Luận văn: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học E5

Luận văn nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học E5. Phân tích giải pháp tự động hóa và ứng dụng thực tế tại tổng kho.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hương Trầm
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Đăng Thành
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Phối Trộn Xăng Sinh Học E5 Ứng Dụng Trong Các Tổng Kho Xăng Dầu
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển Phối trộn Xăng Sinh học E5

Hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học E5 là giải pháp công nghệ tiên tiến được áp dụng trong các tổng kho xăng dầu hiện đại. Xăng E5 là loại xăng trộn với 5% ethanol sinh học, giúp giảm khí thải và bảo vệ môi trường. Hệ thống điều khiển tự động đảm bảo tỷ lệ phối trộn chính xác, an toàn và hiệu quả. Công nghệ này được phát triển dựa trên nền tảng tự động hóa hiện đại, kết hợp các cảm biến thông minh và bộ điều khiển lập trình PLC. Việc áp dụng hệ thống SCADA cho phép giám sát và quản lý dữ liệu toàn bộ quy trình phối trộn. Đây là bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp năng lượng Việt Nam, đáp ứng xu hướng sử dụng nhiên liệu sạch và bền vững.

1.1. Khái niệm Xăng Sinh học E5

Xăng sinh học E5 là sản phẩm nhiên liệu được trộn từ xăng thông thường với 5% ethanol sinh học. Ethanol được sản xuất từ các nguồn tái sinh như cây cối, không phải từ dầu mỏ. Loại xăng này giúp giảm khí thải CO2, bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Việc sử dụng xăng E5 góp phần giảm phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, đồng thời tạo ra những cơ hội kinh tế mới. Hiện nay, E5 được sử dụng rộng rãi tại các nước phát triển và đang được Việt Nam khuyến khích sử dụng.

1.2. Tầm quan trọng của Tự động hóa trong Phối trộn

Tự động hóa hệ thống phối trộn đảm bảo độ chính xác cao trong việc trộn xăng và ethanol. Hệ thống điều khiển tự động loại bỏ sai sót con người, nâng cao chất lượng sản phẩm và an toàn vận hành. Các cảm biến và van điều khiển hoạt động liên tục, theo dõi lưu lượng và thành phần của từng chất. Việc áp dụng công nghệ PLC và SCADA cho phép quản lý toàn bộ quy trình từ xa, ghi lại dữ liệu chi tiết và phát hiện sự cố kịp thời.

II. Thiết kế Kỹ thuật Hệ thống Điều khiển

Thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn E5 yêu cầu kết hợp nhiều thành phần kỹ thuật phức tạp. Hệ thống bao gồm bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller), các cảm biến đo lưu lượng OVAL, cảm biến nhiệt độ PT100, và van điều khiển điện tử. Mô hình thiết kế theo chuẩn tiêu chuẩn API (American Petroleum Institute) để đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ. Giao tiếp dữ liệu giữa các thiết bị được thực hiện qua giao diện SCADA hiện đại. Quy trình phối trộn bằng phương pháp in-line hoặc sử dụng ống xoắn tĩnh giúp trộn đều các chất. Hệ thống được thiết kế để hoạt động 24/7 với độ tin cậy cao.

2.1. Các Thành phần Chính của Hệ thống

Hệ thống bao gồm bộ điều khiển trung tâm PLC nhận tín hiệu từ các cảm biến lưu lượng OVAL mét. Cảm biến PT100 đo nhiệt độ để kiểm soát chất lượng xăng. Van điều khiển điện tử Smith điều chỉnh lưu lượng ethanol theo yêu cầu. Hệ thống SCADA hiển thị tất cả thông số phối trộn trên màn hình giám sát. Cơ sở dữ liệu lưu trữ toàn bộ log dữ liệu, cảnh bảo và sự kiện. Mỗi thành phần được lựa chọn dựa trên tiêu chuẩn chất lượng quốc tế.

2.2. Phương pháp Phối trộn Tối ưu

Phương pháp phối trộn in-line trực tiếp trên đường ống là giải pháp hiệu quả nhất. Ống xoắn tĩnh (static mixer) được lắp để đảm bảo hòa trộn đều giữa xăng và ethanol. Phương pháp bơm trộn tuần hoàn kín trong bồn được sử dụng như phương pháp dự phòng. Các phương pháp này được kết hợp để tối ưu hiệu suất và chất lượng. Tốc độ dòng chảy, áp suất và nhiệt độ được giám sát liên tục để duy trì tỷ lệ phối trộn chính xác 95% ± 0,5%.

