TÌM HIỂU HỆ ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KHÍ UK135 8T

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các hệ thống tự động hoá ở mức cao. Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, gải phóng người lao động ra khỏi những vị trí độc hại … Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra. Các hệ thống tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung .Hệ thống tự động hoá đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra trong điều kiện cần thiết và đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn trong quy trình công nghệ. Chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các hệ thống tự động hoá ở mức cao Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, gải phóng người lao động ra khỏi những vị trí độc hại …

Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thống tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung Hệ thống tự động hoá đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra trong điều kiện cần thiết và đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn trong quy trình công nghệ Chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này

Để phát triển sản xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quy trình công nghệ hoặc ứng dụng công nghệ mới, thì một hướng nghiên cứu không kém phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hoá các quy trình công nghệ Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử và công nghệ chế tạo cơ khí chính xác, các thiết bị đo lường và điều khiển các quy trình công nghệ càng được chế tạo tinh vi, làm việc tin cậy và chính xác Tuy nhiên các

hệ thống còn phụ thuộc rất lớn vào khả năng vận hành sử dụng hệ thống này của đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên làm việc trực tiếp ở các nhà máy, xí nghiệp Mặc dù việc vận hành sử dụng hệ thống thiết bị tự động hoá là nhiệm vụ của các kỹ sư và các kỹ thuật viên được đào tạo trong lĩnh vực điều khiển tự động, nhưng các kỹ sư công nghệ cũng cần tiếp cận tốt các hệ thống này để theo dõi, nghiên cứu các diễn biến của các quá trình công nghệ Các hệ

thống tự động hoá là phương tiện tốt nhất để các kỹ sư có thể đi sâu nghiên cứu các quá trình công nghệ, từ đấy có thể đưa ra những giải pháp nâng cao chất lượng của quy trình công nghệ.

Với đề tài "Nâng cấp hệ thống đo lường và điều khiển máy nén khí UK135/8T nhà máy xi măng Bỉm Sơn" là một ứng dụng tự động hoá trong quá trình sản xuất, em hy vọng đề tài sẽ được đưa vào thực tế trong nhà máy, nâng cao năng suất hoạt động và chất lượng sản phẩm cũng như nâng cao chất lượng quá trình điều khiển giám sát của nó, giảm giá thành trong sản xuất

Để hoàn thành được đồ án này em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Lê Hoà cùng toàn thể các thầy cô giáo- Bộ môn Kĩ thuật đo và tin học công nghiệp- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và hướng dẫn em tận tình trong quá trình làm tốt nghiệp Đồng thời xin cám ơn các bạn sinh viên lớp Đo Lường - K46 đã góp ý kiến xây dựng để cho đồ án tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn

Trong quá trình làm đồ án tuy đã rất cố gắng nhưng do thời gian hạn chế và các thiết bị thực hiện chưa có nên không tránh khỏi những thiếu xót

Em rất mong được những ý kiến bổ xung đóng góp của các thầy cô và các bạn để em có thể phát triển đề tài đưa vào thực tế sản xuất hiện nay

Phần I: TÌM HIỂU HỆ ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN

KHÍ UK135/8T

CHƯƠNG 1 Tìm hiểu tổng quan về máy nén khí

1.1 Vai trò và chức năng của máy nén khí trong nhà máy

Nhiệm vụ của máy nén là nâng áp suất cho một chất khí nào đó và cấp

đủ lưu lượng cho các quá trình công nghệ khác, tạo ra sự tuần hoàn của lưu thể trong chu trình hoặc duy trì áp suất chân không ( cô chân không, sấy thăng hoa) cho các thiết bị khác

Trong nhà máy xi măng nó có nhiệm vụ cụ thể là:

-Ổn định dòng chuyển động của liệu

-Xử lý trường hợp liệu bị ùn tắc trong các ống dẫn

-Trộn hay đồng nhất liệu trong quá trình cuối giữa Clanhke và các phụ gia

1.2 Phân loại máy nén khí

Máy nén có thể phân loại như sau:

 Máy nén làm việc theo nguyên lý thể tích gồm có máy nén pitông, máy nén rôto cánh trượt, máy nén trục vít…

 Máy nén ly tâm

 Máy nén làm việc theo nguyên lý cánh nâng

 Máy nén tuye

 Máy nén một hoặc nhiều cấp

 Theo đối tượng nén: máy nén không khí, máy nén khí CO2, máy nén hơi NH3, máy nén hơi Freon…

Theo đặc điểm cấu tạo: máy nén kín, nửa kín và nưa hở (đối với động

cơ )

1.3 Tổng quan về nguyên lý hoạt động của máy nén khí

Nguyên lý hoạt động:

Máy nén là nhóm máy công tác trong các loại máy thuỷ lực.Khi đi qua máy công tác, lưu thể thu nhận năng lượng Ngược lại khi đi qua máy động lực thì lưu thể cho năng lượng Trong quá trình nhận hay cho năng lượng của lưu thể đều tuân theo định luật Becnuli

Các máy công tác làm việc theo nguyên lý chính sau đây :

Khi máy làm việc với lưu thể không co dãn ( V = const ) cần tránh tăng hay giảm quá nhanh thể tích làm việc của máy để không làm hư hỏng máy hoặc cháy động cơ do quá tải Muốn thế cần chú ý:

- Trước khi cho máy chạy cần mở van phía cửa đẩy

- Lắp van an toàn để xả nhanh lưu thể từ không gian nén sang không gian hút của máy

1.3.4 Nguyên lý phun tia

Nguyên lý này dựa trên định luật bảo toàn năng lượng của dòng lưu thể, khi áp suất tăng lên thì vận tốc giảm đi hoặc ngược lại, năng suất và áp suất của máy tuỳ thuộc vào vận tốc chất lưu

1.4 Vai trò chức năng của hệ thống đo lường, điều khiển máy

nén

Để đảm bảo hoạt động của máy nén cũng như năng suất hoạt động của máy cần phải có hệ thống đo giám sát các thông số chất lưu, các thông số đó là: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, từ các thông số đo được gửi về người vận hành sẽ dựa vào đó để điều chỉnh sao cho máy luôn hoạt động ở chế độ an toàn, đúng các thông số kỹ thuật cho phép, hoặc các thông số đo sẽ được chuyển thành các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện bằng các bộ chuyển đổi để đưa vào các đầu vào của PLC

