Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển và Giám Sát Mức Nước, Áp Suất Nồi Hơi

Tìm hiểu về thiết kế hệ thống điều khiển nồi hơi, giám sát mức nước và áp suất. Ứng dụng PLC S7-300 và WinCC trong tự động hóa công nghiệp.

• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Đo Lường Và Điều Khiển
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Và Giám Sát Mức Nước Và Áp Suất Của Một Nồi Hơi
• Loại tài liệu: Đồ Án Chuyên Môn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống Điều Khiển Nồi Hơi Mức Nước Áp Suất

Nồi hơi đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất điện đến chế biến thực phẩm. Việc điều khiển chính xác mức nước và áp suất bên trong nồi hơi là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động an toàn, hiệu quả và ổn định. Hệ thống điều khiển nồi hơi không chỉ giúp duy trì các thông số vận hành trong phạm vi cho phép mà còn giúp ngăn ngừa các sự cố tiềm ẩn, bảo vệ thiết bị và con người. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về các khía cạnh quan trọng của thiết kế hệ thống điều khiển nồi hơi, tập trung vào việc giám sát và điều khiển mức nước và áp suất. Theo tài liệu gốc, 'Ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giám sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế cao'. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của tự động hóa trong việc nâng cao hiệu quả và an toàn của các hệ thống công nghiệp, bao gồm cả nồi hơi. Để đạt được mục tiêu này, cần có sự kết hợp giữa các cảm biến chính xác, bộ điều khiển thông minh và các cơ cấu chấp hành đáng tin cậy. Hệ thống điều khiển hiện đại thường sử dụng các bộ điều khiển logic khả trình (PLC) để xử lý dữ liệu và đưa ra các quyết định điều khiển. Bên cạnh đó, giao diện người máy (HMI) cho phép người vận hành giám sát trạng thái của nồi hơi và thực hiện các điều chỉnh cần thiết. Việc thiết kế hệ thống điều khiển nồi hơi đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của nồi hơi, các yêu cầu an toàn và các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan. Ngoài ra, cần phải lựa chọn các thiết bị phù hợp và xây dựng các thuật toán điều khiển tối ưu để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả trong mọi điều kiện vận hành. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một hệ thống điều khiển nồi hơi đáng tin cậy, an toàn và dễ sử dụng, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí vận hành.

1.1. Tầm quan trọng của Điều Khiển Mức Nước Nồi Hơi

Mức nước trong nồi hơi cần được duy trì ở mức ổn định để đảm bảo quá trình sinh hơi diễn ra liên tục và an toàn. Mức nước quá thấp có thể gây quá nhiệt và hư hỏng các bộ phận của nồi hơi, thậm chí gây nổ. Ngược lại, mức nước quá cao có thể làm giảm hiệu suất sinh hơi và gây ra hiện tượng cuốn theo hơi nước, gây hại cho các thiết bị sử dụng hơi. Do đó, việc điều khiển mức nước một cách chính xác là rất quan trọng. Các phương pháp đo mức nước phổ biến bao gồm sử dụng ống thủy, cảm biến áp suất vi sai, cảm biến điện dung và cảm biến siêu âm. Tín hiệu từ các cảm biến này được đưa về PLC để xử lý và điều khiển van cấp nước. Hệ thống điều khiển thường sử dụng các thuật toán PID để duy trì mức nước ở giá trị đặt. Ngoài ra, cần có các hệ thống cảnh báo và bảo vệ để ngăn chặn các tình huống nguy hiểm khi mức nước vượt quá giới hạn cho phép. Theo tài liệu, 'Khi mức nước vượt quá 2,5m thì đèn HAL sáng báo hiệu nước ở mức cao van M đóng lại, ngừng cấp nước cho nồi hơi', đây là một ví dụ về biện pháp bảo vệ khi mức nước vượt quá giới hạn trên.

