KH Á I QU T V Á Ề MÁY L Ọ C D Ầ U
Khái quá t v ề máy l ọ c d ầ u
Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền tải điện, ảnh hưởng trực tiếp đến việc sử dụng điện của một khu vực Để đảm bảo hoạt động ổn định của máy biến áp, việc duy trì môi trường dầu bên trong là rất cần thiết, vì nó không chỉ tăng cường độ bền cách điện mà còn hỗ trợ làm mát cuộn dây Tuy nhiên, dầu trong máy biến áp dễ bị mất và giảm các thông số an toàn theo thời gian Việc thay dầu hoàn toàn tốn kém và không phải là giải pháp tối ưu cho việc sử dụng lâu dài.
Hình 1.1 Máy bi n áp d u trong thế ầ ực tế
Giải pháp hiệu quả hơn trong việc sử dụng dầu máy biến áp đã qua sử dụng là tái chế dầu sau khi loại bỏ bụi bẩn, hơi nước và các khí hòa tan, giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng dầu Máy lọc dầu thực hiện quá trình lọc các thành phần không cần thiết, đảm bảo dầu đạt tiêu chuẩn an toàn và kỹ thuật theo quy định Sản phẩm dầu sau lọc cần đáp ứng nhu cầu thị trường và chất lượng cho các thiết bị trong nhà máy, khu công nghiệp như máy biến áp và turbin Mục đích chính của máy lọc dầu là loại bỏ tạp chất như nước, cặn bẩn và khí hòa tan, nhằm đảm bảo quá trình vận hành ổn định cho thiết bị.
Hình 1.2 Công tác lọc dầu thực tế ại trạ t m biến áp [2]
Các tính ch t cấ ủa dầu trư c khi đướ ợc x lý, lử ọc:
- Dầu trước khi lọc có chứa nhiều các cặn bẩn, không đạt tiêu chuẩn về độ nhớt và đi n áp đánh thệ ủng
Dầu chứa hàm lượng nước và các khí hòa tan, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng dầu Điều này làm cho quá trình hoạt động của các thiết bị không an toàn và không đạt công suất tối ưu.
Dầu chưa qua xử lý có thể chứa các hợp chất lưu huỳnh như H2S, những hợp chất này sẽ tương tác với kim loại trong dầu, đặc biệt là đồng (Cu), dẫn đến hiện tượng ăn mòn.
Quy trình c a mủ ột máy lọc dầu cơ bản (hình 1.3):
Hình 1.3 Quy trình lọc dầu cơ bản
Dầu được hút từ máy biến áp và chuyển đến bộ gia nhiệt, nơi dầu được làm nóng đến nhiệt độ quy định từ 50°C.
Nhiệt độ 70 độ C (tùy thuộc vào loại máy và hãng sản xuất) được sử dụng để xử lý dầu Sau đó, dầu được đưa vào bình chân không và phun sương để tối đa hóa sự tiếp xúc của dầu với các yếu tố phân tán.
Nước trong dầu sẽ bị ố b c hơi và được hút vào bình ngưng Quá trình này giúp chuyển đổi nước từ thể hơi sang thể lỏng, sau đó nước được bơm vào bình chứa.
Dầu sau khi khử nước sẽ được bơm ra và đưa qua bộ lọc hạt hiệu suất cao, sau đó sẽ được chuyển trở lại hệ thống cần sử dụng.
Máy lọc dầu có thể được phân loại theo chức năng và đối tượng ứng dụng Theo chức năng, có các loại máy như máy lọc dầu ly tâm dùng để lọc cặn, phin lọc để lọc cặn H, và máy hấp thụ nước nhằm giảm lượng nước có trong dầu Về đối tượng ứng dụng, có thể kể đến máy lọc dầu cho máy biến áp và máy lọc dầu cho turbin.
Trong nghiên cứu này học viên s ẽ nghiên cứu về máy l c dọ ầu theo đối tượng: máy l c d u cho máy bi n áp l c ọ ầ ế ự
T ạ i sao ph ả i l ọ c d ầ u cho máy bi ế n áp?
- Dầu trước khi lọc có chứa hàm lượng cao các chất khí hòa tan như: H 2 ,
Trong quá trình hoạt động của máy biến áp, các khí như CO, CO2, O2, N2, CH4, CH2, C2H2 và C2H6 có trong dầu có thể tạo ra phản ứng hóa học Những phản ứng này dẫn đến sự cố nghiêm trọng trong máy biến áp, bao gồm phóng điện cục bộ, hồ quang và tăng nhiệt cục bộ.
Đo hàm lượng nước, axit, độ nhiễm bẩn và cường độ điện trường đánh thủng của dầu biến áp là rất quan trọng để đánh giá tình trạng tổng quan của dầu và các thành phần bên trong máy biến áp Chất lượng dầu đóng vai trò then chốt trong việc ngăn ngừa sự xuống cấp của dầu cách điện và kéo dài tuổi thọ của máy biến áp.
Dầu sử dụng trong máy biến áp chủ yếu là dầu khoáng, tuy nhiên trong quá trình tinh chế, một lượng nhỏ hợp chất chứa lưu huỳnh (S) vẫn còn sót lại Những hợp chất lưu huỳnh này có thể tương tác với kim loại trong dầu, đặc biệt là đồng, dẫn đến hiện tượng ăn mòn giấy cách điện và ăn mòn thanh đồng (cuộn dây) trong máy biến áp.
Dầu sử ụ d ng cho máy biến áp phải đáp ng đưứ ợc những yêu cầu sau:
B ng 1.1 ả Đặc tính k thuỹ ật của dầu cách điện máy bi n áp ế
STT H ng m c ạ ụ Đơn vị Yêu cầu
1 Tiêu chuẩn áp dụng IEC 60296
3 Quan sát bên ngoài Trong, sáng không có nước và t p t ạ chấ
+ Sau khi l ọc kV kV
Dầu cho máy biến áp có thời gian sử dụng lâu dài nhờ khả năng chống oxi hóa và ngăn chặn sự hình thành cặn Độ ổn định nhiệt độ cao giúp dầu duy trì hiệu suất tối ưu, từ đó tiết kiệm chi phí bảo trì và nâng cao hiệu quả hoạt động của thiết bị.
- Có tính cách điện cao.
- Độnhớt thấp giúp giải nhiệ ốt t t
- Khả năng chống oxy hóa t -ốt > kéo dài tuổi thọ ầ d u.
- Điểm chớp cháy cao nên tránh đư c nguy cơ cháy nợ ổ
- Khả năng tách nhũ tốt, đảm bảo tách nước hoàn toàn trong trường h p dợ ầu b ịnhiễm nước.
- Hoàn toàn không l n tẫ ạp chất như khí hòa tan, nước hoặc ch t rấ ắn dạng huyền phù
Mô hình máy lọc dầu trực tiếp kết nối với máy biến áp, như hình 1.4, cho phép quá trình lọc dầu được lặp lại cho đến khi đạt tiêu chuẩn sử dụng Để đảm bảo dầu đạt thông số yêu cầu cho máy biến áp, máy lọc dầu cần được nối với máy biến áp và thực hiện lọc theo hình thức đối lưu.
