Nâng cấp hệ thống đo lường và điều khiển máy nén khí UK1358T nhà máy xi măng Bỉm Sơn

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐH KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

“NÂNG CẤP HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
MÁY NÉN KHÍ UK135/8T
NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG BỈM SƠN”


Ngành đào tạo : Công nghệ kỹ thuật điều khiển &TĐH
Mã số ngành : 103

Sinh viên thực hiện :

Lớp : Điện 1A – HN



Giảng viên hƣớng dẫn : Ths.Đỗ Quang Hiệp

Hà Nội 06 – 2011
i











THUYẾT MINH
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



Sinh viên thực hiện :
Lớp : Điện 1AHN
Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật điều khiển & TĐH.
Giáo viên hƣớng dẫn : ThS. Đỗ Quang Hiệp.
Ngày giao đề tài : 28/03/2011
Ngày hoàn thành : 06/2011

TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KINH TẾ KỸ THUẬT
CÔNG NGHIỆP
*****
CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
*********
SINH VIÊN
GV HƢỚNG DẪN

XÁC NHẬN KHOA
ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm luận văn, em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của
các thầy cô giáo cùng các bạn, sự động viên của ba mẹ và gia đình. Để hoàn
thành đƣợc luận văn này, cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy
giáo Th.s Đỗ Quang Hiệp giáo viên trực tiếp hƣớng dẫn luận văn cho em

cùng các thầy cô giáo Khoa Điện – Điện Tử Trƣờng Đại Học Kinh Tế - Kỹ
Thuật Công Nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Đồng thời,
em xin cám ơn các bạn sinh viên lớp Điện 1A đã góp ý kiến xây dựng để cho
luận văn tốt nghiệp của tôi đƣợc hoàn thiện hơn. Và con xin cảm ơn ba mẹ
của con, ngƣời đã luôn động viên quan tâm con và luôn ủng hộ con trong quá
trình làm đồ án.
Trong quá trình làm luận văn tuy đã rất cố gắng nhƣng do thời gian hạn
chế và các thiết bị thực hiện thực tế ( mô đun PLC S7-300, cảm biến thực
tế,…) chƣa có nên không tránh khỏi những thiếu xót trong quá trình thu thập
và dữ liệu. Em rất mong đƣợc những ý kiến đánh giá nhận xét của các thầy cô
cùng những bổ xung đóng góp các bạn để em có thể phát triển hoàn thiện đề
tài để đƣa vào thực tế sản xuất hiện nay.

Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2011
Sinh viên thực hiện







iii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu
của tôi, chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 20 tháng 06 năm 2011

Tác giả luận văn























LỜI NHẬN XÉT


iv

Giáo viên nhận xét




MỤC LỤC

v


LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG BỈM SƠN VAI TRÕ VÀ CHỨC
NĂNG CỦA MÁY NÉN KHÍ TRONG NHÀ MÁY 3
1.1. TÌM HIỂU VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG BỈM SƠN 3
1.2. TÌM HIỂU VAI TRÕ VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÁY NÉN KHÍ 4
CHƢƠNG 2: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ MÁY NÉN KHÍ 6
2.1. CÁCH PHÂN LOẠI MÁY NÉN KHÍ 6
2.1.1 Phân loại theo áp suất: 6
2.1.2 Phân loại theo nguyên lý hoạt động: 6
2.3. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY NÉN KHÍ 6
2.3.1 Nguyên lý thể tích 7
2.3.2 Nguyên lý ly tâm 7
2.3.3 Nguyên lý cánh nâng 7
2.3.4 Nguyên lý phun tia 8
2.4. VAI TRÕ CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG MÁY NÉN KHÍ 8
2.5. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG MÁY NÉN KHÍ, THÔNG SỐ ĐO,
NGUYÊN TẮC VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐO 8
2.5.1 Các thông số cần thiết đo trong máy nén khí. 8
2.5.2.Nguyên tắc và phƣơng pháp đo. 8
2.5.2.1. Đo nhiệt độ 8
2.5.2.2. Đo áp suất chất lưu 11
2.5.2.3. Đo lưu lượng 14
2.6. ƢU – NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN. 15
2.6.1. Ƣu điểm 15
2.6.2. Nhƣợc điểm 16
CHƢƠNG 3: TÌM HIỂU CẤU TẠO VÀ VẬN HÀNH CỦA MÁY NÉN KHÍ UK135/8T
DO NGA CHẾ TẠO 17
3.1. CẤU TẠO CỦA MÁY NÉN KHÍ UK135/8T 17
3.2. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MÁY NÉN KHÍ UK135/8T 18
3.2.1 Nguồn cung cấp cho hệ thống tự động 18
3.2.2 Điều chỉnh áp suất 18

