hệ thống điện điều khiển nồi hơi dùng thiết bị lập trình PLC của nhật bản được lắp đặt trên tàu 6500 tấn đóng mới tại việt nam

BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

LỜI GIỚI THIỆU
Ngành vận tải biển là một ngành quan trọng và chủ chốt để phát triển nền kinh tế đất
nước. Để thực hiện được nhiệm vụ này thì có nhiều vấn đề khoa học kĩ thuật được đặt
ra đồng thời đòi hỏi con người thực hiện nó phải giải quyết, một trong những vấn đề
khoa học đó là điện để điều khiển các hệ thống thiết bị trên tàu, đảm bảo được sự an
toàn và ổn đinh của con tàu khi chuyên chở hàng hóa trên biển.
Tất cả các thiết bị để vận hành một con tàu phần lớn đều sử dụng nguồn năng lượng
điện vì thế năng lượng điện đóng vai trò hết sức quan trọng quyết định đến sự sống của
con tàu, đồng thời quyết định đến sự an toàn của các thuyền viên ở trên tàu. Từ máy
móc hàng hải như rada, vô tuyến đến các thiết bị buồng máy như: bơm, máy lọc, máy
phân li, động cơ diesel, hệ thống máy lạnh và điều hòa không khí, hệ thống tời neo. Và
cả các thiết bị phục vụ cho con người như chiếu sáng, sưởi ấm ….đều phải sử dụng
chung một nguồn năng lượng đó là năng lượng điện.
Để sinh viên nắm vững được các thiết bị và hệ thống điện dưới tàu thủy, đồng thời
nâng cao tay nghế cho sinh viên. Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam – Khoa Điện
Tàu Thủy đã trang bị những thiết bị điện hiện đại nhất và mô hình hệ thống điện gần
giống với hệ thống điện tàu thủy. Nhằm đem lại cho sinh viên cái nhìn tổng thể và trực
quan nhất về một hệ thống điện dưới tàu thủy. Và điều quan trọng nhất là giúp cho sinh
viên có cơ hội làm việc trên những con tàu có trọng tải lớn.
Bên cạnh các hệ thống điện thường được trang bị dưới tàu tàu thủy như: Hệ thống
điện điều khiển thiết bị trên boong; hệ thống điện điều khiển quạt gió buồng máy; hệ
thống điện điều khiển máy lạnh và điều hòa không khí … thì hệ thống điện điều khiển
nồi hơi là một trong những hệ thống đóng vai trò rất quan trọng dưới tàu. Nó cho phép
người khai thác tại một vị trí cách rất xa nồi hơi có thể thực hiện được các quá trình vận
hành như: cấp nước nồi, hâm sấy dầu đốt nồi, đốt tự động, kiểm tra báo động và bảo vệ.
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 1

BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

Như vậy hệ thống điều khiển nồi hơi là một hệ thống kín, an toàn, hiệu quả và chính
xác.
Để hiểu rõ hơn về nhiệm vụ, chức năng, đặc điểm cấu tạo và nguyên lí hoạt động
của hệ thống này. Sau đây nhóm 3 xin trình bày bài tập lớn về hệ thống điện điều
khiển nồi hơi dùng thiết bị lập trình PLC của Nhật Bản được lắp đặt trên tàu 6500 tấn
đóng mới tại Việt Nam.

* * * MỤC LỤC * * *
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 2


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

Contents

A. PHẦN LÍ THUYẾT
I. Tổng quan về hệ thống nồi hơi tàu thuỷ
1. Khái niệm
Một cách tổng quát, nồi hơi (steam boiler) là thiết bị có chức năng biến nước
thành hơi nhờ nhiệt năng có được từ việc đốt cháy nhiên liệu hoặc biến đổi từ các
nguồn năng lượng khác như điện năng, năng lượng nguyên tử...
Về mặt nguyên lý, nồi hơi hoạt động tương tự như một thiết bị trao đổi nhiệt,
trong đó diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa hai loại môi chất là khí cháy và nước.
Mục đích của quá trình trao đổi nhiệt trong nồi hơi là nhằm bay hơi nước, hơi sinh ra
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 3