Hình 1.4 Mô hình máy lọc dầu kết nối với máy biến áp [3]
Ví d : Máy l c dụ ọ ầu online MAS4000 – TEC:
- Tính năng: Lọc d u khi máy biầ ến áp v n hoẫ ạ ột đ ng bình thường
+ Lưu lượng có th ểthay đổ ừi t 2000 4000 l/gi l c online và t – ờ ọ ừ1000 –
+ Công suất gia nhi t: 64 kW ệ
Hình 1.5 Máy lọc dầu MAS4000-TEC
+ Tốc độtăng nhiệt ởlưu lượng biểu ki n: 27ế 0 C
+ Công suấ ổt t ng: 74kW
+ Đo áp suất chân không b ng cằ ảm biến pirani
+ Lưu lượng bơm chân không 180 m 3 /giờ
K ế t lu ận chương
Hiện nay, nhiều máy lọc dầu ở nước ta vẫn sử dụng công nghệ cũ với tính tự động hóa thấp và chức năng giám sát quá trình lọc dầu còn hạn chế Việc cải tiến hệ thống máy lọc dầu bằng cách sử dụng mô-đun điều khiển chuyên biệt là cần thiết để tối ưu hóa khả năng vận hành mà công nghệ cũ chưa đáp ứng được Hệ thống máy lọc dầu cần được trang bị hệ thống HMI thông qua ứng dụng cài đặt trên máy tính, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động.
Đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho máy lọc dầu máy biến áp đã được tác giả Trần Xuân Ngọc thực hiện và phát triển trong luận văn thạc sĩ năm 2020 Tác giả đã thiết kế hệ thống điều khiển để lọc dầu sử dụng PLC S7 1200.
Tác giả Trần Xuân Ngọc đã sử dụng PLC S7-1200 trong hệ thống điều khiển để đảm bảo tính ổn định cho quá trình vận hành Tuy nhiên, việc này cũng dẫn đến việc gia tăng chi phí sản xuất bộ điều khiển Để nâng cao tính cạnh tranh trong nền kinh tế, học viên đã lựa chọn thiết kế mô đun nhúng nhỏ gọn nhằm điều khiển quá trình lò dầu, vừa linh hoạt trong việc mở rộng hệ thống vừa giảm chi phí sản xuất.
Căn cứ vào nhu cầu thực tế trong công tác lập dự báo định kỳ cho máy biến áp, thời gian cắt điện cho máy biến áp có thể kéo dài đến vài ngày Việc giám sát trực tiếp tại máy lắp đặt gặp khó khăn khi thời tiết xấu như mưa gió hay giông bão, dẫn đến việc phát sinh thêm nhân lực để giám sát máy hoạt động một cách hiệu quả.
Here is the rewritten paragraph:"Thông qua việc nghiên cứu và thiết kế mô đun điều khiển tích hợp chức năng giám sát xa, học viên đã giúp người vận hành có thể giám sát máy họa từ trung tâm điều khiển và các nơi khác Nhờ đó, việc tích hợp tính năng giám sát xa giúp tiết kiệm hơn về nhân lực, giảm chi phí vận hành và tăng cường mức độ an toàn, linh hoạt khi nhiều người có thể cùng giám sát từ nhiều vị trí làm việc khác nhau."
Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đang hướng tới việc chuyển đổi các trạm biến áp có người trực thành trạm biến áp không người trực, với nhiều trạm được điều khiển và giám sát từ xa qua một Trung tâm điều khiển Điều này càng khẳng định tầm quan trọng của việc tích hợp chức năng điều khiển giám sát từ xa cho máy lọc dầu.
Phần thi thiết kế hệ thống điều khiển và giao diện giám sát không dây từ xa cho máy lọc dầu sẽ được trình bày chi tiết trong các chương tiếp theo của luận văn này.
THI Ế T K Ế Ộ B ĐI Ề U KHI N MÁY L C D Ể Ọ Ầ U
Các thiêt b ị chính đang lắ p trong máy l c d u 13 ọ ầ Bơm dầ u vào, bơm d ầ u ra
Máy lọc dầu MAS 4000 đang được lắp các thiết bịchính g m: ồ
- 02 Cụm gia nhiệt (mỗi bộ32 kW)
- Bơm dầu vào (2,2 kW 3 pha)–
- Bơm dầu ra (3 kW – 3 pha)
Sơ đồ m ch l c c a máy l c d u th hi n t i “ạ ự ủ ọ ầ ể ệ ạ Mục 1: Sơ đồ m ch l c h ạ ự ệ thống điều khiển máy lọc d u MAS 4000” - ầ trang 60 c a ủ Phụ ục l
Bơm dầu vào, bơm d u ra ầ
Hình 2.1 Máy bơm dầu Speck ASK 2001 [1]
- Tốc độdòng tối đa là 2,5 m 3 / giờ
- Hiệu suấ ột đ ng cơ: 0,37 – 4 kW.
- Thích hợp cho việc phân phối khí / tự ồ m i.
- Thích hợp cho chất lỏng không có ch t gây ô nhiấ ễm và không có hạ ắt r n
- Dải nhiệ ột đ hoạ ột đ ng từ -100 0 C đến 350 0 C
- Máy bơm đa tầng nằm ngang.
- Có sẵn trong nhiều lo i v t liạ ậ ệu với các thành phần từgang đúc bằng thép không gỉ ồ, đ ng và gang đúc.
- Thiết kế ớ v i then cài cơ khí và khớp nối.
Hình 2.2 Máy bơm chân không SV 300B[1]
B ng 2.1 Các thông s cả ố ủa máy bơm chân không SV 300B
Lưu lượng 300 m3/giờ Độ chân không 50 Pa
Tốc độ quay 1400 vòng/phút
Trong hệ thống gia nhiệt, bộ điều khiển nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng dầu Máy lọc dầu MAS4000 chủ yếu sử dụng hai bộ điều khiển nhiệt độ E5CC OMRON, kết hợp với cảm biến PT100 để đo nhiệt độ trong ống sau khi gia nhiệt và gửi tín hiệu điện trở về bộ điều khiển.
Máy lọc dầu MAS4000 đang sử ụ d ng 2 b gia nhi t b i vì: ộ ệ ở
Khi máy lọc dầu hoạt động với một lượng dầu ít, chỉ cần một bộ gia nhiệt là đủ Tuy nhiên, khi xử lý với một lượng dầu lớn, một bộ gia nhiệt sẽ không đủ công suất để làm nóng dầu đến nhiệt độ cần thiết.
Sử dụng bộ gia nhiệt với lưu lượng lớn dầu sẽ không đạt được nhiệt độ tiêu chuẩn, dẫn đến chất lượng dầu kém và không đảm bảo an toàn.