1.2. Tầm quan trọng của Điều Khiển Áp Suất Nồi Hơi

Áp suất trong nồi hơi cần được duy trì ở mức phù hợp với yêu cầu của quá trình sử dụng hơi. Áp suất quá thấp có thể làm giảm hiệu suất của các thiết bị sử dụng hơi. Ngược lại, áp suất quá cao có thể gây quá tải cho nồi hơi và các thiết bị liên quan, thậm chí gây nổ. Việc điều khiển áp suất một cách chính xác là rất quan trọng. Các phương pháp đo áp suất phổ biến bao gồm sử dụng cảm biến áp suất điện tử và cảm biến áp suất cơ học. Tín hiệu từ các cảm biến này được đưa về PLC để xử lý và điều khiển van điều áp hoặc hệ thống đốt. Hệ thống điều khiển thường sử dụng các thuật toán PID để duy trì áp suất ở giá trị đặt. Ngoài ra, cần có các van an toàn để xả hơi khi áp suất vượt quá giới hạn cho phép. Theo tài liệu, 'Áp suất trong nồi tăng dần cho đến khi áp suất trong nồi hơi lớn hơn 25bar thì đèn HAP sáng cảnh báo áp suất cao', đây là một ví dụ về biện pháp cảnh báo khi áp suất vượt quá giới hạn.

II. Thách Thức Trong Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Nồi Hơi

Việc thiết kế hệ thống điều khiển nồi hơi không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Có nhiều yếu tố cần được xem xét để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, hiệu quả và ổn định. Một trong những thách thức lớn nhất là sự thay đổi liên tục của tải tiêu thụ hơi, đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng thích ứng nhanh chóng và chính xác. Ngoài ra, các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và áp suất khí quyển cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của nồi hơi. Theo tài liệu, 'Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn.', thể hiện sự phát triển không ngừng của kỹ thuật và công nghệ đòi hỏi các kỹ sư phải luôn cập nhật kiến thức và kỹ năng để đáp ứng những yêu cầu mới. Một thách thức khác là việc lựa chọn các thiết bị phù hợp với điều kiện vận hành của nồi hơi. Các cảm biến, bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành phải có độ chính xác cao, độ tin cậy cao và khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt. Cuối cùng, việc xây dựng các thuật toán điều khiển tối ưu đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của nồi hơi và các kỹ thuật điều khiển hiện đại. Cần phải xem xét các yếu tố như thời gian đáp ứng, độ ổn định và độ chính xác để đảm bảo hệ thống hoạt động tốt nhất.

2.1. Ảnh hưởng của Thay Đổi Tải Đến Điều Khiển Nồi Hơi

Sự thay đổi tải tiêu thụ hơi có thể gây ra những biến động lớn về mức nước và áp suất trong nồi hơi. Khi tải tăng đột ngột, áp suất có thể giảm nhanh chóng và mức nước có thể hạ xuống dưới mức an toàn. Ngược lại, khi tải giảm đột ngột, áp suất có thể tăng quá cao và mức nước có thể dâng lên quá mức cho phép. Để đối phó với những thay đổi này, hệ thống điều khiển phải có khả năng phản ứng nhanh chóng và chính xác. Các thuật toán điều khiển PID thường được sử dụng để điều chỉnh van cấp nước và van điều áp để duy trì các thông số vận hành trong phạm vi cho phép. Tuy nhiên, việc điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển PID có thể là một thách thức, đặc biệt là khi hệ thống có tính phi tuyến hoặc có thời gian trễ lớn.

2.2. Vấn Đề Độ Trễ trong Hệ Thống Điều Khiển Nồi Hơi

Độ trễ là một vấn đề thường gặp trong các hệ thống điều khiển nồi hơi. Độ trễ có thể do nhiều nguyên nhân gây ra, chẳng hạn như thời gian vận chuyển của hơi nước, thời gian phản hồi của các cảm biến và thời gian tác động của các cơ cấu chấp hành. Độ trễ có thể làm giảm độ ổn định và độ chính xác của hệ thống điều khiển. Để giảm thiểu ảnh hưởng của độ trễ, cần phải sử dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến, chẳng hạn như điều khiển dự đoán (predictive control) hoặc điều khiển bù trễ (delay compensation control). Ngoài ra, cần phải lựa chọn các thiết bị có thời gian đáp ứng nhanh và đặt các cảm biến ở vị trí thích hợp để giảm thiểu thời gian vận chuyển của tín hiệu.

