ĐẶT VẤN ĐỀ Nền kinh tế - văn hoá - xã hội ngày càng phát triển, cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ các thiết bị điện – điện tử và máy tính được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế kỹ thuật, cũng như trong đời sống xã hội. Trong những năm gần đây nhu cầu đối với sản phẩm của con người ngày càng đa dạng, gia tăng cả số lượng lẫn chủng loại, mẫu mã…, đồng thời yêu cầu về chất lượng ngày càng cao dần. Do đó việc tự động hóa sản xuất là một vấn đề cấp thiết và quan trọng để phát triển sản xuất kinh doanh, đáp ứng nhu cầu mong muốn của khách hàng trong và ngoài nước. Để làm điều này thì vấn đề tự động hóa đang được đẩy mạnh và ngày một phát triển.
Để đáp ứng xu thế xã hội các bộ điều khiển lập trình được ra đời và sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp ở nước ta như: các bộ vi điều khiển, các bộ PLC… là một giải pháp lý tưởng trong lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hóa và điều khiển những thiết bị từ xa.1 Các tham số của hệ thống cần giám sát a. Bộ điều khiển tại mỗi trạm bơm Trong các hệ thống mạng cấp nước ở Việt Nam, ngoại trừ các hệ thống mới được xây dựng thì các trạm bơm thường có các hệ thống điều khiển hiện đại, còn rất nhiều các trạm bơm được xây dựng từ lâu và có các đặc điểm chung như sau : Điều khiển lưu lượng/áp lực : Điều chỉnh bằng van đầu ra theo đặc tính Q-H Hoặc tắt/mở bơm Hạn chế: Điều khiển thô Tiêu tốn nhiều năng lượng Gây tổn hao, hư hỏng thiết bị Từ đó, dẫn đến những yêu cầu bức thiết : Tài nguyên nước hạn chế – thất thoát quá lớn Điện bơm nước – chiếm >30% cơ cấu giá nước Chi phí vận hành & bảo dưỡng cao Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 14 GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI Hình 1.1 Hệ thống cung cấp nước Điều khiển lưu lượng/áp lực: Theo giá trị cài đặt Điều khiển vòng kín tăng độ chính xác Ưu điểm: Điều khiển chính xác ±1% & vô cấp Đáp ứng nhanh < 5-10s Giảm tiêu hao năng lượng – lên tới 20-30%. Kéo dài tuổi thọ thiết bị (motor, van, đường ống.) Các tiện ích lựa chọn khác (ACS800): Hổ trợ bảo trì với chức năng anti-jamp Tính toán lưu lượng bơm (không cần FT, sai số ± 5 -10%) Giám sát năng lượng Điều khiển, giám sát: Điều khiển: bằng tay/tự động, theo nhiều mức cài đặt trong ngày Bảo vệ: quá tải, bể/xì ống, cạn nước.
Tăng/giảm áp „mịn„ chống sốc Khóa chéo tín hiệu: mức nước, van đóng/mở Hiển thị: áp lực, dòng điện. Báo cáo: chạy dừng, cảnh báo. Các tín năng khác: Thống kê điện năng tiêu thụ Điều khiển phối hợp nhiều bơm Giám sát điều khiển từ xa qua mạng GPRS/3G Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 15 GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI Hình 1.2 Hệ thống cung cấp nước có giám sát quá trình làm việc b.
Các phƣơng thức điều khiển vận hành: Cấp vận hành : Là cấp độ để các kỹ sư, công nhân vận hành, theo dõi hoạt động của thiết bị, các thông số theo quy trình công nghệ đặt ra. Cấp điều khiển (Tại phòng điều khiển): Là cấp độ các kỹ sư điều khiển tự động sẽ giám sát, điều khiển các thông số, tình trạng của các thiết bị và toàn bộ hệ thống hoạt động theo quy trình đã đặt ra bằng thao tác, theo dõi trên bảng thông số, màn hình hiển thị và điều khiển qua giao diện phần mềm (HMI-Human Machine Interface) hay bàn điều khiển (Operator Panel). Cấp giám sát, quản lý: Có 2 hình thức tương đương nhau: + Giám sát tại nhà máy (Tại nhà vận hành):Nhà quản lý sẽ theo dõi các thông số, tình trạng thiết bị và toàn bộ hoạt động bơm cấp nước theo yêu cầu qua giao diện máy tính được kết nối trực tiếp với phòng điều khiển qua đó có thể nắm được tình hình bơm cấp nước,truyền tải,… Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 16 GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI + Giám sát từ xa (Tại trung tâm): Tại trung tâm nhà quản lý tại đây có thể theo dõi, giám sát mọi họat động của nhà máy thông qua máy tính được kết nối từ xa qua mạng.
Từ đó có kế hoạch điều khiển bơm cấp nước hợp lý 1.2 Phƣơng án đo tham số và truyền dữ liệu về trung tâm điều hành. Phƣơng án đo tham số: Ngoài thị trường có các thiết bị đo sau: Các loại thiết bị đo lường trong công nghiệp của Siemens bao gồm thiết bị đo áp suất, thiết bị đo nhiệt độ, thiết bị đo lưu lượng, thiết bị đo mức, thiết bị cân động… - Thiết bị đo áp suất Giới thiệu Trong mọi điều kiện xử lí và môi trường làm việc, Siemens đều có các sản phẩm đo áp suất tương thí với độ chính xác cao, dãy đo tùy chọn rộng và đặc biệt có nhiều dòng sản phẩm để tương thích với các ứng dụng khác nhau. Siemens có các dòng thiết bị đo áp suất như sau: Thiết bị Mô tả chung Cảm biến áp suất Với thiết kế nhỏ gọn, toàn thân cảm biến bằng thép không rỉ 316, độ chính xác cao 0.25%, nhiều dãy đo tự chọn theo ứng dụng, tín hiệu ra 4-20 mA hoặc 0-10 tuyến tính với dãy đo (cố đị không hiệu chỉnh được dãy đối với Z và hiệu chỉnh đư đối với ZD), dòng Sitran P& ZD có thể ứng dụng rộ rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau.3 Cảm biến áp suất Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 17 GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI MPS là thiết bị đo mức t chìm, nó được ứng dụ trong đo mức của các bồn bể chứa hay các giếng ngầ chứa các chất lỏng ăn m hoặc không ăn mòn.4 Thiết bị đo mức t chìm - Thiết bị đo lưu lượng Giới Thiệu Siemens cung cấp nhiều dòng thiết bị đo lưu lượng theo các nguyên lý đo khác nhau.
Thiết bị đo lưu lượng dùng nguyên lý điện từ ứng dụng cho các chất lỏng có độ dẫn điện lớn hơn 0. Thiết bị đo lưu lượng bằng nguyên lý sóng siêu âm. Thiết bị đo lưu lượng dùng nguyên lý Coriolis. Ngoài ra còn có các dòng thiết bị đo lưu lượng bằng nguyên lý chênh lệch áp suất và các đồng hồ đo lưu lượng dạng cơ.5 Thiết bị đo lưu lượng Các thiết bị đo lưu lượng bằng nguyên lý điện từ của hãng Siemens bao Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 18 GVHD: TS.
NGUYỄN THANH HẢI gồm hai phần chính là cảm biến (sensor) và bộ chuyển đổi tín hiệu (Transmitter). Phần cảm biến bao gồm các dòng sản phẩm sau: Mag 5100W, Mag 3100W, Mag 3100, Mag 1100, Mag 1100F, Sensor 911/E, Mag 8000. Bộ chuyển đổi tín hiệu bao gồm các dòng sản phẩm sau: Mag 5000, Mag 6000, Mag 6000I, Transmag 2. Các bộ chuyển đổi tín hiệu Hình 1.6 Các bộ chuyển đổi tín hiệu SITRANS F MAG 5000 Mag 5000 là bộ chuyển đổi tín hiệu dùng cho các dòng cảm biến đo lưu lượng Mag 1100, Mag 1100F, Mag 5100W, Mag 3100W, và Mag 3100.
Bộ chuyển đổi tín hiệu này có độ chính xác cao 0.5% và giá rẻ, nó dùng kèm với các cảm biến lưu lượng trong các ứng dụng thông thường và không yêu cầu chức năng định mẻ (Batching controller) + Độ chính xác 0. + Không có chức năng định mẻ (Batching controller). + Hiển thị lưu lượng tức thời và lưu lượng tổng, có Hình 1.7 Bộ chuyển đổi tín thể hiển thị lưu lượng tổng theo chiều thuận, hiệu dùng cho các dòng ngược của dòng chảy và lưu lượng tuyệt đối. Có cảm biến đo lưu lượng thể tuỳ chọn không có màn hình hiển thị.
+ Tín hiệu ra: Một tín hiệu ra tương tự 4-20 mA, một tín hiệu ra xung, một tín hiệu ra Relay. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 19 GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI + Nguồn cung cấp: Có thể chọn DC 11…30V, AC 11 … 24V hoặc AC 115…300V + Cảm biến tương thích: Mag 5100W, Mag 3100, Mag 3100W, Mag 1100, Mag 1100F. Mag 5000 có thể lắp trực tiếp (compact) hoặc lắp từ xa với Sensor ở mọi kích cỡ.
+ Chuẩn truyền thông có thể chọn Hart Các dòng cảm biến đo lƣu lƣợng điện từ Hình 1.8 Các dòng cảm biến đo lưu lượng điện từ SITRANS F Mag 5100W Mag 5100 W là dòng sản phẩm được Siemens chế tạo chủ yếu cho các ứng dụng đo lưu lượng của nước và nước thải, hoặc các chất lỏng dẫn điện không ăn mòn như nước mía, nước trái cây không yêu cầu kiểu lắp đặt theo chuẩn vệ sinh với nhiệt độ cho phép của chất lỏng cần đo lên tới 70 độ C.8 Bộ đo lưu lượng của nước và nước thải của Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 20 GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI Siemens - Thiết bị đo mức Siemens-Milltronics cung cấp nhiều loại thiết bị đo mức, báo mức dùng các nguyên lý siêu âm, Radar, điện dung, áp lực tĩnh. Dùng cho chất lỏng, chất rắn dạng hạt, bột, dạng hồ bột, huyền phù. Radar Level Measurement IQ Radar 160 và SITRANS LR:Dùng được trong môi trường khắc nghiệt, nhiệt độ, áp suất cao, tiếng ồn , bụi , hơi nước.
- Đo mức bằng nguyên lý sóng siêu âm Giới thiệu Thiết bị đo mức bằng siêu âm của Siemens có thể phân làm hai loại chính: Loại đầu phát nhận siêu âm và bộ chuyển đổi được gắn chung (The Probe) và loại gắn rời. Loại Compact Dãy đo 6m hoặc 12m, 4-20 mA Hart, hai dây nguồn cung cấp Sitrans Probe LU 24 VDC.9 Thiết bị đo mức bằng nguyên lý sóng siêu âm Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 21 GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI Loại Remote Các bộ hiển thị và điều khiển (Ultrasonic Level Controller) Hình 1.10 Các bộ hiển thị và điều khiển (Ultrasonic Level Controller) Các đầu phát và nhận sóng siêu âm (Ultrasonic Level Transducer) Hình 1.11 Các đầu phát và nhận sóng siêu âm (Ultrasonic Level Transducer) Đo mức bằng nguyên lý sóng điện từ_ Radar Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Nguyễn Thị Tố Nga 22 GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI Hình 1.