Chuyên đề truyền động điện và tự động pot

Chuyªn ®Ò truyÒn ®éng ®iÖn vµ
Chuyªn ®Ò truyÒn ®éng ®iÖn vµ
tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng
tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng
nghÖ
nghÖ
Công nghệ điều khiển bơm cấp nước với áp suất không
Công nghệ điều khiển bơm cấp nước với áp suất không
đổi
đổi
•
Thành viên trong nhóm: Trần Văn Thành
Hoàng Văn Thành
Nguyễn Minh Thành
Lưu Hình Thức
Đỗ Minh Trí

I.TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
I.TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
•
Bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ ( bộ điều khiền PID ) là
một cơ chế phản hồi vòng điều khiển trong hệ thống
điều khiển tư động.

1.KHÂU TỈ LỆ (P)
1.KHÂU TỈ LỆ (P)
Khâu tỉ lệ (độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ
với sai số hiện tại.
Khâu tỉ lệ được cho bởi
P = Kp.e(t)

P : thừa số tỉ lệ đầu ra
Kp : độ lợi tỉ lệ
e : sai số
t : thơi gian hiện tại

2.KHÂU TÍCH PHÂN
2.KHÂU TÍCH PHÂN
(
(
I
I
)
)
Phân phối của khâu tích phân( reset ) tỉ lê thuận với biên độ
sai số
và thời gian xảy ra sai số.
I : thừa số tích phân
Ki : độ lợi tích phân
e : sai số
t : thời gian
z : biến tích phân
trung gian

3.KHÂU VI PHÂN
3.KHÂU VI PHÂN
(
(
D )
D )
•

Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi của đầu ra của
•
hệ thống điều khiển tự động
•
Thừa số vi phân được cho bởi
•
D : Thừa số vi phân đầu ra
•
Kd : độ lợi vi phân
•
e : sai số
•
t : thời gian tức thời

•
Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân cộng lại với nhau để tính toán
đầu ra
•
bộ điều khiển PID.
•
Giải thuật PID
KP quá lớn dẩn đến quá trình mất ổn định và dao động.
Sai số âm được tích phân trong đáp ứng quá độ
phải được triệt tiêu tích phân sai số dương trước
khi tới trạng thái ổn định.
Tỉ lệ nghịch với độ lọt lố, nhưng làm chậm đáp ứng
quá độ và có thểmất ổn định do khuếch đại nhiễu
tín hiệu trong phép vi phân sai số.
CHÚ Ý

→ Giới thiệu: Hệ thống bơm nước cho khu công
nghiệp, các trung cư nhà cao tầng, …không đòi hỏi
về vấn đề lưu lượng nhưng yêu câu đặt ra là phải giải
quyết được việc ổn định áp suất ?
→ Lý do: bình thường khi không vào các giờ cao
điểm dùng nước của các hộ thì áp suất đường ống
tăng cao, ngược lại sẽ giảm mạnh → cần giữ cho áp
suất ổn định.
→ Hoạt động: bơm chính sẽ khởi động ( theo các
bước an toàn: làm đầy đường ống, khởi động mềm,
…). Khi áp suất giảm, tín hiệu áp suất từ trên đường
ống sẽ phản hồi về Card Pump → điều khiển đóng
bơm. Tương tự nếu vẫn chưa đủ áp suất thì bơm tiếp
theo sẽ được đóng…. Sự thay đổi áp suất sẽ được
biến tần xử lý thông qua việc thay đổi tốc độ bơm
chính.

→
→


Để có thể đáp ứng nhu cầu vừa nêu trên thì chúng ta sử
Để có thể đáp ứng nhu cầu vừa nêu trên thì chúng ta sử
dụng biến tần để điều khiển bơm
dụng biến tần để điều khiển bơm
→ Biến tần được tích hợp công nghệ điều khiển tốc độ
qua tần số, công nghệ PLC và bộ điều khiển PID để có
thể ứng dụng vào trong các hệ thống điều khiển theo
vòng kín.