Hệ thống điều khiển máy nén khí nhằm thay đổi các thông số chất lưu

ở giới hạn cho phép, ổn định hoạt động của máy, giúp cho việc khởi động và dừng máy Mạch điều khiển là các mạch điện gồm các rơle, rơle thời gian, các công tắc tơ, áptômát, khởi động từ, các khoá điều khiển tạo thành các mạch dừng, mạch khởi động, mạch bảo vệ lắp trên các tủ điều khiển

CHƯƠNG 2 Tìm hiểu cấu tạo và vận hành của máy

nén khí UK135/8T do Nga chế tạo

2.1 Cấu tạo của máy nén khí UK135/8T

-Gồm các động cơ bơm dầu phụ, bơm hút, đẩy, nguồn cung cấp cho động cơ là nguồn 380/220v, tần số công nghiệp f = 50hz

 Van thoát nước

Xét cấu tạo của các van:

Van có ảnh hưởng rất lớn đến hệ số cấp của máy nén khí Nhiệm vụ của chúng là phải đóng mở đúng lúc, khi đóng phải kín, khi mở phải ít gây tổn thất trở lực, tuổi thọ cao, dễ chế tạo, dễ thay thế, không tạo ra nhiều không gian chết Các bộ phận chính trong mỗi van là: đĩa van, lá van, lò xo, chụp dẫn hướng

Đĩa van được khoan và tạo ra các lỗ van Kích thước đĩa van, kích thước lỗ van phụ thuộc vào độ lớn máy nén khí Vật liệu chế tạo đĩa van là: gang thép

45 hay thép 40X Lợi tì cho lá van phải có độ bóng ▼9 hoặc ▼10, các bề mặt còn lại của đĩa van chỉ cần có độ bóng ▼7 là được

Lá van làm việc ở chế độ nặng tải, tần số chu kỳ của nó đúng bằng số vòng quay của trục máy Vì vậy vật liệu chế tạo lá van phải là thép lò xo như 70C

2XA, hoặc Y10A, hoặc 30XГCA Độ cứng của lá van là HRC48-54 Lá van hình tròn hoặc vành khăn có chiều dày từ 1,5÷2mm

-Thùng dầu.

-Máy lọc không khí

-Cơ cấu truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ

-Hệ thống bảo vệ bao gồm:

 Các đèn báo khi xảy ra sự cố

 Các chuông báo tín hiệu âm thanh khi có sự cố

-Hệ thống đo và giám sát các thông số bao gồm: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng các thông số trên được đo và kiểm tra bằng các thiết bị đo

Dòng điện trong các động cơ máy nén được đo bằng Ampemet

-Hệ thống khởi động và dừng động cơ được điều khiển tại tủ điều khiển bao gồm các công tắc tơ, rơle, aptomat, khởi động từ và các khoá điều khiển tạo thành các mạch dừng và các mạch khởi động

2.2 Đặc tính kỹ thuật của máy nén khí UK135/8T

-Nguồn năng lượng cấp cho hệ thống tự động là nguồn 380/220v,tần số f=50hz

- Công suất định mức của mạng điều khiển va dòng không quá 4kw

- Điều chỉnh áp suất được thực hiện bằng cách thay đổi năng suất của máy nén khí từ 100% đến 0%

Giới hạn điều chỉnh áp suất tuyệt đối :

UK-100/6,5 2.5 – 6.5 Kg/cm2

UK- 135/8 3.0 – 7.8 Kg/cm2

- Dừng sự cố máy nén khí đồng thời phát ra tín hiệu âm thanh, ánh sáng theo các thông số sau đây :

 Khi nhiệt độ ổ đỡ và nhiệt độ dầu ra khỏi ổ đỡ lên đến 800C

 Khi nhiệt độ khí trên đường ống chính lên đến 400C

 Khi áp suất dầu trong ống chính giảm đến 0,5 Kg/cm2

 Khi lưu lượng nước giảm đến 60 m3/ h.

Kiểm tra trực quan :

 Áp suất khí trên đường ống xả

 Áp suất khí trên đường ống hút

 Áp suất dầu trong ống góp

 Lưu lượng khí cần thiết so với nguồn cấp

 Dòng điện của động cơ điện của máy nén khí

- Bộ phận điều chỉnh có thể thực hiện điều khiển tự động từ xa hoặc bằng tay

- Kích thước tủ điều khiển 2.200 x 1.200 x 600 mm

Tủ phân phối 1.920 x 900 x 435 mm

2.3 Sơ đồ nguyên lý điện

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý điện đo lường và điều khiển, bảo vệ máy nén khí UK135/8T (hệ thống điều khiển)

2.3.2.Hệ thống rơle mạch điều khiển

• 1P và 2P là cặp rơle trung gian tự duy trì cùng với công tắc cuối KBO-III: sẵn sàng, chuẩn bị khởi động ở chế độ tự động

• 3P: là rơle trung gian cho phép khởi động.