III. Ứng dụng Hệ thống SCADA và Quản lý Dữ liệu

Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là trái tim của quản lý hệ thống phối trộn E5 hiện đại. Nó cho phép giám sát thời gian thực toàn bộ quy trình phối trộn từ bàn điều khiển. Giao diện màn hình hiển thị cung cấp thông tin chi tiết về tốc độ dòng, tỷ lệ trộn, nhiệt độ, áp suất. Lập trình PLC được tối ưu hóa để xử lý dữ liệu nhanh và phản ứng kịp thời với các thay đổi. Quản lý cơ sở dữ liệu lưu trữ tất cả datalog, alarmlog, eventlog để truy xuất, phân tích và báo cáo. Hệ thống tích hợp SAP-ERP cho phép kết nối với hệ thống kế toán và quản lý tồn kho. Các đặc quyền người dùng được phân chia rõ ràng để bảo mật dữ liệu.

3.1. Chức năng Giám sát và Điều khiển

Màn hình SCADA hiển thị các thông số phối trộn chính bao gồm lưu lượng xăng, lưu lượng ethanol, tỷ lệ trộn và nhiệt độ. Người vận hành có thể điều chỉnh các thông số trong thời gian thực từ giao diện người dùng. Hệ thống cảnh báo tự động phát hiện các sự cố bất thường như chênh lệch tỷ lệ, quá nhiệt, áp suất bất thường. Lệnh điều khiển được gửi tức thì tới các van điều khiển để điều chỉnh lưu lượng. Chứng chỉ và báo cáo chất lượng được tự động tạo ra cho mỗi lô sản phẩm.

3.2. Lưu trữ và Phân tích Dữ liệu

Cơ sở dữ liệu của hệ thống ghi lại tất cả thông số hoạt động theo thời gian thực. Datalog lưu trữ các giá trị phối trộn, alarmlog ghi nhận các cảnh báo, eventlog theo dõi các tương tác người dùng. Dữ liệu này được sử dụng để phân tích xu hướng, cải thiện quy trình và đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn. Hệ thống báo cáo tự động tạo các tờ khai, biên bản kiểm tra và chứng chỉ chất lượng. Việc lưu trữ dữ liệu dài hạn hỗ trợ kiểm toán, truy xuất nguồn gốc và cải tiến quản lý.

IV. Yêu cầu An toàn và Hướng phát triển

Hệ thống điều khiển phối trộn E5 phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt theo chuẩn API, NFPA và các quy định quốc tế. An toàn phòng chống cháy nổ là ưu tiên hàng đầu vì xăng là chất dễ cháy. Hệ thống phải được trang bị cánh báo khí và hệ thống chữa cháy tự động. Thiết bị điện phải chống cháy nổ, hoạt động trong môi trường nguy hiểm. Mô phỏng và kiểm định của hệ thống được thực hiện trước khi đưa vào sử dụng. Hướng phát triển tương lai bao gồm tích hợp AI, tối ưu hóa năng lượng, nâng cao độ tự động và mở rộng khả năng quản lý cho các loại nhiên liệu sinh học khác.

4.1. Yêu cầu An toàn và Phòng chống Cháy nổ

Tiêu chuẩn an toàn API quy định tất cả các yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống xăng dầu. Các thiết bị điện phải được phân loại ATEX (chống cháy nổ). Nồng độ khí cháy tại khu vực phải được giám sát liên tục bởi cảm biến khí độc. Hệ thống接地 (grounding) phải được thiết kế đúng để tránh tích điện tĩnh. Đấu nối van, ống và bộ lọc phải chịu áp suất cao và không rò rỉ. Kiểm tra định kỳ và bảo dưỡng phòng ngừa được thực hiện thường xuyên.

