đèn, 1-
NO.
- Điện áp: AC 240V.
- Dòng điện: 6A tải thuần trở.
- Cấp bảo vệ: IP65.

- Tuổi thọ cơ học: 3 000 000
lần.
- Tiêu chuẩn: UL, cUL, EN
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
18

(catalog kèm theo: Putton & Lamp Omron Catalog.pdf trang [3,4,11])
 Đèn báo:
Model: A22R-ER(EG)-T2 (OMRON)
Dựa vào catalog để ta lựa chọn.

 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp: AC 240V.
(catalog kèm theo: Putton & Lamp Omron Catalog.pdf trang [5,8])
9. Cáp điện cho phần động lực và điều khiển.
 Cáp điện cho phần động lực:
Dựa vào catalog của biến tần ta chọn cáp điện theo tiêu chuẩn dây được áp dụng.
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
19


Ta chọn cáp điện lực cách điện PVC của CADIVI với tiết diện 1,5 mm
2
.

 Cáp điện cho phần điều khiển:

GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
20
PHẦN 3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ GIẢI THÍCH.
1. Mạch động lực và mạch điều khiển.
- Mạch động lực:

- Mạch điều khiển.



GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
21

2. Thuyết minh.

-KM1: Contactor
-CR 1(2): Relay
-D1: Đèn báo có NaOH trong bể chứa
-D2: Đèn báo nguồn
-D3: Đèn báo hoạt động
-D4: Đèn báo dừng
-D5: Đèn báo lỗi
-D6: Đèn báo cạn NaOH.
-FLS: Phao điện.
Chức năng từng thiết bị:
- MCCB, MCB: bảo vệ ngắn mạch, quá tải, sụt áp.
- CONTACTOR: Thiết bị đóng cắt điều khiển mạch điện động lực.

- AC REACTOR & DC REACTOR: dùng để triệt tiêu sóng hài.
- INPUT NOISE FILTER: dùng để ngăn chặn nhiễu cảm ứng.
- BIẾN TẦN 3G3JX: dùng để nhận tín hiệu của cảm biến và xử lý, điều khiển máy bơm,
có các chức năng bảo vệ: ngăn chặn quá áp, quá dòng…
- CẢM BIẾN pH: dùng để đo độ pH, phản hồi tín hiệu số về cho biến tần xử lý.
- RELAY: Điều khiển đóng cắt tiếp điểm.
-


Thuyết minh:
- Trước tiên, đóng MCCB và MCB, nếu lượng NaOH trong bể còn thì tiếp điểm
của Phao điện (FLS) đóng, đèn D1 sáng báo có NaOH trong bể. Trường hợp NaOH
trong bể cạn không đủ để bơm thì đèn D1 ngắt, đèn D6 sáng báo hết NaOh trong bể,
tiếp điểm của Phao điện lúc này bị hở nên hệ thống không thể hoạt động.
- Lúc bể chứa có đủ NaOH thì tiếp điểm của Phao điện đóng, cấp điện cho CR2,
đồng thời tiếp điểm 5-9(CR2) đóng, 2-10 (CR2) mở.
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
22
- Ta nhấn nút ON thì cấp điện cho Contactor KM1, các tiếp điểm chính của KM1
đóng, đèn D2 sáng báo nguồn đã được cấp cho biến tần. Đèn D4 sáng, báo hệ thống
đang Stop.
- Nhấn Start thì cấp điện cho CR1, tiếp điểm 5-9(CR1) đóng lại, động cơ hoạt
động, đồng thời đèn D3 sáng, báo Run. Tiếp điểm 2-10(CR1) mở ra đèn D4(stop)
ngắt.
- Trường hợp có sự cố ở biến tần như quá dòng, quá nhiệt, thấp áp tiếp điểm
MA-MC mở ra Biến tần dừng chạy nhưng vẫn được cấp điện để dễ dàng cho người
vận hành kiểm tra, sửa lỗi. Tiếp điểm MB-MC đóng lại cấp nguồn cho đèn D5 báo
Alarm để người vận hành biết sự cố ở biến tần.
- Trong quá trình vận hành nếu nguồn NaOH ở bể chứa bị hụt thì tiếp điểm phao

điện mở làm ngắt điện vào CR2, làm cho tiếp điểm 5-9(CR2) mở ra ngắt nguồn vào
KM1 hệ thống dừng bơm, 2-10(CR2) đóng lại đèn D6 báo hụt NaOH sáng.
- Khi có sự cố ngắn mạch, quá áp… thì MCCB và MCB sẽ mở, ngắt biến tần -
động cơ và mạch điều khiển ra khỏi lưới điện.















GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
23


PHẦN 4. CÀI ĐẶT BIẾN TẦN.
 Cài đặt các thông số cơ bản cho biến tần và động cơ như tần số, điện áp, luật điều
khiển thời gian tăng, giảrm tốc, các ngõ ra relay

 Cài đặt PID cho biến tần:
- Chức năng PID cần kích hoạt.