Hình 2.3 B ộ điều khi n nhiể ệt độE5CC OMRON [1]–
- Nguồn cấp: 100 đến 240 VAC, 50/60 Hz
- Ngõ vào: PT 100, Can K, tương tự
- Phương pháp điều khiển: Đóng/mở hoặc PID
- Ngõ ra điều khiển 1: 12 VDC ± 20 %, dòng tải tối đa 21 mA, có b o v ả ệ ngắn mạch
- Ngõ ra điều khiển 2: không
- Ngõ ra alarm: 2 tiếp điểm thưởng mở -3A 250 VAC
Các đồng hồ E5CC – OMRON hiện đang được lắp đặt mà không có giao thức truyền thông Theo tài liệu kỹ thuật của hãng, đồng hồ có ngõ ra giao tiếp 4-20mA nhưng chỉ nằm trong phần tùy chọn Nếu không chọn khi mua, hãng sẽ không tích hợp các tùy chọn này Hiện tại, các đồng hồ được lắp trên MAS4000 không có tùy chọn này Do đó, học viên đã thiết kế thêm mạch đo nhiệt độ để có thể gửi tín hiệu lên cho MCU.
2.2 Lựa chọn thiết bịcho bộ điều khiển máy lọc d u MAS 4000 ầ
Cảm biến nhiệt độPT100 và IC MAX31865
Do đồng hồ điều khiển nhiệt độ hiện hữu không có giao thức truyền thông, học viên đã thiết kế thêm một cảm biến PT100, sử dụng IC MAX31865 để đo giá trị điện trở của PT100 và truyền dữ liệu về MCU qua giao thức SPI Chi tiết phần cứng được mô tả như sau:
Cảm biến nhiệt PT 100 là thiết bị lý tưởng để đo nhiệt độ trong các ứng dụng công nghiệp, với dải đo từ -200°C đến 850°C Được làm từ vật liệu platinum, cảm biến này không chỉ chịu được nhiệt độ cao mà còn có thời gian đáp ứng nhanh, đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo.
PT100 là thiế ịt b phát hi n nhiệ ệ ộ ầt đ , đ u ra là tín hiệu điện tr ở
- PT: viết tắt của vật liệu Platinum
- 100: khi nhiệ ột đ là 0°C thì có giá trị điện trở là 100Ω
Hình 2.4 C u t o cấ ạ ảm biến PT100 [8]
Hình 2.5 Kết nối đầu ra cho PT100
Mạch chuyển đổi MAX31865 là một giải pháp hiệu quả để chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ PT100 sang tín hiệu số IC này được thiết kế để khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu từ các loại cảm biến platinum như PT100 và PT1000 sang định dạng số qua giao thức SPI, giúp việc giao tiếp với vi điều khiển trở nên dễ dàng hơn.
Hình 2.6 M ch chuyạ ển đổi tín hiệu RTD sang tín hi u s MAX31865 ệ ố
Thông số ỹ k thu t c a m ch chuyậ ủ ạ ển đổi MAX31865:
- Điện áp sử dụng: 3~5VDC
- Điện áp giao tiếp: 3~5VDC
- Sử dụng cho các loại cảm biến RTD: PT100/PT1000
Cảm biến lưu lượng dòng chảy
Cảm biến lưu lượng dòng chảy sử dụng cảm biến Hall với cánh quạt bên trong Khi nước chảy qua, cánh quạt quay và cảm biến Hall phát tín hiệu xung Từ tần số của xung, chúng ta có thể xác định được tốc độ dòng chảy.
Hình 2.7 Cảm biến lưu lượng dòng ch yả Đặc điểm:
- Điện áp hoạ ột đ ng: 5V-24VDC
- Dòng tiêu thụ ối đa: 15 mA (DC 5V) t
- Khoảng đ ẩộ m hoạ ột đ ng: 35%~90%RH
- Áp lực cho phép: 1.75Mpa
- Nhiệ ột đ hoạ ột đ ng: 25~+80 ° c-
- Dải lưu lượng dòng chảy có thểđo: 1 – 40 lít/phút
- Đường kính ren ngoài: 20mm, Đường kính ống trong: 10mm
- Red (Đỏ): Nguồn cấp chân VCC
- Yellow (Vàng): Tín hiệu ra
- Tần sốtín hiệu đầu ra: F=7.5xQ (lít/phút)
Q: Lưu lượng nước; F: Tần số tín hiệu đầu ra (Hz) 7.5: Hằng số;
VD: 1 lítnước sẽ có công thức: 1x7.5x60 = 450 xung trong 1 giây.
Cảm biến mức thấp, mức cao CR30 13DP–
Cảm biến tiệm cận điện dung hoạt dộng dựa trên nguyên lý sự có mặt của đối tư ng làm thay đ i điợ ổ ện dung c a các b n c c c m bi n ủ ả ự ả ế
Hình 2.8 Cảm biến mức CR30-13DP [9]
Cảm biến tiệm cận điện dung gồm 4 bộ phận chính:
Cảm biến tiệm cận điện dung CR30-15DP có khả năng phát hiện nhiều loại vật liệu khác nhau mà không yêu cầu đối tượng phải là kim loại Thiết bị này có thể nhận diện chất lỏng, vật liệu phi kim, thủy tinh và nhựa, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng công nghiệp.
- Tốc độchuyển mạch tương đối nhanh, có thểphát hiện các đ i tưố ợng kích thước nhỏ, phạm vi cảm nhậ ớn l n
- Tuổi thọ ả c m biến Autonics CR30-15DP dài và độtin cậy cao
- Có mạch bảo vệ ố n i ngược cực nguồn, quá áp
- D ễ dàng điều chỉnh khoảng cách phát hiện với biến trở điều chỉnh độ nhạy bên trong
- D ễ dàng để điều khiển m c và v ứ ịtrí
- Không để ầ d u tràn vào bên trong cảm biến
Cảm biến tiệm cận điện dung Autonics CR30-15DP là thiết bị cao cấp của hãng Autonics, chuyên phát hiện vật thể không cần tiếp xúc với tốc độ nhanh Sản phẩm này hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt, rất cần thiết trong sản xuất và tự động hóa công nghiệp.
- Mã sản phẩm: CR30 15DP-
- Khoảng cách phát hiện: 15 mm.
- Ngõ ra: DC 3 dây, PNP, thường mở
- Điện áp hoạ ột đ ng: 12 24 VDC.-
- Tần số đáp ứng: 50 Hz.
Hình 2.9 Tín hiệu đầu ra của CR30- 15DP [10]
Cảm biến bọt VP03EP
Cảm biến quang sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định chất lỏng, bao gồm máy thu-phát tích hợp trong thiết kế với vỏ nhựa bền Thiết bị này được lắp đặt chắc chắn lên thành thùng chứa, mang lại hiệu quả cao trong việc giám sát và kiểm soát chất lỏng.