4.2. Hướng phát triển và Cải tiến trong Tương lai

Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ dự đoán sự cố trước khi xảy ra. Tối ưu hóa năng lượng sẽ giảm tiêu thụ điện và chi phí vận hành. Tự động hóa cao hơn cho phép vận hành không cần nhân công. Mở rộng cho các loại nhiên liệu sinh học khác như B5 (biodiesel) hoặc methanol. Tích hợp năng lượng tái sinh (điện mặt trời, gió) sẽ giảm carbon footprint. Nghiên cứu thêm về khả năng hòa tan, ổn định hóa học của các hỗn hợp xăng phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI NGUYEN THI HUONG TRAM DE TAI NGIIÊN CỨU THIẾT KẺ HỆ TIỎNG ĐIÊU KHIỂN PHÓI TRỘN XĂNG SINH HỌC E5 UNG DUNG TRONG CAC TONG KHO XĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Điều khiển và tự dộng húa NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. BÙI ĐĂNG THẢNH THà Nội — 2018 LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn: “Nghiên củu, thiết kế hệ thông điều khiển phỗi trộn xăng sinh học (E#) ứng dụng trong các tổng kho xăng dầu” do tôi tự nghiên cứu, thiết kế dưới sự hướng dẫn của thấy giáo I'S. Bui Dang ‘Thanh. Cac nội dung nghiên cứu, kết quả và số liệu lá hoàn toàn đúng với thực tổ, không sao chép nội dung cơ băn từ các dỗ án khác, hay các sản phẩm tương tự.

Để hoàn Hành luận van cao học này, tôi chỉ sử đụng những tải liệu đã được ghi trong phản những tài liệu tham khảo và không sử dụng bất cử một tải liệu nào kháo. Nêu phát hiện có sự sao chép, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2018 Hạc viên thực hiện Nguyễn Thị [ương Trầm LOI CAM DOAN. DANH MUC CAC TU VIET TAT.

DANH MUC CAC BANG. LOI NOI DAU. voll CHUONG 1: GIOT THIEU TONG QUAN.1 Giới thiệu về Tổng kho xăng đầu Dức Giang: ad 1.1 Quy trinh xuất hàng cho xilee tai Tong kho xăng dầu Đức giang 4 1.2 Hệ thống tự déng hoa Kho xing dau Dire Giang, a7 1.2 Giới thiệu chung vé xing sinh hoc ES 9 1.3 Hệ thống phốt trên xăng sinh hoc FS - 14 1.1 Phương pháp bơm trộn tuần hoàn kín trong bổn:. Phối trộn bằng đoạn ống xoắn (static mixer).Phương pháp phối trộn trên đường ống (in-line) 17 1.4 Các yêu cầu đặt ra về hệthống phối trộn.

Yêu cầu đổi với hệ thông đặtra:.Các chỉ tiêu an toàn và phòng chống cháy nổ - 19 CIIVONG 2: PITAN TICII, LUA CIION GIAI PIIAP VA TIDET KE HỆ THỐNG. Phân tích yêu cầu điều khiến của hệ thông.2 Thiết kế hệ thống:.1 Giải pháp hệ thống. Mô hình thiết kế kết nối phần cứng hệ thống TDH điểu khiển phối trộn ES - - 25 2. thiết bị cho hệ thống.1 11 Théng Bé Chura.

26 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Tình hình sản xuất bio-ethanol năm 2012 của một số nước. Các kiểu đữ liệu thường dùng. Số lượng các Iask của 1 số bộ điều khiến 35 Bang 2.

[hồng số kỹ thuật của thiết bị đo lưu. luong OVAL tee AT Bang 3. Bang Datalog ghi log Iai cac théng sé chinh theo thoi gian trong quá trình xuất hảng. Bảng Alarmlog ghi lại các cảnh bảo của.

Báng Bvcntlog ghỉ lại một số sự kiện Lương tác giữa người dùng và phần mềm TDH 71 Hình 2. Các vị tri của 2 oval. Cơ cấu truyền động của 2 bánh răng oval 49 Hình 2. Câu tạo của thiết bị đo lưu luợng sơ TTình 2.

Các màn hình hiển thị 51 Tình 2. Các thiết bị phép nối với oval mettcr. Cam bién PT100 " "— 52 Hình 2. Nguyễn lý hoạt đông của căm biển nhiệt dồ RTD - 53 Hinh 2.

Van dién Smith meter. Cấu tạo của van điện 55 Hình 3. Đ thị hoạt đông của van diện 56 Hình 3. So dé cfu tric hé théng SCADA.

