Thiết kế điều khiển trạm bơm cấp lỏng bồn hở thầy bình

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4

Tên hình
Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống bơm
Sơ đồ cấu trúc hệ thống trạm nhiều bơm
Van một chiều cánh bướm wonil
Bơm ly tâm SLW150-250
Cảm biến đo áp suât cho đường ống
Cảm biến đo mức nước cho bể chứa
Dãy các tủ điện động lực
Contactor LS 3P 50A
Rơle nhiệt LS MT – 32
Sơ đồ chuyển đổi nguồn điều khiển
Sơ đồ mạch động lực của bơm 1 và 2
Thuật toán điều khiển bằng tay

Khai báo tín hiệu vào/ra

Số trang
3
7
10
11
12
13
14
15
15
23
24
29
30
1


Hình 3.5

Màn hình giám sát và điều khiển

31

DANH MỤC CÁC BẢNG
Sô bảng
Bảng 1.1
Bảng 3.1

Tên bảng
Bảng ký hiệu các phần tử trong hệ thống bơm chất
lỏng cho bồn hở
Các tín hiệu I/O trong hệ thống

Số trang
6
19

2


MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài
Trong các đô thị, vùng đô thị hóa và trong đời sống xã hội hiện nay, hệ thống

bơm nước là một trong những hệ thống cơ sở hạ tầng rất quan trọng, không thể
thiếu được. Hệ thống bơm không những ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của
con người mà còn ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp, nông nghiệp nhằm
đảm bảo phục vụ lợi ích cho con người.
2.

Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của một số hệ thống điều khiển bơm trên lý

thuyết nhằm nâng cao độ chính xác từ đó thiết kế trạm nhiều bơm cấp lỏng cho
bồn hở có ý nghĩa thực tiễn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu các hệ thống điều khiển tự động cho trạm nhiều bơm cấp lỏng
cho bồn hở
b)

Phạm vi nghiên cứu

Đồ án môn học này giới hạn nghiên cứu, thiết kế trạm nhiều bơm cấp lỏng
cho bồn hở có thể sử dụng được trong việc cấp nước cho 1 khu vực vừa và nhỏ.
4.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học của đề tài
Nắm được nguyên lý hoạt động của hệ thống trong quá trình vận hành hệ

thống, nâng cao tính ổn định, bền vững của hệ thống.
b)

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Tính toán các trang thiết bị cần thiết, xây dựng các sơ đồ nguyên lý, sơ đồ
điều khiển, chương trình điều khiển cho trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở.

3


CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ DỰ ÁN THIẾT KẾ TRẠM NHIỀU BƠM CẤP
LỎNG CHO BỒN HỞ
1.1.

Các thông số kỹ thuật cần thiết của trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở
1.1.1. Khái niệm chung
Bơm là máy thủy lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi khác.
Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng ở đầu
đường ống để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp suất ở 2 đầu đường
ống. Năng lượng bớm cấp cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từ các nguốn
động lực khác (máy nổ, máy hơi nước ...).
Điều kiện làm việc của bơm rất khác nhau (trong nhà, ngoài trời, độ ẩm,
nhiệt độ v.v...) và bơm phải chịu được tính chất hóa lý của chất lỏng cần vận
chuyển.
1.1.2. Sơ đồ các phẩn tử của một hệ thống bơm

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống bơm
4


Hệ thống bơm bao gồm: 1- Bể hút; 2 – Lưới chắn rác; 3 – Đường ống hút; 4
– Van ống hút; 5 – Đồng hồ đo áp suất chân không; 6 – Khớp nối mềm; 7 – Động
cơ lai bơm; 8 – Bơm; 9 – Đồng hồ đo áp suất; 10 – Van ống đầy; 11 – Đường ống
đầy; 12 – Bể chứa; 13 – Van phân phối
Hệ thống sẽ bơm chất lỏng từ bể hút tới bể chứa nhờ bơm 8 lai bởi động cơ
7. Qua lưới chắn rác, chất lỏng được loại bỏ cặn bẩn và đi vào đường hút của bơm.
Tại đây, chất lỏng được cung cấp áp năng (bơm thể tích) hoặc động năng ( bơm
động lực) dịch chuyển tới bể chứa trên qua đường ống đẩy.
1.2.