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

có áp suất và nhiệt độ cao để đem đi sử dụng. Kết cấu của nồi hơi phức tạp hơn
nhiều so với các thiết bị trao đổi nhiệt do được lắp thêm nhiều thiết bị phục vụ.
2. Chức năng, nhiệm vụ của nồi hơi tàu thủy
Nồi hơi tàu thủy nói chung có thể được dùng để sinh hơi phục vụ các mục đích
như lai máy phát điện, lai các máy phụ, dùng để hâm sấy nhiên liệu, phòng ở hoặc dùng
cho động cơ tua bin hơi lai chân vịt. Vào những năm giữa thế kỷ 20 rất nhiều tàu thủy
được trang bị tua bin hơi làm động lực chính lai chân vịt, khi đó nồi hơi chính và tua
bin hơi chính lai chân vịt là hai thiết bị trung tâm trong hệ động lực hơi nước tàu thủy.
Tuy nhiên, các cuộc khủng hoảng dầu mỏ (từ năm 1973) đã đẩy giá dầu trên thế giới lên
rất cao. Điều này khiến các nhà sản suất buộc phải cải tiến công nghệ và thay thế công
nghệ cũ bằng các thiết bị công nghệ mới có hiệu suất cao hơn. Vì vậy hầu hết các tàu
thủy gần đây đều được trang bị hệ động lực Diesel, có hiệu suất cao hơn. Trên các tàu
thủy hiện nay hầu như chỉ còn sử dụng các nồi hơi phụ, dùng để cung cấp hơi cho mục
đích hâm sấy nhiêu liệu và các mục đích sinh hoạt khác, một số cung cấp hơi cho tua
bin hơi lai máy phát điện, bơm hoặc các máy phụ khác. Ngoại trừ một số loại tàu đặc
thù như tàu chở khí tự nhiên hoá lỏng (LNG Carrier) thì hệ động lực tua bin hơi vẫn
được áp dụng.
3. Phân loại nồi hơi tàu thủy
Tuỳ theo mục đích, nồi hơi tàu thủy có thể được phân loại theo nhiều cách khác
nhau. Dưới đây trình bày một số cách phân loại cơ bản.
• Phân loại theo công dụng
+ Nồi hơi chính: sinh hơi cho tuabin lai chân vịt
+ Nồi hơi phụ: sinh hơi cho hâm sấy dầu, phục vu máy chính và các thiết bị
khác

• Phân loại theo áp suất công tác
+
Nồi hơi thấp áp: có áp suất làm việc đến 2MPa
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 4


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

+
Nồi hơi trung áp: có áp suất làm việc khoảng 2÷4,5MPa.
+
Nồi hơi cao áp : có áp suất làm việc trên 4,5MPa.
• Phân theo sự chuyển động của khí cháy và nước
+
Nồi hơi ống nước
+
Nồi hơi ống lửa
+
Nồi hơi hỗn hợp ống nước ống lửa
• Phân theo nguồn năng lượng sử dụng
+
Nồi hơi sử dụng năng lượng từ phản ứng cháy nhiên liệu
+
Nồi hơi sử dụng năng lượng điện
+
Nồi hơi sử dụng năng lượng nguyên tử
+
Nồi hơi sử dụng năng lượng từ khí xả của các máy nhiệt

• Phân theo sự chuyển động của khí cháy và nước
+
+
+

Nồi hơi ống nước
Nồi hơi ống lửa
Nồi hơi hỗn hợp ống nước ống lửa

• Phân theo nguồn năng lượng sử dụng
+
+
+
+

Nồi hơi sử dụng năng lượng từ phản ứng cháy nhiên liệu
Nồi hơi sử dụng năng lượng điện
Nồi hơi sử dụng năng lượng nguyên tử
Nồi hơi sử dụng năng lượng từ khí xả của các máy nhiệt

4. Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thuỷ
1. Sử dụng an toàn là yêu cầu quan trọng nhất vì rằng không những khi nồi hơi
hỏng làm cho tàu không chạy được, thậm chí gây ra tai nạn cho tàu, do đó nồi hơi tàu
thuỷ thường dùng các kiểu nồi hơi cấu tạo bền, chắc, đã qua thử thách lâu dài.
2. Gọn, nhẹ, dễ bố trí lên tàu nhằm tăng trọng tải, mở rộng tầm xa hoạt động của
tầu. Do đó nồi hơi dùng loại có dung tích lò lớn, năng suất bốc hơi lớn, lưu tốc khí lò
nhanh, số bầu nồi ít, đường kính bầu nồi và ống bé để đảm bảo độ dầy và trọng lượng.
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 5

BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

3. Cấu tạo đơn giản, bố trí nơi không gian thoáng mát, tiện việc coi sóc, sửa chữa,
ít mục rỉ, sử dụng đơn giản vì người sử dụng trên tàu thường thay đổi luôn
4. Tính kinh tế cao, đảm bảo hiệu suất ở toàn tải.
5. Tính cơ động cao, thời gian nhóm lò lấy hơi nhanh, có thể nhanh chóng thay
đổi tải để thích ứng với chế độ làm việc của động cơ. Khi điều chỉnh vị trí tầu, áp suất
và nhiệt độ hơi nước vẫn ổn định, mặc dù khi ấy nhiệt độ nước cấp nồi thường biến
đổi. Khi cần thiết có khả năng quá tải từ 25 đến 45%. Khi tầu nghiêng, lắc ngang 30 0,
nghiêng, lắc dọc 120 bảo đảm các mặt hấp nhiệt không bị nhô lên khỏi mặt nước.