- Các thành phần chỉnh thông số P, I, D kèm theo.
- 1 tín hiệu tham chiếu analog (0-10V).
- 1 tín hiệu phản hồi analog (4-20 mA từ pH sensor).
- Hệ số tỉ lệ đối với tín hiệu phản hồi.
- Giới hạn đầu ra.

 Cài đặt bảo vệ cho biến tần: bảo vệ quá tải, quá áp, làm mát.
Code
Chức năng
Cài đặt
Đơn vị
Cài đặt cơ bản
A001
Chọn tần số chuẩn (00: Điều khiển số (điều chỉnh
FREQ), 01: Đấu dây, 02: Điều khiển số (F001), 03:
Truyền thông, 10: Kết quả điều khiển tần số.
01
-
A002
Chọn lệnh RUN (01: Đấu dây, 02: Điều khiển số, 03:
Truyền thông)
01
-
A003
Tần số cơ bản.
50
Hz
A004
Tần số lớn nhất.
50

Hz
A044
Chọn thuộc tính V/f (00: Thuộc tính moment quay không
đổi (VC), 01: Giảm thuộc tính moment quay (nguồn 1.7
VP), 02: Đặc biệt giảm thuộc tính moment quay (VP đặc
biệt).
01
-
A061
Giới hạn tần số trên.
50
Hz
GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
24
A062
Giới hạn tần số dưới.
5
Hz
A085
Chọn kiểu RUN (00: Điều khiển thông thường, 01: Điều
khiển tiết kiệm điện).
01
-
A097
Kiểu tăng tôc (00:đường dây, 01:đường cong S).
01
-
A098
Kiểu giảm tốc (00:đường dây, 01:đường cong S).

01
-
b001
Chọn khởi động lại (00: Alarm, 01: bắt đầu tại 0 Hz, 02:
bắt đầu tần số phù hợp, 03: ngắt sau khi ngừng giảm tần
số phù hợp).
00

C036
Chọn ngõ ra relay MA,MB (00: NC mắc tại MB, NO
mắc tại MA; 01: NC mắc tại MA, NO mắc tại MB)
01
-
F002
Thời gian tăng tốc.
10
s
F003
Thời gian giảm tốc.
10
s
F004
Chọn chiều quay (00: Thuận, 01: Nghịch).
00
-
Cài đặt thông số động cơ
H003
Công suất cho động cơ.
0.37
KW

H004
Số cực động cơ.
2
-
d013
Điện áp định mức (0-600V).
380
V
d002
Dòng điện định mức (0-999.9).
1.4
A




Cài đặt ngõ vào, ra đa chức năng
A005
Chọn ngõ vào FV/FI (02: Điều chỉnh công tắc giữa
FV/FREQ qua đầu cực AT, 03: Điều chỉnh công tắc giữa
FI/FREQ qua đầu cực AT, 04: Chỉ ngõ vào FV, 05: Chỉ
ngõ vào FI) .
04
-
A013
Mức bắt đầu FV. (tham chiếu ngõ vào 0÷10V)
0
%
A014
Mức cuối cùng FV.

100
%








GVHD: Lê Quang Đức
Kỹ thuật điều khiển động cơ
25
PID function (trang 103)
A071
Lựa chọn PID (00: Không cho phép; 01: Cho phép)
01
-
A072
Khuyếch đại P (0.2-5.0)
1
-
A073
Vi phân I (0.0-150)
1
-
A074
Tích phân D (0.0-100)
0
-

A076
Lựa chọn tín hiệu hồi tiếp PID (00:FI, 01:FV, 02:mạng
truyền thông, 03: điều khiển chức năng ngõ ra (giả lập)).
00

C044
Mức độ lệch quá mức PID.
3
%
C052
Giới hạn trên FB PID.
5
%
C055
Giới hạn dưới FB PID.
0
%




Cài đặt bảo vệ
b021
Chọn giới hạn quá tải:
(00: Không cho phép,
01: cho phép khi tốc độ hoạt động tăng hay không đổi,
02: cho phép khi tốc độ hoạt động không đổi.)
01
-
b022

Mức giới hạn quá tải. (0.1 x Iđm tới 1.5 x Iđm)
1.5*1.4
= 2.16
A
b023
Giới hạn thời gian quá tải. (0.1 đến 3000.0)
1
s
b130
Ngừng khi quá áp (00: Không cho phép, 01: Cho phép).
01
-
b131
Cài đặt mức ngừng khi quá áp. (Loại 400V: 660 đến 790)
760
V
b140
Ngăn chặn quá dòng điện (00: Không cho phép, 01: Cho
phép).
01
-
b092
Điều khiển quạt làm mát (00: Luôn ON, 01: ON lúc
RUN, 02: Tùy theo ổn định nhiệt độ).
01
-
C026
Chọn ngõ ra chức năng relay (MA,MB) ([00: Trong lúc
chạy];[01:Miền tốc độ không đổi];[02:Đặt tần số tín hiệu
đến];[03:Cảnh báo quá tải];[04:Độ lệch PID quá

mức];[05: Alarm];[06:Phát hiện hỡ mạch];[07:Trạng thái
05
-