LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống ngƣời dân ngày càng đƣợc nâng cao, việc thay thế các hoạt động thủ công bằng các thiết bị tự động cũng đƣợc ngƣời dân ứng dụng nhiều trong công nghiệp cũng nhƣ trong sinh hoạt. Công nghệ tự động giám sát và điều khiển mức chất lỏng cũng đƣợc nhiều công ty, xí nghiệp cũng nhƣ các nhà máy ứng dụng nhiều nhằm thay thế việc giám sát và điều khiển mức chất lỏng bằng phƣơng pháp thủ công, công nghệ tự động giám sát mức chất lỏng đảm bảo việc kiểm soát, điều khiển lƣu lƣợng chất lỏng sử dụng, bơm, xả chất lỏng một cách tin cậy mà không cần sự kiểm tra trực tiếp của con ngƣời. Công nghệ này đƣợc ứng dụng nhiều trong việc xứ lý nƣớc thải, lọc hoá dầu, nhà máy nƣớc, nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện, điện hạt nhân, các bể nƣớc, tháp nƣớc tự động… Từ những vấn đề trên đặt ra yêu cầu là dùng phƣơng pháp nào để giám sát và điều khiển mức chất lỏng một cách hợp lý nhất về chi phí, độ tin cậy, khả năng linh hoạt, dễ vận hành và sử dụng nhất. Trong thực tế có nhiều phƣơng pháp tự động điều khiển mức chất lỏng, ở phần này em thực hiện đề tài “Thiết kế và xây dựng bộ PID để điều khiển mức nƣớc trong bể chứa công nghiệp ứng dụng PLC kết nối biến tần ” do thầy giáo Th.S Nguyễn Đức Minh hƣớng dẫn.
Đề tài gồm các nội dung sau: Chƣơng 1: Ứng dụng của đề tài trong thực tiễn và quy trình công nghệ của mô hình. Chƣơng 2: Tìm hiểu các thiết bị trên mô hình. Chƣơng 3: Tìm hiểu về thiết bị điều khiển. Chƣơng 4: Xây dựng thuật toán, lập trình và kết nối cho hệ thống điều khiển mức nƣớc.
ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI TRONG THỰC TIỄN VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA MÔ HÌNH 1. ỨNG DỤNG TÀI CỦA ĐỀ TRONG THỰC TIỄN. Tự động hoá là ngành công nghệ mà con ngƣời trong thời đại hiện nay đang hƣớng tới nhằm giảm bớt sức lao động chân tay trong các hoạt động sản xuất cũng nhƣ trong sinh hoạt hằng ngày. Điều khiển tự động và tự động hóa là một trong những phƣơng hƣớng 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 ƣu, 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 đẫn 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 đƣợc nhiều công ty, xí nghiệp cũng nhƣ các nhà máy ứng dụng nhiều nhằm thay thế việc giám sát và điều khiển mức chất lỏng bằng phƣơng pháp thủ công, công nghệ tự động giám sát mức chất lỏng đảm bảo việc kiểm soát, điều khiển lƣu lƣợng chất lỏng sử dụng, bơm, xả chất lỏng một cách tin cậy mà không cần sự kiểm tra trực tiếp của con ngƣời. Công nghệ này đƣợc ứng dụng nhiều trong việc xứ lý nƣớc thải, lọc hoá dầu, nhà máy nƣớc,nhà máy thuỷ điện, hệ thống làm mát nhiệt điện, hệ thống làm mát điện hạt nhân, các bể nƣớc, tháp nƣớc tự động… 2 1.
Ứng dụng thực tế của mô hình. Khái quát chung. Vấn đề quản lý các loại chất lỏng nhƣ: Nƣớc, Dầu mỏ, Xăng, Nƣớc thải, làm sao cho hiệu quả đang là vấn đề đƣợc nhiều ngƣời, nhiều tổ chức quan tâm trong thời đại hiện nay. Đề tài “Điều khiển và giám sát mức nƣớc” đƣợc 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 phƣơng pháp để giám sát và quản lý chất lỏng, kể đến có phƣơng pháp thủ công và ứng dụng điều khiển tự động, ngày nay phƣơng pháp giám sát và quản lý chất lỏng phần lớn đƣợc tự động hoá nhằm giám bớt sức lao động của con ngƣời và đề tài “Điều khiển và giám sát mức trong bể chứa bằng PLC‟ cũng đƣợc 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. 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 ngƣng.1: Hệ thống làm mát bình ngƣng trong một nhà máy nhiệt điện 3 Trong nhà máy nhiệt điện đốt than dùng Tuabin ngƣng hơi, hệ thống tuần hoàn bình ngƣng làm nhiệm vụ rất quan trọng trong chu trình nhiệt.
Nó giúp thải một nhiệt lƣợng rất lớn (khoảng 40 - 45%) lƣợng nhiệt mà nƣớc nhận đƣợc từ lò hơi. Tuy nhiệt lƣợng phải thải đi là lớn nhƣng lại phải diễn ra ở điều kiện nhiệt độ thải nhiệt gần với nhiệt độ môi trƣờng. 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 trƣờng và điều kiện truyền nhiệt trong bình ngƣng. Công nghệ quán lý và giám sát mức nƣớc cũng đƣợc ứng dụng nhiều trong các hệ thống làm mát ở các nhà máy nhiệt điện.
- Điện hạt nhân: Cũng nhƣ nhiệt điện, công nghệ giám sát và quản lý mức chất lỏng đƣợc ứng dụng nhiều trong các hệ thống làm mát Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý một nhà máy điện hạt nhân 4 - Thuỷ Điện: Thuỷ điện là nguồn điện có đƣợc từ năng lƣợng nƣớc, đa số năng lƣợng thuỷ điện có đƣợc từ thế năng của nƣớc tích tại các đập nƣớc làm quay Tuabin nƣớc và máy phát điện. Do việc lấy nƣớc là năng lƣợng chính trong việc sản xuất điện nên việc điều tiết nƣớc sao cho hợp lý và hiệu quả tuỳ vào thời điểm, lƣợng tiêu thụ điện, cũng nhƣ đảm bảo việc xả nƣớc cho hạ du cần đƣợc tự động hoá để đảm bảo tính chính xác, tính hiệu quả và hợp lý. Ở các nhà máy thuỷ điện thƣờng có hệ thống tự động đo và điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc trong hồ, lƣu lƣợng nƣớc 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 nƣớc” vào việc sản xuất Điện.Lĩnh vực xử lý nước thải.
Nƣớc 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 nƣớc thải đã đƣợc nhiều cơ quan tổ chức ứng dụng nhằm thực hiện chiến lƣợc bảo vệ môi trƣờng. + Ví dụ về một hệ thống xử lý nƣớc thải : 5 Hình 1.3: Quy trình công nghệ xử lý nƣớc thải mực in Từ quy trình trên ta thấy đƣợc các bể chứa nƣớc thải đều đƣợc liên kết với nhau một cách logic và có quan hệ với nhau theo dây chuyền, do vậy nƣớc thải trong các bể chứa phải đƣợc 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 nƣớc” c. Nhà máy sản xuất nước.
- Nhà máy cung cấp nƣớc đô thị: Tại các thành phố thì nƣớc sạch cần phải đƣợc cung cấp đầy đủ nhằm đảm bảo một cách đầy đủ nhu cầu sinh hoạt của ngƣời dân. Điều chú ý là việc cấp nƣớc phải luôn đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng, lƣợng nƣớc tiêu thụ là không xác định nên hệ thống cấp nƣớc phải đƣợc điều khiển làm sao để áp suất bơm trong đƣờng ống luôn ổn định. Cấu trúc hệ thống điều khiển một nhà máy nƣớc Công nghệ “ Điều khiển và giám sát mức nƣớc” cũng có thể áp dụng hiệu quả trong lĩnh vực sản xuất nƣớc sạch. _ Nhà máy sản xuất nƣớc tinh khiết Hầu hết các nhà máy sản xuất nƣớc tinh khiết cung cấp trên thị trƣờng đều sử dụng công nghệ giám sát mức chất lỏng để điều khiển hệ thống.
Nƣớc đƣợc bơm từ nguồn đƣa qua hệ thống lọc nƣớc gồm: Bồn lọc Lon, bồn lọc cơ học, bồn lọc than, qua khâu khử trùng bằng tia cực tím và đƣa đến đầu ra. Công nghệ sản xuất nƣớc tinh khiết 7 d.Công nghệ lọc hoá dầu, tháp nước tự động, trạm bơm nước lớn. Lọc hoá dầu, tháp nƣớc và các trạm bơm nƣớc lớn tự động cũng là các lĩnh vực có thể áp dụng công nghệ “ Điều khiển và giám sát mức nƣớc” để nâng cao hiệu quả sản xuất. Trên đây là một số lĩnh vực có thể ứng dụng đề tài “ Điều khiển và giám sát mức nƣớc”, ngoài các lĩnh vực trên còn một số lĩnh vực khác chƣa khai thác hết, nhƣng nhìn chung đề tài “Điều khiển và giám sát mức nƣớc” đƣợc ứng dụng nhiều trong công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt.
Nắm đƣợc nguyên lý và cách lập trình của mô hình là hành trang cần thiết cho sinh viên sau khi ra trƣờng. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA MÔ HÌNH 1. Yêu cầu công nghệ. Trong đề tài này cần hiểu rõ và thực hiện tốt các vấn đề sau: - Nắm đƣợc nguyên lý làm việc của mô hình - Điều khiển lập trình PLC Simatic S7-200 - Hiểu rõ và nắm bắt đƣợc các thiết bị trên mô hình - Vẽ sơ đồ kết nối về điện của mô hình để tiện theo dõi và sửa chữa 1.
Nguyên lý làm việc của mô hình. Ở phần này cần vẽ đƣợc sơ đồ nguyên lý làm việc của mô hình, từ sơ đồ nguyên lý phải trình bày đƣợc nguyên lý làm việc của mô hình, nguyên lý làm việc của các phần tử trong mô hình. Trình bày các ứng dụng của mô hình trong thực tế, tầm quan trọng của các kiến thức nắm đƣợc khi học xong mô hình để đƣa vào áp dụng thực tế. Nắm đƣợc nguyên lý kết nối cũng nhƣ phƣơng pháp kết nối giữa thiết bị điều khiển và các phần tử đƣợc điều khiển trong mô hình.
Điều khiển lập trình PLC Simatic S7-200. Trong phần này yêu cầu: - Hiểu và nhớ đƣợc các lệnh cơ bản thông dụng trong PLC. - Tìm hiểu sâu về phƣơng pháp điều khiển các phẩn tử trong mô hình nhằm đƣa ra phƣơng pháp lập trình thích hợp để mô hình có thể làm việc tốt và chính xác.