III. Phương Pháp Điều Khiển Mức Nước Nồi Hơi Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp điều khiển mức nước khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Một trong những phương pháp đơn giản nhất là điều khiển bật/tắt (on/off control), trong đó van cấp nước được đóng mở dựa trên hai ngưỡng mức nước. Tuy nhiên, phương pháp này có thể gây ra dao động lớn về mức nước và không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Một phương pháp phổ biến hơn là điều khiển PID, trong đó van cấp nước được điều chỉnh liên tục dựa trên sai lệch giữa mức nước thực tế và mức nước đặt. Phương pháp này có thể đạt được độ chính xác cao hơn, nhưng đòi hỏi việc điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển PID một cách cẩn thận. Các phương pháp điều khiển tiên tiến hơn bao gồm điều khiển mờ (fuzzy control), điều khiển mạng nơ-ron (neural network control) và điều khiển dự đoán. Các phương pháp này có thể xử lý các hệ thống phi tuyến và có thời gian trễ lớn tốt hơn, nhưng đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu hơn và chi phí đầu tư cao hơn.

3.1. Sử dụng Bộ Điều Khiển PID cho Điều Khiển Mức Nước

Bộ điều khiển PID là một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt để điều khiển mức nước trong nồi hơi. Bộ điều khiển PID sử dụng ba thành phần: tỷ lệ (proportional), tích phân (integral) và vi phân (derivative) để điều chỉnh van cấp nước. Thành phần tỷ lệ phản ứng với sai lệch hiện tại giữa mức nước thực tế và mức nước đặt. Thành phần tích phân loại bỏ sai lệch tĩnh. Thành phần vi phân dự đoán sai lệch trong tương lai và giảm thiểu dao động. Việc điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển PID (Kp, Ki, Kd) là rất quan trọng để đạt được hiệu suất điều khiển tốt nhất. Có nhiều phương pháp điều chỉnh PID khác nhau, chẳng hạn như phương pháp Ziegler-Nichols và phương pháp Cohen-Coon. Tuy nhiên, việc điều chỉnh PID thường đòi hỏi kinh nghiệm và sự hiểu biết sâu sắc về hệ thống.

3.2. Các Phương Pháp Điều Khiển Mức Nước Tiên Tiến

Ngoài điều khiển PID, có nhiều phương pháp điều khiển mức nước tiên tiến khác có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Điều khiển mờ sử dụng logic mờ để xử lý các thông tin không chắc chắn và không chính xác. Điều khiển mạng nơ-ron sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo để học các đặc tính của hệ thống và dự đoán hành vi trong tương lai. Điều khiển dự đoán sử dụng mô hình của hệ thống để dự đoán hành vi trong tương lai và điều chỉnh van cấp nước để đạt được mục tiêu điều khiển. Các phương pháp này có thể xử lý các hệ thống phi tuyến và có thời gian trễ lớn tốt hơn so với điều khiển PID, nhưng đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu hơn và chi phí đầu tư cao hơn.

IV. Giải Pháp Điều Khiển Áp Suất Nồi Hơi Tiết Kiệm An Toàn

Tương tự như điều khiển mức nước, có nhiều giải pháp điều khiển áp suất khác nhau. Các giải pháp đơn giản như bật/tắt có thể được sử dụng cho các ứng dụng ít đòi hỏi khắt khe. Tuy nhiên, các giải pháp phức tạp hơn như điều khiển PID, điều khiển thích nghi (adaptive control), điều khiển dòng (cascade control) sẽ đem lại độ chính xác và ổn định cao hơn. Việc lựa chọn giải pháp tối ưu phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống, bao gồm độ chính xác, tốc độ phản ứng, và khả năng chống nhiễu.

4.1. Điều khiển PID để Duy Trì Áp Suất Nồi Hơi Ổn Định

Điều khiển PID là một phương pháp phổ biến để duy trì áp suất nồi hơi ổn định. Tương tự như điều khiển mức nước, bộ điều khiển PID điều chỉnh van điều áp (hoặc hệ thống đốt) dựa trên sai lệch giữa áp suất thực tế và áp suất đặt. Ba tham số Kp, Ki, và Kd cần được điều chỉnh cẩn thận để đạt được hiệu suất điều khiển tối ưu. Các phương pháp điều chỉnh PID như Ziegler-Nichols có thể được sử dụng làm điểm khởi đầu, sau đó tinh chỉnh bằng kinh nghiệm thực tế.

4.2. Ứng dụng Điều Khiển Tỉ lệ Cascade Control Cho Áp Suất

Điều khiển tỉ lệ (Cascade control) là một kỹ thuật nâng cao có thể cải thiện đáng kể hiệu suất điều khiển áp suất. Trong phương pháp này, một bộ điều khiển PID chính (master controller) điều khiển áp suất nồi hơi và tạo ra một tín hiệu đặt cho một bộ điều khiển PID phụ (slave controller) điều khiển lưu lượng nhiên liệu (hoặc lưu lượng khí đốt). Điều này giúp giảm thiểu ảnh hưởng của các nhiễu tác động đến lưu lượng nhiên liệu, dẫn đến điều khiển áp suất ổn định hơn.