• 4P: báo hiệu động cơ đã được đóng điện qua cặp tiếp điểm БKC

• 6P: rơle điều khiển bơm dầu khởi động

• 7P: rơle bảo vệ áp lực dầu

• 8P: rơle chuẩn bị khởi động van nhánh

• 9P: rơle chuẩn bị khởi động van tiết lưu

• 10P: rơle bảo vệ áp lực nước qua cặp tiếp điểm PKC

• 11P: rơle bảo vệ lưu lượng khí Tác động khi lưu lượng khí giảm dưới

60 m3/p

• 12P: rơle bảo vệ nhiệt độ dầu

• 13P: rơle bảo vệ nhiệt độ khí

• 14P: rơle trung gian

• 15P: rơle sự cố máy nén khí

• 16P: rơle kiểm tra tín hiệu đèn

• 20P: rơle bảo vệ nhiệt độ gối đỡ

• PB: rơle thời gian,

• TC1: đèn báo tủ đã được đóng điện

• TC2: đèn báo cho phép khởi động

• TC3: đèn báo động cơ đã đóng điện

• TC4: đèn báo áp lực dầu thấp hơn định mức

• TC5: đèn báo áp lực nước thấp hơn định mức

• TC6: đèn báo bơm dầu phụ đã được đóng điện

• TC7: đèn báo nhiệt độ dầu tăng quá định mức

• TC8: đèn báo nhiệt độ khí tăng quá định mức

• TC12: đèn báo nhiệt độ gối đỡ tăng quá định mức

• TC13: đèn báo rơle bảo vệ động cơ điện tác động,

• K1: nút ấn đưa máy làm việc ở chế độ tự động

• K2: nút ấn dừng sự cố

• K3: nút ấn thử tín hiệu đèn

• A1: aptomat đóng điện van tiết lưu

• A2: aptomat đóng điện van nhánh

• A3: aptomat đóng điện van đẩy

• A4: aptomat đóng điện van nước vào

• A5: aptomat đóng điện van nước ra

• A6: aptomat đóng điện bơm dầu khởi động

• A7: aptomat tổng

• A8: aptomat tủ điều khiển

• MП1: khởi động từ van tiết lưu

• MП2: khởi động từ van nhánh

• MП3: khởi động từ van dầu đẩy

• MП4: khởi động từ van nước vào

• MП5: khởi động từ van nước ra

• MП6: khởi động từ bơm dầu khởi động

• MПO: Mở

• MПZ: Đóng

• K4: nút ấn đóng van tiết lưu

• K5: nút ấn mở van tiết lưu

• K6-K7: điều khiển van nhánh

• K8-K9,…

• БKC: tiếp điểm máy cắt dầu

• PД1: tiếp điểm rơle áp lực dầu.

• TP1, TP2: đạt trích nhiệt độ dầu, nhiệt độ khí

Chuẩn bị khởi động máy cần tiến hành đưa các bộ phận điều chỉnh ở

vị trí mà nó thoả mãn cho khởi động máy nén khí một cách bình thường và đóng bơm dầu khởi động từ tủ của máy Để chuẩn bị cho khởi động có thể tiến hành tự động hoặc từ xa Ban đầu nhấn nút K1, sau đó tiến hành các bước :

- Khởi động bơm dầu phụ

- Mở van nhánh

- Sau khi mở hoàn toàn van nhánh, đóng van tiết lưu trên đường ống hút

- Mở van nước vào và nước ra

- Đóng van trên đường ống đẩy

Sau khi thực hiện tất cả các thao tác ở trên với giá trị bình thường của các thông số thì đèn báo của bảng taplô bật sáng “cho phép khởi động” và chuẩn

bị mạng khởi động của động cơ

Vị trí biên của các van được kiểm tra bằng các đèn của bảng taplô Mở - Đóng Trạng thái làm việc của các động cơ điện được kiểm tra bằng các đèn tín hiệu Các vị trí của van tiết lưu và van nén được kiểm tra bằng vị trí của các kim đồng hồ (%) Công việc chuẩn bị khởi động động cơ được kiểm tra bằng đèn tín hiệu ánh sáng màu xanh lá cây với hiệu lệnh “mạch khởi động”

Trong trường hợp khởi động từ xa tất cả các bộ phận kiểm soát và điều chỉnh được điều khiển bằng các nút bấm của điều khiển từ xa, khởi động bơm dầu được đóng khi quay khoá sang vị trí điều khiển tù xa.

- Vì cùng đồng thời làm việc nên áp suất dầu của máy bơm dầu

cơ học (bơm dầu chính) tăng lên, do vậy rơle áp lực dầu sẽ ngắt bơm dầu khởi động, tín hiệu “bơm dầu phụ làm việc” bị tắt

- Sau 3 phút khi động cơ điện máy nén khí làm việc rơle thời gian mở đường ống đẩy vào ống hút

- Sau khi mở van trên đường ống đẩy, van tiết lưu và van nhánh được chuyển sang hệ thống tự động điều chỉnh Tín hiệu ánh sáng “cho phép khởi động” bị tắt

2.4.3.Điều chỉnh tự động

Hệ thống điều chỉnh tự động chế độ công nghệ của máy nén tuabin dùng để giữ áp suất định trước của đường ống chính không phụ thuộc vào sự thay đổi khí nén

Hệ thống tự động điều chỉnh bao gồm :

- Chỉ số áp suất, cột áp suất điện từ xa

- Cơ cấu thực hiện – van tiết lưu trên đường ống hút và van nhánh

- Công cụ thứ hai nối với các cơ cấu tín hiệu, thể hiện lưu lượng trên đường ống chính của bộ tiêu thụ khí

- Áp kế vi sai kiểu дM.

Tiến hành điều chỉnh áp suất khí như sau :

Khi có sự thay đổi áp suất so với mức đã định, bộ phận điều chỉnh điện tử phát tín hiệu cho các cơ cấu cơ khí thực hiện

Bộ chỉnh điện sẽ đóng, mở van tiết lưu trên đường ống hút và van nhánh Việc đóng mở các van điều chỉnh được thực hiện bằng cơ cấu tín hiêu của đồng hồ đo lưu lượng, phụ thuộc vào lưu lượng khí trên thang đo trước của dụng cụ đo

Khi lưu lượng khí thấp hơn so với giá trị cho trước theo thang chia của dụng cụ đo thứ hai thì việc điều chỉnh được tiến hành bằng van nhánh

2.4.4 Dừng máy nén khí

Dừng máy nén khí bình thường bằng cách quay khoá điều khiển KY sang bên trái và tiến hành theo trình tự sau:

- Van nhánh và van tiết lưu được chuyển sang mạng 220V

- Van nhánh được mở ra

- Rơle trung gian mở hoàn toàn van nhánh, đóng van tiết lưu và van chặn trên ống đẩy

- Sau khi đóng van tiết lưu thì dừng động cơ điện của máy nén khí

- Theo áp suất dầu trong ống chính, đóng khởi động bơm dầu

- Trong quá trình máy nén khí làm việc theo quán tính, rơle thời gian đóng van dẫn nước vào, thoát nước ra ngắt bom dầu và khởi động

Chuẩn bị dừng động cơ điện được kiểm tra bằng đèn đỏ và ám hiệu “mạch dừng”

Dừng sự cố máy nén khí tuabin khác với việc dừng máy nén khí ở chế độ bình thường ở chỗ động cơ điện được ngắt ngay lập tức khi bất cứ một thông

số nào làm việc bất bình thường mà đã được tính trước bằng thiết bị bảo vệ

sự cố

Tiếp theo việc dừng cũng giống như việc dừng bình thường trên tủ điều hành trường hợp bất khả kháng được tính trước bằng nút dừng sự cố của máy nén khí tuabin