5. Kết cấu của hệ thống nồi hơi
Hệ thống nồi hơi tàu thuỷ gồm có:
- Nồi hơi (một hoặc nhiều cái), nó gồm buồng đốt, các cụm ống nước sôi, các vách
ống( hoặc các ống lửa), bộ sấy hơi, bộ sưởi không khí ….
- Buồng đốt là không gian để cho chất đốt biến thành khí cháy (khí lò) có nhiệt độ
từ 9000C - 13500C
- Các ống nước sôi và các vách ống dùng để biến nước thành hơi bão hoà. Các ống
của bộ sấy hơi hấp nhiệt của khí lò biến hơi bảo hoà thành hơi sấy. Phần lớn hơi sấy
được cấp cho máy chính và một phần hơi sấy được dẫn qua bộ giảm sấy. Số hơi sấy đi
qua các ống của bộ giảm sấy nhả bớt nhiệt cho nước trong bầu nồi biến thành hơi
giảm sấy cấp cho thiết bị phụ
- Bộ sưởi không khí dùng nhiệt của khí lò tiến hành sưởi nóng không khí trước khi
cấp vào buồng đốt nhằm nâng cao hiệu suất của nồi hơi.
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 6

BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

- Thiết bị thông gió gồm có: Quạt gió, quạt hút khói dùng để cung cấp đầy đủ
không khí cho sự cháy của chất đốt, khắc phục sự cản của không khí để đưa không khí
vào buồng đốt, thổi sạch các khí CO, CO 2 và các khí dễ nổ… đã lưu trữ trong lò trước,
sau và trong quá trình đốt, khắc phục sức cản khí lò để đảm bảo cho khói lò thoát lên
trời.
- Thiết bị cấp nước nồi : Đảm bảo cung cấp đầy đủ nước sạch cho nồi. Nó gồm các
bơm nước, các ống dẫn nước
- Hệ thống chất đốt : Gồm bơm dầu, bộ hâm sấy dầu, đảm bảo nhiệt độ dầu đốt cần
thiết cho quá trình cháy - Ngoài ra còn thiết bị dẫn gió cho súng phun để sao cho chất
đốt phun vào có áp lực tạo sương nhằm cháy tốt
II. Các chức năng điều khiển nồi hơi
Hệ thống điều khiển quá trình hoạt động của nồi hơi phụ nó gồm 5 chức năng cơ bản
sau:
- Tự động cấp nước nồi
- Tự động hâm dầu đốt
- Tự động điều khiển đốt nồi
- Tự động điều chỉnh áp suất hơi trong nồi hơi
- Tự động kiểm tra, giám sát, và bảo vệ nồi hơi

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 7


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

1. Chức năng tự động cấp nước nồi hơi

Giữ cho mực nước trong nồi hơi ở giới hạn cho phép hmin1 ≤ h ≤ hmax
hmin2: Báo động mức nước thấp
hmin3: Báo động + Dừng đốt lò.
hmax
hmin1
hmin2

hmin3

Phương trình thuật toán điều khiển quá trình tự động cấp nước nồi hơi:
−

B (t ) = hmin 1 + B(t − 1). h max

h ≤ hmin1

: B(t) = 1 + 0.1 = 1

(Bơm hoạt động)

hmin1 < h < hmax : B(t) = 0 + 1.1 = 1

(Bơm vẫn hoạt động)

hmax≤ h

(Bơm ngừng)

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

: B(t) = 0 + 1.0 = 0

Page 8


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

h < hmax

: B(t) = 0 + 0.1 = 0

(Bơm vẫn ngừng)

h = hmin1

: B(t) = 1 + 0.1 = 1 (Bơm trở lại)

Nhiều hệ thống nồi hơi có thể có mức báo động h max1 để báo động mức nước cao
quá làm giảm thể tích sinh hơi. Mức này chỉ dùng trong báo động

2. Tự động hâm dầu đốt
Nồi hơi thường dùng dầu nhẹ (DO) đốt mồi ban đầu sau đó mới chuyển sang dầu
đốt, cũng có khi người ta dùng trực tiếp dầu đốt (FO) để đốt lò từ đầu. Dầu đốt thường
có độ nhớt cao, quá trình phun sương khó khăn, độ bắt lửa kém, vì vậy trước khi dầu
phun vào lò thì dầu cần được hâm nóng để giảm độ nhớt của dầu. Nhiệt độ hâm dầu
thường cỡ (80-1300C). Năng lượng dùng để hâm dầu có thể là năng lượng điện hoặc hơi
nóng
Phương trình thuật toán theo nguyên lý nghưỡng như điều khiển mức nước nồi:
−

h(t ) = t min + h(t − 1). t max

+ t ≤ tmin : h(t) = 1+ 0.1 = 1 → hâm
+ tmin ≤ t ≤ tmax : h(t) = 0 + 1.1 =1 → hâm
+ t ≥ tmax : h(t) = 0 + 1.0 = 0 → ngừng hâm
+ t < tmax : h(t) = 0 + 0.1 = 0 → ngừng hâm
+ t ≤ tmin : h(t) = 1 + 0.1 = 1 → hâm
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 9