Các yêu cầu về truyền động điện và trang bị điện cho hệ thống bơm
Bơm có rất nhiều kiểu loại, đa dạng và dải công suất cũng rất rộng. Truyền

động cho bơm phổ biến sử dụng động cơ điện. Tùy thuộc vào tốc độ bơm, ghép nối

giữa động cơ truyền động và bơm có thể là trực tiếp (đồng trục) hoặc gián tiếp qua
bộ truyền cơ khí, đai truyền ly hợp thay đổi tốc độ, hệ thống tay biên – trục khuỷu,
… Do đó, khi lựa chọn công suất động cơ cần lưu ý tới hiệu suất của khâu truyền
lực trung gian.
1.2.1.

Yêu cầu về truyền động điện
Do bơm không yêu cầu thay đổi tốc độ nên sử dụng động cơ không đồng bộ

xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc (RTLS) truyền động cho bơm. Khởi động động cơ
theo phương pháp:
+ (1) Khởi động bằng đổi nối sao – tam giác
Với bơm có công suất lớn và rất lớn, thường truyền động bằng động cơ đồng
bộ để cái thiện cosφ.
Chọn động cơ kéo bơm piston, phải theo loại bơm cụ thể và lưu ý sự biến
thiên của lưu lượng, cột áp của bơm, dó đó momen động cơ cần đáp ứng.
1.2.2. Yêu cầu về trang bị điện

5


Đảm bảo các bảo vệ 191ap h thường trong hệ truyền động điện như ngắn
mạch, quá tải,... cũng như các bảo vệ riêng có trong hệ thống trang bị điện đối với
từng hệ thống cụ thể.
Đảm bảo các chệ độ vận hành 191ap h thường: bằng tay (manual), tự động
(auto).

Trong chế độ bằng tay, thiết kế điều khiển phải đảm bảo cho phép

chạy dừng các động cơ lai bơm độc lập với phần tử điều khiển (PLC, vi xử lý,...)

Do bơm ly tâm không tự động mồi nước được nên mạch điều khiển cần phải
đảm bảo mồi nước trước khi chạy bơm (qua bơm mồi, van điện từ,...) và tuân thủ
các thứ tự thao tác khi chạy bơm.
Bơm thường hoạt động ở môi trường ẩm ướt (nước, chất lỏng khác), môi
trường độc hại (kiểm, axit,...), môi trường dễ cháy, nổ (dầu, axit) hoặc trong môi
trường bẩn (bùn) nên các trang bị điện cũng phải đáp ứng được các điều kiện đó.
Động cơ lai bơm chỉ quay theo một chiều nên trang bị điện cho bơm cần có
mạch bảo vệ thứ tự pha trong các hệ thống bơm sử dụng động cơ điện xoay chiều.
Hệ thống đảm bảo báo động, tín hiệu hóa, tự động dừng và tự động khởi
động khi có yêu cầu
Những hệ thống bơm công tác trong môi trường dễ cháy nổ (bơm dầu, hóa
chất) yêu cầu phải có nhiều vị trí dừng sự cố.
Đối với trạm có nhiều bơm, cần chú ý tời thứ tự khởi động dừng các bơm
theo một thuật toán đặt trước. Tránh khởi động các bơm cùng lúc vì sẽ dẫn tới sụt
áp lưới ảnh hưởng tới điều kiện làm việc của các thiết bị xung quanh. Có thuật toán
đảo các bơm chạy luân phiên đảm bảo thời gian làm việc của các bơm đồng đều
nhau.
1.3.

Đề xuất phương án thiết kế

6


Phương án thiết kế cho trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở được đề xuất
như sau:
Thiết kế trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở, cung cấp nước sạch cho một
khu vực nội thành thành phố hải phòng một cách tự động
Hệ thống được thiết kế với chế độ điều khiển bằng tay (manual), chế độ thử
Hệ thống sẽ sử dụng PLC S7-300 để thiết kế chương trình điều khiển tự động

Công suất đưa ra cho trạm bơm là 7200 m 3/ngày, lưu lượng yêu cầu từ trạm
bơm là 300 m3/h
Hệ thống gồm có 5 bơm ly tâm được lai bởi 5 động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc để dễ dàng điều chỉnh hoạt động của bơm
Hệ thống hoạt động chính gồm có 3 bơm, gồm 1 bơm chính và hai bơm phụ,
còn lại sẽ là bơm dự phòng được sử dụng trong tình trạng có sửa chữa thay thế.
Trạm nhiều bơm được cấp lỏng từ 1 bồn chứa có thể cung cấp nước liên tục cho
trạm

7


Thiết lập lưu đồ P&ID cho trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở
Một số ký hiệu được sử dụng trong hệ thống bơm chất lỏng cho bồn hở
1.4.