V. Ứng Dụng PLC và HMI trong Điều Khiển Nồi Hơi Hiện Đại

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) và giao diện người máy (HMI) đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống điều khiển nồi hơi hiện đại. PLC thực hiện các thuật toán điều khiển, giám sát trạng thái của nồi hơi và điều khiển các cơ cấu chấp hành. HMI cung cấp một giao diện trực quan cho người vận hành để giám sát và điều khiển nồi hơi. Theo tài liệu, 'Ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giám sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế cao', điều này thể hiện tầm quan trọng của PLC và HMI trong việc nâng cao hiệu quả và an toàn của các hệ thống công nghiệp. Việc sử dụng PLC và HMI giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, tăng độ tin cậy và độ chính xác của hệ thống điều khiển. Ngoài ra, PLC và HMI có thể được tích hợp với các hệ thống quản lý sản xuất (MES) và hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP) để cung cấp thông tin thời gian thực về hiệu suất của nồi hơi và giúp tối ưu hóa hoạt động của toàn nhà máy.

5.1. Lựa chọn PLC Phù Hợp cho Hệ Thống Điều Khiển Nồi Hơi

Việc lựa chọn PLC phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống điều khiển nồi hơi hoạt động tốt. Cần phải xem xét các yếu tố như số lượng đầu vào/ra, tốc độ xử lý, khả năng kết nối mạng và chi phí. PLC cần phải có đủ số lượng đầu vào để kết nối với các cảm biến mức nước, cảm biến áp suất và các cảm biến khác. PLC cần phải có đủ số lượng đầu ra để điều khiển van cấp nước, van điều áp và các cơ cấu chấp hành khác. Tốc độ xử lý của PLC cần phải đủ nhanh để đáp ứng các yêu cầu thời gian thực của hệ thống điều khiển. PLC cần phải có khả năng kết nối với mạng Ethernet hoặc các mạng công nghiệp khác để tích hợp với các hệ thống khác. Theo tài liệu, 'Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng em xin phép thiết kế một mạch ứng dụng của PLC đó là thiết hệ hệ thống điều khiển và giám sát mức nước và áp suất của một nồi hơn trên S7 - 300', đây là một ví dụ về việc sử dụng PLC S7-300 trong một hệ thống điều khiển nồi hơi.

5.2. Thiết Kế Giao Diện HMI Thân Thiện và Dễ Sử Dụng

Giao diện HMI cần phải được thiết kế một cách thân thiện và dễ sử dụng để người vận hành có thể dễ dàng giám sát và điều khiển nồi hơi. Giao diện HMI cần phải hiển thị các thông tin quan trọng như mức nước, áp suất, nhiệt độ và lưu lượng hơi. Giao diện HMI cần phải cho phép người vận hành điều chỉnh các thông số đặt, khởi động và dừng nồi hơi, và xem các báo cáo lịch sử. Giao diện HMI cần phải cung cấp các cảnh báo và báo động khi có sự cố xảy ra. Giao diện HMI có thể được thiết kế bằng các phần mềm SCADA như WinCC. Theo tài liệu, 'WinCC (Window Control Center) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI rất mạnh của hãng SIEMENS hiện đang được dùng phổ biến trên thế giới và Việt Nam', đây là một ví dụ về việc sử dụng WinCC để thiết kế giao diện HMI cho hệ thống điều khiển nồi hơi.

VI. Kết Luận và Xu Hướng Phát Triển trong Điều Khiển Nồi Hơi

Điều khiển nồi hơi là một lĩnh vực quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Việc thiết kế hệ thống điều khiển nồi hơi an toàn, hiệu quả và ổn định đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của nồi hơi, các yêu cầu an toàn và các kỹ thuật điều khiển hiện đại. PLC và HMI đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống điều khiển nồi hơi hiện đại. Các xu hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc sử dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến như điều khiển mờ, điều khiển mạng nơ-ron và điều khiển dự đoán, cũng như việc tích hợp PLC và HMI với các hệ thống quản lý sản xuất và hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp.