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

Để khống chế quá trình tự hâm dầu ở trên thì người ta có thể sử dụng các phần tử cảm
biến là các rơ le nhiệt đơn hoặc có thể dùng cảm biến nhiệt kiểu vi phân có 2 ngưỡng.
Quá trình hâm có thể thực hiện tự động hoặc bằng tay.
Yêu cầu: Nhiệt độ hâm dầu phải được đảm bảo thì mới thực hiện được quá trình đốt lò
tiếp theo. Trong quá trình hâm dầu có bộ phận kiểm tra áp lực dầu và áp lực dầu đốt
phải đảm bảo thì mới cho phép thực hiện các bước tiếp theo.
3. Chức năng tự động đốt lò
Để thực hiện quá trình đốt lò thì trong hệ thống nồi hơi phải có thiết bị thực hiện
theo một chương trình nhất định và chương trình đó không thể đảo ngược được. Thiết bị
này có thể dùng động cơ lai bộ cam chương trình, có thể dùng rơ le chương trình bán
dẫn, vi mạch, PLC. Quá trình đốt lò tuân theo hai giai đoạn như sau:
a) Quá trình chuẩn bị đốt lò:
+ Mức nước trong nồi hơi phải đảm bảo: hmin3 ≤ h ≤ hmax
+ Nhiệt độ dầu đốt phải đảm bảo: t0 min ≤ t0 ≤ t0max
+ Áp suất dầu phải đảm bảo(do hệ thống nhiên liệu thực hiện)
+ Quạt gió không có sự cố

+ Toàn bộ hệ thống không có sự cố. Nếu có sự cố trước đó thì phải khắc phục sự cố và
đặt lại hệ thống.
+ Vòi phun không bị tắc, bẩn...
b) Giai đoạn đốt lò:
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 10


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

Tuần tự theo chương trình nhất định.
Bước 1: Phát lệnh đốt (do con người thực hiện)
Bước 2: Quạt gió hoạt động, mở cửa gió, thổi sạch khí lưu trữ, khí dễ nổ ra khỏi
lò để đảm bảo an toàn đồng thời cấp ô xi cho lò.
Bước 3: Đóng bớt cửa gió để cho quá trình cháy dễ dàng, cấp điện cho biến áp
đánh lửa, bơm dầu mồi hoặc dầu đốt đã được hâm nóng
* Nếu lò cháy thành công, có ngọn lửa xuất hiện thì tế bào quang điện sẽ phát hiện gửi
tín hiệu đến bộ rơ le cảm biến ngọn lửa, cấp tín hiệu đến rơ le trung gian phát hiện lửa
tác động ngắt biến áp đánh lửa (bơm dầu mồi chuyển sang bơm dầu đốt nếu có), đồng
thời đưa ra tín hiệu báo cháy thành công và thiết bị chương trình dừng lại ở một vị trí
nào đó sau khi đã kết thúc quá trình điều khiển, cửa gió được mở lớn hơn, lượng gió
được phun vào lò nhiều hơn.
* Nếu cháy không thành công thì tự động dừng đốt lò theo trình tự sau:
1. Cắt van dầu ngừng cấp dầu vào trong buồng đốt
2. Tắt biến áp đánh lửa
3. Quạt gió vẫn tiếp tục hoạt động thêm một thời gian nữa để thổi sạch khí lưu
trữ trong lò để chuẩn bị cho lần đốt sau thì mới được dừng;
4. Thiết bị chương trình lại có điện hoạt động chở lại để quay về trạng thái ban
đầu chuẩn bị cho lần đốt sau, đồng thời có đèn báo cháy không thành công sáng.

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 11


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

Hệ thống có thể thiết kế tự động đốt lại từ 3 đền 4 lần và đến lần cuối cùng đốt
không thành công thì có tín hiệu phát ra báo động chung cho người trực ca biết. Có hệ
thống cần phải reset bởi người vận hành nếu quá trình đốt đã có lỗi.

