Đặt vấn đề Tự động hoá là ngành công nghệ mà con người trong thời đại hiện nay đang hướng tới nhằm giảm bớt sức lao động chân tay trong các hoạt động sản xuất cũng như trong sinh hoạt hàng ngày. Điều khiển tự động và tự động hóa là một trong những phương hướng phát triển chủ yếu của công nghiệp sản xuất. Tự động hoá và điều khiển tự động cho phép sử dụng tối đa các tiềm năng sẵn có, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao đối với các trang thiết bị hiện đại. Việc ứng dụng thành công các thành tựu của lý thuyết điều khiển tối ưu, công nghệ thông tin, công nghệ máy tính, công nghệ điện - điện tử và các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác trong những năm ngần đây đã dẫn đến sự ra đời và phát triển thiết bị điều khiển lập trình PLC.
Công nghệ tự động giám sát và điều khiển mức chất lỏng cũng được nhiều công ty, xí nghiệp cũng như các nhà máy ứng dụng nhằm thay thế việc giám sát và điều khiển mức chất lỏng bằng phương pháp thủ công, công nghệ tự động giám sát mức chất lỏng đảm bảo việc kiểm soát, điều khiển lưu lượng chất lỏng sử dụng, bơm, xả chất lỏng một cách tin cậy mà không cần sự kiểm tra trực tiếp của con người. Công nghệ này được ứng dụng nhiều trong việc xứ lý nước thải, lọc hoá dầu, nhà máy nước,nhà máy thuỷ điện, hệ thống làm mát nhiệt điện, hệ thống làm mát điện hạt nhân, các bể nước, tháp nước tự động… 1. Ứng dụng thực tế 1. Khái quát chung Vấn đề quản lý các loại chất lỏng như: Nước, Dầu mỏ, Xăng, Nước thải, làm sao cho hiệu quả đang là vấn đề được nhiều người, nhiều tổ chức quan tâm trong thời đại hiện nay.
Đề tài “Điều khiển và giám sát mức nước” được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực Công Nghiệp, Nông Nghiệp, ở nhiều Công ty, Xí nghiệp và các nhà máy, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực giám sát và quản lý chất lỏng ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Có nhiều phương pháp để giám sát và quản lý chất lỏng, kể đến có phương pháp thủ công và ứng dụng điều khiển tự động, ngày nay phương pháp giám sát và quản lý chất lỏng phần lớn được tự động hoá nhằm giảm bớt sức lao động của con người và đề tài 5 “Điều khiển và giám sát mức nước trong bể chứa bằng PLC‟ cũng được nhiều cá nhân và tổ chức ứng dụng. Một số lĩnh vực ứng dụng công nghệ “Điều khiển và giám sát mức chất lỏng” trong thực tế a. Lĩnh vực sản xuất Điện.
- Nhiệt Điện: Phần lớn việc quản lý và giám sát chất lỏng trong các nhà máy nhiệt điện tập trung vào hệ thống làm mát cho các bình ngưng.1: Hệ thống làm mát bình ngưng trong một nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện đốt than dùng Tuabin ngưng hơi, hệ thống tuần hoàn bình ngưng làm nhiệm vụ rất quan trọng trong chu trình nhiệt. Nó giúp thải một nhiệt lượng rất lớn (khoảng 40 - 45%) lượng nhiệt mà nước nhận được từ lò hơi. Tuy nhiệt lượng phải thải đi là lớn nhưng lại phải diễn ra ở điều kiện nhiệt độ thải nhiệt gần với nhiệt độ môi trường. Chính vì vậy mà hiệu quả thải nhiệt của nó và do đó hiệu quả của chu trình nhà máy nhiệt điện bị phụ thuộc rất mạnh và nhạy cảm vào những yếu tố môi trường và điều kiện truyền nhiệt trong bình ngưng.
Công nghệ quán lý và giám sát mức nước cũng được ứng dụng nhiều trong các hệ thống làm mát ở các nhà máy nhiệt điện 6 - Điện hạt nhân: Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý một nhà máy điện hạt nhân - Thuỷ Điện: Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước, đa số năng lượng thuỷ điện có được từ thế năng của nước tích tại các đập nước làm quay Tuabin nước và máy phát điện. Do việc lấy nước là năng lượng chính trong việc sản xuất điện nên việc điều tiết nước sao cho hợp lý và hiệu quả tuỳ vào thời điểm, lượng tiêu thụ điện, cũng như đảm bảo việc xả nước cho hạ du cần được tự động hoá để đảm bảo tính chính xác, tính hiệu quả và hợp lý. Ở các nhà máy thuỷ điện thường có hệ thống tự động đo và điều chỉnh lưu lượng nước trong hồ, lưu lượng nước chảy vào hệ thống điều khiển Tuabin làm quay máy phát điện. Nhằm đảm bảo tính hiệu quả trong sản xuất, Thuỷ điện cũng có thể áp dụng đề tài “Điều khiển và giám sát mức nước” vào việc sản xuất Điện.Lĩnh vực xử lý nước thải.