1.4.1.

Bảng 1.1: Bảng ký hiệu các phần tử trong hệ thống bơm chất lỏng cho bồn hở
Ký hiệu

Ý nghĩa
Đấu hút của bơm
Van cầu
Van cửa
Van một chiều
Động cơ truyền động

Bơm ly tâm
LT

Thiết bị đo mức

LI

Thiết bị đo chỉ thị mức

VG

Đồng hồ đo chân không

PG

Đồng hồ đo áp suất

PT

Thiết bị đo áp suất

8


1.4.2.

Sơ đồ P&ID cho trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống trạm nhiều bơm

1.4.3.
•

Thuyết minh sơ đồ P&ID cho trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở
Ta yêu cầu như sau
Ở đây ta dùng hệ bơm bao gồm 5 bơm: B1, B2, B3, B4, B5 (được lai lần lượt

bởi 5 động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc: M1, M2, M3, M4, M5). Cả 5 bơm
9


đều có vai trò là như nhau, có cùng 1 công suất. Các bơm này có nhiệm vụ bơm
nước từ bể sơ cấp lên bể thứ cấp. Các bơm này có thể hoạt động độc lập với nhau
hoặc hoạt động cùng lúc tùy thuộc vào yêu cầu công việc.

-

LT1 là cảm biến mức trong bể sơ cấp với 3 mức cảnh báo là:
NLV: Mức nước trung bình
L1LV: Mức nước trung bình có thể ngừng một số bơm
L2LV: Mức nước thấp ngừng bơm
LT2 là cảm biến mức ở bể thứ cấp với 5 mức cảnh bảo là:
H2LV: Mức nước rất cao, dừng toàn bộ bơm hoặc xả bớt nước trong bể
H1LV: Mức nước cao, chạy từ 1 đến 2 bơm
L1LV: Mức nước thấp, cảnh báo yêu cầu mở bơm dự phòng
L2LV: Mức nước cạn, cảnh báo yêu cầu mở tất cả các bơm đảm bảo cấp



nước cho tải
Đo áp suất âm + timer: Sau một khoảng thời gian bơm không hút được chất





-

lỏng=> điều khiển dừng bơm + chạy stand by( bơm dự phòng )
Cảm biến đo áp suất (PS)
H2P: Mức áp suất rất cao, dừng toàn bộ bơm
H1P: Mức áp suất cao, chạy từ 1 đến 2 bơm
NP: Mức áp suất bình thường
L1P: Mức áp suất thấp, cảnh báo yêu cầu mở bơm dự phòng
L2P: Mức áp suất rất thấp, dừng bơm + chạy stand by
VG là các cảm biến đo chân không dùng cho khởi động bơm, tín hiệu đưa về

trung tâm điều khiển nếu quá thời gian nào đó thì cắt bơm (không chạy bơm).
PG,PT là các đồng hồ, thiết bị cảm biến áp suất dùng để đo áp suất sau bơm
nhằm xác định các bơm có hoạt động hay không.
Sử dụng van cầu tại hai đầu của bơm cho phép cách ly hoàn toàn bơm ra khỏi
hệ thống khi cần thiết
Tại mỗi đầu đẩy của bơm lắp đặt một van một chiều có tác dụng giảm tải
khởi động cho bơm đồng thời ngăn chất lỏng chảy ngược về đầu đẩy của bơm gây
tổn thất trong hệ thống
10


•

Nguyên lý hoạt động
Trong trường hợp các điểm đo đạt yêu cầu, thì trạm bơm hoạt động bình

thường. Nước trong bình chứa hoặc sông hồ sẽ được truyền đi qua các van và bơm
để vào bồn hở. ở đây LT2 sẽ làm nhiệm vụ đo mức chất lỏng trong bình, nếu mức
chất lỏng mà cao thì ta chỉ cần dùng 1 bơm cho hệ thống là đủ, nếu mức chất lỏng
mà thấp ta sẽ phải dùng cùng 1 lúc nhiều bơm để đạt yêu cầu đề ra.
Trong trường hợp một trong các điểm đo không đạt yêu cầu:
Nếu sau một khoảng thời gian trễ bơm không có khả năng khử áp suất âm
trong đường ống hút (điểm đo VG) thì điều khiển hệ thống bơm mồi làm việc hoặc
dừng bơm.
Nếu áp suất bơm PT,PG không đạt yêu cầu thì bơm sẽ dừng hoạt động do
thời gian khởi động quá lâu vì lượng nước dùng cho khởi động không đủ, lúc này
cần chỉnh lại lượng nước cho phù hợp với công suất bơm hoặc kiểm tra lại đường
ống xem có bị rò rỉ.
Tại bể chứa đích tùy theo mức nước nhận được từ điểm đo mà điều khiển bơm hoạt
động nhịp nhàng luân phiên, tránh trường hợp có bơm phải hoạt động liên tục.