Khi ấn nút dừng sự cố, máy nén khí tuabin dừng trong bất kì trạng thái sự cố nào nghĩa là động cơ điện được ngắt ngay lập tức

2.4.5 Hệ thống bảo vệ và hệ thống kiểm tra

Bảo vệ máy nén khí khi nhiệt độ tăng cao ở ổ đỡ bằng dụng cụ KCM đồng bộ với nhiệt kế điện trở

Bảo vệ tăng nhiệt độ dầu bôi trơn và nhiệt độ khí trong ống đẩy bằng rơle nhiệt PT – 200 Bảo vệ áp suất dầu bằng rơle áp lực kiểu Pд-R-01

Khi áp suất dầu hạ thấp đến 97 Kg/cm2 thì rơle tác động đóng bơm dầu khởi động

Tín hiệu sự cố báo cho rơle áp đã được tính toán có giá trị 0,5 Kg/cm2

Bảo vệ máy nén khí khỏi việc giảm lưu lượng nước làm mát bằng rơle áp vi sai Khi có bất kỳ trạng thái sự cố nào đã được đề cập thì rơle sự cố sẽ tác động Nhờ đó mà máy nén khí dừng hoạt động theo chương trình sự cố Dừng sự cố phát các tín hiệu ánh sáng và âm thanh Tín hiệu ánh sáng chỉ cho ta thấy thông số nào dẫn đến dừng sự cố và được duy trì cho đến khi cắt nguồn điện từ bảng điều khiển

Để quan sát sự làm việc của máy nén khí các thiết bị để kiểm tra các thông

số sau:

-Áp suất khí trên đường ống hút bằng áp kế chân không MBOIII-160

-Áp suất khí trên đường ống đẩy bằng áp kế loại MOIII-160.

-Áp suất dầu trong ống chính loại MOIII-160

Kiểm tra trực quan và ghi nhận trên biểu đồ bằng giấy mô tả lưu lượng khí thực hiện bằng thiết bị cấp 2 (đồng hồ đo KCд2 )

Kiểm tra dòng điện động cơ máy nén khí bằng Ampemet

2.5 Hoạt động của mạch điều khiển

2.5.1 Chuẩn bị khởi động

Nút ấn K1 “chuẩn bị khởi động” Đóng mạch rơle 1P và 2P Hai rơle này sẽ tự duy trì qua tiếp điểm thường mở 2P và đóng công tắc cuối KBO-III tiếp điểm thường đóng H3K 2P ngắt mạch khởi động van tiết lưu và van nhánh khỏi bộ điều điện Rơle 1P và 2P bằng tiếp điểm thường mở của mình

mở van cấp nước và thoát nước, đóng van trên đường ống đẩy Đồng thời chuẩn bị đóng mạch rơ le thời gian PB và đóng khởi động bơm dầu phụ

Sau khi hoàn thành các thao tác trên rơle chuẩn bị khởi động 3P bắt đầu làm việc, mà nhờ có các tiếp điểm thường mở đóng mạch đèn trên bảng táplô “cho phép khởi động” và chuẩn bị mạch khởi động cho động cơ máy nén khí

2.5.2.Khởi động máy nén khí bằng cách quay khoá KY sang bên

phải

Sự tiếp xúc tức thời của khóa KY sẽ đóng mạch khởi động động cơ máy nén khí, các tiếp điểm rơle còn lại ngắt mạch rơle 14P và các tiếp điểm thường mở 14P trong các mạch rơle 7P,10P,13P được tách ra đảm bảo bảo

vệ thông tin khi có sự quay trở lại bất kỳ một thông số nào đó từ trạng thái

sự cố sang trạng thái bình thường Khi động cơ vừa khởi động tiếp điểm máy mát dầu БKC từ trạm PП1 đóng lại trên rơle 4P có điện và đèn TC3

sáng trên bảng táplô báo hiệu “động cơ đã đóng điện” Rơle trung gian 5P và rơle thời gian PB có điện Sau khi máy nén khí khởi động xong , các tiếp điểm rơle thời gian đóng làm mở van tiết lưu và mở van khí trên ống đẩy Các công tắc cuối ngắt mạch rơle 1P, 2P, 3P đèn báo trên bảng táplô TC2

“cho phép khởi động ” tắt tiếp điểm thường đóng 2P chuyển khởi động van tiết lưu và van nhánh từ nguồn 220v sang chế độ làm việc của bộ phận điều chỉnh điện Tiếp điểm thường mở 1P ngắt nguồn điện của rơle thời gian PB.Cùng lúc động cơ khởi động, bộ tăng tốc của máy nén khí làm cho bơm dầu chính làm việc khi áp lực dầu lớn hơn 0.7kg/cm2 thì tiếp điểm thường đóng của rơle 6P ngắt khởi động bơm dầu

2.5.3 Dừng máy nén khí bằng cách quay khoá KY về bên trái

Qua tiếp điểm tức thời KY đóng điện cho rơle 1P và 2P, qua tiếp điểm còn lại đóng điện cho rơle 14P Các tiếp điểm thường mở của rơle 14P chuẩn bị mạch đóng các rơle 7P,10P,12P,13P và mạch dừng động cơ máy nén khí Tiếp điểm còn lại trong mạch CC1 và PB mở ra

Rơle 1P và 2P tự duy trì thông qua tiếp điểm thường mở 14P và 2P Tiếp điểm 1P đóng mạch rơle thời gian PB, tiếp điểm thường đóng HξK của rơle 2P ngắt mạch làm việc của van nhánh và van tiết lưu ra khỏi đường ra của

bộ điều chỉnh điện

Tiếp điểm 2P mở van nhánh Tiếp điểm công tắc cuối van nhánh KBO-II ngắt mạch rơle 8P, do đó tiếp điểm thường đóng 8P kín mạch để đóng van tiết lưu và van chặn dầu đẩy

Sau khi đóng van tiết lưu mạch dừng của động cơ máy nén khí thông mạch và dừng động cơ máy nén khí khi ngắt mạch động cơ, rơle 4P sẽ mất điện và mở tiếp điểm 4P là đèn TC3 trên bảng táplô tắt ,khi đóng rơle thời gian qua tiếp điểm thường mở 5P Sau khi máy nén khí dừng 3 phút các tiếp

điểm 5PB, 6PB của rơle thời gian PB đóng van trên đường ống dẫn nước vào và ra, 7PB của rơle thời gian cắt bơm dầu khởi động.

