mục lục
Lời nói đầu
Mục lục
chơng i:Tổng quan về máy nén 7
1.1Khái niệm chung 7
1.1.1 Phân loại máy nén khí
1.1.2 Các thông số cơ bản của máy nén
1.1.3 Đặc tính của máy nén
1.2 Yêu cầu về trang bị điện cho máy nén 16
1.2.1 Giới thiệu chung
1.2.2 Yêu cầu về trang bị điện cho máy nén
1.3 Điều chỉnh năng suất máy nén 18
1.4 Ưu khuyết điểm của truyền động bằng khí nén 20
chơng ii:Thiết kế hệ thống giám sát cho trạm
khí nén nhiều máy nén 21
2.1 Tự động khống chế máy nén 21
2.2 Hệ thống giám sát cho trạm khí nén
nhiều máy nén 22
2.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống máy nén khí
2.2.2 Xây dựng khối thuật toán điều khiển giám
sát trạm nén khí
CHƯƠNG III:Chơng trình điều khiển bằng PLC 35
3.1 Giới thiệu chung 35
3.2 Gán địa chỉ đầu vào ra logic 36
3.2.1 Gán địa chỉ đầu vào
3.2.2 Gán địa chỉ đầu ra
3.2.2 Chơng trình điều khiển
kết luận 49
tài liệu tham khảo 50
1
chơng I:

+ Không làm lạnh
e. Theo số cấp nén
+ Máy nén một cấp
+ Máy nén nhiều cấp
f. Theo cấu tạo
+ Máy nén piston
+ Máy nén cánh gạt
+ Máy nén Rôto
+ Máy nén trục vít
+ Máy nén li tâm

Tất cả máy nén đều làm việc với chu trình ngợc với động cơ pittông hoặc
tuabin.Phạm vi áp suất của một số loại máy nén cho ở bảng 1-1
Loại máy nén áp suất làm việc (at) Năng suất (m
3
/h)
Máy nén pit-tông
Máy nén cánh gạt
Máy nén trục vít
Máy nén ly tâm
Máy nén tua bin
Máy nén hớng trục
0-3000-100000
0-12
0-10
0-50
0-20
0-10
0-30000
0-6000

nén lý thuyết
4
Một chu kì làm việc của máy nén gồm các giai đoạn:hút,nén và đẩy khí
(hình 1-1)và đờng biểu diễn một chu trình nén về lí thuyết gồm:đờng hút 1-2
với áp suất vào p
v
không đổi,đờng nén 2-3 tăng áp suất cỡng bức từ p
v
lên p
r
và đờng đẩy 3-4 với áp suất ra p
r
không đổi.
Công tiêu hao cho một chu trình lí thuyết biểu thị bởi diện tích 1-2-3-4-1
bao gồm:
-Công hút khí (âm) biểu thị bởi diện tích 0-2

-2-1-0
W
hút
=p
v
V
1
-Công nén khí (dơng) biểu thị bởi diện tích 2-3-3

-2

-2
W

2
vì p
r
V
2
-p
v
V
1
=

3
2
)( pVd
nên
W
ch.t
=

3
2
)( pVd
-

3
2
pdV
=

3

(1-3)
Trong đó :M-khối lợng khí ra trong một chu trình [kg]
v-thể tích riêng của khí [m
3
/kg]
Quá trình nén có thể là đẳng nhiệt,đoạn nhiệt hay đa biến,nên công tơng
ứng là:
-chu trình đẳng nhiệt:
5

p
TR
vconstT
R
pv
àà
===

v
r
tch
p
p
T
R
vdpW ln
1
3
2
.








==


1
1
1
1
3
2
.
k
k
v
r
tch
p
p
T
R
k
k
vdpW
à









==


1
1
1
1
3
2
.
n
n
v
r
tch
p
p
T
R
n
n
vdpW

x
và thể tích
quét V
Q
=V
x
-V
H
lớn.
Hình 1-3:Đồ thị một chu trình nén khí thực
-Xu páp có trở lực (chủ yếu do lực lò xo )nên giai đoạn hút và đẩy chỉ xảy
ra khi áp suất khí trong xi lanh nhỏ hơn áp suất p
v
trong ống hút và cao hơn
áp suất p
r
trong ống đảy .Trở lực xu páp thay đổi theo cả khoảng dời pittong
vì vận tốc khí thay đổi và nó có giá trị lớn nhất khi xu páp bắt đầu mở .Do đó
các đờng hút và đảy không thẳng .Do trở lực xu páp mà công tiêu hao của
máy nén khí tăng lên.
-áp suất trong ống hút và ống đảy dao động theo vị trí pittong gây ra
chuyển động không ổn định của dòng khí .
-Khi khí bị hút vào xi lanh ,khí thu nhiệt vì nhiệt độ thấp hơn thành xi
lanh .Đầu giai đoạn nén ,khí vẫn thu nhiệt từ xi lanh (n > k).Trong giai đoạn
nén tiếp ,khí tăng nhiệt độ dần và tới lúc nào đó ,khí có nhiệt độ bằng xi lanh
8
(n = k) rồi sau đó cao hơn và cấp nhiệt cho xi lanh (n < k) .Vậy trong giai
đoạn nén ,chỉ số đa biến giảm từ n >k đến n < k.
Trong giai đoạn đảy ,khí vẫn cấp nhiệt cho xi lanh.
Trong giai đoạn giãn ,chỉ số đa biến tăng từ n < k đến n > k.

có nhiều khe trong đó có các tấm chuyển động 8 (cánh trợt) bằng thép dày
0,8
ữ
2,5 mm.
Khi rotor quay theo chiều mũi tên ,các cánh trợt văng ra ,ép vào thành
trong của 2 vòng gang tự do 3 và kéo chúng cùng quay ,các tấm trợt chia
không gian làm việc hình lỡi liềm thành các phòng nhỏ mà thể tích bị giảm
dần theo chiều quay từ phía hút sang phía đảy.ổ đỡ trục 2 đợc bịt kín bằng
bạc nhẵn 1.Phía đảy có xu páp một chiều.
9
Các máy nén cánh trợt tạo đợc áp suất tới 4at và năng suất tới 160
ữ
4000
m
3
/h.

Hình 1-4:Máy nén rotor cánh trợt
c)Máy nén ly tâm :là loại máy nén động học
Đối với áp suất nhỏ ,ngời ta dùng tua bin thổi khí một cấp .Loại này tạo
áp suất không quá 0,15at .Về bản chất đó là quạt cao áp .
Đối với áp suất 1,3
ữ
4at, có tua bin thổi khí nhiều cấp
Đối với áp suất 4
ữ
10at hay hơn ,có máy nén tua bin.
10
Máy nén li tâm có hiệu suất thấp hơn máy nén pittong nhất là khi năng
suất máy nhỏ và áp suất cần cao ( nén nhiều cấp).

động .Nếu công suất lớn (vài ngàn kW)thì mở máy qua cuộn kháng hoặc
biến áp tự ngẫu .Điện áp mở máy ban đầu đặt vào động cơ khoảng 0,64U
đm
.
Tính công suất động cơ truyền động máy nén có thể theo công thức

2102600
ai
tdk
LL
Q
kP
+
ì
ì
=

[kW]
Trong đó: Q-năng suất máy nén [m
3
/ph]

k

-hiệu suất máy nén ,
k

=0,5
ữ
0,8;