Loại VP03 với lớp vỏ lime-Po 12 sử ụ d ng được trong nhiều lo i dung môi ạ
Loại này xuất ra Output tín hi u ON khi cệ ảm biến trong lòng ch t l ng ấ ỏ
S dử ụng nguồn cấp một chiều ( ) - DC (từ10 40 VDC) [11]
Hình 2.10 Mã cảm biến VP03EP [10]
B ng 2.2 Thông s k ả ố ỹthuậ ảm biết c n b t ọ Điện áp định m c ứ 10 40 VDC-
Dòng định m c ứ 200mA Điện áp rơi ≤ 1 VDC
-theo chiều dọc: ± 2.5mm Ánh sáng xung quanh 0-100 lux
Tần sốhoạ ột đ ng 30Hz
-40 tới +100℃ Đèn báo Led, màu vàng
Kết nối Cáp PVC, 2mm, ỉ 4.1mm, 3x0,25 mm 2 Áp suất 10 bar nhiở ệ ột đ 60 ℃
Khi dầu được bơm vào bình chân không, bọt váng sẽ xuất hiện trên bề mặt dầu Nếu bọt nổi lên quá nhiều, van điện từ sẽ tự động mở để hút bọt ra ngoài.
Van điện từ là loại van được sử dụng cho các hệ thống nước nóng, dầu biến áp, dầu bôi trơn và các môi trường có tính ăn mòn, áp suất cao Chúng có khả năng hoạt động ở nhiệt độ lên tới 180 độ C trong khoảng thời gian ngắn.
Hình 2.11 Van điệ ừn t UNID
- Chất liệu: Thân van đồng
- Dạng van: Thư ng đóngờ
- Nhiệ ột đ làm việc: -10 đến 180 độ C
2.3 Thiết kế ph n cầ ứng
Tổng quan hệthống điều khiển máy l c d u ọ ầ
MCU sẽ thu thập tín hiệu từ các cảm biến như PT100 MAX31865, cảm biến lưu lượng, cảm biến mức và cảm biến bọ Sau đó, dữ liệu này sẽ được gửi tới mô đun Wifi, từ đó chuyển tiếp lên trung tâm dữ liệu đám mây MQTT Máy tính chạy giao diện HMI sẽ kết nối tới MQTT cloud, lấy thông tin dữ liệu trên cloud và hiển thị lên màn hình HMI Khi thực hiện lệnh điều khiển trên HMI, lệnh từ giao diện HMI sẽ được gửi tới MQTT cloud Mô đun Wifi sẽ kết nối tới MQTT cloud và lấy các bản tin này về, gửi tới MCU để thực thi lệnh điều khiển đóng/mở các thiết bị.
Sơ đồ ế ố ổ k t n i t ng quan h thệ ống điều khi n máy l c d u ể ọ ầ được th hiể ện như hình dưới:
Hình 2.12 Sơ đồ ết nối k t ng quan h ổ ệthống điều khiển máy lọc dầu
Thiết k mế ạch điều khi n nhúng ể
Tổng quan thiết kế ủ c a mạch (hình 2.13):
• 5 tín hiệu đầu vào, 1 đầu vào thông qua giao tiếp SPI, 8 tín hiệu đầu ra
• Các đầu vào và đầu ra được cách ly qua các Opto (cách ly quang)
• S dử ụng mạch đ m dòng để đảệ m bảo dòng cho các đ u ra điầ ều khiển
• Truyền thông không dây qua wifi
Hình 2.13 Sơ đồkhối ph n c ng ầ ứ
Danh sách tín hi u vào/ra cệ ủa MCU
MCU thu thập tín hiệu từ các cảm biến bọt, mức, lưu lượng, nhiệt độ và xu hướng tín hiệu đầu ra để điều khiển các bơm, bao gồm bơm dương vào, bơm dương ra, hai bơm chân không, hai bộ gia nhiệt, băng lệch và van điện từ Các đầu vào và đầu ra được trình bày cụ thể trong bảng dưới đây.
B ng 2.3 Danh sách tín hiả ệu vào/ra của MCU
Phần tử Địa ch ỉ Ký hi u ệ Đầ u vào
Cảm biến bọt PA2 Bubble Sensor
Cảm biến mức (dầu ở mức cao) PA1 High sensor
Cảm biến mức (dầu ở mức thấp) PA0-WKUP Low sensor
Cảm biến lưu lượng PA15 Flow sensor
Commented [TAQ1]: Th ầ y Long: Hình 2.13 trang 22 trình bày ti ếng anh việt lẫn lộ - n
Cảm biến nhiệ ột đ PA4, PA5, PA6, PA7 (SPI) TE Đầ u ra
Bơm dầu vào PB0 Pump1
Bơm dầu ra PB1 Pump2
B ộgia nhiệt 1 PB4/JNTRST Heater1
B ộgia nhiệt 2 PB3/JTDO Heater2
Bơm chân không 1 PB7 Vac
Bơm chân không 2 PB8 Root
Van điện từ ả ọ x b t PB5 Solenoid valve
Thi ế t k ế ph n c ầ ứ ng
Tổng quan hệthống điều khiển máy l c d u ọ ầ
MCU sẽ thu thập tín hiệu từ các cảm biến như PT100 MAX31865, cảm biến lưu lượng, cảm biến mức và cảm biến bọ Sau đó, dữ liệu này được gửi tới mô đun Wifi, từ đó chuyển tiếp lên trung tâm dữ liệu đám mây MQTT Máy tính chạy giao diện HMI kết nối với MQTT cloud để lấy thông tin và hiển thị trên màn hình HMI Khi thực hiện lệnh điều khiển trên HMI, lệnh từ giao diện HMI được gửi tới MQTT cloud Mô đun Wifi sẽ kết nối tới MQTT cloud và lấy các bản tin này về gửi tới MCU để thực thi lệnh điều khiển đóng/mở các thiết bị.
Sơ đồ ế ố ổ k t n i t ng quan h thệ ống điều khi n máy l c d u ể ọ ầ được th hiể ện như hình dưới:
Hình 2.12 Sơ đồ ết nối k t ng quan h ổ ệthống điều khiển máy lọc dầu
Thiết k mế ạch điều khi n nhúng ể
Tổng quan thiết kế ủ c a mạch (hình 2.13):
• 5 tín hiệu đầu vào, 1 đầu vào thông qua giao tiếp SPI, 8 tín hiệu đầu ra
• Các đầu vào và đầu ra được cách ly qua các Opto (cách ly quang)
• S dử ụng mạch đ m dòng để đảệ m bảo dòng cho các đ u ra điầ ều khiển
• Truyền thông không dây qua wifi
Hình 2.13 Sơ đồkhối ph n c ng ầ ứ
Danh sách tín hi u vào/ra cệ ủa MCU
B ng 2.3 Danh sách tín hiả ệu vào/ra của MCU
Phần tử Địa ch ỉ Ký hi u ệ Đầ u vào
Cảm biến bọt PA2 Bubble Sensor
Cảm biến mức (dầu ở mức cao) PA1 High sensor
Cảm biến mức (dầu ở mức thấp) PA0-WKUP Low sensor
Cảm biến lưu lượng PA15 Flow sensor
Commented [TAQ1]: Th ầ y Long: Hình 2.13 trang 22 trình bày ti ếng anh việt lẫn lộ - n
Cảm biến nhiệ ột đ PA4, PA5, PA6, PA7 (SPI) TE Đầ u ra
Bơm dầu vào PB0 Pump1
Bơm dầu ra PB1 Pump2
B ộgia nhiệt 1 PB4/JNTRST Heater1
B ộgia nhiệt 2 PB3/JTDO Heater2
Bơm chân không 1 PB7 Vac
Bơm chân không 2 PB8 Root
Van điện từ ả ọ x b t PB5 Solenoid valve
Khối nguồn ổn áp là thiết bị cần thiết để chuyển đổi điện áp từ adapter thành các cấp điện áp khác nhau cho các khối trong mạch Bộ chuyển đổi sử dụng chip nguồn LM7805 và LM1117, cung cấp đầu ra 3.3V và 5V với dòng ra tối đa 1A, đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các khối trong mạch cùng hoạt động Đầu vào của LM7805 được cấp nguồn từ adapter và ổn định thông qua các tụ 100uF/35V và 104 Đầu ra của LM1117 cũng được ổn định bằng tụ hóa 22uF/16V và 10uF Hai đèn LED báo nguồn được mắc nối tiếp với điện trở hạn dòng, giúp dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động của nguồn.
