Chuyên đề Công nghệ điều khiển bơm cấp nước với áp suất không đổi

Chuyªn ®Ò truyÒn ®éng ®iÖn vµ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ Công nghệ điều khiển bơm cấp nước với áp suất không 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 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) 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 ( 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 ( 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 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 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 ítVí 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  → Bơm, quạt được cấp nguồn qua biến tần. → Bơm có thể hoạt động ở các chế độ khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu. → Việc thay đổi lưu lượng được thực hiện thông qua việc thay đổi tốt độ động cơ. → Nhận xét:  • Không còn tổn thất năng lượng trên valve như kiểu truyền thống. • Bơm cũng không phải sinh ra công suất trên trục lớn 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≈ 3nNếu ta giảm tốc độ xuống còn 80% (0.8)Thì công suất chỉ cần bằng (0.8)3 ≈ 0.5Điều 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:  → Là mối quan hệ giữa áp suất và lưu lượng → 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 thốngTa 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