PHƯƠNG PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐIỆN DÙNG BIẾN TẦN
DELTA CHO CÁC LOẠI BƠM SỬ DỤNG BIẾN TẦN
1. Vấn đề điều khiển lưu lượng của bơm

→ Điều khiển theo kiểu truyền thống:
→ Bơm, quạt sẽ được cấp nguồn trực tiếp Bơm, quạt
luôn hoạt động ở chế độ định mức.
→ Việc thay đổi lưu lượng thông thường dùng van tiết
lưu
→ Nhận xét:
•Tăng trở kháng đường ống
• Lưu lượng giảm nhưng công suất tiêu hao giảm rất
ít
Ví dụ: khi ta dùng valve tiết lưu để giảm lưu lượng bơm
xuống còn 80% so với định mức. Theo bình thường thì với
20% lưu lượng giảm đi thì công suất tiêu tốn cũng giảm đi
một lượng đáng kể, nhưng cụ thể ở đây chỉ năng lương tiêu
tốn là khoảng 95% (chỉ giảm 5% công suất trên 20% lưu
lượng giảm).

→
→


Điều khiển qua biến tần
Điều khiển qua biến tần


→
→

Bơm, quạt được cấp nguồn qua biến tần.
Bơm, quạt được cấp nguồn qua biến tần.


→
→


Bơm có thể hoạt động ở các chế độ khác nhau tùy
Bơm có thể hoạt động ở các chế độ khác nhau tùy
thuộc vào yêu cầu.
thuộc vào yêu cầu.




→
→
Việc thay đổi lưu lượng được thực hiện thông qua việc
Việc thay đổi lưu lượng được thực hiện thông qua việc
thay đổi tốt độ động cơ.
thay đổi tốt độ động cơ.


→
→

Nhận xét:
Nhận xét:
• Không còn tổn thất năng lượng trên valve như kiểu
• Không còn tổn thất năng lượng trên valve như kiểu
truyền thống.
truyền thống.
• Bơm cũng không phải sinh ra công suất trên trục lớn
• Bơm cũng không phải sinh ra công suất trên trục lớn
hơn nhu cấu thực tế để chống lại sức càn trên valve.
hơn nhu cấu thực tế để chống lại sức càn trên valve.





•
Ví dụ: khi dùng biến tần điều khiển bơm, nếu ta muốn
giảm lưu lượng xuống 80% so với định mức.Ta chỉ cần
điều chỉnh biến tần để giảm tốc độ động cơ xuống. Quan
hệ giữa moment tải và tốc độ động cơ là:
M=2.n. Công suất: P=M*n. suy ra P≈ 3n
Nếu ta giảm tốc độ xuống còn 80% (0.8)
Thì công suất chỉ cần bằng (0.8)3 ≈ 0.5
Điều này cho ta thấy rằng bơm sẽ chỉ hoạt động với 50%
công suất định mức là có thể đạt được 80% lưu lượng →
tiết kiệm điện.

2.Đặc tính của bơm:
2.Đặc tính của bơm:

→
→
Là mối quan hệ giữa áp suất và lưu lượng
Là mối quan hệ giữa áp suất và lưu lượng


→
→
Họ đặc tính của bơm khi tốc độ bơm thay đổi
Họ đặc tính của bơm khi tốc độ bơm thay đổi



a. Đặc tính làm việc của tải bơm quạt:

→
→

Điểm làm việc của bơm là giao điểm của đường
cong của bơm và đường cong của hệ thống
Ta xét động cơ có tốc độ định mức là n= 1480 RPM
→
→

Dùng van tiết lưu thay đổi lưu lượng

•

3. Tính toán công suất bơm
→ Công suất bơm được tính bằng tích của lưu lượng
nhân với áp suất. Đây chính là diện tích trên đường đặc
tuyến. Ta có công thức tính công suất như sau: xét lưu
lượng Q tính theo (m/s)
P = (d * H * Q) / k
với,
d: khối lượng riêng của chất được bơm (kg/m3)
H: độ cao cột áp cần bơm (m)
Q :lưu lượng bơm (m3 /s)
k : tỷ số giữa công suất đầu ra với công suất trên
trục của bơm
→ So sánh công suất cho một lưu lượng cố định khi dùng
valve tiết lưu và khi dùng biến tần điều chỉnh tốc độ bơm.