Hình 2.14 Sơ đồnguyên lý khối ngu n ồ
Khối tín hi u vào (Input) ệ
Tín hiệu đầu vào từ các cảm biến mức thấp, mức cao và cảm biến báo bọt (ON/OFF) cùng với tín hiệu xung từ cảm biến lưu lượng được đưa vào các Opto (cách ly quang) Mục đích của việc này là để cách ly điện áp giữa mạch đầu vào có điện áp cao và các mạch logic có điện áp thấp, nhằm chống nhiễu cho các thiết bị đo lường và truyền tín hiệu giữa các mạch điện áp và trở kháng khác nhau.
Thông số ỹ k thu t c a Opto (cách ly quang) ậ ủ EL817:
- Điện áp rơi trên diode: 1.2-1.4V
- Điện áp đánh thủng diode: 6V
- Tổn hao công suất trên diode: 70mW
- Tần số đóng cắt: 80Khz
- Dòng qua Collector khi hoạ ột đ ng ổn định: 20mA (maxPmA)
- Điện áp Collector-Emitter max: 35V
- Điện áp Emitter-Collector max: 6V
- Điện áp rơi trên transistor: 0.1V-0.2V
- Tiêu hao công suất trên transistor: 150mW
- Thời gian đáp ứng: 3-4 micro giây
Các cảm biến mức trong hệ thống được cấp nguồn từ nguồn VDC 24V Tín hiệu từ cảm biến được cách ly qua các Opto (cách ly quang) và thông qua các điện trở hạn dòng, đồng thời hiển thị trạng thái đầu vào bằng đèn LED Tín hiệu từ đầu vào này, sau khi qua Opto, sẽ chuyển thành dạng tín hiệu tích cực thấp và được kết nối đến khối tín hiệu đầu vào của vi điều khiển.
Hình 2.15 Sơ đồkhối đầu vào input
25 Đố ớ ầi v i đ u vào nhiệ ộ ấ ừ ảt đ l y t c m bi n PT100, chúng ta s u 3 dây tín ế ẽ đấ hi u ệ của PT100 v mề ạch chuyển đổi tín hiệu MAX31865 như hình 2.16
Hình 2.16 Kế ốt n i gi a PT100, MAX31865 và MCU ữ
Khối vi điều khi n trung tâm ể (MCU)
Khối xử lý trung tâm, hay còn gọi là vi xử lý, là một IC chuyên dụng có khả năng thực hiện các thuật toán chương trình đã được cài đặt sẵn Để hệ thống hoạt động đúng như thiết kế ban đầu, cần sử dụng các ngoại vi phù hợp nhằm thực hiện các chức năng cần thiết.
Một bộ UART được sử dụng để giao tiếp với mô đun WiFi ESP8266, trong khi hai bộ Timer giúp quan sát thời gian và thực hiện các chương trình khác Hệ thống cũng bao gồm một bộ SPI để giao tiếp với cảm biến nhiệt độ, cùng với một bộ Watchdog nhằm ngăn chặn tình trạng treo vi điều khiển, từ đó đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định hơn.
Với các yêu cầu về ngoại vi, tôi đã chọn vi điều khiển STM32F103C8T6 với lõi ARM 32 bits từ ST Electronics Đây là dòng vi điều khiển phổ biến, nổi bật với khả năng hoạt động ổn định, chi phí hợp lý và tính năng ngoại vi đa dạng Dưới đây là thông số kỹ thuật chi tiết.
- Tần sốhoạ ột đ ng cao nhất: 72 Mhz
- ADC: 2×12 bit, tần số ấ l y mẫu 1Mhz
- DMA: Điều khiển 7 kênh DMA
- Giao diện kết nối: 2xI2C, 3xUSART,
Hình 172 Hình nh ả thực tế i điề v u khi n ể
Hình 2.18 Sơ đồ chân vi điều khiển STM32F103C8T6
Khối truy n thông Wi- ề fi
Khối truyền thông Wifi cho phép bộ điều khiển trung tâm nhận lệnh từ ứng dụng trên điện thoại thông minh qua Internet Nó bao gồm mô đun Wifi ESP8266 12E, một vi xử lý được phát triển bởi Espressif System Điểm nổi bật của ESP8266 là tích hợp sẵn Wifi, thường được sử dụng trong các ứng dụng IoT (Internet of Things).
Thông số ỹ k thu t c a ậ ủ mô đun ESP8266 12E:
- -Wi Fi 2.4 GHz, hỗ trợWPA/WPA2
- Chuẩn điện áp hoạ ột đ ng: 3.3V
- Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độtruyề lên đến n 115200
- Có 3 chế độ hoạ ột đ ng: Máy trạm, Điểm phát wifi hoặc cảhai.
- H ỗtrợcác chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK.
- H c ỗtrợ ả2 giao tiếp TCP và UDP
- Làm việc như các máy chủcó thể ế k t nối với 5 máy con
Chức năng các chân mô đun ESP8266 12W:
- Nguồn cấp (VCC): 3.3V lên đến 300mA
- Tx: Chân Tx của giao th c UART, k t nứ ế ố ếi đ n chân Rx của vi điều khi n ể
- Rx: Chân Rx của giao th c UART, k t nứ ế ố ếi đ n chân Tx của vi điều khi n ể
- RST: chân reset, kéo xuống mức thấ đểp khở ội đ ng lại IC
- CH_PD: Kích hoạt IC, sử ụ d ng cho ‘Flash Boot và ’ cập nhậ ạt l i mô đun
- GPIO0: kéo xuống thấp cho chế độ ậ c p nhật
Hình 2.20 Sơ đồ chân mô đun ESP8266 [12]
Trong ứng dụng này, để tối ưu hóa quá trình giao tiếp giữa thiết bị điều khiển và bộ điều khiển trung tâm, tôi sẽ không sử dụng mã nguồn có sẵn của nhà sản xuất Thay vào đó, tôi sẽ lập trình lại mã nguồn cho ESP8266 bằng phần mềm Arduino IDE để thực hiện giao tiếp qua tập lệnh AT một cách hiệu quả hơn.