3.2.3 Kích thƣớc: 18
3.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 18
3.3.1. Công tác chuẩn bị và khởi động máy 18
3.3.2. Hệ thống tự động điều chỉnh 20
3.4. DỪNG MÁY NÉN KHÍ 22
3.4.1 Trình tự dừng máy. 22
3.4.2. Dừng máy do sự cố 23
3.4.3. Hệ thống bảo vệ và kiểm tra 23
3.5 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐIỆN MÁY NÉN KHÍ 25
3.5.1. Sơ đồ nguyên lý điện. 25
3.5.2. Nguyên tắc hoạt động. 28
CHƢƠNG 4:NHỮNG HẠN CHẾ TRONG ĐO LƢỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN
KHÍ UK135/8T VÀ CÁC PHƢƠNG ÁN NÂNG CẤP 31
4.1. NHỮNG HẠN CHẾ 31
4.2. Ý TƢỞNG NÂNG CẤP HỆ THỐNG VÀ PHƢƠNG ÁN NÂNG CẤP 31
4.2.1 Các phƣơng án nâng cấp hệ thống 31
4.2.2 Lựa chọn phƣơng án nâng cấp 33
4.3. TỔNG HỢP LẠI YÊU CẦU BÀI TOÁN VÀ CÁC CÔNG VIỆC NÂNG CẤP 34
CHƢƠNG 5: ỨNG DỤNG PLCS7-300 VÀO NÂNG CẤP HỆ THỐNG MÁY NÉN KHÍ.
35
vi

5.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỌ PLC S7-300 35
5.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 38
5.3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PLCS7- 300 38
5.4 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI HOẠT ĐỘNG MÁY NÉN KHÍ 40
5.4.1. Sơ đồ khối hoạt động của máy nén khí 40
5.4.1.1. Các bước chuẩn bị khởi động máy nén khí 41
5.4.1.2. Các bước khởi động máy nén khí 42
5.4.1.3. Điều chỉnh tự động máy nén khí 43

5.4.1.4. Các bước dừng máy nén khí (Dừng bình thường) 44
5.4.1.5. Các sự cố máy nén khí dẫn đến dừng máy nén khí 45
5.5 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KHÍ 45
5.5.1 Sơ đồ khối mạch chuẩn bị khởi động. 45
5.5.2. Sơ đồ khối điều khiển khởi động máy nén khí. 46
5.5.3. Sơ đồ khối điều khiển dừng máy nén khí. 47
5.5.4. Sơ đồ mạch lực kết nối modun ngoài PLC 48
5.5.5 Liệt kê các đầu vào/ra cho PLC 57
5.5.5.1 Gồm có 22 đầu vào cho PLC: 57
5.5.5.2 Các biến nhớ trung gian sử dụng: 57
5.5.5.3 Các tín hiệu đầu ra của PLC gồm. 58
5.6. GIỚI THIỆU CÔNG CỤ LẬP TRÌNH STEP7 VÀ LỰA CHỌN CẤU HÌNH PHẦN
CỨNG CHO PLC 59
5.6.1. Giới thiệu về phần mềm lập trình STEP 7 59
5.6.2. Soạn thảo một project trong STEP 7 60
5.6.3. Xây dựng cấu hình phần cứng cho PLC 62
5.7. VIẾT CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY NÉN KHÍ BẰNG PHẦN MỀM
STEP7 64
CHƢƠNG 6: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY NÉN KHÍ TRONG HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG HOÁ 72
6.1 MÔ PHỎNG TRÊN PLC SIMVIEW 72
6. 2. MÔ PHỎNG TRỰC QUAN TRÊN SPS VISU 75
6.2.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng SPS VISU 75
6.2.2 Thiết kế giao diện mô phỏng 75
6.3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM WINCC VÀO GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG. 77
6.3.1. Giới thiệu về WINCC 77
6.3.1.1 Các phần tử hệ thống 78
6.3.1.2. Các đối tượng cơ bản 79
6.3.1.3. Các lựa chọn của WinCC 79
6.3.1.4 WinCC Add-Ons 81

6.3.2. Hệ thống đồ hoạ trong WinCC 81
6.3.3. Xây dựng màn hình vận hành trên WinCC 82
6. 4 LỰA CHỌN GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG CHO HỆ THỐNG 87
6.4.1. Industrial Ethernet 87
6.4.2. PROFIBUS-DP 87
6.4.3. Mô hình 88
KẾT LUẬN 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, những tiến bộ mới đƣợc áp
dụng vào sản xuất thực tiễn. Sự chuyển mình rõ rệt nhất trong sản xuất công
nghiệp là các máy móc thô sơ đã đƣợc thay thế bằng những hệ thống trang
thiết bị và máy móc hiện đại với sự tự động hóa ở mức cao.
Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy trình
công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lƣờng kiểm tra. Các hệ thống
tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng
và điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung.
Hệ thống tự động hoá đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra trong điều kiện
cần thiết và đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn trong
quy trình công nghệ. Chất lƣợng của sản phẩm và năng suất lao động của các
phân xƣởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lƣợng
làm việc của các hệ thống tự động hoá này.
Để phát triển sản xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quy trình
công nghệ hoặc ứng dụng công nghệ mới, thì một hƣớng nghiên cứu không
kém phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hoá các quy trình công
nghệ. Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử và công nghệ chế
tạo cơ khí chính xác, các thiết bị đo lƣờng và điều khiển các quy trình công