→ Dùng valve tiết lưu:
Động cơ luôn chạy với công suất định mức,việc
thay đổi lưu lượng thông qua việc thay đổi độ đóng mở
của valve (tải bơm). Điều này sẽ gây tổn hao năng
lượng khi chạy ở lưu lượng thấp
→ Dùng biến tần:
• Toàn bộ hệ thống bơm quạt sẽ được điều khiển
thông qua biến tần.

• Áp suất của toàn hê thống không đổi với mọi lưu
lượng (cảm biến áp suất trên đường ống phản hồi thông
số về cho biến tần).
• Với phương pháp điều khiền U/f, điều khiển vector,
do đó tốc độ có thể thay đổi một cách linh hoạt.

• Dòng khởi động được hạn chế sẽ không gây sụt áp
khi khởi động sẽ không ảnh hưởng đến các thiết bị
khác.

• Quá trình stop, start được mềm hóa nên giảm tổn hại
cho động cơ về mặt cơ khí, cho hệ truyền động cũng
như về mặt điện. Chi phí bảo dưỡng giảm.
• Không giới hạn số lần khởi động .
• Tiết kiệm năng lượng khi tải thay đổi liên tục.
• Có các chức năng bảo vệ: quá áp, thấp áp, quá
nhiệt,bảo vệ nhiệt động cơ, bảo vệ ngắn mạch,đảo pha,
kẹt rotor,…
• Có tính năng làm đầy đường ống: khởi động bơm từ từ
với thời gian cài đặt, tránh gây rung đường ống và sự
thay đổi áp suất đột ngột,… ảnh hưởng xấu cho hệ
thống.

→ Ảnh hưởng của phần công suất hao phí là do : tràn, sủi
bọt khí, tăng nhiệt chất lỏng

Chuyển đổi nhiều bơm:

→ Biến tần VFD-F:
→ Để đáp ứng được những yêu cầu về cấp nước với
áp suất không đổi trong công nghiệp, dân dụng, cũng
như các hệ thống tưới tiêu tiết kiệm nước trong nông
nghiệp, dòng biến tần VFD-F được thiết kế đặc biệt để
ứng dụng trong các hệ thống cấp nước với áp suất ổn
định. Tính năng điều khiển PID để có thể ứng dụng vào
trong các hệ thống điều khiển theo vòng kín. Việc ứng

dụng dòng biến tần này vào trong các hệ thống cấp
nước sẽ đem lại nhiều lợi thế như có chi phí thấp, mức
độ tự động hoá cao, đầy đủ các chức năng bảo vệ, dễ
dàng vận hành và mang lại hiệu quả rõ ràng về tiết kiệm
nước và năng lượng tiêu thụ.

→ Tính năng nổi bật của dòng biến tần này là một biến tần
có thể điều khiển được 4 bơm (biến tần có cùng công
suất với mỗi bơm). Chúng ta sẻ dùng thêm relay card để
gắn vào biến tần.

Tính năng kỹ thuật
* Bộ xử lý 16 bit, kiểm soát ngõ ra theo kiểu PWM
* Tự động tăng moment và bù trượt
* Dãy tần số ngõ ra từ 0.1Hz ~ 120Hz
* 16 bước điều khiển tốc độ, 15 bước xử lý tín hiệu
* Điều khiển PID có hồi tiếp
* Giao tiếp truyền thông RS485
* Tự điều áp và độ dốc V/F
* Điều khiển động cơ xoay chiều công suất:
+Từ 700W – 37kW (1pha/3pha; 220V~)
+Từ 700W – 220kW (3pha; 380V~

Sơ đồ làm việc của hệ thống điều khiển nhiều bơm