Hình 2.21 là sơ đồ nguyên lý kết n i các chân c a ố ủ mô đun ESP8266 s ử dụng trong thiết bị
Hình 2.21 Khối mô đun wifi ESP8266
Trong sơ đồ nguyên lý, tôi đã thiết kế một nút RST1 để khởi động lại ESP phục vụ cho quá trình lập trình chip Trong thực tế, mỗi nơi sẽ có một mạng wifi riêng với SSID và mật khẩu khác nhau, điều này gây khó khăn cho việc cấu hình wifi bằng mã nguồn Để giải quyết vấn đề này, tôi đã thêm một nút nhấn SW5, cho phép chip chuyển vào chế độ “Smart config”.
Khi ESP8266 hoạt động ở chế độ AP (Điểm truy cập), nó có khả năng lắng nghe các gói tin UDP chứa thông tin SSID và mật khẩu của mạng Wi-Fi hiện có Khi nhận được gói tin này, ESP8266 có thể tự động kết nối với mạng Wi-Fi mà không cần cấu hình firmware Để thực hiện điều này, cần thiết kế một phần mềm trên điện thoại có khả năng kết nối với mạng Wi-Fi và gửi gói tin UDP chứa dữ liệu SSID và mật khẩu cho ESP8266 Để tiết kiệm thời gian và không tập trung quá nhiều vào phần này, tôi đã sử dụng ứng dụng ESP-Touch có sẵn trên App Store (iOS) và CH Play (Android).
Khối reset ESP cho phép người dùng thực hiện việc reset bằng cách đưa tín hiệu từ mức cao xuống mức thấp tại chân RST_ESP, đây là chân reset ngoài của ESP với yêu cầu tối thiểu là 20ms.
Do dòng ESP với xung reset có độ rộng nhỏ và giảm độ dội khi nhấn phím, em đã thiết kế mạch reset Điện trở được chọn là 10kΩ để ổn định áp cho chân RST_ESP khi ESP hoạt động Khi nhấn nút, thường xảy ra hiện tượng dội phím, ảnh hưởng đến hoạt động reset của mạch như mô tả trong hình.
Hình 2.22 Nguyên lý smart config c a ESP8266ủ
Hình 2.23 Hiện tượng dội phím thường g pặ
Để khắc phục hiện tượng này, nên chọn tụ Cx23 = 0.1uF Khi nhấn nút, thời gian điện tích trên tụ được phóng xuống đất trước, giúp giảm thời gian dội khi nhấn nút.
Khối tín hi u ra (Ouput) ệ
Tín hiệu điều khiển cho các thi t bế ị chấp hành đư c đưa quaợ các Opto (cách ly quang) quang cách lyvà qua IC đệm dòng ULN2803.
Thi ế t k ế ph n m ầ ề m cho h ệ th ố ng
- Hoạ ột đ ng chính xác.
- Có 2 chế độ điề u khiển: T ự động (Auto) bvà ằng tay (Manual)
- Yêu cầu chế độ điề u khiển bằng tay (Manual ph) ải thao tác nhanh và chuẩn
- H ệthống giám sát đơn giản, dễ nhìn và đầy đủthông tin.
Khi hệ thống bắt đầu làm việc, chọn một trong hai chế độ điều khiển t ự động (Auto) ho c ạ điều khi n b ng tay (Manual) trên màn hình HMI ể ằ
- V i ớ chế độ điề u khiển bằng tay: cho chạy dừng các bơm, bộ gia nhi t hệ ợp lý theo chu trình làm vi c c a máy l c dệ ủ ọ ầu
- Với chế độ ự độ t ng:
Dựa trên quy trình vận hành thực tế của máy lọc dầu MAS4000 tại một số trạm biến áp 100kV và kinh nghiệm từ các vận hành viên trực tiếp, học viên đã xây dựng hệ thống vận hành tự động hiệu quả.
Khi cảm biến báo dầu ở dưới mức thứ ấp, máy sẽ khởi động với bơm chân không thứ nhất (Vac) hoạt động trong 30 giây Sau đó, bơm chân không thứ hai (Root) sẽ bắt đầu hoạt động Sau khi khởi động các điều kiện hoạt động ban đầu trong 1 phút, bơm dầu vào (pump1) sẽ hoạt động để bơm dầu từ bên ngoài vào hệ thống.
Sau khi ngắt dòng chảy trong 5 giây, dầu có thể di chuyển từ bên ngoài vào đường ống và qua các cảm biến lưu lượng Nếu lưu lượng dầu nhỏ hơn 2000 lít/giờ, chỉ bộ gia nhiệt 1 sẽ hoạt động Ngược lại, nếu lưu lượng lớn hơn 2000 lít/giờ, cả hai bộ gia nhiệt (bộ gia nhiệt 1 và bộ gia nhiệt 2) sẽ hoạt động đồng thời để đảm bảo nhiệt độ ổn định Trong trường hợp lưu lượng dầu là 0 lít/giờ, cả hai bộ gia nhiệt sẽ ngừng hoạt động.
Dầu được bơm vào bình cho đến khi cảm biến mức thấp kích hoạt, nghĩa là khi mức dầu trong bình vượt qua mức áp suất quy định, bơm sẽ ngừng bơm dầu ra.
Bơm (pump2) được khởi động để hút dầu thừa trong bình chân không ra ngoài, nhằm duy trì sự ổn định của mức dầu trong bình, luôn nằm trên mức thứ cấp và dưới mức cao.
Trong quá trình hoạt động, khi cảm biến mức cao tác động, hệ thống sẽ tự động điều khiển bơm dầu vào và bơm dầu ra để duy trì mức dầu trong bình dưới mức cao Nếu mức dầu trong bình giảm xuống dưới mức thấp, bơm dầu vào sẽ ngừng hoạt động và bơm dầu ra cũng sẽ bị ngắt.
Lưu đồ thu ậ t toán chương trình đi ề u khi ể n như sau:
Thầy Long đã nêu cơ sở để lựa chọn các khoảng thời gian trong lưu đ 2.30 trang 35 Việc thay đổi các thông số có thể được thực hiện và ảnh hưởng của nó đến máy lộc sẽ được phân tích cụ thể.
Hình 2.30 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khi n ể
Thiết k ph n m m nhúng cho MCU ế ầ ề
Học viên sử ụ d ng phần mềm ST32cubeMX để cấu hình, khởi tạo ngoại vi và sinh code ngu n cho MCU, bao gồ ồm:
- Khởi tạo clock hệthống sử ụ d ng thạch anh ngoại 8MHz, qua bộnhân tần, hệ thống hoạt động với tần số72MHz
Khởi tạo Timer 4 với tần số 72MHz và chu kỳ ngắt 1 giây nhằm mục đích sử dụng làm bộ định thời để xác định thời gian thoát khỏi chương trình thực hiện.