Lưu đồ mô tả tương tác giữa người đùng bộ Aocuload và phẫn mềm Ncada. Mô tả hết nổi hệ thống TDH và SAP-ERP. M@ la quy trinh xt ly thang tin - 66 Hình 3. Các thiết bị tại hệ thông, phối trên xăng H5.

Mân hình SCADA hiển thị các thông số phối trộn. Các thông số phối trộn được lưu lại trong cở sở đữ liệu.8 Các filelog cảnh bảo. Modul phân quyền người sử đụng 82 Tình 3. Modul kết nỗi với các phần mềm ứng đụng.

- 83 DANH MUC CAC TU VIET TAT TT | Tie viét tat Tén day da 1 | SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 3 |TLC Programmable Logic Control 3 |Acculoadill | Bộ điểu khiển xuất hàng 4. |PC Personal Computer S |FCS Field Control Station 6 | BCU Bath Cotronller 7 | APL American Petroleum Institute 8 | FCS Field Control Station 9 |RTD Resislance Temperalure Detectors 10 |8 Sensor 3.5 Ưu, nhược điểm của hệ thông SGADA.2 Lập trình PLC giảm sát (SCADA) và quản lý dữ liệu của hệ thống pl trộn BS.1 Hệ thống thiết bị phốt trên xăng B5 tại dân xuất - 78 3.2 Màn hình giảm sát và quân lý lưu trữ thông số phối trộn. Các kết quả đạt được - - - 84 2. Các hạn chế khi thực hiện 84 3.

Hướng phát triển của đễ tải 85 TÀI LIỆU THÁM KHẢO. LỜI NÓI ĐÀU Ngày nay, củng hoả nhập với chủ trương công nghiệp hoá hiện đại hoá thì ngành công nghiệp năng lượng đóng vai trò chủ đạo trong chiến lược phát triển kinh tế của cả nước là một nhân tỏ tối quan trọng, cỏ khả năng duy trì, là động lực dé phát triển sản xuất. Trong đó, xăng dầu là nguôn năng lượng không thẻ thiêu trong, các hoạt động sản xuất, giao thông vận tải, góp phân to lớn vào sự phát triển của niên kinh tế quốc dân. Đặc biệt, cùng với sự hội nhập kinh tẻ thể giới với Việt Nam là một nước đang phát triên thì lĩnh vực vận tải, công nghiệp, các khu chè xuất phát triển mạnh, đời sóng nhân dân ngày cảng cao do đó đã kẻo theo nhu câu sử dụng năng lượng tăng.

Trước nhu câu sử dụng năng lượng ngày cảng tăng mà nguồn năng lượng hoa thạch ngảy cảng cạn kiệt và xu hướng đang chuyên địch dàn sang sử dung nhiên liệu sạch, trong đó ưu tiên cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường. Hiện nay trong các nguồn năng lượng thay thẻ thi năng lượng sinh học được lựa chọn sử dụng đề thay thế một phân nhiên liệu khoảng thạch. Nhà nước, chính phủ Việt Nam đã có phương án lộ trình thay thể vả chuyển toàn bộ xăng khoáng. RON 92 sang sử dụng xăng sinh học E5 bắt đầu tử 1/1/2018 Củng với sự phát triển thi diéu khién, tu động hoả là một lĩnh vực đã hình thành và phát triển rộng lớn trên phạm vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm có chất lượng vả độ phức tap cao phục vụ nhu câu thiết yêu trong cuộc sóng.

Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được quan tâm và đâu tư rất lớn, củng với các lĩnh vực công nghiệp chuyên dịch nên kinh tế theo định hưởng công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước. Không ngoài mục đích đó, việc ứng dụng tự động hóa vào việc khai thác, quản lỷ xuất nhập xăng dầu là rất cản thiết. Vì vậy, đẻ tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học (EŠ) ứng dụng trong các tổng kho xăng dầu” sẽ giúp tạo ra sản phầm dam bao đúng yêu cầu tiêu chuẩn. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.