4. Tự động điều chỉnh áp suất hơi
Trong quá trình vận hành nồi hơi thì áp suất hơi là một thông số rất quan trọng cần
được điều khiển. Yêu cầu đặt ra trong quá trình điều khiển là duy trì áp suất hơi nằm
trong giới hạn cho phép (Pmin≤ P ≤ Pmax). Thông thường
Pmin = 3 - 4 kg/cm2
Pmax = 5 - 7 kg/cm2
5. Tự động kiểm tra, báo động, bảo vệ hệ thống nồi hơi
a) Các thông số bảo vệ hệ thống nồi hơi:
+ Mức nước nồi hơi giảm quá thấp (h ≤ hmin3) → báo động + tắt lò
+ Nhiệt độ dầu đốt quá thấp hoặc quá cao → Báo động + tắt lò
+ Áp suất dầu phun không bình thường → Báo động + tắt lò
+ Quạt gió có sự cố → Báo động + tắt lò

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 12

BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

+ Mất lửa → Báo động + tắt lò
+ Đốt không thành công
+ Áp suất hơi quá cao mà không điều khiển dừng đốt thì hệ thống có van an toàn bằng
cơ để xả hơi trong nồi ra ngoài
b) Các thông số báo động:
+ Mức nước nồi hơi thấp ( h ≤ hmin2) → báo động bằng đèn, còi
+ Mức nước nồi hơi cao (h > hmax1) → báo động bằng đèn, còi
+ Nhiệt độ khí xả cao → báo động bằng đèn, còi
+ Nhiệt độ dầu đốt FO thấp → báo động bằng đèn, còi
+ Nhiệt độ dầu đốt FO cao → báo động bằng đèn, còi
Chú ý: Trong quá trình vận hành nồi hơi, khi nồi hơi có sự cố thì cần phải khắc phục sự
cố để đưa các thông số của nó về trạng thái bình thường và sau đó chúng ta phải ấn nút
hoàn nguyên.
III. MỘT SỐ THIẾT BỊ NỒI HƠI VÀ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN
1. Biến áp đánh lửa:
Là một thiết bị quan trọng của hệ thống nồi hơi, nó trực tiếp tham gia đánh lửa, tia lửa
sẽ phát ra mồi lửa lúc ban đầu đốt. Thông thường điện áp ra ở cuộn thứ cấp thường có
điện áp 10 KV - 14KV
Loại 10 KV dùng cho nồi hơi có dùng dầu mồi (nồi hơi tiêu chuẩn)
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 13


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

Loại từ 12 - 14KV dùng cho nồi hơi đốt bằng dầu nặng ngay từ đầu
Chú ý khi sử dụng biến áp đánh lửa (BAĐL):

+ Mọi thứ không được đặt gần BAĐL
+ Do điện áp cao nên dây cuốn thứ cấp cần phải được bọc cách điện cẩn thận
+ Cần nối mát BAĐL với vỏ. Thông thường đặt trên thiết bị chống lắc,
chống rung.

7kV

5kV
100 -220 V

10kV

14kV

100 -220 V

5kV

7kV

2. Rơle mức:
+ Rơle mức kiểu phao dùng cuộn cảm

c¸c cuén c¶mphao tõ

buång
phao

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Z1

R3

Z2

R4

Uvao
Ura

Page 14


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

+ Rơle mức kiểu phao dùng tiếp điểm

+ Cảm biến mức dạng thanh dẫn

3. Cảm biến nhiệt độ
+ Cảm biến nhiệt dùng công chất giản nở - đây là loại thường dùng trong các bộ hâm
sấy dầu

b/ Cảm biến áp suất
a/ Cảm biến nhiệt độ
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 15

BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

4. Cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất dầu đốt, áp suất hơi trong nồi thường hay dùng dạng on/off dạng
màng sau

5. Rơ le cảm nhận ngọn lửa : Có nhiều kiểu, từng hãng sản xuất

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 16


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

B.

THUYẾT MINH NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI

I. Giới thiệu phần tử
• Sơ đồ 1/14:
NFB-1: Áptômát cấp nguồn cho bơm nước số 1.
NFB-2: Áptômát cấp nguồn cho bơm nước số 2.
NFB-3: Áptômát cấp nguồn cho Mạch sấy, bơm FO, bơm tăng cường, quạt gió.
NFB-4: Áp tô mát nguồn bơm nước tuần hoàn.
NFB-5: Áp tô mát cấp nguồn mạch điều khiển.
TR : Biến áp hạ áp 440V/110V
A1 : Đồng hồ đo dòng quạt gió

CT : Biến dòng đô lường
F1, F2, F3 : Các cầu chì
WP1 : Bơm nước số 1
WP2 : Bơm nước số 2
OH : Điện trở nhiệt để sấy dầu FO
BP : Động cơ lai Bơm dầu FO chính
BF : Động cơ lai quạt gió
BTP : Động cơ lai Bơm tăng cường
CP-1,CP-2 : Bơm nước tuần hoàn số 1, 2
88FX, 88WX1, 88WX2, 88CX1, 88CX2: Các Rơ le trung gian
• Sơ đồ 2/14:
REMOTE EM’CY STOP CONTACT : Công tắc dừng sự cố từ xa.
PB3-3LT
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

: Nút thử đèn.
Page 17


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

WH1

: Đèn báo nguồn.

GN1

: Đèn báo cháy.

OR1

: Đèn báo nồi hơi chạy.

RD21

: Đèn báo nhiệt độ bề mặt ống cao.