2.5.4 Khi có bất kỳ trạng thái sự cố nào xảy ra các thiết bị bảo vệ tương ứng bắt đầu làm việc

Các tiếp điểm thường mở của rơle trung gian sẽ đóng mạch cho rơle

sự cố, mà nó đưa tín hiệu và ngắt động cơ điện Sự dừng tự động của máy nén khí được cài đặt bằng chương trình sự cố

Tiếp điểm 15P đóng mạch còi

Tín hiệu âm thanh do nhân viên điều hành ngắt bằng cách quay khoá KY sang bên trái

Kiểm tra tín hiệu đèn có thể tiến hành trực tiếp ấn nút K3

2.5.5.Quy trình vận hành máy nén khí tại tủ điều khiển

Gồm các bước sau :

a ) Kiểm tra lượng dầu bôi trơn trong thùng chứa, mức dầu phải ở vạch trên của thang đo

b) Kiểm tra máy lọc không khí KдM2006

c) Kiểm tra vị trí các khoá : Khoá KY phải ở vị trí STOP, nghĩa là lá cờ đỏ ở

vị trí thẳng đứng còn lá cờ xanh quay sang bên trái Các khoá đóng mở các

bộ phận điều chỉnh và kiểm soát cảu khởi động bơm dầu phải ở vị trí “từ xa”

d) Đóng Áptômát A8 đuă nguồn vào tủ điều khiển, ấn nút kiểm tra tín hiệu đèn của hệ thống

e) Ấn các nút, khóa để đưa các van vào vị trí được ghi trên bảng táplô, kiểm tra trạng thái đóng điện của các động cơ, đèn chỉ báo

 Van tiết lưu đóng

 Van nhánh mở

 Van dầu đẩy đóng

h) Kiểm tra phát hiện xử lý các điểm rò rỉ dầu bôi trơn, nước làm mát

i) Khi đèn tín hiệu “cho phép khởi động” bật sáng chứng tỏ hệ thống điều khiển hoạt động bình thường

j) Ghi lệnh cho trạm PII 1 đưa máy cắt vào vị trí chuẩn bị khởi động máy nén khí

k) Trước khi khởi động phải kiểm tra một lần nữa để thấy sự bình thường.m) Quay khoá KY sang bên phải để đóng điện cho động cơ chính

n) Lắng nghe máy khi tăng tốc và đến thời gian lấy đà kể từ khi khởi động đến khi dạt tốc độ định mức

o) Khi máy đạt tốc độ định mức phải theo dõi đồng hồ áp lực dầu đạt 1,5 kg/cm2

p) sau khi chuyển bơm dầu phụ sang chế độ tự động, chỉnh van áp lực dầu tới 1,2 kg/cm2

q) Từ từ tăng tải cho máy nén khí bằng cách mở van tiết lưu và van dầu đẩy,

mở hoàn toàn và được kiểm tra bằng đèn tín hiệu trên bảng táp lô

r) Điều chỉnh van tiết lưu, van nhánh để đạt áp suất 6 kg/cm2

s) Khi vận hành bình thường máy nén khí UK135/8T có trị số của các thông

• Nhiệt độ ổ trục < 800C

• Nhiệt độ khí nén 35÷500C

• Nhiệt độ khí hút 20÷300C

• Nhiệt độ dầu trong ống góp 40÷500C

• Mức chênh lệch nhiệt độ khí làm mát động cơ là 180C

t)Trình tự dừng máy nén khí:

Mở toàn bộ van nhánh - Đóng van tiết lưu, van dầu đẩy Quay khoá

KY sang bên trái dừng động cơ chính Khi áp suất dầu 0.8 đến 10 kg/cm2thì đóng bơm dầu khởi động

Khi động cơ dừng hẳn thì cắt bơm dầu phụ, khoá van nước vào, nước

ra cắt điện tủ bảng điều khiển

Khi dừng sự cố các thao tác tiếp theo cũng như bình thường

CHƯƠNG 3 Hệ thống đo lường máy nén khí, thông số

đo, nguyên tắc và phương pháp đo

3.1 các thông số đo

-Đo áp suất

-Đo nhiệt độ

-Đo lưu lượng

3.2 Nguyên tắc và phương pháp đo

3.2.1.Đo nhiệt độ

Các thông số nhiệt cần đo trong máy nén khí:

 Nhiệt độ ổ đỡ

 Nhiệt độ dầu

 Nhiệt độ khí trên đường ống chính

Tổng quan chung về đo nhiệt độ

Nhiệt độ là đại lượng ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng của hầu hết các quá trình công nghệ Vì vậy thiết bị đo nhiệt độ tồn tại ở mọi nơi trong đời sống và kỹ thuật

Nhiệt độ là đại lượng vật lý biểu thị mức độ nóng lạnh của vật thể và môi trường Giá trị của nhiệt độ đặc trưng cho năng lượng động học trung bình chuyển động của các phần tử vật chất Nó là một trong những thông số của trạng thái nhiệt

Đơn vị đo nhiệt độ thường sử dụng là Kenvin (0K) hoặc cũng có thể

sử dụng nhiệt độ cenxi (0C ) Giá trị hai nhiệt độ này bằng nhau nhưng mốc tính khác nhau T0K được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, theo nhiệt độ này dưới áp suất tiêu chuẩn nước đông đặc ở 2730K và sôi ở 373,150K Theo nhiệt độ

cenxi t0C dưới áp suất tiêu chuẩn nước đông đặc ở o0C và sôi ở 1000C Vậy ta có biểu thức liên hệ giữa T0K và t0C :

T0(K) = t0(C) + 273,5

Các điểm mốc chuẩn nhiệt độ thường được lấy bằng giá trị nhiệt độ biểu thị trạng thái cân bằng giữa các pha của các nguyên tố dưới điều kiện tiêu

chuẩn:

Điểm nóng chảy của kẽm 692,63 419,58

Điểm nóng chảy của bạc 1235,08 961,93

Điểm nóng chảy của vàng 1337,58 1064,43

Một số nước phương tây sử dụng thang nhiệt độ Pharenhait(0F) và Renkin(0Ra) Mối liên hệ giữa 0K,0C ,0F và 0Ra như sau:

Trong mỗi khoảng nhiệt độ, sử dụng các thiết bị đo chuẩn khác nhau Thiết

bị đo chuẩn cho khoảng nhiệt độ từ 13,81 đến 903,890K là nhiệt kế điện trở bạch kim còn khoảng nhiệt độ từ 630,74 đến 1064,430C sử dụng thiết bị đo chuẩn là cặp nhiệt điện Platinnorodi-Platin

Ở máy nén khí UK135/8T khoảng nhiệt độ cần đo nằm ở mức một cho nên dùng nhiệt kế điện trở để đo bao gồm: nhiệt độ khí nén, nhiệt độ khí hút, nhiệt độ dầu trong ống góp, nhiệt độ gối đỡ Nguyên lý đo nhiệt độ như sau:

Dùng nhiệt kế điện trở

Nhiệt kế điện trở là cảm biến đo nhiệt độ có thể sử dụng để đo nhiệt

độ trong khoảng từ -260 đến 7500C Nguyên lý hoạt động của nhiệt kế điện trở dựa vào sự phụ thuộc của điện trở của vật dẫn hay bán dẫn vào nhiệt độ của nó theo công thức:

Rt = R0(1+ 3,64.10− 3t – 5,8.10− 7t2)

Để đo được các thông số nhiệt độ của máy nén người ta dùng can nhiệt điện trở nhúng trực tiếp vào môi trường đo

Sơ đồ cấu tạo của nó được mô tả như hình vẽ dưới:

Dây điện trở được quấn thành hai đường song song trên một tấm mica 1 có khứa răng cưa, Hai đầu của điện trở được hàn lên hai dây nối 4 bằng bạc hai

lá mica2 được ép hai phía lá 1 để cách điện dây điện với vỏ, ống nhôm 3 bảo

vệ dây điện trở và các tấm mica khỏi sự tác động cơ học Hai dây dẫn được

cách điện bằng các ống 5, còn đầu cuối của chúng được nối vào hai cốt đấu

8 để nối với mạch ngoài vỏ bảo vệ bằng kim loại 6 được gắn chặt lên đầu nối 9 của can nhiệt điện trở Hệ thống dây điện trở, dây dẫn và cốt đấu được gắn chặt lên đầu nối qua tấm lót cách điện 7 Tấm lót này có vai trò ngăn không cho nước vào can nhiệt điện trở 10 là nắp đậy của can nhiệt điện trở Trong một số can nhiệt điện trở người ta ghép thêm các lá đủa mỏng đàn hồi vào giữa các lá mica để giảm quán tính nhiệt và tăng khả năng truyền nhiệt

từ vỏ bảo vệ vào dây điện trở

Can nhiệt điện trở dùng trong máy nén là can nhiệt điện trở bạch kim TCП100( hoặc PT-100) có điện trở R0= 100Ω

3.2.2.Đo áp suất chất lưu

Các thông số áp suất cần đo trong máy nén khí:

 Áp suất dầu trong ống chính

 Áp suất khí trên đường ống xả, ống hút

 Áp suất dầu trong ống góp

Áp suất là một trong các thông số quan trọng nhất của chất lưu

Đo áp suất chất lưu chuyển động:

Khi chất lưu chuyển động cần phải tính đến ba dạng áp suất cùng tồn tại : áp suất tĩnh Ps của chất lưu không chuyển động, áp suất động Pd do chuyển động với vận tốc V của chất lưu gây nên và áp suất tổng cộng Pt là tổng của hai áp suất trên:

Đo các áp suất chất lưu chuyển động được thực hiện bằng cách nối hai đầu

ra của ống Pitot hai cảm biến, một cảm biến đo áp suất tổng cộng và một cảm biến đo áp suất tĩnh, trang bị trực tiếp một ăngten là ống Pitot với hai cảm biến áp suất kích thước nhỏ để đo áp suất động Các màng của cảm biến này được đặt sao cho một màng vuông góc với dòng chảy và màng thứ hai song song với trục ống

Phương pháp chuyển đổi tín hiệu: Bộ chuyển đổi áp điện

Khi sử dụng vật trung gian là một cấu trúc áp điện, ta có thể chuyển đổi trực tiếp ứng lực dưới tác dụng của lực F (do áp suất chất lưu gây nên) thành tín hiệu điện Q Thí dụ, nếu tạo điện cực kim loại trên một phiến mỏng cắt từ tinh thể thạch anh theo hướng vuông góc với một trong ba trục điện rồi tác dụng lên nó một lực cơ học thì sẽ xảy ra hiện tượng phân cực điện: Trên các bản cực kim loại xuất hiện các điện tích Q Điện tích này tỷ lệ với lực tác dụng:

Q = kFTrong đó k là hằng số áp điện và F là lực tác động Trường hợp thạch anh, k = 2,32 10− 12culong/newton

Cấu trúc của phần tử áp điện dạng ống cho phép tăng diện tích bằng cách đơn giản hoá kiểu kết hợp các phần tử Đối với cấu trúc loại này, điện tích trên các bản cực được tính từ biểu thức:

Dải áp suất đo được của cảm biến áp điện nằm trong khoảng từ vài mbar đến hàng ngàn bar Độ nhạy của cảm biến thay đổi trong khoảng từ 0,05 pC/bar đến 1 pC/bar phụ thuộc vào hình dạng phần tử áp điện và dải đo Độ tuyến tính thay đổi trong phạm vi từ ±0,01 đến ±1% của dải đo với độ trễ nhỏ hơn 0,0001% và độ phân giải 0,001% Độ lớn của tín hiệu đầu ra thay đổi từ 5 đến 100mV.