nghệ càng đƣợc chế tạo tinh vi, làm việc tin cậy và chính xác. Tuy nhiên các
hệ thống còn phụ thuộc rất lớn vào khả năng vận hành sử dụng hệ thống này
của đội ngũ kỹ sƣ, kỹ thuật viên làm việc trực tiếp ở các nhà máy, xí nghiệp.
Mặc dù việc vận hành sử dụng hệ thống thiết bị tự động hoá là nhiệm vụ của
các kỹ sƣ và các kỹ thuật viên đƣợc đào tạo trong lĩnh vực điều khiển tự động,
nhƣng các kỹ sƣ công nghệ cũng cần tiếp cận tốt các hệ thống này để theo
dõi, nghiên cứu các diễn biến của các quá trình công nghệ. Các hệ thống tự
động hoá là phƣơng tiện tốt nhất để các kỹ sƣ có thể đi sâu nghiên cứu các
quá trình công nghệ, từ đấy có thể đƣa ra những giải pháp nâng cao chất
lƣợng của quy trình công nghệ.
Trang 2

Với đề tài "Nâng cấp hệ thống đo lường và điều khiển máy nén khí
UK135/8T nhà máy xi măng Bỉm Sơn" là một ứng dụng tự động hoá trong
quá trình sản xuất, em hy vọng đề tài sẽ đƣợc đƣa vào thực tế trong nhà máy,
nâng cao năng suất hoạt động và chất lƣợng sản phẩm cũng nhƣ nâng cao chất
lƣợng quá trình điều khiển giám sát của nó, giảm giá thành trong sản xuất.

Sinh viên thực hiện

Trang 3

CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG BỈM SƠN
VAI TRÕ VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÁY NÉN KHÍ TRONG
NHÀ MÁY
1.1 TÌM HIỂU VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG BỈM SƠN



Hình 1.1a: Ảnh chụp tổng quan nhà máy xi măng Bỉm Sơn


Hình 1.1b: Ảnh chụp tổng quan nhà máy xi măng Bỉm Sơn

Trang 4

- Nhà máy xi măng Bỉm Sơn đƣợc thành lập ngày 4-3-1980.
- Ngành nghề kinh doanh: sản xuất, kinh doanh và xuất khẩu xi măng,
Clinker.
- Ngày 12-08-1993 Bộ xây dựng quyết định thành lập công ty xi măng Bỉm

sơn.
- Năm 2003 Công ty hoàn thành dự án cải tạo hiện đại hóa dây truyền số 2
chuyển đổi công nghệ từ ƣớt sang khô, nâng công suất lên 1,8 triệu tấn/năm
- Từ năm 2004 Công suất nhà máy đƣợc nâng lên 2 triệu tấn/năm.
- Ngày 01/05/2006 chuyển đổi thành Công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn.
- Trong quy trình sản xuất công nghệ của nhà máy vẫn còn sử dụng nhiều
trang thiết bị cũ, nhiều khâu vẫn chƣa đƣợc tự động hóa hoàn toàn.
- Đƣợc nhận đề tài “Nâng cấp hệ thống đo lường và điều khiển máy nén khí
UK135/8T nhà máy xi măng Bỉm Sơn” . Đây là một đề tài hay trong quá
trình phát triển khoa học kỹ thuật hiện nay khi quá trình tự động hóa đƣợc áp
dụng vào sản xuất. Nghiên cứu về nâng cấp máy nén khí của nhà máy em hy
vọng đề tài có thể đƣa vào ứng dụng và cũng có thể nhân rộng trong phạm vi
toàn nhà máy và có thể áp dụng trên phạm vi rộng hơn ở cả những nhà máy
khác.
1.2. TÌM HIỂU VAI TRÕ VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÁY NÉN KHÍ
Máy nén khí là một trong những trang thiết bị không thể thiếu trong
nhà máy xi măng. Đối với nhà máy xi măng Bỉm sơn máy nén khí UK
135/8T đã đƣợc lựa chọn.
Nhiệm vụ của máy nén là nâng áp suất cho một chất khí nào đó và cấp
đủ lƣu lƣợng cho các quá trình công nghệ khác, tạo ra sự tuần hoàn của lƣu
thể trong chu trình hoặc duy trì áp suất chân không ( cô chân không, sấy thăng
hoa) cho các thiết bị khác.
Mô hình máy nén khí:
Trang 5


Hình 1.2 Hình ảnh máy nén khí trong thực tế.
Trong nhà máy xi măng nó có nhiệm vụ cụ thể là:
- Ổn định dòng chuyển động của nhiên liệu.
- Xử lý trƣờng hợp nhiên liệu bị ùn tắc trong các ống dẫn.