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC THIẾT KẾ CỦA TRẠM NHIỀU BƠM CẤP LỎNG
CHO BỒN HỞ
2.1. Lựa chọn trang thiết bị cho trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở
2.1.1. Lựa chọn van một chiều và động cơ bơm
• Ta sẽ chọn van điện đi kèm với từng đường ống để sử dụng cho quá trình điều
khiển, đóng mở bơm. Van một chiều được chọn theo nhu cầu sử dụng và kích cỡ
của đường ống. ta chọn van một chiều cánh bướm wonil:
11


Hình 2.1: Van một chiều cánh bướm wonil
Thông số kỹ thuật:
Áp lực lớn nhất chịu được: 16 bar
Vật liệu: Thân gang, Cánh + trục inox 304

Động cơ bơm sử dụng là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc không yêu cầu về
-

•

điều chỉnh tốc độ
Các thông số tính chọn
+ γ = 100 [N/m3]
+ Lưu lượng Q = 10 [m3/h]
+ Cột áp H = 10 [m]
Theo công thức (1-5) Ni = γ.Q.H.10-3 . Ta có công suất làm việc
Ni = 100.10.10.10-3 = 10 [kW]
Công suất trục bơm N: chọn N = 14 [kW]. Từ (1-9) ta có
ηb =

N i 10
=
= 0.714
N 14

Theo công thức (1-6) chọn k = 1,25 , ƞtd = 1 ta có:
Công suất động cơ kéo bơm Ndc = = 17,50 [kW]
12


Khi lựa chọn động cơ lai bơm phải có công suất lớn hơn công suất N dc vừa
tính toán để có thể bù lại hiệu suất truyền động giữa động cơ lai vừa tránh cho bơm
không bị quá tải. Như vậy ta sẽ chọn động cơ lai bơm là động cơ không đồng bộ
roto lồng sóc với công suất động cơ là 18,5kW.
Bơm được chọn là bơm ly tâm series SLW150-250

Hình 2.2: Bơm ly tâm SLW150-250
Thông số của bơm:
2.1.2.
•

Công suất: 18,5kW – 380V
Lưu lượng max: 260 m3/h
Số vòng quay: 1480 vòng/phút
Cột áp: 17m
Lựa chọn cảm biến
Cảm biến đo áp suất
Bên cạnh lựa chọn cảm biến đo áp suất phù hợp với phạm vi đo lường, ta cần

chọn sao cho phù hợp với việc thiết kế để có thể lấy tín hiệu gửi tới bộ điều khiển.
Dựa trên các điều kiện trên, ta lựa chọn công tắc áp suất Danfos KP36 với các
thông số:
13


Phạm vi đo: 2 – 14 bar
-

Điều chỉnh độ lệch áp suất: 0,7 – 4 bar
Môi trường đo: Không khí – nước – dầu
Loại cảm biến: on – off

Hình 2.3: Cảm biến đo áp suât cho đường ống
•

Cảm biến đo mức nước trong bể chứa

Hình 2.4: Cảm biến đo mức nước cho bể chứa
Ta lựa chọn cảm biến đo mức theo kiểu điện dung để thuận tiện điều khiển
bằng PLC với các chế độ điều khiển on – off. Các thông số của cảm biến như sau:
-

Điện áp: 24VDC/230VAC
14


-

Output 2 relay
Cấp độ 2 – 4 level

2.2. Thiết kế các tủ điện động lực
2.2.1. Bố trí các tủ điện động lực

Hình 2.5: Dãy các tủ điện

15


Hệ thống trạm nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở gồm có 5 tủ động lực dành
cho 5 bơm
Ngoài ra chúng ta có 1 tủ động lực cấp nguồn chính cho trạm
Một tủ điều khiển dành cho PLC
2.2.2. Tính chọn các khí cụ điện cho tủ động lực
Theo như động cơ bơm được chọn là động cơ 3 pha, 380V và có công suất là

18,5kW, ta sẽ tính dòng điện định mức khi động cơ làm việc ổn định theo công
thức sau:

I

dm

=

P
18500
=
= 33,1A
1, 73.U dm .0,85 1, 73.380.0,85

Dòng điện của contactor được chọn sẽ tính theo công thức:
I ct = I dm .kkd = 33,1.1,5 = 49, 65 A

Trong đó:
Ict là dòng điện định mức của contactor
Idm là dòng điện định mức tính toán được của động cơ
Kkd là hệ số khởi động của động cơ. Hệ số này thường được lấy từ 1,2 – 1,5. Như
-

-

vậy ta sẽ chọn contactor LS 3P 50A có các thông số định mức sau:

Hình 2.6: Contactor LS 3P 50A
-

Số pha: 3 pha
Dòng điện: 50A
16


-

Điện áp cuộn dây: 220VAC

Rơle nhiệt cũng sẽ được chọn theo dòng định mức 40A của contactor:

Hình 2.7: Rơle nhiệt LS MT – 32

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MẠCH ĐIỆN VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN

3.1.1.
-

3.1. Thiết kế mạch động lực, mạch điều khiển và mạch trung gian của hệ
thống
Giới thiệu các phần tử và chức năng các phần tử của mạch động lực hệ thống
Cầu dao tự động (MCB): trong hệ thống gồm có 1MCB, 2MCB, 3MCB, 4MCB,
5MCB, 6MCB, 7MCB, 8MCB, 9MCB.
1MCB (30AF/10A) có chức năng đóng cắt nguồn điện cấp cho toàn hệ thống
trong mạch điện.
2MCB (30AF/10A) có chức năng đóng cắt nguồn điện cấp cho mạch điều khiển
220V xoay chiều và mạch điều khiển nguồn 24V một chiều.
3MCB (30AF/10A) đóng cắt nguồn điều khiển 220V xoay chiều, nguồn điều
khiển 24V một chiều.

4MCB (30AF/10A) đóng cắt nguồn điều khiển 24V một chiều.
5MCB (30AF/10A) đóng cắt mạch động lực cho động cơ lai bơm 1.
6MCB (30AF/10A) đóng cắt mạch động lực cho động cơ lai bơm 2.
7MCB (30AF/10A) đóng cắt mạch động lực cho động cơ lai bơm 3.
8MCB (30AF/10A) đóng cắt mạch động lực cho động cơ lai bơm 4.
9MCB (30AF/10A) đóng cắt mạch động lực cho động cơ lai bơm 5.
17


-

Công tắc tơ xoay chiều (MC): có chức năng dùng để điều khiển đóng cắt cấp nguồn

-

cho toàn bộ mạch động lực.
Rơle thứ tự pha (PMR 44): có chức năng bảo vệ mất pha
Máy biến áp xoay chiều (TR): trong hệ thống bản vẽ gồm có 1TR, 2TR, 3TR, 4TR,
5TR, 6TR, 7TR.
1TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều
380V xuống 110V để đo giá trị điện áp nguồn hiển thị trên vôn kế V0.
2TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều
380V xuống 220V để tạo ra nguồn điều khiển 220V.
3TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều
380V xuống 110V để đo giá trị điện áp nguồn hiển thị trên vôn kế V1.
4TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều
380V xuống 110V để đo giá trị điện áp nguồn hiển thị trên vôn kế V2.
5TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều
380V xuống 110V để đo giá trị điện áp nguồn hiển thị trên vôn kế V3.
6TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều

380V xuống 110V để đo giá trị điện áp nguồn hiển thị trên vôn kế V4.
7TR (15kVA – 380/110V – 20A) có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều

-

380V xuống 110V để đo giá trị điện áp nguồn hiển thị trên vôn kế V5.
Biến dòng đo lường (CT): trong hệ thống bản vẽ gồm 1CT, 2CT, 3CT, 4CT, 5CT,
6CT.
1CT (1CTx2 – 100/5A): biến đổi dòng điện sơ cấp 100A về dòng thứ cấp 5A
hiển thị trên giá trị ampe kế A0.
2CT (2CTx2 – 100/5A): biến đổi dòng điện sơ cấp 100A về dòng thứ cấp 5A
hiển thị trên giá trị ampe kế A1.
3CT (3CTx2 – 100/5A): biến đổi dòng điện sơ cấp 100A về dòng thứ cấp 5A
hiển thị trên giá trị ampe kế A2.
4CT (4CTx2 – 100/5A): biến đổi dòng điện sơ cấp 100A về dòng thứ cấp 5A
hiển thị trên giá trị ampe kế A3.
5CT (5CTx2 – 100/5A): biến đổi dòng điện sơ cấp 100A về dòng thứ cấp 5A
hiển thị trên giá trị ampe kế A4.