3.2.3.Đo lưu lượng

Các thông số lưu lượng cần đo trong máy nén khí:

 Lưu lượng nước

 Lưu lượng khí

Đo lưu lượng bằng Rôtamét công nghiệp

Nguyên lý đo lưu lượng bằng Rôtamét công nghiệp: Lưu lượng của dòng chảy khi đi qua bộ phận thu hẹp của dòng chảy tỷ lệ với căn bậc hai của hiệu áp suất hai bên bộ phận thu hẹp và tỷ lệ bậc nhất với diện tích thoát của dòng chảy tại vị trí thu hẹp Nghĩa là:

q = C.F ∆P với C- hệ số tỷ lệ

Như vậy nếu tạo ra được một thiết bị thay đổi được F khi q thay đổi và bảo đảm ∆P = const thì sẽ có mối liên hệ gần như tuyến tính giữa q và Lưu lượng của dòng chảy được xác định thông qua giá trị diện tích F Thiết bị này được gọi là Rôtamét và phương pháp đo lưu lượng bằng Rôtamét được gọi là phương pháp đo lưu lượng theo độ giảm áp không đổi

Nguyên tắc làm việc của Rôtamét công nghiệp: Rôtamét công nghiệp

là cảm biến đo lưu lượng theo độ giảm áp không đổi có trang bị các bộ chuyển đổi sang tín hiệu điện hoặc tín hiệu khí nén để truyền đi xa Các Rôtamét này được chế tạo với thân bằng kim loại, còn phao gắn liên động với chuyển đổi đo Các Rôtamét công nghiệp sử dụng chuyển đổi đo là biến

áp vi sai.Phao của Rôtamét được lồng trong tấm lỗ 2 (hình vẽ dưới), tiết diện của dòng chảy là khe hở giữa thành phao và miệng lỗ Đồng thời phao cũng được gắn cố định với lõi ferit3 của biến áp vi sai, phao có thể có hai loại: Phao hình côn hoặc phao hình nấm Khi trong đường ống có lưu lượng chảy qua thì dưới tác động của áp lực dòng chảy phao sẽ được đẩy lên, tiết diện thoát của dòng chảy tăng lên, áp lực của dòng chảy lên phao giảm xuống Cho đến khi áp lực của dòng chảy lên phao cân bằng với trọng lượng hệ thống phao thì phao ngừng chuyển động và lõi ferit sẽ có một vị trí xác định trong biến áp vi sai Điện áp Ur là đại lượng biểu thị lưu lượng của dòng chảy trong đường ống Cấp chính xác của Rôtamét là 1,5 và 2,5

CHƯƠNG 4 Những hạn chế trong đo lường và điều khiển máy nén khí UK135/8T và phương hướng nâng cấp hệ thống.

4.1 Những hạn chế

Về mặt điều khiển toàn bộ hệ thống hoạt động là các thiết bị rất cũ của nga, vận hành đều bằng tay, tác động trực tiếp lên thiết bị điều khiển, độ chính xác điều chỉnh không cao vì tất cả các thao tác đều là do trực quan quan sát sau đó điều khiển, độ linh hoạt hệ thống chưa cao, chủ yếu dựa vào chủ quan của người vận hành máy

Do điều chỉnh thủ công nên hiệu suất làm việc của máy chưa cao, đảm bảo máy hoạt động cần có công nhân kỹ sư nhiều kinh nghiệm nên rất khó,

vì điều chỉnh thủ công bằng các tiếp điểm cơ khí rất cồng kềnh

Về hệ thống đo chưa được số hoá, các đầu ra của thiết bị đo là các tín hiệu chưa được chuẩn hoá để đưa đi điều khiển chỉ dừng lại ở mức độ đo để kiểm tra các thông số và sau đó điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí, chưa tự động hoá được quá trình đo và điều khiển hệ thống

4.2 Ý tưởng nâng cấp hệ thống và các phuơng án nâng cấp 4.2.1 Các phương án nâng cấp hệ thống

Dựa vào yêu cầu điều khiển của bài toán và các yêu cầu kỹ thuật đặt

ra, dựa vào số đầu vào điều khiển và số đầu ra điều khiển em xin đưa ra các phương án có thể thực hiện nhiệm vụ đặt ra như sau:

1.Phương án 1:

Sử dụng LOGO230RLC để viết chương trình và điều khiển máy nén khí đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật của hệ thống, sử dụng một Screen để theo dõi hoạt động hệ thống bằng chương trình riêng

+)Ưu điểm của phương án :

-Giá thành nâng cấp rẻ

-Ngôn ngữ lập trình khá đơn giản

+)Nhược điểm của phương án:

-Độ tin cậy hoạt động không cao, không linh hoạt trong việc viết chương trình điều khiển

-Hoạt động của hệ thống chưa được tối ưu hoá

-Không thể tiến hành điều khiển trực tiếp trên một màn hình máy tính

vì không có phần mềm tích hợp các chương trình điều khiển giám sát

hệ thống

2.Phương án 2:

Sử dụng PLCS7-200 để viết chương trình và điều khiển hệ thống theo đúng yêu cầu đặt ra vì số đầu vào và đầu ra của hệ thống không quá lớn và chương trình điều khiển cũng không quá phức tạp

+)Ưu điểm của phương án:

-Giá thành nâng cấp khá rẻ

-Chương trình điều khiển linh hoạt khắc phục được các lỗi điều khiển

và các sự cố được khắc phục và cảnh báo hoàn toàn

-Có phần mềm theo dõi và giám sát hoạt động hệ thống trực tiếp được trên một máy tính trung tâm

+)Nhược điểm của hệ thống:

-Chỉ ứng dụng được trong các hệ thống điều khiển nhỏ không đáp ứng được cho các hệ thống lớn

3.Phương án 3:

Sử dụng PLCS7-300 để viết chương trình điều khiển cho máy nén, toàn bộ quá trình giám sát và điều khiển có thể được tiến hành trên máy tính trung tâm bằng phần mềm công nghiệp tích hợp cho hệ thống PCS7

+)Ưu điểm của phương án:

-Thoả mãn hoàn toàn yêu cầu của bài toán

-Linh hoạt trong điều khiển

-Có thể ứng dụng cho một hệ thống lớn cho nhiều máy nén

-PLCS7-300 được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong các nhà máy hiện nay nên việc học tập và sử dụng nó cho người điều khiển dễ dàng

+)Nhược điểm hệ thống:

-Giá thành đắt hơn các phương án trên

4.2.2 Lựa chọn phương án nâng cấp

Dựa vào các phân tích và yêu cầu đặt ra em chọn phương án 3 để nâng cấp hệ thống bởi các lý do sau:

-Bài toán được giải quyết một cách tối ưu

-Tiện lợi trong sử dụng vì các lệnh lập trình không phức tạp, hệ thống đơn giản

-Sử dụng cho một máy nén khí thì giá thành nâng cấp đắt nhưng cho nhiều máy nén thì giá thành lại rẻ

-Để giúp cho việc nghiên cứu và sử dụng nó trong điều khiển bởi nó rất phổ biến hiện nay

-Và mục đích chính là cho việc học tập và tìm hiểu nó trong đề tài tốt nghiệp của em

4.3 Tổng hợp lại yêu cầu bài toán và các công việc nâng cấp

Số đầu vào điều khiển là 22 đầu vào, số đầu ra điều khiển là 31 đầu ra, các công việc cần làm:

Thứ nhất: sử dụng hệ lại thống cảm biến cũ nhưng chuẩn hoá các đầu

ra cho phù hợp đầu vào PLC, giữ lại mạch điều khiển rơ le, thay bộ chỉnh điện điều chỉnh áp suất bằng chương trình viết sẵn

Thứ hai: thay thế các tiếp điểm cơ khí bằng các tiếp điểm mềm, bằng cách sử dụng PLCS7-300, tự động hoá quá trình vận hành và điều khiển bằng các chương trình phần mềm được viết sẵn.