- Khởi tạo Timer 2 chạy với tần số72MHz, chu kì ngắt 1 giây, mục đích làm b ộ đếm xung gửi từ ả c m biến lưu lượng.
- Khởi tạo kênh UART baudrate 115200 phục v giao tiụ ếp giữa vi điều khiển với ESP8266
- Khởi tạo giao tiếp SPI phục vụgiao tiếp giữa vi điều khiển với mô đun ảc m bi n ế chuyển đổ ải c m biến nhiệ ột đ MAX31865.
- Khởi tạo Watchdog (IWDG) với chế độ window option enabled mục đích chỉ khi MCU b treo thì watchdog s ị ẽreset MCU
- Khởi tạo Watchdog thạch anh nội 40kHz, thời gian reset là 2 giây
Vi điều khiển là bộ xử lý trung tâm, nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và xử lý các sự kiện ngắt để hoạt động theo chu trình Nguyên lý làm việc của vi điều khiển bao gồm hai chế độ chính: chế độ điều khiển tự động và chế độ điều khiển bằng tay Ngoài ra, vi điều khiển giao tiếp với ngoại vi ESP8266 thông qua UART để truyền tải dữ liệu và biến trạng thái của hệ thống.
Quá trình x lý và truyử ền nhận dữ liệu của MCU như hình dư i đây:ớ
Hình 2.31 Quá trình x ửlý và truyền nhận d ữliệu của MCU Commented [TAQ3]: -lưu đồ thu t toán hình 2.31 - trang 37 ậ c ầ n tách riêng 2 lưu đ chương trình phụ ồ c v ụ ng ắ t
Khi MCU nhận được một thông điệp UART, nó sẽ tạm dừng chương trình chính để chuyển sang thực hiện chương trình ngắt UART Chi tiết về phần lập trình chương trình ngắt UART được trình bày tại mục 4 trong phần Phụ lục.
Khi tín hiệu cảm biến được gửi đến MCU, MCU sẽ kích hoạt chương trình để cập nhật trạng thái cảm biến và gửi thông tin qua giao thức UART đến ESP8266 Bản tin được định dạng dưới dạng JSON, cho phép phân tích và lập trình hiệu quả.
\ \ \" \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ sprintf(bfr_wifi2,"{ "s ": %d ", "m ": "%d ", "LS ": "%d ", "HS ": "%d ",
\n",start,mode,LS_State,HS_State,BS_State,Pump1_State,Pump2_State,pressure, setTemp);
HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)bfr_wifi2,strlen(bfr_wifi2),20);
"H1 ":\ \"%d \\", "H2 ": "%d ", "flow ": "%d ", "temp ":\ \ \ \ \ \ \ \ \ \"%d\"}\n",Root_State,Vac _State,Cooler_State,VE_State,Heater1_State,Heater2_State,flow,temp);
HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)bfr_wifi2,strlen(bfr_wifi2),20);
Học viên sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập trình code cho IC ESP8266, kích hoạt chế độ station và "Smart config" Đồng thời, họ cũng thiết lập giao tiếp với MCU và gửi thông tin lên MQTT Phần code kết nối với MQTT được trình bày chi tiết trong “Mục 3 Lập trình cấu hình ESP8266” tại phần “Phụ lục”.
Học viên sử ụ d ng nền tảng Widows forms App trong ph“ ” ần mềm Visual Studio để thi t k giao di n HMI k t n i t i MQTT cloud cế ế ệ ế ố ớ ủa ESP8266
Thiết k ph n m m nhúng cho ESP8266 12E ế ầ ề a, Giới thiệu về“Smart config”
Khi làm việc với ESP8266, việc khai báo cứng tên WiFi và mật khẩu trong phần lập trình điều khiển thường gây bất tiện Để khắc phục vấn đề này, người dùng có thể sử dụng SmartConfig kết hợp với giao thức ESP-TOUCH để cấu hình SSID và mật khẩu cho ESP8266 một cách dễ dàng và thuận tiện hơn.
Hình 2.32 Đặc trưng c a smartconfig c a ESP8266 12E ủ ủ
Khi ESP8266 chưa được kết nối đến Wi-Fi, ESP-TOUCH là một giao thức sử dụng trong chế độ “SmartConfig” giúp cấu hình tài khoản và mật khẩu Wi-Fi cho ESP8266 thông qua giao diện đơn giản trên smartphone Giao thức này hoạt động bằng cách sử dụng smartphone để gửi một gói tin UDP chứa SSID và mật khẩu đã được mã hóa tới ESP8266 ESP8266 sẽ nhận gói tin này, giải mã và lấy các thông tin về tên Wi-Fi và mật khẩu để thực hiện kết nối đến Wi-Fi.
Truy ề n nh ậ n d ữ li ệu đám mây MQTT CLOUD
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là giao thức truyền thông nhẹ, sử dụng mô hình publish/subscribe, được thiết kế cho các thiết bị Internet of Things Giao thức này hoạt động hiệu quả trong môi trường băng thông thấp, đảm bảo độ tin cậy cao và khả năng hoạt động ổn định ngay cả trong các mạng lưới không ổn định.
Here is the rewritten paragraph:Giao thức này là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng M2M (máy tới máy) bởi vì nó sử dụng băng thông thấp trong môi trường có độ trễ cao, giúp đảm bảo hiệu suất ổn định và tin cậy trong các giao tiếp giữa thiết bị với nhau.
MQTT cũng là giao thứ ử ục s d ng trong Facebook Messager
Trong hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều điểm trạm (gọi là MQTT client) kết nối với một máy chủ MQTT (gọi là Broker) Mỗi client sẽ đăng ký một số kênh (topic), chẳng hạn như "/client1/channel1".
Quá trình đăng ký theo dõi kênh được gọi là "subscribe", tương tự như việc đăng ký nhận tin trên các kênh YouTube Mỗi Client sẽ nhận được dữ liệu khi bất kỳ trạm nào khác gửi dữ liệu vào kênh mà họ đã đăng ký Khi một Client gửi dữ liệu tới kênh, quá trình này được gọi là "publish".
Máy tính HMI và ESP8266 đóng vai trò là client và MQTTCloud chính là một broker, sơ đồtruyền tin của hệthốngđiều khiển như sau:
Hình 2.37 Sơ đồ truyền tin của h ệthống điều khi n ể
K ế t lu ận chương
Trong chương này, học viên đã phân tích thực trạng của máy lọc dầu cho máy biến áp nhằm xác định các ưu điểm và nhược điểm của thiết bị Từ đó, họ đề xuất các giải pháp phát triển và cải tiến máy lọc dầu để nâng cao hiệu quả và tính phù hợp trong ứng dụng.
- Thiết kếphần cứng và thuật toán điều khiển cho hệthống nhúng
- Thiết kế mô đun IoT Truy– ền dữ ệ li u không dây từ xa.