GN6

: Đèn báo bơm tăng cường chạy.

RD2

: Đèn báo chương trình không bình thường.

EFX4

: Rơ le cấp tín hiệu cho nguồn.

SS43W

: Công tắc chọn chế độ cấp nước bằng tay.

SS43WA

: Công tắc chọn bơm cấp nước 1 hoặc 2.

88W1, 88W2
GN2

: Công tắc tơ để cấp điện cho động cơ lai bơm cấp nước.
: Đèn báo bơm cấp nước hoạt động.

• Sơ đồ 4/14
EFX5

: Rơ le cấp tín hiệu dừng sợ cố mạch bơm tuần hoàn.

PB3-5CP

: Nút ấn dừng sự cố mạch bơm tuần hoàn.

SS43CPA

: Công tắc chọn bơm tuần hoàn số 1 hoặc số 2.

SS43CP

: Công tác khởi động, dừng bơm tuần hoàn.

88CP1, 88CP2

: Công tắc tơ để cấp điện cho động cơ lai bơm tuần hoàn.

88CPX1
động.

: Công tắc tơ cấp tín hiệu báo bơm tuần hoàn số 1 hoạt

88CPX2

động.

: Công tắc tơ cấp tín hiệu báo bơm tuần hoàn số 2 hoạt

49CPX

: Rơ le cấp tín hiệu dừng sự cố mạch bơm tuần hoàn.

GN3

: Đèn báo mạch bơm tuần hoàn hoạt động.

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 18


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

• Sơ đồ 5/14
SS43BTP

: Công tắc đưa bơm tăng áp vào hoạt động.

88BTP

: Công tắc tơ cấp điện cho động cơ lai bơm tăng áp.

23S

: Cảm biến nhiệt độ bề mặt đường ống.

CA1
ống.

: Cặp nhiệt cảm biến sự thay đổi nhiệt độ của bề mặt đường

23SX

: Rơ le cấp tín hiệu báo nhiệt dộ bề mặt đường ống cao

PB3-RST

: Nút ấn reset báo động.

PM

: Động cơ lai bơm dầu mồi.

IGT
20VP1, 20VP2

: Biến áp đánh lửa.
: Hai van dầu mồi.

20VR

: Van hồi dầu.

20VL

: Van đốt thấp.

20VH

: Van đốt cao.

LM

: Tiếp điểm hành trình.

LMX

: Rơ le cấp tín hiệu để chuyển từ đốt thấp sang đốt cao

TS

: Cảm biến nhiệt độ khí xả.

TSX

: Rơ le cấp tín hiệu báo nhiệt độ khí xả cao.

DM

: Động cơ điều chỉnh le gió.

• Sơ đồ 6/14
PB3-4B

: Nút phát lệnh đốt.

PB3-5B

: Nút dừng đốt.

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 19


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

4X

: Rơ le trung gian.

Cds

: Mắt lửa.

63S

: Cảm biến áp suất hơi cao.

63SX

: Rơ le cấp tín hiệu báo áp suất hơi cao.

Cam SW

: Công tắc điều khiển quá trình đốt bằng tay.

SS43B

: Công tắc lựa chọn đốt tự động.

SS88Q, SS88F, SSIGT, SS20V : là các tiếp điểm của cam chương trình điều
khiển trong quá trình đốt tự động.
• Sơ đồ 7/14
LM1-200

: Khối xử lí tín hiệu mức nước nồi hơi.

33WLLX

: Rơ le trung gian cấp tín hiệu báo mức nước trong nồi quá
thấp.

SS43H

: Công tắc điều chỉnh hâm dầu FO.

63Q

: Cảm biến áp lực dầu cấp cho nồi hơi.

• Sơ đồ 8/14
22Q

: Cảm biến nhiệt độ dầu đốt thấp.

22QH

: Cảm biến nhiệt độ dầu đốt cao.

PB3-28B

: Nút tắt chuông.

PB3-LT

: Nút thử đèn.

PB3-RST

: Nút hoàn nguyên tín hiệu báo động.

64SL

: Cảm biến áp suất hơi.

• Sơ đồ 9/14
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 20


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

23T

: Khối điều khiển nhiệt độ dầu FO.

CA

: Cặp nhiệt cảm biến sự thay đổi nhiệt độ dầu FO.

NX1

: Cấp tín hiệu cho phép đốt nồi.

SS43H

: Công tắc điều khiển hâm dầu.

88H

: Công tắc tơ cho hâm dầu.

88Q

: Công tắc tơ cho bơm dầu.

88F

: Công tắc tơ cho quạt gió.

IGX2

: Rơ le trung gian điều khiển biến áp đánh lửa.

IGX

: Biến áp đánh lửa.

20VLX

: Van điều khiển đốt thấp.

20DX

: Rơ le trung gian điều khiển le gió.