Thứ ba: ngoài chương trình điều khiển viết cho PLC cần phải có một chương trình giúp ta theo dõi hoạt động của máy đồng thời có thể điều khiển máy tại một trung tâm điều khiển xa hiện trường ,bao quát toàn bộ hoạt động của máy tại một máy tính trung tâm

Phần II NÂNG CẤP HỆ THỐNG DÙNG PLCS7-300

1.1 Mô hình hệ thống

Hoạt động của hệ thống được mô tả như sau:

Tín hiệu đầu vào của PLC được lấy từ thiết bị hiện trường là máy nén khí: bao gồm tín hiệu của các cảm biến, tín hiệu các khoá đóng mở khởi động và dừng máy, các tín hiệu này phải được đưa qua các bộ chuẩn hoá chuẩn điện áp để phù hợp với chuẩn đầu vào của PLC là 24V

Tín hiệu đầu ra của PLC đưa đi điều khiển các quá trình khởi động, dừng máy nén khí, điều chỉnh lưu lượng, đóng mở các van, bảo vệ hay đưa

ra các tín hiệu cảnh báo khi có sự cố, khắc phục sự cố bằng chương trình sự

cố Các tín hiệu này được đưa tới mạch điện điều khiển là các mạch rơle.Như vậy hoạt động của máy nén khí được viết sẵn bằng chương trình điều khiển lưu trong bộ nhớ của PLC

Phần giao tiếp giữa PLC và máy tính giám sát (MT) giúp ta theo dõi trạng thái hoạt động của máy nén khí một cách trực tiếp trên màn hình giám sát, phần mềm sử dụng mô phỏng hệ thống được dùng là WCC

CHƯƠNG 2 Giới thiệu tổng quan về họ PLCS7- 300 cùng với ngôn ngữ lập trình của nó

Điều khiển dùng PLC nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ngõ vào, được đưa

về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần có mạch giao tiếp hay rơle trung gian Tuy nhiên cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn

Việc sử dụng PLC cho phép hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua lập trình chuyên dùng Hơn nữa chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào sử dụng nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

2.1.Giới thiệu thiết bị logic khả trình (PLCS7- 300)

Thiết bị điều khiển logic khả trình viết tắt PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số Như vậy với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành 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 các 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 lặp theo chu trình của vòng quét (scan).

Nguyên lý chung của PLC:

Để có thể thực hiện được chương trình điều khiển PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý, một hệ điều hành,

bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên là phải có các cổng vào/ra để giao tiếp với các đối tượng điều khiển và để giao tiếp với môi trường xung quanh…

các module truyền/ nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ…Chúng được gọi chung là các module mở rộng Tất cả các module được gá trên những thanh ray (Rack).

Module CPU:

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)…và có thể có một vài cổng vào ra số được gọi là cổng vào ra onboard Có rất nhiều loại module khác nhau chúng được đặt theo tên như CPU312, CPU314,…

Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện

của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Funtion Module) ví dụ CPU312IFM…

Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Các loại module CPU được phân biệt với những module CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi ví dụ CPU315-DP…Các module mở rộng:

Các module mở rộng chúng thường được chia làm 5 loại chính:

+) Module PS (Power Supply): Module nguồn nuôi Có 3 loại 2A, 5A, và 10A

+) Module SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

-DI (Digital Input) Module mở rộng các cổng vào số, tuỳ vào từng loại module số các cổng có thể là 8, 16, hoặc 32

-DO (Digital Output) Module mở rộng các cổng ra số

-DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số, số các cổng vào/ra số mở rộng

có thể là 8/8 hoặc 16/16 tuỳ vào từng loại module

-AI (Analog Input) module mở rộng các cổng vào tương tự, về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự/số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu được chuyển thành một tín hiệu số có độ dài 12 bits Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module

-AO (Analog Output) module mở rộng các cổng ra tương tự, chúng chính là các bộ chuyển đổi số tương tự

-AI/AO module mở rộng các cổng vào/ra tương tự

+) Module IM (Interface Module): Module ghép nối Đây là module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng với nhau thành một

khối và được quản lý chung bởi một module CPU Thông thường các module mở rộng được gá liền nhau trên một thanh đỡ gọi là Rack Trên mỗi rack có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU và module nguồn nuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được nhiều nhất với 4 racks và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM.

2.1.2 Cấu trúc bộ nhớ của CPU S7- 300

+) Vùng chứa chương trình ứng dụng Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền : (Load memory)

• OB (Organiation block): Miền chứa chương trình tổ chức

• FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chứa thành hàm

có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

• FB (Function block): Miền chứa chương trình con,được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một chương trình nào khác Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-data block)

+) Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau bao gồm: (System memmory)

• I (Process image input):Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I

• Q (Proces image output):Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình , PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng rầm chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q

• M: Miền các biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này

để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nhóm theo bit (M),byte (MB),từ (MW) hay từ kép (MD)

• T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer )bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV-Preset value) , giá trị đếm thời gian tức thời (CV-current value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian

• C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước (PV-Preset value) ,giá trị đếm tức thời (CV-Current value)

và giá trị logic đầu ra của bộ đếm

• PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input) Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo các địa chỉ Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW), từng từ kép (PID)

• PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự, các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW), từng từ kép (PQD)

+) Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành hai loại: (Work memmory)

• DB (Data Block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW), từ kép (DBD).

• L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi

nó Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB Miền này có thể được truy cập từ chương trình theo bit (L), theo byte (LB), theo từ (LW), hoặc theo từ kép (LD)

2.2.3 Vòng quét chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi

là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block end) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng

ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi