Đồ án môn học Trang bị điện
LỜI MỞ ĐẦU
Trong các đô thị và các vùng đô thị hóa hệ thống thoát nước và hệ thống
cấp nước là một trong những hệ thống cơ sở hạ tầng rất quan trọng, không thể
thiếu được. trong hệ thống cấp nước và hệ thống thoát nước thì công trình thu
nước trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp thoát nước là những công trình chủ yếu
và rất quan trọng. ở đồ án trạm bơm cấp I sẽ nghiên cứu về các quy trình thu
nước từ nguồn nước ngầm và nguồn nước mặt đưa lên trạm xử lý hoặc bể chứa.
Việc thực hiện đồ án này rất là bổ ích cho các sinh viên, nó sẽ giúp các
sinh viên tự tìm tòi học hỏi, và hiểu ra nhiều quy trình cấp thoát nước và cách
vận hành của nó, từ đó sẽ làm nền tảng và nguồn kiến thức dồi dào cho các sinh
viên khi hoạt động trong các công tác chuyên ngành của mình và các hoạt động
trong đời sống về lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thống cấp nước. Các hệ
thống bơm chất lỏng bình hở được ứng dụng rất rộng rãi .
Bài viết tuy không dài nhưng hi vọng có thể đáp ứng lại một phần nào đó
nhu cầu tìm hiểu về hệ thống bơm nước lên bình hở. Và từ đó chúng ta có một
cái nhìn đầy đủ hơn về hệ thống bơm và các chương trình điều khiển.
Bài viết này còn rất nhiều thiếu sót, em mong nhận được những đánh giá,
những lời góp ý của thầy cô và các bạn.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Thắng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
1
Đồ án môn học Trang bị điện
MỤC LỤC
Trang
Chương 1. Tổng quan hệ thống bơm chất lỏng, cấu tạo bơm…………… 3
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống máy bơm……………… …………… 3

Bơm động học: trong bơm này chất lỏng được cung cấp động năng từ
bơm và áp suất tăng lên. Chất lỏng qua bơm, thu được động lượng nhờ va đập
của các cánh quạt (bơm li tâm, bơm hướng trục) hoặc nhờ ma sát của tác nhân
làm việc (bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn động, bơm xoắn, bơm sục khí), hoặc
nhờ tác động của trường điện từ (bơm điện từ) hay các trường lực khác.
b. Theo cấu tạo:
- Bơm cánh quạt: trong loại này bơm li tâm chiếm đa số và hay gặp nhất
(bơm nước)
- Bơm pittong ( bơm nước, bơm dầu)
- Bơm roto (bơm dầu, hóa chất, bùn )
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
3
Đồ án môn học Trang bị điện
Thuộc loại này có bơm bánh răng, bơm cách trượt (lá gạt)
Ngoài ra còn có các loại đặc biệt như bơm màng cánh (Bơm xăng trong
ôtô), bơm phun tia (tạo chân không trong các bơm lớn nhà máy nhiệt điện)
1.1.3. Sơ đồ các phần tử của một hệ thống bơm
Các phần tử cơ bản trong một hệ thống bơm được giới thiệu trên hình 1.1:
Hình 1.1 : Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống bơm
Bơm hút chất lỏng từ bể hút 4 qua bộ lọc 3, qua ống hút 5, qua van 6, van
7 và đẩy chất lỏng qua ống đẩy 8 vào bể chứa 9. Động cơ lai 1 dùng để quay
bơm 2, 11 là đồng hồ chỉ thị ở cửa hút còn 12 là đồng hồ chỉ thị ở cửa đẩy.
1.1.4. Các thông số cơ bản của bơm
a. Cột áp H (hay áp suất bơm). Đó là lượng tăng năng lượng riêng cho một đơn
vị trọng lượng của chất lỏng chảy qua bơm (từ miệng hút đến miệng đẩy của
bơm).
Cột áp H thường được tính bằng mét cột chất lỏng ( hay mét cột nước)
hoặc tính đổi ra áp suất của bơm
gHHP

1212
−
=
−
- Trở tùy lực (tổn thất năng lượng đơn vị ) trong ống hút
∑
h
h
và
ống đẩy
d
h
∑
- Độ chênh lệch áp suất động học(động năng) giữa hai mặt thoáng
g
vv
2
2
1
2
2
−
g
vv
hh
g
pp
HHH
dhdh
2

∑∑
+=
h
d
ddd
h
d
l
g
v
h
ξ
λ
Trong đó:
- v
h
, v
d
: vận tốc chất lỏng trong ống hút và ống đẩy (m/s)
- λ
h
, λ
d
: hệ số trở lực ma sát trong ống hút và ống đẩy
- l
h
, l
d
, d
h

