CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Phương pháp đo áp suất trên đường ống 1.1 Các phương pháp đo áp suất Áp suất là một đại lượng vật lý, thể hiện lực tác dụng vuông góc xuống 1 diện tích bề mặt tiếp xúc. Đơn vị của áp suất ký hiệu là N/m2, đọc là Newton trên mét vuông. Ký hiệu của áp suất là P (Pascal).
Hiện nay có hai cách đo áp suất được sử dụng rộng rãi là đo bằng cảm biến đo áp suất và đồng hồ đo áp suất. Cả hai cách đều nhằm mục đích đo tín hiệu áp suất. Thế nhưng hai cách đo lại có một vài điểm khác nhau, đặc biệt là cách xử lý tín hiệu. Đo bằng cảm biến áp suất Ta cần sử dụng một loại cảm biến để đo áp suất.
Để đo ta cần cấp nguồn điện cho thiết bị. Tín hiệu áp suất ở ngõ ra là tín hiệu 4-20mA. Tín hiệu này được đấu nối trực tiếp với bộ hiển thị hay lập trình trên PLC. Nguyên lý hoạt động của phương pháp đo áp suất bằng cảm biến là sử dụng lực căng bề mặt.
Cảm biến áp suất được thiết kế bên trong có 1 màng bằng sứ. Màng bằng sứ này có nhiệm vụ làm thay đổi bề mặt màng cảm biến mỗi khi áp lực tác động lên bề mặt. Dựa vào độ biến dạng mà ta có thể đo được áp suất. Ưu điểm - Sử dụng phổ biến để đo áp suất, dễ mua trên thị trường.
- Tín hiệu đo được có thể xử lý hoặc lập trình thông qua việc đưa về PLC hoặc - bộ điều khiển giám sát liên tục. - Có khả năng chịu quá áp - Giá thành phải chăng 7 Nhược điểm - Cần nguồn nuôi cảm biến hoạt động. - Không có màn hình hiển thị. Đo bằng đồng hồ áp suất Đây là phương pháp đo áp suất bằng cơ.
Ta chỉ cần gắn đồng hồ áp suất vào vị trí cần đo. Sau đó ta quan sát tín hiệu được hiển thị trên mặt đồng hồ. Đồng hồ đo áp suất hoạt động dựa theo nguyên lý giãn nở của ống bourdon. Áp suất được đưa vào phần ống bourdon.
Dưới tác động của áp suất ống bourdon sẽ giãn nở. Độ giãn nở của ống bourdon sẽ có ảnh hưởng đến bộ phần truyền động. Khiến kim di chuyển trên mặt đồng hồ. Khi đó, ta có thể đọc được giá trị áp suất trên mặt đồng hồ.
Ưu điểm - Được sử dụng để đo áp suất tại chỗ - Cách lắp đặt không quá phức tạp - Màn hình hiển thị cụ thể, rõ ràng. Nhược điểm - Tín hiệu không thể xử lý với loại màn hình hiển thị dạng kim. - Giá thành khá cao. Vị trí, vai trò, ứng dụng của phương pháp đo áp suất Phương pháp đo và điều khiển các thông số vật lý đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành và giám sát hệ thống công nghiệp.
Trong đó, áp suất là một thông số quan trọng cần được giám sát và điều chỉnh nhằm đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của hệ thống. Vị trí đặt hệ thống ổn định và giám sát áp suất nước trong đường ống. 8 Hệ thống điều khiển áp suất nước trong đường ống thường được đặt tại các vị trí quan trọng trong hệ thống cấp nước nhằm đảm bảo áp suất luôn ổn định, giúp phân phối nước hiệu quả và bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng. Ứng dụng của hệ thống Trạm bơm nước sạch: Kiểm soát áp suất đầu ra của máy bơm để đảm bảo cung cấp nước ổn định cho hệ thống phân phối.
Nhà máy cấp nước: Giám sát và điều chỉnh áp suất trong đường ống chính để phân phối nước đến các khu vực dân cư và công nghiệp. Trạm trung gian trong mạng lưới cấp nước: Ổn định áp suất tại các điểm quan trọng để tránh mất áp hoặc quá áp khi nước được vận chuyển qua khoảng cách xa. Hệ thống cấp nước cho tòa nhà cao tầng: Đảm bảo áp suất đủ mạnh để nước có thể đến được các tầng cao mà không làm vỡ đường ống. Hệ thống tưới tiêu nông nghiệp: Kiểm soát áp suất nước để tối ưu hóa việc tưới tiêu và tránh lãng phí nước.
Nhà máy xử lý nước thải: Điều chỉnh áp suất trong các bể chứa, bơm và đường ống để đảm bảo quá trình xử lý nước diễn ra hiệu quả. Vai trò của hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển áp suất trong đường ống đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống cấp nước. Các vai trò chính bao gồm: Duy trì áp suất ổn định: Giúp tránh tình trạng áp suất quá cao gây hư hỏng thiết bị hoặc áp suất quá thấp làm giảm hiệu suất vận hành. Tăng cường tuổi thọ thiết bị: Giảm thiểu hao mòn của bơm, van và đường ống do biến động áp suất lớn.
Nâng cao hiệu quả năng lượng: Giúp tối ưu hóa tốc độ bơm, giảm tiêu thụ 9 điện năng và chi phí vận hành. Cảnh báo kịp thời sự cố: Hệ thống có khả năng phát hiện nhanh chóng các sai lệch áp suất và kích hoạt cảnh báo để người vận hành can thiệp kịp thời. Tự động hóa quy trình vận hành: PLC Siemens S7-1200 giúp hệ thống vận hành tự động, giảm sự phụ thuộc vào thao tác thủ công. Cải thiện chất lượng dịch vụ: Trong hệ thống cấp nước đô thị hoặc công nghiệp, áp suất ổn định giúp cung cấp nước liên tục, tránh gián đoạn do sụt áp.
Giới thiệu về thiết bị điều khiển 1.1 Khái niệm Bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller, viết tắt: PLC) là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế.
PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo.2 Cấu tạo chung của PLC Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính sau: Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài– EPROM. Bộ xử lý trung tâm CPU. Module Input/Output.
Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O. Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác: Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương 10 trình và giám sát chương trình. Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU. Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT… 1.3 Xử lý tín hiệu analog trong PLC Khi làm việc với PLC, có 2 loại tín hiệu cần quan tâm: tín hiệu số (Digital) và tín hiệu tương tự (Analog).
Tín hiệu số thì khá đơn giản, bản chất của tín hiệu số là chỉ có 2 trạng thái logic 0 và 1 tương ứng với mức điện áp logic của PLC (ví dụ mức điện áp 0 V ứng với mức logic 0, mức điện áp 24V ứng với mức logic 1). Tín hiệu tương tự có một dải giá trị chứ không phải chỉ có 2 giá trị như tín hiệu số. Tín hiệu tương tự sử dụng với PLC có 2 dạng: điện áp và dòng điện. Tín hiệu kiểu điện áp có thể là: 0 ~ 10V,-5V ~ 5V,… Tín hiệu dòng điện có thể là 0 ~20mA,4~20mA, … PLC là một thiết bị điện tử, hoạt động trên nguyên lý nhị phân, chỉ xử lý được các tín hiệu ở dạng 0/1.
Nhưng khi ghép nhiều bit vào với nhau, giá trị số lưu trữ được (dạng nhị phân) sẽ tăng lên. Do đó cần phải có những module biến đổi tín hiệu tương tự thành những giá trị số chứa trong một chuỗi bit giúp cho PLC hiểu được. Để đọc, ghi được các tín hiệu tương tự này, PLC có các Module Analog đầu vào (Analog Input) và Analog đầu ra (Analog Output). a) Xử lý tín hiệu Analog đầu vào trong PLC Đo một đại lượng thực tế cần đo đếm (nhiệt độ, áp suất, mức,…) bằng thiết bị đo tương ứng.
Thiết bị đo này chuyển giá trị đại lượng đo thành tín hiệu đầu ra dạng tương tự. Tín hiệu tương tự này được đưa vào module Analog Input của PLC để biến đổi thành giá trị số. Tuy nhiên người lập trình không thể sử dụng giá trị số này mà phải quy đổi tín hiệu số này về khung giá trị của đại lượng cần đo, từ đó mang giá trị này đi xử lý trong logic điều khiển (so sánh, tính toán,…). 11 b) Xử lý tín hiệu Analog đầu ra trong PLC Đại lượng cần điều khiển (tần số động cơ, độ mở van tuyến tính,…) được điều khiển bằng thiết bị điều khiển trực tiếp (biến tần, mạch điều khiển van).
Thiết bị điều khiển này nhận tín hiệu tương tự xuất ra từ PLC (từ module Analog Output). Tuy nhiên module này chỉ hiểu được các giá trị số, không thể nhập trực tiếp giá trị 50Hz hay 10V vào được. Người lập trình sẽ phải quy đổi giá trị đặt tương ứng thành giá trị số theo dải biến đổi của module.4 Tìm hiểu PLC S7 -1200 a) Tổng quan Bộ điều khiển tích hợp, phù hợp cho các ứng dụng từ thấp đến trung bình: - Tất cả thu gọn trong một bộ xử lý, tiết kiệm không gian và năng lượng. - Kết nối thời gian thực với chuẩn giao tiếp Profinet.
- Các CPU có thể được sử dụng trong chế độ độc lập hay kết nối thành một mạng lưới nhất định. - Cài đặt, lập trình và vận hành cực kì đơn giản. - Tích hợp web-server với trang web tiêu chuẩn dễ dàng cho người sử dụng. - Có khả năng ghi dữ liệu để lưu trữ khi chạy chương trình.
- Tích hợp các chức năng mạnh mẽ như đếm, đo, điều khiển vòng kín, điều khiển chuyển động. - Có các đầu vào/ra tín hiệu số và tín hiệu tương tự. - Khả năng mở rộng linh hoạt: + Signal board gắn trực tiếp lên CPU. + Những signal module kết nối với CPU để mở rộng I/O.
+ Phụ kiện như nguồn cấp CPU, module chuyển đổi, thẻ nhớ simatic.(3) b) Các thành phần cơ bản 12 - 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau: Điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng. - 2 mạch tương tự và số mở rộng.