a
12.900 17.100 20.500 23.500 26.100 28.600 30.700 32.700
Z 200 260 300 345 360 410 440 464
1.3 tự động khống chế máy nén [1]
Để đảm bảo cấp khí nén hợp lí cho các thiết bị tiêu dùng máy nén phải
đợc tự động khống chế nhằm thoả mãn 2 điều kiện chính :
- Đảm bảo lu động tiêu thụ
- Đảm bảo áp suất khí yêu cầu, thờng giới hạn ( 8-10 %) áp suất yêu
cầu. Ngoài ra khí nén còn phải đợc đảm bảo về chất lợng nh độ ẩm, sạch
theo yêu cầu riêng.
Máy nén khí thờng kèm theo các bộ lọc và bình chứa khí với mục đích :
- Điều hoà lu lợng, áp suất, khử các xung áp trong kênh tiêu thụ đối
với máy nén piston.
- Làm việc dễ dàng việc điều chỉnh giới hạn cực đại hoặc cực tiểu của
áp suất, hạn chế tới giá trị có thể của tần suất mở máy động cơ lai.
- Tránh các sụt áp đột ngột của khí khi có tiêu thụ đột ngột trong một
thời gian ngắn ( nh phanh khí nén, chuyển động của kích khí có piston lớn
) .
12
- Làm mát khí nén và ngng tụ hơi nớc, tạp chất
Đối với thiết bị dới 10KW ngời ta thờng dùng tiếp điểm áp khí đảm
bảo dừng động cơ khi bình chứa áp suất (đặt) cực đại và chạy lại động cơ khi
áp suất đặt cực tiểu.
Tiếp điểm áp khí sẽ đóng cắt công tắc tơ cấp điện cho động cơ kéo
máy nén. Một bình trung gian đợc lắp trên dờng ống dẫn khí và có thể tích đ-
ợc tính toán sao cho 5-6s đầu động cơ đạt tốc độ bình thờng mà không có áp
suất, tránh mở máy có áp suất. Một đầu xả gắn với tếp điểm áp khí sẽ đảm
bảo xả khí trong bình phụ vào khí quyển khi động cơ dừng, van bi một chiều
khi đó sẽ đóng kín do vậy khi động cơ chạy lại thì không có áp suất đặt vào
máy nén khi mới mở máy. Khi công tắc tơ đóng thì đầu xảcũng đóng, khí

- áp suất lớn nhất
- bảo vệ nhiệt độ đầu đẩy
+Đo đầu góp chung (đo6) hai thông số
- áp suất
- nhiệt độ
Đa đến mức điều khiển và báo động
+Đo 4 :đo mức và nhiệt độ dầu nhờn ở các te.Tín hiệu này dùng để chỉ báo
và báo động trạng thái của dầu trong các-te
+Trớc khi nạp khí nén vào bình khí .Khi máy nén hoạt động các van y1 và y2
lắp song song với nhau làm hai chức năng cơ bản trong hệ thống khí nén:
- Trong thời gian khởi động ,các cuộn hút đợc cấp điện để nối đầu góp
chung với máy tính bên ngoài để giảm tải cho máy nén (8 đến 20
giây)
- Giai đoạn đầu của quá trình khởi động máy nén mở hai van ra nhằm
thổi nớc trong đờng khí ra ngoài.
+Bình khí nén (chai gió) :Phải đợc cấp chứng chỉ.
chơng II:
thiết kế hệ thống điều khiển khởi
14
động động cơ trong hệ
thống máy nén khí nhiều máy nén
2.1 Giới thiệu chung về hệ thống máy nén khí
Hiện nay do yêu cầu kích thớc gọn nhẹ, độ tin cậy cao nên tự động hoá là
xu hớng phát triển chung trong thực tế chế tạo và vận hành máy nén. Trong
các hệ thống máy nén khí, tự động hoá nhằm đạt đợc các mục đích và yêu
cầu sau đây :
- Giảm bớt hoặc giảm hẳn sự phục vụ của con ngời đối với hoạt động
của hệ thống.
- Nâng cao tính kinh tế, tính an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ
thống.

- Đ6 :đèn báo cần ba máy hoạt động
2.2.2 sơ đồ điều khiển
chơng III:
chơng trình điều khiển bằng plc
16
3.1 Giới thiệu chung [3]
PLC ,viết tắt của Programmable Logic Control ,là thiết bị điều khiển
logic lập trình đợc,hay khả trình ,cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán
điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
Từ khi PLC ra đời nó đã đem lại nhiều thuận tiện và làm cho thao tác
máy trở nên nhanh nhẹn, dễ dàng và tin cậy, nó đã từng bớc phát triển tiếp
cận theo các nhu cầu của sự phát triển công nghệ. Trong thiết bị chấp hành
có thể đợc nối trực tiếp với PLC. Chơng trình chỉ ra các phơng thức hoạt
động đợc viết trực tiếp vào bộ nhớ. Khi có sự thay đổi nào đó trong cấu trúc
điều khiển ta chỉ cần thay đổi chơng trình trong bộ nhớ.
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens
(Cộng hoà liên bang Đức),có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở
rộng.Các modul này đợc sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác
nhau.
Trong bài thiết kế này ta sẽ sử dụng phơng pháp hình thang (Ladder
Logic viết tắt thành LAD) để lập trình cho S7-200
LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ.Những thành phần cơ bản
dùng trong LAD tơng ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơ-
le.Mạng LAD là đờng nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện ,đi từ đờng
nguồn bên tráI sang đờng nguồn bên phải.Đờng nguồn bên trái là dây
nóng ,đờng nguồn bên phảI là dây trung hoà (neutral ) hay là đờng trở về
nguồn cấp.Dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây
hoặc trở về bên phải nguồn.
3.2 Chơng trình điều khiển
3.2.1 Khối thuật toán xác định số lợng máy nén đang hoạt động