PMX

: Rơ le trung gian điều khiển bơm dầu mồi.

SS43-20V

: Công tắc chuyển đổi từ đốt thấp sang đốt cao.

20VPX

: Van điều khiển mở van dầu mồi.

20VHX

: Van điều khiển đốt cao.

• Sơ đồ 10/14
60QX

: Rơ le trung gian cấp tín hiệu áp lực dầu FO thấp.

RD-8

: Đèn báo mức nước nồi giảm thấp.

RD-6

: Đèn báo mức nước nồi giảm quá thấp.

WX1

: Rơ le trung gian điều khiển bơm cấp nước nồi.

RD-1

: Đèn báo mất lửa.

RD-5

: Đèn báo áp suất dầu FO giảm thấp.

RD-3

: Đèn báo quạt gió sự cố.

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 21


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

RD-10

: Đèn báo nhiệt độ dầu FO giảm thấp.

RD-9

: Đèn báo nhiệt độ dầu FO cao.

RD-7

: Đèn báo nhiệt độ khí xả cao.

AX2

: Rơ le cấp tín hiệu báo động dừng đốt.

RD-4

: Đèn báo ngọn lửa không bình thường.

BZ

: Chông báo động.

AX1

: Rơ le trung gian cấp tín hiệu báo động tổng.

RX

: Rơ le trung gian cấp tín hiệu báo đốt theo chương trình.

LM1-200
của CPU.

: Khối xử lí tín hiệu mức nước nồi sau đó đưa đến đầu vào

S,M,L,LL và s,m,l,ll

: Là các thanh kim loại cảm biến mức nước nồi.

s-S

: Ngừng cấp nước nồi.

m-M

: Khởi động bơm cấp nước.

l-L

: Báo động mức nước thấp.

ll-LL

: Báo động và bảo vệ.

• Sơ đồ 13/14
Các đầu vào, ra của CPU

• Sơ đồ 14/14
Giản đồ thời gian của chương trình đốt tự động.

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 22


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

II.
1.
a)

Nguyên lí hoạt động
Chức năng cấp nước
Chức năng cấp nước bằng tay
- Bật áptômát NFB-1(1A) để cấp nguồn động lực cho hệ thống bơm cấp nước.
- Bật áptômát NFB-5(1D) để cấp nguồn điều khiển cho hệ thống.
- Bật công tắc SS43W(3B) sang vị trí MANU để chọn chế độ cấp nước bằng tay.

Hệ thống có hai động cơ lai bơm cấp nước là WP1(1A) và WP2(1A). Ta chọn một
trong hai bơm hoạt động bằng cách bật công tắc SS43WA(3C) sang vị trí NO1 hoặc
NO2. Giả sử ta chọn NO1 thì nguồn sẽ được cấp cho công tắc tơ 88W1(3B), tiếp điểm

chính 88W1(1A) của nó trên mạch động lức đóng lại cấp nguồn cho động cơ lai bơm
nước số 1 hoạt động. Tiếp điểm phụ 88W1(3B) đóng lại cấp nguồn cho đèn GN2 sáng
báo bơm nước đang hoạt động.
- Muốn dừng bơm, ta bật SS43WA(3C) sang vị trí OFF. Khi đó 88W1(3B) mất
điện. Tiếp điểm mạch động lực của công tắc tơ này mở ra cắt nguồn động lực cho bơm
cấp nước số 1 dừng cấp nước vào nồi. Tiếp điểm phụ 88W1(3D) mở ra đèn GN2 tắt báo
bơm ngường hoạt động.
- Muốn chọn bơm cấp nước số 2 vào hoạt động thì ta bật công tắc SS43WA(3C)
sang vị trí NO2. Khi đó bơm số 2 sẽ hoạt động tương tự như bơm số 1.
b) Chức năng cấp nước tự động:
- Bật áp tô mát MCCB1(1A) để cấp nguồn động lực cho hệ thống bơm cấp nước.
- Bật áp tô mát MCCB4(1D) để cấp nguồn điều khiển cho hệ thống.
- Bật cam SW sang vị trí AUTO khi đó tiếp điểm SS43B(6D) đóng nên rơle
43BX1(6D) có điện làm cho tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái. Tiếp điểm
43BX1(7D) đóng lại đửa tín hiệu vào đầu vào 00007 của PLC để báo nồi hơi hoạt động
ở chế độ tự động.
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 23