- Trộn hay đồng nhất nhiên liệu trong quá trình cuối giữa Clanhke và các phụ
gia.







Trang 6

CHƢƠNG 2: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ MÁY NÉN KHÍ
2.1 CÁCH PHÂN LOẠI MÁY NÉN KHÍ
2.1.1 Phân loại theo áp suất:
* Máy nén khí áp suất thấp p ≤ 15 bar.
* Máy nén khí áp suất cao p ≥ 15 bar.
* Máy nén khí áp suất rất cao p ≥ 300 bar.
2.1.2 Phân loại theo nguyên lý hoạt động:
* Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích:
Máy nén khí kiểu pít - tông, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy
nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
* Máy nén khí tua - bin:
Máy nén khí kiểu ly tâm và máy nén khí theo chiều trục.
2.3. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY NÉN
KHÍ
Nguyên lý hoạt động:
Máy nén là nhóm máy công tác trong các loại máy thuỷ lực.Khi đi qua
máy công tác, lƣu thể thu nhận năng lƣợng. Ngƣợc lại khi đi qua máy động
lực thì lƣu thể cho năng lƣợng. Trong quá trình nhận hay cho năng lƣợng của
lƣu thể đều tuân theo định luật Becnuli.

Các máy công tác làm việc theo nguyên lý chính sau đây :
 Nguyên lý thể tích.
 Nguyên lý cánh nâng.
 Nguyên lý ly tâm.
 Nguyên lý phun tia.

Trang 7

2.3.1 Nguyên lý thể tích
Nguyên lý thể tích đƣợc ứng dụng và thiết kế để chế tạo máy nén. Ở
các máy nén thì lƣu thể là các chất khí hay hơi. Nguyên lý chính của máy là
tạo ra một dung tích thay đổi từ nhỏ đến lớn và ngƣợc lại, khi dung tích của
máy tăng từ giá trị bằng không đến giá trị lớn nhất đƣợc gọi là quá trình hút
lƣu thể, khi dung tích giảm về không đƣợc gọi là quá trình nén và đẩy lƣu thể.
Cứ mỗi lần hút và đẩy máy vận chuyển một lƣợng lƣu thể nhất định, dung
tích này phụ thuộc vào cấu tạo và vòng quay của máy cũng nhƣ tính chất và
áp lực của lƣu thể. Trong quá trình máy hoạt động sự thay đổi trạng thái của
lƣu thể luôn tuân theo định luật sau đây:
PV = const và PV
K
= const.
Trong đó:
P-là áp suất lƣu thể;
V-là thể tích lƣu thể;
k- hệ số ; k = 1,4;
Khi máy làm việc với lƣu thể không co dãn ( V = const ) cần tránh tăng hay
giảm quá nhanh thể tích làm việc của máy để không làm hƣ hỏng máy hoặc
cháy động cơ do quá tải. Muốn thế cần chú ý:
- Trƣớc khi cho máy chạy cần mở van phía cửa đẩy.
- Lắp van an toàn để xả nhanh lƣu thể từ không gian nén sang không gian hút

của máy.
2.3.2 Nguyên lý ly tâm
Nguyên lý này giúp ta ngiên cứu chuyển động của chất lỏng chứa đầy
trong kênh.
2.3.3 Nguyên lý cánh nâng
Đây là nguyên lý thể hiện chiều chuyển động của lƣu thể cùng các lực
tác dụng lên cánh, nguyên lý này đƣợc ứng dụng trong các máy nén hƣớng
trục.
Trang 8

2.3.4 Nguyên lý phun tia
Nguyên lý này dựa trên định luật bảo toàn năng lƣợng của dòng lƣu
thể, khi áp suất tăng lên thì vận tốc giảm đi hoặc ngƣợc lại, năng suất và áp
suất của máy tuỳ thuộc vào vận tốc chất lƣu.
2.4. VAI TRÕ CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG MÁY
NÉN KHÍ
Để đảm bảo hoạt động của máy nén cũng nhƣ năng suất hoạt động của
máy cần phải có hệ thống đo giám sát các thông số chất lƣu, các thông số đó
là: nhiệt độ, áp suất, lƣu lƣợng, từ các thông số đo đƣợc gửi về ngƣời vận
hành sẽ dựa vào đó để điều chỉnh sao cho máy luôn hoạt động ở chế độ an
toàn, đúng các thông số kỹ thuật cho phép, hoặc các thông số đo sẽ đƣợc
chuyển thành các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện bằng các bộ chuyển đổi để
đƣa vào các đầu vào của PLC.
Hệ thống điều khiển máy nén khí nhằm thay đổi các thông số chất lƣu ở
giới hạn cho phép, ổn định hoạt động của máy, giúp cho việc khởi động và
dừng máy. Mạch điều khiển là các mạch điện gồm các rơle, rơle thời gian, các
công tắc tơ, áptômát, khởi động từ, các khoá điều khiển tạo thành các mạch
dừng, mạch khởi động, mạch bảo vệ lắp trên các tủ điều khiển.
2.5 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG MÁY NÉN KHÍ, THÔNG
SỐ ĐO, NGUYÊN TẮC VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐO

2.5.1 Các thông số cần thiết đo trong máy nén khí.
- Đo áp suất.
- Đo nhiệt độ.
- Đo lƣu lƣợng.
2.5.2.Nguyên tắc và phƣơng pháp đo.
2.5.2.1. Đo nhiệt độ
Các thông số nhiệt cần đo trong máy nén khí:
 Nhiệt độ ổ đỡ.
Trang 9

 Nhiệt độ dầu.
 Nhiệt độ khí trên đƣờng ống chính.
Tổng quan chung về đo nhiệt độ.
Nhiệt độ là đại lƣợng ảnh hƣởng trực tiếp lên chất lƣợng của hầu hết
các quá trình công nghệ. Vì vậy thiết bị đo nhiệt độ tồn tại ở mọi nơi trong đời
sống và kỹ thuật.
Nhiệt độ là đại lƣợng vật lý biểu thị mức độ nóng lạnh của vật thể và
môi trƣờng. Giá trị của nhiệt độ đặc trƣng cho năng lƣợng động học trung
bình chuyển động của các phần tử vật chất. Nó là một trong những thông số
của trạng thái nhiệt.
Đơn vị đo nhiệt độ thƣờng sử dụng là Kenvin (
0
K) hoặc cũng có thể sử
dụng nhiệt độ cenxi (
0
C ). Giá trị hai nhiệt độ này bằng nhau nhƣng mốc tính
khác nhau T
0
K đƣợc gọi là nhiệt độ tuyệt đối, theo nhiệt độ này dƣới áp suất
tiêu chuẩn nƣớc đông đặc ở 273

0
K và sôi ở 373,15
0
K. Theo nhiệt độ cenxi
t
0
C dƣới áp suất tiêu chuẩn nƣớc đông đặc ở o
0
C và sôi ở 100
0
C. Vậy ta có
biểu thức liên hệ giữa T
0
K và t
0
C :
T
0
(K) = t
0
(C) + 273,5.
Các điểm mốc chuẩn nhiệt độ thƣờng đƣợc lấy bằng giá trị nhiệt độ biểu thị
trạng thái cân bằng giữa các pha của các nguyên tố dƣới điều kiện tiêu chuẩn:

Điểm chuẩn nhiệt độ

0
K

0

C
Điểm sôi của hydro
20,28
-252,87
Điểm sôi của oxy
90,188
-182,962
Điểm đông đặc của nƣớc
2 73,15
0
Điểm sôi của nƣớc
373,15
100
Điểm nóng chảy của kẽm
692,63
419,58
Điểm nóng chảy của bạc
1235,08
961,93
Điểm nóng chảy của vàng
1337,58
1064,43

Trang 10

Một số nƣớc phƣơng Tây sử dụng thang nhiệt độ Pharenhait(
0
F) và
Renkin(
0

Ra). Mối liên hệ giữa
0
K,
0
C ,
0
F và
0
Ra nhƣ sau:
t
0
(C ) = T
0
(K) – 273,15 =
9
5
(n
0
F - 32) =
9
5
m
0
Ra – 273,15.
Trong mỗi khoảng nhiệt độ, sử dụng các thiết bị đo chuẩn khác nhau. Thiết bị
đo chuẩn cho khoảng nhiệt độ từ 13,81 đến 903,89
0
K là nhiệt kế điện trở
bạch kim còn khoảng nhiệt độ từ 630,74 đến 1064,43
0

C sử dụng thiết bị đo
chuẩn là cặp nhiệt điện Platinnorodi-Platin.
Ở máy nén khí UK135/8T khoảng nhiệt độ cần đo nằm ở mức một cho
nên dùng nhiệt kế điện trở để đo bao gồm: nhiệt độ khí nén, nhiệt độ khí hút,
nhiệt độ dầu trong ống góp, nhiệt độ gối đỡ. Nguyên lý đo nhiệt độ nhƣ sau:
Dùng nhiệt kế điện trở.
Nhiệt kế điện trở là cảm biến đo nhiệt độ có thể sử dụng để đo nhiệt độ
trong khoảng từ -260 đến 750
0
C. Nguyên lý hoạt động của nhiệt kế điện trở
dựa vào sự phụ thuộc của điện trở của vật dẫn hay bán dẫn vào nhiệt độ của
nó theo công thức:
R
t
= f(R
0
,t).
Trong đó: R
0
là nhiệt độ ở 0
0
C .
R
t
là nhiệt độ ở t
0
C .
Nhiệt kế điện trở sử dụng ở máy nén khí này đƣợc chế tạo từ dây dẫn là bạch
kim, trong khoảng nhiệt độ thay đổi từ 0 đến 660
0