γ
[kW] ( 1.2)
Trong đó :
γ
[N/
3
m
], Q[
3
m
/s], H[m]
- Công suất tại trục bơm N (thường ghi trên nhãn bơm) . Công suất này
thường lớn hơn Ni vì có tổn hao ma sát.
- Công suất động cơ kéo bơm (Nđc). Công suất này thường lớn hơn N để bù
hiệu suất truyền động giữa động cơ và bơm, ngoài ra còn dự phòng qúa tải bất
thường.
3
10*
*
***
*
−
==
tđbtđ
đc
HQk
N
kN
ηη
γ

tđ
η
< 1. Còn khi động cơ
nối trực tiếp với bơm thì
1≈
tđ
η

d. Hiệu suất bơm (
b
η
) là tỉ số giữa công suất hữu ích
i
N
và công suất tai trục
bơm N.

N
N
i
b
=
η
( 1.4 )
Hiệu suất bơm gồm 3 phần:
mHQb
ηηηη
**=
( 1.5 )
Trong đó:

+ Theo lưu lượng của bơm:
- Bơm có lưu lượng thấp : Q < 20m
3
/h
- Bơm có lưu lượng trung bình : Q < 60m
3
/h
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
7
Đồ án môn học Trang bị điện
- Bơm có lưu lượng cao: Q > 60m
3
/h
+ Phân loại theo cột áp của bơm:
-Bơm cột áp thấp H < 20 mH
2
O
-Bơm cột áp trung bình H = 20 ÷ 60 mH
2
O.
-Bơm cột áp cao H > 60 mH
2
O.
+ Theo trị số bánh cánh và cách lắp ghép của các chi tiết:
-Bơm có một bánh cánh và một cấp áp lực.
-Bơm có nhiều cấp là các cánh của bánh công tác được lắp ghép nối tiếp.
-Bơm có nhiều bánh cánh, bánh cánh được nối ghép song song.
+ Theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác:
-Bơm có bánh công tác hút chất lỏng từ một phía được gọi là bơm một

γ
12
PP −
+
g
vv
2
2
1
2
2
−
+ (z
2
– z
1
) ( 1.6 )
Trong đó: P
1
,P
2
– Là áp suất đo được tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;
v
1
, v
2
– Là giá trị tốc độ dòng tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;
z
1
, z

Công suất thuỷ lực là công suất mà chất lỏng thực sự nhận được từ động
cơ lai để tạo ra cột áp H, và sản lượng Q, γ là khối lượng riêng của chất lỏng
N =
γ
QH ( 1.7 )
* Cấu tạo của bơm ly tâm
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
9
Đồ án môn học Trang bị điện
Ngày nay bơm li tâm có nhiều loại và kết cấu rất đa dạng song chúng bao
gồm các bộ phận chính như: Vỏ bơm, bánh cánh, ống góp hình xoắn ốc và thiết
bị làm kín. Kết cấu của một bơm điển hình được thể hiện trên (Hình 1.2). Đây là
bơm li tâm một cấp đặt đứng cửa hút quay xuống dưới và có khoan lỗ cân bằng
trên cánh để khử lực dọc trục.
Hình 1.2: Cấu tạo bơm li tâm
Trong đó:
1. Bánh cánh
2. Nắp vỏ bơm
3. Bộ làm kín đầu trục
4. Bệ đỡ động cơ
5. Ống bao trục
6. Vành làm kín đầu mút cánh
- Vỏ bơm:
Vỏ bơm có thể có kết cấu theo kiểu ghép ngang hay ghép dọc. Có thể
được chế tạo thành nhiều phần và sau đó ghép liên kết với nhau. Chúng thường
chế tạo bằng gang đúc, đồng đúc hoặc hợp kim. Chất liệu chế tạo và kiểu cách
tuỳ vào điều kiện công tác của bơm.
Thân vỏ bơm có thể được chia thành nhiều khoang riêng biệt với nhau với
nhiều mục đích. Nó cũng còn có ý nghĩa trong việc tạo khung để bố trí các ổ đỡ

công tác với nhau, không cho rò rỉ chất lỏng qua lại để đảm bảo chức năng của
bơm. Đồng thời có nhiệm vụ cách biệt trong bơm với bên ngoài môi trường, hạn
chế sự rò lọt của chất lỏng công tác ra ngoài môi trường, hoặc ngăn chặn không
khí bên ngoài lọt vào bơm.(Hình 1.3) thể hiện các vị trí cần làm kín trong bơm.
Đó là các vị trí lắp các bộ làm kín (Vị trí A, B, C). Chúng có tác dụng làm cách
biệt các vùng công tác có áp suất cao và vùng áp suất thấp, tránh sự qua lại của
chất lỏng. Tuy nhiên trong thực tế sự qua lại của chất lỏng vẫn tồn tại và vì thế
không tránh khỏi tổn thất lưu lượng của bơm.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
11
Đồ án môn học Trang bị điện
Hình 1.3: Vị trí và một số dạng làm kín trong bơm li tâm
b. Bơm pittông
Bơm pittông là loại bơm thể tích với nguyên lí làm việc đơn giản (hình 1. 4).
Khi động cơ quay quanh trục O, kéo theo hệ thống biên - maniven 3,4 và chuyển
động quay biến thành chuyển động tịnh tiến qua lại của pittông 2 trong xilanh 1
với hành trình S = 2R (R là chiều dài maniven). Hai vị trí giới hạn hành trình
của pittông A1 và A2 tương ứng với 2 điểm chết C1 và C2 . Khi pittông dịch
sang trái thì thể tích buồng làm việc 5 tăng lên, áp suất tuyệt đối chất lỏng trong
xilanh giảm nhỏ hơn áp suất trên bề mặt thoáng bể hút. Lúc đó van đẩy 7 đóng
lại, van hút 6 bị đẩy mở ra và chất lỏng qua ống hút vào xilanh. Đó là giai đoạn
hút. Khi pittông dịch sang phải thì thể tích buồng làm việc giảm đi áp suất chất
lỏng trong xilanh tăng cao. Lúc này van hút 6 bị đóng lại, van đẩy 7 bị đẩy mở
ra và chất lỏng từ xilanh dồn vào ống đẩy. Đó là giai đoạn đẩy.
Qua cách làm việc của bơm pittông, ta thấy :
- Ống hút luôn ngăn cách bởi ống đẩy
- Chuyển động của chất lỏng không đều, lưu lượng bị dao động và hầu
như không phụ thuộc vào áp suất bơm.
- Áp suất bơm (cột áp H) có thể rất cao (tương ứng với độ bền bơm và

Nhận xét đặc tính N(Q) ta thấy: Công suất N có trị số cực tiểu khi lưu
lượng bằng 0. Lúc này động cơ truyền động mở máy dễ dàng. Do vậy, động tác
hợp lí khi mở máy là khi khóa van 7 trên ống đẩy để cho Q = 0. Sau đó một hay
hai phút thì mở van ngay để tránh bơm và chất lỏng bị quá nóng do công suất
động cơ chuyển hoàn toàn thành nhiệt năng. Hơn nữa, lúc mở máy, dòng động
cơ lại lớn nên Q ≠ 0 sẽ làm dòng khởi động quá lớn có thể gây nguy hiểm cho
động cơ điện.
1.1.6. Yêu cầu về trang bị điện cho trạm bơm
Như đã nêu, bơm có rất nhiều kiểu loại, đa dạng và giải công suất cũng rất rộng.
Truyền động cho bơm phổ biến là tryuền động điện. Tuỳ theo tốc độ bơm, nối
giữa động cơ và bơm có thể là trực tiếp (đồng trục) hoặc gián tiếp qua hộp tốc,
đai truyền ly hợp thay đổi tốc độ, hệ thống biên maniven, trục khuỷu… Do vậy,
khi chọn công suất động cơ, cần lưu ý tới hiệu suất của các khâu truyền lực
trung gian. Các bơm hầu như không đòi hỏi thay đổi tốc độ nên phổ biến kéo
bơm là dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc, mở máy
trực tiếp (nếu công suất nhỏ) hay gián tiếp qua điện trở, cuộn kháng ở mạch
stator (nếu công suất trung bình). Với bơm có công suất trung bình và lớn, cũng
thường dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn, mở máy
bằng điện trở hạn chế ở mạch rotor để giảm dòng mở máy hoặc kết hợp thêm
với các phần tử hạn chế ở mạch stator. Trường hợp công suất lớn và rất lớn,
dùng động cơ không đồng bộ để cải thiện cos
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
14
Đồ án môn học Trang bị điện
Với những bơm chuyên dùng, có thể dùng động cơ một chiều kích từ song song
hoặc nối tiếp, nhất là khi có yêu cầu thay đổi tốc độ bơm.
Chọn động cơ kéo bơm pittông, phải theo loại bơm cụ thể và lưu ý sự biến thiên
của lưu lượng, cột áp của bơm, do đó mômen động cơ cần đáp ứng.
Trường hợp truyền động bơm li tâm, do bơm không tự động mồi nước được,

Hệ thống gồm có 3 bơm (được lai bởi 3 động cơ điện không đồng bộ roto
lồng sóc). Trong đó bơm số 1 và bơm số 2 là 2 bơm hoạt động chính với tần suất
lớn, còn bơm số 3 là bơm dự phòng có tần suất hoạt động thấp. Bơm số 3 này sẽ
được bổ sung chạy thay thế cho bơm chính mỗi khi bơm chính gặp một sự cố
nào đó (ví dụ sự cố quá tải của động cơ điện).
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
16
Đồ án môn học Trang bị điện
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN, HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
CHO TRẠM CÓ NHIỀU BƠM
2.1. Xây dựng mạch điều khiển
Hiện nay do yêu cầu kích thước gọn nhẹ, độ tin cậy cao nên tự động hóa
là xu hướng phát triển chung trong thực tế chế tạo và vận hành các hệ thống.
Trong các hệ thống bơm chất lỏng bình hở, tự động hóa nhằm đạt được các mục
đích và yêu cầu sau đây:
- Giảm bớt hoặc giảm hẳn sự phục vụ của con người đối với sự hoạt động
của hệ thống.
- Nâng cao tính kinh tế, tính an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống.
- Nâng cao hiệu suất công việc.
Dựa trên các tiêu chí trên ta sẽ tiến hành xây dựng một trạm bơm chất
lỏng bình kín gồm có 3 bơm li tâm với yêu cầu duy trì mức nước đủ cung cấp
cho các hộ tiêu thụ khi nhu cầu sử dụng của các hộ luôn có sự thay đổi. Trước
khi đi vào xây dựng mạch điều khiển, mạch động lực cho hệ thống ta sẽ làm rõ
thuật toán điều khiển mà hệ thống cần thực hiện như sau:
Tại thời điểm ban đầu khi ấn nút Start, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động.
Trạng thái của các cảm biến mức sẽ được đọc về và xử lí theo thuật toán sau:
- Mức nước trong bình dưới vị trí a: Bật đồng thời cả 3 bơm số 1, số 2, số 3 hoạt
động.
- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí a đến vị trí b: Bật chạy bơm số 1

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi
nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào
PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, hoặc bằng truyền tải qua mạng.
Cùng với những ưu thế về phần cứng, dưới đây cũng là các ưu thế về
phần mềm:
- PLC có nhiều công cụ lập trình dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3.
- Sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao tạo ra khả năng viết những chương
trình lớn và phức tạp khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi hay truy cập dữ liệu
chương trình.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
18
Đồ án môn học Trang bị điện
- Cấu trúc các khối chức năng được sử dụng cho các bộ lập trình Ladder
làm tăng khả năng lập trình bằng những lệnh đơn giản.
- Cho phép xác định các lỗi của bộ điều khiển cũng như các lỗi của thiết
bị trong quá trình sản xuất.
- Cung cấp các phép toán với số thực dấu phẩy động tạo ra khả năng tính
toán các bài toán phức tạp.
2.1.1. Phân công cổng đầu vào của PLC
Đầu vào Địa chỉ
Nút ấn Start I0.0
Nút ấn Stop I0.1
Nút Reset I0.2
Cảm biến mức A I0.3
Cảm biến mức B I0.4
Cảm biến mức C I0.5
Cảm biến mức D đặt ở nguồn nước I0.6
Tiếp điểm thường đóng của Rơ le nhiệt R 1 I0.7
Tiếp điểm thường đóng của Rơ le nhiệt R 2 I1.0

- CPU các loại khác nhau: 312FM, 312C, 313C, 314, 314FM, 314C, 315-2DP,
316-2DP, 318…
- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng / số: SM321, SM374…
- Module chức năng FM
- Module truyền thông CP
- Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A,
10A
Các module được gắn trên thanh ray, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải
CPU tạo thành một rack. Mỗi module được gắn một số slot tính từ trái sang
phải: module nguồn là slot 1, module CPU là slot 2, module kế mang số 4. Các
module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các
module ngõ vào ra tín hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316- 2DP có thể gán địa chỉ
tùy ý cho các module
Cấu hình cứng của trạm PLC được khai báo bằng phần mềm Step7 như
sau:
- Module nguồn: PS 307 5A
- Module CPU 316 -2DP
- Module tín hiệu vào DI32xDC24V do có tổng cộng 10 tín hiệu vào và các tín
hiệu vào là tín hiệu số.
- Module đầu ra DO32xDC24V/0.5A do có tổng cộng 8 tín hiêuh đầu ra và các
tín hiệu ra là tín hiệu số
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
20
Đồ án môn học Trang bị điện
Hình 2.1: Cấu hình cứng của trạm PLC S7 - 300
2.1.3. Sơ đồ mạch điều khiển
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thắng
Lớp: ĐTĐ 47 - ĐH2
21