6.1. Tương Lai của Điều Khiển Nồi Hơi Tối Ưu Hóa và Tự Động Hóa

Tương lai của điều khiển nồi hơi hứa hẹn sẽ tập trung vào tối ưu hóa và tự động hóa. Các hệ thống điều khiển sẽ ngày càng thông minh hơn, có khả năng tự học và thích ứng với các điều kiện vận hành khác nhau. Các hệ thống sẽ được tích hợp sâu hơn với các hệ thống quản lý sản xuất và hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí vận hành. Các hệ thống sẽ được trang bị các tính năng chẩn đoán và dự đoán để phát hiện sớm các sự cố tiềm ẩn và ngăn ngừa các tai nạn.

6.2. Nghiên cứu và Phát triển Các Giải Pháp Điều Khiển Nồi Hơi Mới

Cần có các hoạt động nghiên cứu và phát triển để tìm ra các giải pháp điều khiển nồi hơi mới và hiệu quả hơn. Các hoạt động nghiên cứu và phát triển nên tập trung vào việc phát triển các cảm biến chính xác hơn, các bộ điều khiển thông minh hơn và các cơ cấu chấp hành đáng tin cậy hơn. Các hoạt động nghiên cứu và phát triển nên tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến hơn và các phương pháp tích hợp hệ thống hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI SỐ 2 : THIẾT KẾ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM Đề tài NCKH SÁT MỨC NƯỚC VÀ ÁP SUẤT CỦA MỘT NỒI HƠI Hà Nội ngày 19 tháng 6 năm 2017 Lời nói đầu  Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Page 1 Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần tăng hiệu quả lao động của con người. Tự động hóa đang trở thành một nghành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của nghành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày.

Một trong những sản phẩm tiên tiến của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng của nghành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giám sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế cao. Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng em xin phép thiết kế một mạch ứng dụng của PLC đó là thiết hệ hệ thống điều khiển và giám sát mức nước và áp suất của một nồi hơn trên S7 - 300. Đề tài NCKH MỤC LỤC PHẦN 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT.

Mô tả công nghệ và phân tích hệ thống.Mô tả công nghệ.Phân tích hệ thống.Phương pháp đo. Các phương pháp đo mức chất lỏng:.Tìm hiểu về PLC.Khái quát chung về PLC S7-300. Cách thức PLC thực hiện chương trình.3 Tìm hiểu về HMI.1 Tìm hiểu về HMI.2 Tìm hiểu về WINCC.Các thành phần cơ bản của WinCC.Nguyên tắc hoạt động của WinCC .Quy trình tạo một project trên WinCC.23 CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG. Xây dựng sơ đồ khối.

Lựa chọn thiết bị. Lựa chọn cảm biến áp suất. Lựa chọn cảm biến đo mức. Lựa chọn PLC.

Lựa chọn biến tần. Lựa chọn động cơ bơm nước. Xây dựng lưu đồ thuật toán. Xây dựng phần mềm.

Thiết kế giao diện HMI.1 – Kết quả đạt được.2-Hạn chế tồn tại và phương hướng khắc phục.52 Đề tài NCKH Page 4 PHẦN 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1. Mô tả công nghệ và phân tích hệ thống.Mô tả công nghệ. - Khởi động hệ thống , ấn START hệ thống khởi động. Đèn RUN sáng báo hệ thống đang làm việc.

Mức nước [0-0,5]m van M mở và đèn LAL sáng báo mức nước thấp nước được cấp vào nồi hơi, khi mức nước lớn hơn 0,5m thì đèn LAL tắt, nước tiếp tục được bơm vào nồi hơi. Khi mức nước tăng dần đến 1,5m thì máy bơm hoạt động. Khi mức nước vượt quá 2,5m thì đèn HAL sáng báo hiệu nước ở mức cao van M đóng lại, ngừng cấp nước cho nồi hơi. Áp suất trong nồi tăng dần cho đến khi áp suất trong nồi hơi lớn hơn 25bar thì đèn HAP sáng cảnh báo áp suất Đề tài NCKH cao.

Ấn STOP hệ thống ngừng hoạt động. Kết thúc quá trình làm việc.1: hình ảnh hệ thống 1.Phân tích hệ thống. - Các thông số đo của hệ thống + Đo áp suất [0-30]bar + Đo mức nước [0-3]m - Đối tượng điều khiển và giám sát là các nút ấn & các đèn + START: Khởi động hệ thống +STOP : Dừng hệ thống +RUN: Hệ thống hoạt động +LAL : Đèn báo mức thấp( Nhỏ hơn 0,5m), Đề tài NCKH +HAL : Đèn báo mức cao( Lớn hơn 2,5m) +HAP: Đèn báo áp suất cao( Lớn hơn 25bar) 1. Phương pháp đo 1.

Đo áp suất - Phương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất 1. Đo áp suất tĩnh - Đo trực tiếp chất lưu thông qua 1 lỗ khoan trên thành bình - Đo gián tiếp thông qua biến dạng của thành bình dưới tác động của áp suất 2. Đo áp suất động - Dựa theo nguyên tắc chung là đo hiệu suất tổng và áp suất tĩnh - Có thể đo bằng cách đặt áp suất tổng lên màng trước, đặt áp suất tĩnh lên màng sau của màng đo, tín hiệu đưa ra là đọ chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh Page 6 - Áp suất có đơn vị đo là pascal (Pa) - Trong công nghiệp còn dùng đơn vị đo là bar (1bar= 10^5 Pa) Công thức xác định : - dF: lực tác dụng -dS: diện tích thành ống chịu lực tác dụng. -Trong đề tài này.

Chúng em đo áp suất bằng cách sử dụng Cảm Biến áp suất để đo. Với ưu điểm đơn giản, dễ dàng sử dụng, hơn nữa có thể bảo dưỡng định kì. Chất lượng đảm bảo. Các phương pháp đo mức chất lỏng: -Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng.

Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu Đề tài NCKH còn lại trong bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không. + Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu: - Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện. - Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu.

- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu. Một số loại cảm biến đo mức chất lưu * Cảm biến độ dẫn Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~ 50μScm-1).2 giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng.2: Cảm biến độ dẫn a, Cảm biến hai điện cực b, Cảm biến một điện cực c, Cảm biến phát hiện mức Sơ đồ cảm biến hình 1.2a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫn điện. Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~ 10V (để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực). Dòng điện chạy qua các điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng Đề tài NCKH chìm trong chất lỏng.

Sơ đồ cảm biến hình 1.2b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình chứa bằng kim loại. Sơ đồ cảm biến hình 1.2c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại,vị trí mỗi điện cực ngắn ứng với một mức ngưỡng. Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện trong mạch thay đổi mạnh về biên độ. * Cảm biến tụ điện Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ hai là thành bình chứa nếu thành bình làm bằng kim loại.

Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chất lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng. Việc đo mức chất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi theo mức chất lỏng trong bình chứa. Điều kiện để áp dụng Page 8 phương pháp này hằng số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí (thường là gấp đôi). Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một điện cực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi còn chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai.Tìm hiểu về PLC Theo yêu cầu cầu đề tài có sử dụng winCC để mô phỏng hệ thống.

Mặc dù gần 2 năm quá chúng em được tìm hiểu về PLC S7-200. Tuy nhiên do Win CC không tương thích với loại PLC S7-200. Do vậy chúng em quyết định sử dụng loại PLC S7-300. Chúng tương thích với Win CC trong quá trình mô phỏng.

Đây cũng là cơ hội cho chúng em biết hơn về các loại PLC.Khái quát chung về PLC S7-300 Đề tài NCKH - Cấu trúc PLC S7-300 PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình ( Khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét.3 Nguyên lí chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Đề tài NCKH Để có thể thực hiện được một chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và tất nhiên phải có cổng vào/ ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)và những khối hàm chuyên dụng (hình 1.Các Module Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không được cứng hoá về cấu hình.

Page 10 Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là các module nhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như các module PID, điều khiển động cơ.Chúng được gọi chung là modul mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thanh ray (Rack).

Đề tài NCKH Hình 1. Cấu trúc một thanh Rack của PLC S7-300 Theo yêu cầu công nghệ của đề tài. Trong hệ thống cần đo các đại lượng : -Áp suất: P(bar) -Mức nước: H(m) Do đó ta cần chọn các module sau: Module CPU, Module nguồn – PS ( Power supply), Module ghép nối IM (Interface module), Module tín hiệu SM (Signal module). Module truyền thông (được sử dụng khi giao tiếp với máy tính.

Module CPU Hình 1. Hình ảnh module CPU 312C Đề tài NCKH Modul CPU là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485). và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào/ra onboard.