+ Tín hiệu ra của khối :các tín hiệu này sẽ đợc đa tới công-tắc-tơ có
tiếp điểm cấp điện cho đèn báo
b
1
= 1 : Có 1 máy đang hoạt động
b
1
= 0 : Có số máy đang hoạt động khác 1 máy
b
2
= 1 : Có 2 máy đang hoạt động
b
2
= 0 : Có số máy đang hoạt động khác 2 máy
b
3
= 1 : Có 3 máy đang hoạt động
b
3
= 0 : Có số máy đang hoạt động khác 3 máy
Từ các điều kiện trên ta có bảng sự thật sau :
a
1
a
2
a
3
b
1
b

3213213212
aaaaaaaaab
++=
(2-2)
3213
aaab =
(2-3)
3.2.2. Khối thuật toán xác định số lợng máy nén cần thiết
Trạm khí nén gồm 3 máy nén, trạng thái hoạt động của các máy nén
này phụ thuộc vào mức độ của các hộ sử dụng yêu cầu cung cấp. Trong một
số trờng hợp, nh tất cả các hộ sử dụng cùng lúc, hoặc hình thành thêm hộ sử
dụng thì một máy nén chạy là không đủ đòi hỏi phải có thêm các máy nén
khác cùng hoạt động, them chícả ba máy đều hoạt động cung lúc mới có thể
đáp ứng đợc theo yêu cầu của hộ sử dụng.
Ta sẽ xây dựng thuật toán khối để giải quyết bài toán trên
Ngỡng tác động quyết định chạy số máy nén cần thiết là một, hai hoặc
cả ba máy nén cùng một lúc.
P
max
0,9p
0,8p
0,7p
19
Trong bình cao áp, nếu áp suất tụt xuống mức 0,9P thì tín hiệu tác
động khởi động cho một máy chạy, nếu áp suất trong bình vẫn giảm xuống
mức 0.8p thì tín hiệu thứ hai tác động khởi động cho một máy nữa cùng
chạy. vì một lí do nào đó áp suất vẫn tụt và xuống tới mức 0,7P thì lệnh điều
khiển tác động khởi động tiếp cho máy thứ ba cùng hoạt động. Sau khi áp
suất trong bình tăng tới 0,8P thì lệnh điều khiển tác động dừng máy thứ ba.
Sau khi áp suất trong bình tăng tới 0,9P thì vẫn để hai máy còn lại tiếp tục

c
1
c
2
c
3
b
1
b
2
b
3
d
1
d
2
d
3
d
3
= 1: Tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn 0,7 P
đm
d
3
= 0: Không có tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn
0,7P
đm
b
1
, b

- Có một máy nén đang hoạt động và không có hiện tợng sụt giảm áp
suất còn 0,8 P
đm
thì phơng trình thuật toán chứa những thành phần sau
22db
Vậy phơng trình xác định số lợng máy nén cần thiết là 1 máy
22111 dbdbc +=
(3-5)
+ Phơng trình xác định số lợng máy nén cần thiết là 2 máy nén không
kể máy nén nào.
- Nếu đang có một máy nén hoạt động khi áp suất giảm còn 0,9 P
đm
nhng áp suất tiếp tục giảm xuống còn 0,8 P
đm
thì phơng trình thuận toán sẽ
chứa những thành phần sau
b
2
d
2
(3-6)
- Có hai máy nén đang hoạt động và không có hiện tợng áp suất sụt
giảm xuống còn 0,7 P
đm
thì phơng trình thuật toán chứa những thành phần
sau:
21
33db
(3-7)
Vậy phơng trình xác định số lợng máy nén hoạt động cần thiết là 2

3.2.4 Chơng trình điều khiển
22
23

24

25