18


6CT (6CTx2 – 100/5A): biến đổi dòng điện sơ cấp 100A về dòng thứ cấp 5A
-

hiển thị trên giá trị ampe kế A5.
Bộ chuyển đổi xoay chiều thành một chiều (220VAC/24VDC): có chức năng biến
đổi điện áp xoay chiều một pha 220V sang điện áp 24v một chiều cấp nguồn cho

-

mạch điều khiển trung gian, mạch điều khiển nguồn.
Cầu chì (f – 5A): trong bản vẽ cầu chì được lắp nối tiếp phía trước các pha của máy
biến áp, máy biến dòng và đèn báo, nó có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch

-

trong hệ thống.
Đèn (lamp): trong hệ thống gồm các đèn lamp1, lamp2, lamp3, lamp4, lamp5,

-

lamp6.
Lamp1 – 110V: đèn báo nguồn mạch chính của toàn bộ hệ thống.
Lamp2 – 110V: đèn báo nguồn mạch động lực của động cơ M1.
Lamp3 – 110V: đèn báo nguồn mạch động lực của động cơ M2.
Lamp4 – 110V: đèn báo nguồn mạch động lực của động cơ M3.
Lamp5 – 110V: đèn báo nguồn mạch động lực của động cơ M4.
Lamp6 – 110V: đèn báo nguồn mạch động lực của động cơ M5.
Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc (M): trong hệ thống bản vẽ gồm M1, M2,
M3, M4, M5.
M1 (18,5kW – 380V): động cơ lai bơm 1 để biến đổi năng lượng điện sang năng
lượng cơ học tạo ra tốc độ quay roto quay bơm 1 hoạt động.
M2 (18,5kW – 380V): động cơ lai bơm 2 để biến đổi năng lượng điện sang năng
lượng cơ học tạo ra tốc độ quay roto quay bơm 2 hoạt động.
M3 (18,5kW – 380V): động cơ lai bơm 3 để biến đổi năng lượng điện sang năng
lượng cơ học tạo ra tốc độ quay roto quay bơm 3 hoạt động.
M4 (18,5kW – 380V): động cơ lai bơm 4 để biến đổi năng lượng điện sang năng
lượng cơ học tạo ra tốc độ quay roto quay bơm 4 hoạt động.
M5 (18,5kW – 380V): động cơ lai bơm 5 để biến đổi năng lượng điện sang năng

3.1.2.

lượng cơ học tạo ra tốc độ quay roto quay bơm 5 hoạt động.
Các tín hiệu I/O của PLC trong hệ thống
Bảng 3.1: Các tín hiệu I/O trong hệ thống
Đặc I/O
Mức
trưng
điện áp

Vị
trí
bản

Loại
tín
hiệu

Ý nghĩa

Hoạt động

19


B000

I

vẽ
24VDC 8

B001
B002

I
I

Nt
Nt

8
8

B003
B004
B005
B006
B007
B008
B009
B010
B011
B012
B02A

I
I
I

I
I
I
I
I
I
I
I

Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt

8
8
8
8
8
10
10
10
10

10
10

B02B I

Nt

10

B02C I

Nt

10

Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Cảm
biến
Cảm
biến
Nt

B02D I

Nt

10

Nt

B02E I

Nt

10

Nt

B02F I

Nt

10

Nt

B020

I

Nt

10

Nt

B021

I

Nt

10

Nt

B022

I

Nt

12

Nt

B023

I

Nt

12

Nt

B024

I

Nt

12

B025

I

Nt

12

Tiếp
điểm
Nt
Nt

Chọn chế độ bằng tay

Chọn MN
Ấn Reset

Ấn Start

Nt

Báo dừng hệ thống
Hệ thống hoạt động ở chế độ
tự động
Khởi động bắng tay M1
Khởi động bắng tay M2
Khởi động bắng tay M3
Khởi động bắng tay M4
Khởi động bắng tay M5
Dừng bằng tay M1
Dừng bằng tay M2
Dừng bằng tay M3
Dừng bằng tay M4
Dừng bằng tay M5
Cảm biến mức nước cạn bể
thứ cấp
Cảm biến mức nước gần cạn
bể thứ cấp
Cảm biến mức nước trung
bình bể thứ cấp
Cảm biến mức nước gần đầy
bể thứ cấp
Cảm biến mức nước đầy bể
thứ cấp
Cảm biến mức nước cạn bể
sơ cấp
Cảm biến mức nước gần cạn

bể sơ cấp
Cảm biến mức nước trung
bình bể sơ cấp
Cảm biến mức nước gần đầy
bể sơ cấp
Cảm biến mức nước đầy bể
sơ cấp
Cảm biến áp suất bơm 1