Nước thải có mặt ở khắp nơi, đặc biệt các khu công nghiệp, các nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện… Trong nhiều năm trở lại đây việc ứng dụng công nghệ vào công tác xử lý nước thải đã được nhiều cơ quan tổ chức ứng dụng nhằm thực hiện chiến lược bảo vệ môi trường. 7 + Ví dụ về một hệ thống xử lý nước thải : Nước thải có mặt ở khắp nơi, đặc biệt các khu công nghiệp, các nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện… Trong nhiều năm trở lại đây việc ứng dụng công nghệ vào công tác xử lý nước thải đã được nhiều cơ quan tổ chức ứng dụng nhằm thực hiện chiến lược bảo vệ môi trường. + Ví dụ về một hệ thống xử lý nước thải : Hình 1.3: Quy trình công nghệ xử lý nước thải mực in Từ quy trình trên ta thấy được các bể chứa nước thải đều được liên kết với nhau một cách logic và có quan hệ với nhau theo dây chuyền, do vậy nước thải trong các bể chứa phải được giám sát và điều khiển một cách hợp lý nhằm tăng hiệu suất của hệ thống và giảm chi phí vận hành. Hệ thống này cũng có thể ứng dụng đề tài “Điều khiển và giám sát mức nước” c.
Nhà máy sản xuất nước Nhà máy cung cấp nước đô thị: Tại các thành phố thì nước sạch cần phải được cung cấp đầy đủ nhằm đảm bảo một cách đầy đủ nhu cầu sinh hoạt của người dân. 8 Điều chú ý là việc cấp nước phải luôn đáp ứng được nhu cầu sử dụng, lượng nước tiêu thụ là không xác định nên hệ thống cấp nước phải được điều khiển làm sao để áp suất bơm trong đường ống luôn ổn định.4: Cấu trúc hệ thống điều khiển một nhà máy nước Công nghệ “ Điều khiển và giám sát mức nước” cũng có thể áp dụng hiệu quả trong lĩnh vực sản xuất nước sạch. Nhà máy sản xuất nước tinh khiết Hầu hết các nhà máy sản xuất nước tinh khiết cung cấp trên thị trường đều sử dụng công nghệ giám sát mức chất lỏng để điều khiển hệ thống. Nước được bơm từ nguồn đưa qua hệ thống lọc nước gồm: Bồn lọc Lon, bồn lọc cơ học, bồn lọc than, qua khâu khử trùng bằng tia cực tím và đưa đến đầu ra.5: Công nghệ sản xuất nước tinh khiết 9 d.Công nghệ lọc hoá dầu, tháp nước tự động, trạm bơm nước lớn.
Lọc hoá dầu, tháp nước và các trạm bơm nước lớn tự động cũng là các lĩnh vực có thể áp dụng công nghệ “ Điều khiển và giám sát mức nước” để nâng cao hiệu quả sản xuất. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 2. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH Mô hình “Điều khiển mức chất lỏng bằng PLC” Hầu hết sử dụng các thiết bị điện có nguồn cung cấp là xoay chiều một pha (220V). Các thiết bị được sử dụng rộng rãi trong thực tế gồm: - Biến tần INVT - Cảm biến siêu âm - Nguồn 1 chiều : + 24VD - Đông cơ bơm KĐB 3 pha 0.75kW - Van xả chất lỏng, ống nhựa phi 27 - Một bể kính điều khiển kích thước (20x20x25 cm) - Một bể kính cấp nước cho bể điều khiển kích thước (25x25x40cm) Do mô hình được thiết kế để phục vụ công tác giảng dạy nên có kích thước nhỏ hơn thực tế, một số các thiết bị trên mô hình có công suất nhỏ hơn nhiều so với thực tế nên chưa hoàn toàn bám sát thực tế.
CÁC THIẾT BỊ VẬN HÀNH 2. Biến tần là gì? Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều từ tần số này sang dòng điện xoay chiều có tần số khác có thể thay đổi được. Đối với các biến tần dung trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều thì ngoài việc thay đổi tần số thì nó còn có thể thay đổi điện áp ra khác với điện áp cấp vào biến tần. Phân loại biến tần.
Biến tần thường chia làm hai loại: - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp a. Biến tần trực tiếp. Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh nhảy 11 cấp và nhỏ hơn tần số lưới ( f1 < flưới ).
Loại biến tần này hiện nay ít được sử dụng. Biến tần gián tiếp. Để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp. Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp.
Biến tần với chức năng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ cho phép người sử dụng điều chỉnh tốc độ động cơ theo nhu cầu và mục đich sử dụng Chức năng điều khiển tốc độ đông cơ lên tối đa 16 cấp với khả năng kiểm soát thời gia tốc/ giảm tốc, nhiều mức công suất phù hợp với nhiều loại động cơ. Có chức năng bảo vệ quá tải, quá áp, thấp áp, quá dòng, thấp dòng, quá nhiệt động cơ, nối đất… nó giúp người vận hành yên tâm không phải lo lắng về vấn đề mất kiểm soát trong quá trình vận hành Biến tần giúp các dây chuyền hoạt động tối ưu: tiết kiệm điện năng, đồng bộ các thiết bị (động cơ) hoạt động trơn tru, than thiện với người sử dụng và giẩm thiểu chi phí bảo trì – bảo dưỡng. Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có lien quan đến tóc độ động cơ điện. Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ đông cơ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sử ổn định của hệ thống… Ví dụ: máy ép nhựa làm đế giày, cán thếp, hệ thống tự đông pha trộn nguyên liệu,…Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp.
Biến tần LSIC5 Hình 2.