Tình hình sản xuất bio-ethanol năm 2012 của một số nước. Các kiểu đữ liệu thường dùng. Số lượng các Iask của 1 số bộ điều khiến 35 Bang 2. [hồng số kỹ thuật của thiết bị đo lưu.

luong OVAL tee AT Bang 3. Bang Datalog ghi log Iai cac théng sé chinh theo thoi gian trong quá trình xuất hảng. Bảng Alarmlog ghi lại các cảnh bảo của. Báng Bvcntlog ghỉ lại một số sự kiện Lương tác giữa người dùng và phần mềm TDH 71 LỜI NÓI ĐÀU Ngày nay, củng hoả nhập với chủ trương công nghiệp hoá hiện đại hoá thì ngành công nghiệp năng lượng đóng vai trò chủ đạo trong chiến lược phát triển kinh tế của cả nước là một nhân tỏ tối quan trọng, cỏ khả năng duy trì, là động lực dé phát triển sản xuất.

Trong đó, xăng dầu là nguôn năng lượng không thẻ thiêu trong, các hoạt động sản xuất, giao thông vận tải, góp phân to lớn vào sự phát triển của niên kinh tế quốc dân. Đặc biệt, cùng với sự hội nhập kinh tẻ thể giới với Việt Nam là một nước đang phát triên thì lĩnh vực vận tải, công nghiệp, các khu chè xuất phát triển mạnh, đời sóng nhân dân ngày cảng cao do đó đã kẻo theo nhu câu sử dụng năng lượng tăng. Trước nhu câu sử dụng năng lượng ngày cảng tăng mà nguồn năng lượng hoa thạch ngảy cảng cạn kiệt và xu hướng đang chuyên địch dàn sang sử dung nhiên liệu sạch, trong đó ưu tiên cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường. Hiện nay trong các nguồn năng lượng thay thẻ thi năng lượng sinh học được lựa chọn sử dụng đề thay thế một phân nhiên liệu khoảng thạch.

Nhà nước, chính phủ Việt Nam đã có phương án lộ trình thay thể vả chuyển toàn bộ xăng khoáng. RON 92 sang sử dụng xăng sinh học E5 bắt đầu tử 1/1/2018 Củng với sự phát triển thi diéu khién, tu động hoả là một lĩnh vực đã hình thành và phát triển rộng lớn trên phạm vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm có chất lượng vả độ phức tap cao phục vụ nhu câu thiết yêu trong cuộc sóng. Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được quan tâm và đâu tư rất lớn, củng với các lĩnh vực công nghiệp chuyên dịch nên kinh tế theo định hưởng công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước. Không ngoài mục đích đó, việc ứng dụng tự động hóa vào việc khai thác, quản lỷ xuất nhập xăng dầu là rất cản thiết.

Vì vậy, đẻ tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học (EŠ) ứng dụng trong các tổng kho xăng dầu” sẽ giúp tạo ra sản phầm dam bao đúng yêu cầu tiêu chuẩn.2 Hệ thống sử dụng PLC 3LC 5000 của hãng Allen-Bradley.3Thiết bị diều khiển Accuload Net IIL 36 2.1 Cấu tạo và tính năng:.3 Thông số kỹ thuật.2 ‘Thang số kỹ thuật.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm bánh răng:.5 Thiết bị do lưu lượng 46 2.1 Các đặc điểm riêng, 2. Thông số kỹ thuật. Cấu tạo của thiết bị đo.5 Các thiết bị kết nổi với Oval metter.6 Căm biển đo nhiệt độ - - Sl 2.1 Cảm biến nhiệt độ RTD PT100. Thông số kỹ thuật.3 Nguyễn lý hoạt động và cầu tạo.

Khoi ding va ving diều chính của van. - 57 CHƯƠNG 3: THIET KE PHAM MEM VA KET QUA 59 3.1 Khái niệm chung .2 Sơ đỗ cấu trúc của hệ thẳng SCADA.3 Chức nãng cia hé thing SCADA, „0 3. Dặc điểm của hệ thống SCADA.5 Ưu, nhược điểm của hệ thông SGADA.2 Lập trình PLC giảm sát (SCADA) và quản lý dữ liệu của hệ thống pl trộn BS.1 Hệ thống thiết bị phốt trên xăng B5 tại dân xuất - 78 3.2 Màn hình giảm sát và quân lý lưu trữ thông số phối trộn. Các kết quả đạt được - - - 84 2.