C thì mối liên hệ giữa điện
trở và nhiệt độ của bạch kim đƣợc mô tả theo công thức:
R
t
= R
0
(1+ 3,64.10
3
t – 5,8.10
7
t
2
).
Để đo đƣợc các thông số nhiệt độ của máy nén ngƣời ta dùng can nhiệt điện
trở nhúng trực tiếp vào môi trƣờng đo.
Sơ đồ cấu tạo của nó đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ dƣới:
Trang 11


Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo can nhiệt trở.
Dây điện trở đƣợc quấn thành hai đƣờng song song trên một tấm mica 1 có
khứa răng cƣa, Hai đầu của điện trở đƣợc hàn lên hai dây nối 4 bằng bạc hai
lá mica2 đƣợc ép hai phía lá 1 để cách điện dây điện với vỏ, ống nhôm 3 bảo
vệ dây điện trở và các tấm mica khỏi sự tác động cơ học. Hai dây dẫn đƣợc
cách điện bằng các ống 5, còn đầu cuối của chúng đƣợc nối vào hai cốt đấu 8
để nối với mạch ngoài vỏ bảo vệ bằng kim loại 6 đƣợc gắn chặt lên đầu nối 9
của can nhiệt điện trở. Hệ thống dây điện trở, dây dẫn và cốt đấu đƣợc gắn
chặt lên đầu nối qua tấm lót cách điện 7. Tấm lót này có vai trò ngăn không
cho nƣớc vào can nhiệt điện trở 10 là nắp đậy của can nhiệt điện trở. Trong
một số can nhiệt điện trở ngƣời ta ghép thêm các lá đủa mỏng đàn hồi vào

giữa các lá mica để giảm quán tính nhiệt và tăng khả năng truyền nhiệt từ vỏ
bảo vệ vào dây điện trở.
Can nhiệt điện trở dùng trong máy nén là can nhiệt điện trở bạch kim
TCП100( hoặc PT-100) có điện trở R
0
= 100Ω.
2.5.2.2. Đo áp suất chất lưu
Các thông số áp suất cần đo trong máy nén khí:
 Áp suất dầu trong ống chính.
 Áp suất khí trên đƣờng ống xả, ống hút.
 Áp suất dầu trong ống góp.
Trang 12

Áp suất là một trong các thông số quan trọng nhất của chất lƣu.
Đo áp suất chất lƣu chuyển động:
Khi chất lƣu chuyển động cần phải tính đến ba dạng áp suất cùng tồn tại : áp
suất tĩnh Ps của chất lƣu không chuyển động, áp suất động Pd do chuyển
động với vận tốc V của chất lƣu gây nên và áp suất tổng cộng Pt là tổng của
hai áp suất trên:
Pt = Ps + Pd.
Áp suất động tác dụng lên mặt phẳng đặt vuông góc với dòng chảy sẽ làm
tăng áp suất tĩnh và có giá trị tỷ lệ với bình phƣơng vận tốc. Nghĩa là:
Pd =
2
2
v

.
Trong đó  là khối lƣợng riêng của chất lƣu.
Đo các áp suất chất lƣu chuyển động đƣợc thực hiện bằng cách nối hai đầu ra

của ống Pitot hai cảm biến, một cảm biến đo áp suất tổng cộng và một cảm
biến đo áp suất tĩnh, trang bị trực tiếp một ăngten là ống Pitot với hai cảm
biến áp suất kích thƣớc nhỏ để đo áp suất động. Các màng của cảm biến này
đƣợc đặt sao cho một màng vuông góc với dòng chảy và màng thứ hai song
song với trục ống.

Hình 2.2 Đo áp suất động bằng Pitot
Phƣơng pháp chuyển đổi tín hiệu: Bộ chuyển đổi áp điện.
Khi sử dụng vật trung gian là một cấu trúc áp điện, ta có thể chuyển đổi
trực tiếp ứng lực dƣới tác dụng của lực F (do áp suất chất lƣu gây nên) thành
tín hiệu điện Q. Thí dụ, nếu tạo điện cực kim loại trên một phiến mỏng cắt từ
tinh thể thạch anh theo hƣớng vuông góc với một trong ba trục điện rồi tác
Trang 13