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

- Bật công tắc SS43W(3B) sang vị trí AUTO để hệ thống cấp nước hoạt động theo
chế độ tự động. Ta chọn một trong hai bơm 1 hoặc 2 bằng cách bật công tắc
SS43WA(3C) sang vị trí NO1 hoặc NO2. Giả sử ta chọn NO1 thì bơm số 1 sẽ được đưa
vào hoạt động. Khi đó tuỳ thuộc vào tín hiệu đầu vào PLC của cảm biến mức nước
LM1-200 mà PLC sẽ đưa tín hiệu ở dầu ra 10103 để khởi động và dừng bơm cấp nước
số 1.
- Giả sử nước trong nồi đang ở mức Mm. Khi đó đầu ra 000 của LM1-200 có tín

hiệu nên đầu vào 00000 của PLC có tín hiệu, PLC sẽ đưa tín hiệu ra ở đầu ra 10103
làm cho rơle WX1(10B) có điện. Khi rơle này có điện thì tiếp điểm của nó thay đổi
trạng thái. Tiếp điểm WX1(3C) đóng lại cấp nguồn cho công tắc tơ 88W1(3B) có điện.
Tiếp điểm chính của nó ở mạch động lực đóng lại cấp nguồn động lực cho động cơ lai
bơm nước số 1 chạy. Tiếp điểm phụ 88W1(3C) đóng lại cấp nguồn cho đèn GN2 sáng
báo bơm cấp nước đang hoạt động.
Sau một thơi gian cấp nước thì mức nước trong nồi tăng lên. Khi mức nước trong
nồi tăng qua mức Mm thì bơm cấp nước vẫn hoạt động vì đầu ra 10103 của PLC vẫn có
tín hiệu. Khi mức nước tăng lên đến mức Ss thì đầu ra 000 của cảm biến mức nước
LM1-200 mất tín hiệu, đầu vào 00000 của PLC cũng mất tín hiệu. Khi đó PLC sẽ
không đưa tín hiệu ra ở đầu ra 10103 nữa, làm cho rơle WX1(10B) mất điện. Rơle
WX1(10B) mất điện làm cho tiếp điểm WX1(3C) mở ra cắt nguồn đến công tắc tơ
88W1(3B). Tiếp điểm mạch động lực của công tắc tơ này mở ra cắt nguồn, bơm 1 dừng
cấp nước vào nồi. Tiếp điểm phụ 88W1(3D) mở ra đèn GN2 tắt báo bơm cấp nước
ngường hoạt động. Sau 1 thời gian sinh hơi, mức nước trong nồi lại giảm qua mức Ss
nhưng bơm vẫn dừng, đến khi mức nước giảm đến Mm thì bơm mới được hoạt động trở
lại.

NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 24


BÀI TẬP LỚN – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THỦY

-

Muốn chọn bơm số 2 hoạt động thì ta bật công tắc SS43WA(3C) sang vị trí

NO2. Khi đó bơm cấp nước số 2 sẽ hoạt động tương tự như bơm cấp nước số 1.

2. Chức năng tự động hâm sấy dầu đôt.
Để tự động hâm sấy dầu đốt, hệ thống sử dụng bộ điều khiển nhiệt độ kiểu sức
điện động 23T(9A) kết hợp với sử dụng các cảm biến nhiệt độ 22Q(8A), 23QH(8B) và
23QHH(9B) để báo động khi nhiệt độ dầu đốt cao, thấp và bảo vệ khi nhiệt độ dầu đốt
quá cao. Có hai cách để chọn nguồn điều khiênr cho mạch sấy dầu, sau khi chọn xong
hệ thống sấy sẽ hoạt động một cách tự động qua sự điều khiển của PLC và các cảm biến
nhiệt độ dầu đốt.
- Bật áp tô mát NFB-3(1B) để cấp nguồn động lực cho hệ thống sấy dầu.
- Bật áp tô mát NFB-5(1D) để cấp nguồn điều khiển cho hệ thống.
- Nếu bật cam SW(6E) sang vị trí FOP HEATER thì nguồn sấy sẽ được cấp thông qua
tiếp điểm 43BX2(9B) của rơle 43BX2(6E). Khi đó tiếp điểm SS88Q(6E) đóng lại cấp
nguồn cho rơle trung gian 43BX2(6E). Tiếp điểm 43BX2(9B) đóng lại chờ sẵn để cấp
nguồn cho mạch sấy dầu.
-

Nếu để cam ở vị trí OFF thì nguồn sấy sẽ được cấp thông qua đầu ra 10001 của

PLC. Giả sử cam để ở vị trí OFF thì mạch sấy dầu sẽ hoạt động như sau:
+ Bật công tắc SS43H(9B) để chọn sấy dầu. Tiếp điểm SS43H(8A) đóng chờ sẵn
để cấp tín hiệu vào đầu vào 00100 cho PLC.
+ Giả sử nhiệt độ dầu thấp hơn 950C. Khi đó tiếp điểm 23T(9B) của bộ cảm biến
nhiệt độ dầu đốt 23T đóng. Tiếp điểm 22Q(8A) của cảm biến nhiệt độ dầu đốt
23Q đóng, đưa tín hiệu vào đầu vào 00100 của PLC. Khi đó các đầu ra 10001 và
10107 của PLC có tín hiệu.
NHÓM 3 – MKT 50 NO2

Page 25