Nt

Cảm biến áp suất bơm 2

Ấn ST1MN
Ấn ST2MN
Ấn ST3MN
Ấn ST4MN
Ấn ST5MN
Ấn SP1MN
Ấn SP2MN
Ấn SP3MN
Ấn SP4MN
Ấn SP5MN
CB1
tác động
CB2
tác động
CB3
tác động
CB4

tác động
CB5
tác động
a tác động
b tác động
c tác động
d tác động
e tác động
AS1
tác động
AS2
20


B025

I

Nt

12

Nt

B026

I

Nt

12

Nt

B027

I

Nt

12

Nt

B031
B032
B033
B034
B035
B035

I
I
I
I
I
O

Nt
Nt

Nt
Nt
Nt
Nt

16
16
16
16
16
17

Nt
Nt
Nt
Nt
Nt

B036

O

Nt

17

B037

O

Nt

17

B038

O

Nt

17

B039

O

Nt

17

B06A O

Nt

17

B04B O

Nt

17

B04C O

Nt

17

B04D O

Nt

17

B04E O
B04F O

Nt
Nt

17
17

B040

O

Nt

17

B041

O

Nt

17

B042

O

Nt

17

tác động
Cảm biến áp suất bơm 3
AS3
tác động
Cảm biến áp suất bơm 4
AS4
tác động
Cảm biến áp suất bơm 5
AS5
tác động
TH quá tải động cơ 1
RT1=1
TH quá tải động cơ 2

RT2=1
TH quá tải động cơ 3
RT3=1
TH quá tải động cơ 4
RT4=1
TH quá tải động cơ 5
RT5=1
TH điều khiển cấp nguồn K1=1
động cơ 1
TH điều khiển khởi động tam K2=1
giác động cơ 1
TH điều khiển khởi động sao K3=1
động cơ 1
TH điều khiển cấp nguồn K4=1
động cơ 2
TH điều khiển khởi động tam K5=1
giác động cơ 2
TH điều khiển khởi động sao K6=1
động cơ 2
TH điều khiển cấp nguồn K7=1
động cơ 3
TH điều khiển khởi động tam K8=1
giác động cơ 3
TH điều khiển khởi động sao K9=1
động cơ 3
TH điều khiển khởi động tam
giác động cơ 4
TH điều khiển khởi động sao
động cơ 4
TH điều khiển cấp nguồn

động cơ 5
TH điều khiển cấp nguồn
động cơ 4

K11=1
K12=1
K13=1
K10=1
21


3.1.3.

B043

O

Nt

17

B044
B045
B046
B047
B048
B049
B05A

O

O
O
O
O
O
O

Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt
Nt

19
19
19
19
19
19
19

TH điều khiển khởi động sao K15=1
động cơ 5
Đèn báo động cơ 1 hoạt động
Đèn báo động cơ 2 hoạt động
Đèn báo động cơ 3 hoạt động
Đèn báo động cơ 4 hoạt động
Đèn báo động cơ 5 hoạt động

Đèn báo hệ thống gặp sự cố
Đèn báo hệ thống sẵn sàng
hoạt động

Sơ đồ mạch động lực cấp điện cho trạm bơm

Hình 3.1: Sơ đồ cấp nguồn chính

22


Nguồn điện 3 pha 380V được lấy từ phía hạ áp của máy biến áp sẽ được đưa
tới thanh cái, tới trụ đấu dây JB1. Sau đó ta đóng Aptomat tổng 1MCB, dòng điện
trong mạch cấp nguồn chính được đo thông qua 2 biến dòng ICT2x2 và được kiểm
tra từng dây bằng Ampe kế khi sử dụng nút chuyển mạch Ampe switch. Điện áp 3
pha sau khi qua trụ đấu dây sẽ đi qua rơ le pha, sau khi có đủ điện 3 pha, rơ le pha
sẽ đóng các tiếp điểm, cấp điện cho cuộn hút contactor MC, đóng tiếp điểm chính
của các thiết bị phía sau lại để sẵn sáng cấp nguồn cho các thiết bị phía sau hoạt
động. Đồng thời, điện áp 380V sẽ được đưa qua máy biến áp 380V/220V để có thể
cấp điện cho mạch rơ le trung gian, cấp nguồn cho PLC hoạt động. Điện áp 220v
tiếp tục đưa qua bộ chuyển nguồn,biến đổi điện áp 220VAC thành 24VDC, cấp
điện cho các đèn báo và các module vào ra của PLC.
Điện áp 3 pha 380V sau khi lấy từ tủ điện chính cấp nguồn cho toàn bộ hệ
thống sẽ được cấp tới các động cơ qua Aptomat MCB 30AF/10A của từng tủ điện
động lực. Để giảm dòng khởi động cũng như đảm bảo hoạt động lâu dài của động
cơ lai bơm, các động cơ sẽ được thiết kế khởi động đổi nối sao tam giác và được
bảo vệ bằng rơ le nhiệt.
Bản vẽ sơ đồ nguyên lý cho động cơ lai bơm sẽ gồm 3 bản vẽ cho 5 bơm của
trạm nhiều bơm, nguyên lý cẩu mỗi bản vẽ giống nhau, chỉ khác ở các đầu đấu dây,
các ký hiệu tiếp điểm chính của Aptomat, của contactor từ mạch điều khiển đưa ra.

23


Hình 3.2: Sơ đồ mạch động lực của bơm 1 và 2
Theo sơ đồ cấp điện cho bơm số 1: Điện áp 380V được trích xuất từ sau
Aptomat 1MCB của mạch động lực sẽ cấp tới mạch điều khiển từng bơm. Mạch
điều khiển cho từng bơm được thiết kế 2 chế độ là tự động và điều khiển bằng tay.
Khi được cấp điện cuộn hút contactor 1MC1 có điện, đóng tiếp điểm 1MC1 tại
mạch động lực và đóng tiếp điểm phụ 1MC1 tại mạch input PLC để báo hiệu và
duy trì khi thôi tác động vào nút khởi động. Ban đầu động cơ được nối sao do cuộn
hút contactor 1MC2 được cấp điện thông qua modul output của PLC, contactor
1MC2 sẽ đóng tiếp điểm chính tại mạch động lực. Sau 1 khoảng thời gian đặt
trước, PLC sẽ ngừng cấp điện cho cuộn hút 1MC2, tiếp điểm chính nối sao nhả ra,
đồng thời cấp nguồn cho cuộn hút 1MC3, đóng tiếp điểm chính 1MC3 tại mạch
động lực, đổi nối tam giác cho động cơ hoạt động. Quá trình khởi động động cơ kết
24


thúc tại đây. Các bơm đều có chung quá trình khởi động như nhau, chỉ khác nhau
về trình tự khởi động.
Điện áp 220V từ mạch động lực sẽ cấp nguồn hoạt động cho PLC, điện áp
24VDC từ mạch động lực sẽ cấp nguồn cho các module đầu vào, ra. Để đảm bảo số
lượng đầu vào tín hiệu của 5 bơm cùng các thiết bị điện của toàn trạm, bao gồm sử
dụng cho giám sát và điều khiển, trạm PLC sẽ bao gồm module nguồn, CPU, các
module đầu vào/ra. Trạm PLC sẽ được kết nối module T-link để lấy tín hiệu, điều
khiển trực tuyến thông qua máy tính trong phòng điều khiển.
Các tiếp điểm của các nút ấn, các cảm biến sẽ được đưa vào rơ le trung gian,
giúp các tiếp điểm này có thể tác động vào nhiều vị trí, cả trên mạch điều khiển,
trên chương trình PLC và thông báo cho từng trạng thái hoạt động.

Tác động từ các tiếp điểm của rơle trung gian sẽ điều khiển cuộn hút của các
contactor. Với mỗi contactor được cấp điện, các tiếp điểm của contactor được phân
bố trên các mạch điều khiển động cơ sẽ đóng,mở tùy theo thiết kế điều khiển,nối
liền mạch cung cấp điện cho bơm hoạt động hoặc sẽ ngắt mạch để ngừng sử dụng
bơm, thay thế, dự phòng hay dừng cả hệ thống.
3.2. Xây dựng chương trình điều khiển cho trạm nhiều bơm cấp lỏng cho
bồn hở
3.2.1. Xây dựng thuật toán điều khiển
a)

Thuật toán trong chế độ bằng tay

25