dụng lên nó một lực cơ học thì sẽ xảy ra hiện tƣợng phân cực điện: Trên các
bản cực kim loại xuất hiện các điện tích Q. Điện tích này tỷ lệ với lực tác
dụng:
Q = kF
Trong đó k là hằng số áp điện và F là lực tác động. Trƣờng hợp thạch
anh, k = 2,32 .10
12
culong/newton.
Cấu trúc của phần tử áp điện dạng ống cho phép tăng diện tích bằng cách đơn
giản hoá kiểu kết hợp các phần tử. Đối với cấu trúc loại này, điện tích trên các
bản cực đƣợc tính từ biểu thức:
Q = kF
22
D
4
d

dh

.
Trong đó D và d là đƣờng kính trong và đƣờng kính ngoài của ống, h là chiều
cao của phần phủ kim loại. Ống đƣợc làm bằng cách kết hợp hai phần tử phân
cực ngƣợc với mặt đối xứng. Các cảm biến áp điện có thể đƣợc giảm thiểu
kích thƣớc một cách dễ dàng. Trong trƣờng hợp ống dạng hình trụ có thể
giảm đƣờng kính xuống vài mm.

Hình 2.3 Phần tử áp điện dạng ống
Dải áp suất đo đƣợc của cảm biến áp điện nằm trong khoảng từ vài mbar đến
hàng ngàn bar. Độ nhạy của cảm biến thay đổi trong khoảng từ 0,05 pC/bar
đến 1 pC/bar phụ thuộc vào hình dạng phần tử áp điện và dải đo. Độ tuyến
tính thay đổi trong phạm vi từ 0,01 đến 1% của dải đo với độ trễ nhỏ hơn
Trang 14

0,0001% và độ phân giải 0,001%. Độ lớn của tín hiệu đầu ra thay đổi từ 5 đến
100mV.
2.5.2.3. Đo lưu lượng
Các thông số lƣu lƣợng cần đo trong máy nén khí:
 Lƣu lƣợng nƣớc.
 Lƣu lƣợng khí.
Đo lƣu lƣợng bằng Rôtamét công nghiệp.
Nguyên lý đo lƣu lƣợng bằng Rôtamét công nghiệp: Lƣu lƣợng của
dòng chảy khi đi qua bộ phận thu hẹp của dòng chảy tỷ lệ với căn bậc hai của
hiệu áp suất hai bên bộ phận thu hẹp và tỷ lệ bậc nhất với diện tích thoát của
dòng chảy tại vị trí thu hẹp. Nghĩa là:
q = C.F.
P
với C- hệ số tỷ lệ.

Nhƣ vậy, nếu tạo ra đƣợc một thiết bị thay đổi đƣợc F khi q thay đổi và bảo
đảm P = const thì sẽ có mối liên hệ gần nhƣ tuyến tính giữa q và F. Lƣu
lƣợng của dòng chảy đƣợc xác định thông qua giá trị diện tích F. Thiết bị này
đƣợc gọi là Rôtamét và phƣơng pháp đo lƣu lƣợng bằng Rôtamét đƣợc gọi là
phƣơng pháp đo lƣu lƣợng theo độ giảm áp không đổi.
Nguyên tắc làm việc của Rôtamét công nghiệp: Rôtamét công nghiệp là
cảm biến đo lƣu lƣợng theo độ giảm áp không đổi có trang bị các bộ chuyển
đổi sang tín hiệu điện hoặc tín hiệu khí nén để truyền đi xa. Các Rôtamét này
đƣợc chế tạo với thân bằng kim loại, còn phao gắn liên động với chuyển đổi
đo. Các Rôtamét công nghiệp sử dụng chuyển đổi đo là biến áp vi sai.Phao
của Rôtamét đƣợc lồng trong tấm lỗ 2 (hình vẽ dƣới), tiết diện của dòng chảy
là khe hở giữa thành phao và miệng lỗ. Đồng thời phao cũng đƣợc gắn cố
định với lõi ferit3 của biến áp vi sai, phao có thể có hai loại: Phao hình côn
hoặc phao hình nấm Khi trong đƣờng ống có lƣu lƣợng chảy qua thì dƣới tác
động của áp lực dòng chảy phao sẽ đƣợc đẩy lên, tiết diện thoát của dòng
chảy tăng lên, áp lực của dòng chảy lên phao giảm xuống. Cho đến khi áp lực
của dòng chảy lên phao cân bằng với trọng lƣợng hệ thống phao thì phao
Trang 15

ngừng chuyển động và lõi ferit sẽ có một vị trí xác định trong biến áp vi sai.
Điện áp Ur là đại lƣợng biểu thị lƣu lƣợng của dòng chảy trong đƣờng ống.
Cấp chính xác của Rôtamét là 1,5 và 2,5.

Hình 2.4 Ro tamet công nghiệp
2.6. ƢU – NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG
KHÍ NÉN.
2.6.1. Ƣu điểm
- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể
trích chứa dễ dàng. Nhƣ vậy, có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm
trích chứa khí nén.

- Có khả năng truyền năng lƣợng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí
nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đƣờng ống nhỏ.
- Đƣờng dẫn khí nén thải ra không cần thiết.
- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi
vì phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đƣờng dẫn khí nén đã có sẵn.
- Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn đƣợc bảo đảm.
Trang 16

2.6.2. Nhƣợc điểm
- Lực truyền tải thấp.
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi. Bởi vì
khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện đƣợc những
chuyển động thẳng hoặc quay đều.
- Dòng khí nén thoát ra ở đƣờng dẫn gây ra tiếng ồn.
Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, ngƣời ta thƣờng kết hợp hệ thống
điều khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử. Cho nên rất khó xác định một
cách chính xác, rõ ràng ƣu nhƣợc điểm của từng hệ thống điều khiển.

Trang 17

CHƢƠNG 3: TÌM HIỂU CẤU TẠO VÀ VẬN HÀNH CỦA
MÁY NÉN KHÍ UK135/8T DO NGA CHẾ TẠO
3.1. CẤU TẠO CỦA MÁY NÉN KHÍ UK135/8T
- Gồm các động cơ bơm dầu phụ, bơm hút, đẩy, nguồn cung cấp cho
động cơ là nguồn 380/220v, tần số công nghiệp f = 50hz.
- Hệ thống bao gồm các ống hút và ống xả, các tuabin.
- Hệ thống van bao gồm:
 Van tiết lƣu.
 Van nhánh.
 Van dầu đẩy.
 Van cấp nƣớc.
 Van thoát nƣớc.
Xét cấu tạo của các van:
Van có ảnh hƣởng rất lớn đến hệ số cấp của máy nén khí. Nhiệm vụ
của chúng là phải đóng mở đúng lúc, khi đóng phải kín, khi mở phải ít gây
tổn thất trở lực, tuổi thọ cao, dễ chế tạo, dễ thay thế, không tạo ra nhiều không
gian chết. Các bộ phận chính trong mỗi van là: đĩa van, lá van, lò xo, chụp
dẫn hƣớng.
Đĩa van đƣợc khoan và tạo ra các lỗ van. Kích thƣớc đĩa van, kích thƣớc lỗ
van phụ thuộc vào độ lớn máy nén khí. Vật liệu chế tạo đĩa van là: gang thép
45 hay thép 40X. Lợi tì cho lá van phải có độ bóng 9 hoặc 10, các bề mặt còn
lại của đĩa van chỉ cần có độ bóng 7 là đƣợc.
Lá van làm việc ở chế độ nặng tải, tần số chu kỳ của nó đúng bằng số vòng
quay của trục máy. Vì vậy vật liệu chế tạo lá van phải là thép lò xo nhƣ
70C
2

XA, hoặc Y10A, hoặc 30XГCA. Độ cứng của lá van là HRC48-54. Lá
van hình tròn hoặc vành khăn có chiều dày từ 1,5÷2mm.
-Thùng dầu.
-Máy lọc không khí.
-Cơ cấu truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ.
Trang 18

-Hệ thống bảo vệ bao gồm:
 Các đèn báo khi xảy ra sự cố.
 Các chuông báo tín hiệu âm thanh khi có sự cố.
-Hệ thống đo và giám sát các thông số bao gồm: nhiệt độ, áp suất, lƣu lƣợng
các thông số trên đƣợc đo và kiểm tra bằng các thiết bị đo
Dòng điện trong các động cơ máy nén đƣợc đo bằng Ampemet.
-Hệ thống khởi động và dừng động cơ đƣợc điều khiển tại tủ điều khiển bao
gồm các công tắc tơ, rơle, aptomat, khởi động từ và các khoá điều khiển tạo
thành các mạch dừng và các mạch khởi động.
3.2. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MÁY NÉN KHÍ UK135/8T
3.2.1 Nguồn cung cấp cho hệ thống tự động
Nguồn cung cấp cho hệ thống tự động là nguồn điện xoay chiều có điện
áp 380/220V – tần số 50Hz công suất mạng điều khiển không quá 4KW.
3.2.2 Điều chỉnh áp suất
Điều chỉnh áp suất đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp đo năng suất của
máy nén khí 100% đến 0%
Giới hạn của áp suất: UK 135/8: 3÷7,8kg/cm
2

Tuyệt đối: UK 135/8: 13800 vòng/phút 4÷9kg/cm
2

3.2.3 Kích thƣớc:

- Tủ điều khiển : 2000 x 750 x 600
- Tủ phân phối : 1920 x 900 x 435mm
3.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
3.3.1. Công tác chuẩn bị và khởi động máy
Trƣớc khi khởi động cần kiểm tra kỹ toàn máy và nắm đƣợc các trạng
thái hoàn hảo của máy. Để làm việc này phải:
1. Kiểm tra lƣợng dầu bôi trơn trong thùng: Mức dầu phải ở vạch trên của
thƣớc đo dầu.