- Thiết kếgiao diện làm việc cho hệthống máy lọc d u ầ
3.1 Giao diện chọn chế độ
Giao diện để chọn chế độ ề đi u khiển thể ệ hi n qua “Bảng điều khiển” g m ồ các “panel”:
• MQTT CONFIGUARATION: Cấu hình Broker Name, Broker Port, Username, Mật khẩu kết nối tới Cloud MQTT
Hình 3.1 Khung giao di n Panel MQTT Configuaration ệ
• CONTROL PANEL: Các nút bấm mềm trên trình điều khi n ể
Hình 3.2 Khung giao di n Control Panel ệ
• SYSTEM ALARM: Hiển thị trạng thái, chế độ hoạt động và các cảnh bảo của h ệthống
Hình 3.3 Khung giao di n ệ System Alarm
• SYSTEM STATUS: Hiển th tr ng thái các thi t b ch p hành ị ạ ế ị ấ
Hình 3.4 Khung giao di n System Status ệ
Các nút bấm Auto và Manual cho phép người dùng dễ dàng chuyển đổi giữa hai chế độ hoạt động của máy: chế độ điều khiển tự động và chế độ điều khiển bằng tay.
• Nút Stop để ừ d ng h th ng ệ ố
• Các cảnh báo quá nhiệt, mức cao sẽthông áo khi các cảm biến gửi tín hiệu
3.2 Giao diện hệ ềđi u khiển máy lọc dầu máy biến áp l c ự Để có th k t n i giao di n giám sát t i h thể ế ố ệ ớ ệ ống điều khi n máy l c d u, ta ể ọ ầ cần cấu hình và kế ốt n i tới MQTT Cloud
Hình 3.5 C u hình kấ ết nối tới MQTT Cloud
Sau khi cấu hình kết nối xong, hãy nhấn nút Connect để kiểm tra kết nối MQTT tới Cloud Nếu kết nối thành công, sẽ xuất hiện bảng thông báo với trạng thái kết nối thành công, và bạn chỉ cần nhấn OK để tiếp tục.
Hình 3.6 Thông báo kết nố ới t i cloud thành công
Sau khi kết nối thành công, khách hàng sẽ gửi bản tin kiểm tra đến hệ thống nhúng Nếu bản tin này hợp lệ, hệ thống nhúng sẽ gửi lại bản tin phản hồi với trạng thái cập nhật của hệ thống.
Hình 3.7 Bản tin được hồi đáp khi kết nối thành công
Chế độ điều khiển bằng tay (Manual) cho phép người dùng sử dụng các nút bấm ON/OFF nằm phía dưới biểu tượng của thiết bị Các nút bấm này sẽ sáng lên và không thể bị tác động một cách ngẫu nhiên.
Nút chuyển chế độ (AUTO/MANUAL) chỉ hoạt động khi hệ thống ở trạng thái dừng (STOP) Để chuyển đổi chế độ, người vận hành cần tạm dừng hệ thống để tránh xung đột trong việc điều khiển các thiết bị đầu ra.
Hình 3.8 Khởi động h ệthống ởchế độ MANUAL
Sau khi bật chế độ điều khiển bằng tay ta cho các thi t bế ị hoạt động theo đúng quy trình lọc dầu:
Bước đầu tiên, nhấn nút Start/Stop để dừng hệ thống nếu đang ở chế độ tự động Tiếp theo, nhấn nút AUTO/MANUAL để chuyển đổi chế độ Khi quá trình chuyển đổi thành công, hệ thống sẽ hiển thị trạng thái mới Cuối cùng, ấn nút START để hệ thống hoạt động một cách ổn định.
Hình 3.9 Trạng thái của hệthống ởchế độ MANUAL
Bước 2: Kiểm tra các van tay trên hệthống đã m chưa Sau đó ấở n vào nút khở ội đ ng cho bộCooler và bơm chân không Vac
Hình 3.10 Khởi động b ộ Cooler và bơm chân không Vac
Sau khoảng thời gian để ộ b làm lạnh và bơm chân không Vac ho t độạ ng, khở ội đ ng tiếp bơm chân không Root Pump.
Hình 3.11 Khởi động bơm chân không Root
Bước 3: Khởi động các bơm hút chân không để tạo môi trường chân không cho bình lọc dầu Sau 1 phút, ấn nút khởi động cho bơm đầu vào Pump1.
Hình 3.12 Khởi động bơm dầu vào
Bước 4: Theo dõi lưu lượng dầu để điều chỉnh bộ gia nhiệt Nếu lưu lượng dầu vào vượt quá 2000 lít, hãy khởi động 2 bộ gia nhiệt để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Hình 3.13 Khởi động một bộ gia nhi t ệ
Hình 3.14 Khởi động 2 b gia nhi t ộ ệ
Bước 5: Khi c m biả ến m c th p báo, t c là dứ ấ ứ ầu trong bình vượt lên trên mức thấp, ta khở ội đ ng bơm d u ra đầ ểhút dầu ra.
Hình 3.15 Khởi động bơm 2 để hút d u ra ầ
Nếu cảm biến mức cao tác động, ta ngắt bơm dầu vào và v n m ẫ ởbơm dầu ra, để ạ ự h m c d u trong bình xuầ ống dưới m c cao ứ
Hình 3.16 Ngắt bơm dầu vào khi cảm biến mức cao tác động
Khi mực dầu hạxuống dưới mức cao và trên mức thấp, ta cho bơm 1 hoạt động tr l i ở ạ
Hình 3.17 C ả 2 bơm hoạt động khi mức dầ ổn địu nh
Người sử dụng cần chú ý đến mức dầu trong bình hạ thấp, không được tác động đến cảm biến mức dầu Để khắc phục tình trạng này, hãy ngắt bơm dầu và chỉ cho bơm dầu hoạt động để tăng mức dầu trong bình Khi mức dầu ổn định giữa cảm biến thấp và cảm biến cao, mới tiến hành khởi động bơm dầu ra.
Hình 3.18 Ngắt bơm dầu ra n u cế ảm biến mức thấp không tích c c ự
Khi cảm biến báo bọt hoạt động trong quá trình hoạ ột đ ng, chúng ta sẽ kích hoạt van điện tử VE để khí được thoát ra ngoài Van sẽ tự động đóng lại khi cảm biến không còn tác động.
Hình 3.19 Kích hoạt van xả ọt khí VE b
Sau khi chế độ ự độ t ng được kích ho t thì bạ ộlàm lạnh Cooler và bơm chân không Vac được hoạ ột đ ng
Hình 3.20 Khởi động h ệthống ởchế độ Auto
Sau khi bộ làm lạnh Cooler và bơm chân không Vac hoạt động, bơm chân không Root sẽ được khởi động Sau khoảng thời gian đợi từ 5-10 phút, bơm dầu sẽ được khởi động để hút dầu vào Khi bơm dầu hoạt động được 5 giây, một trong hai bộ gia nhiệt sẽ được khởi động để gia nhiệt cho hệ thống Nếu lưu lượng dầu vào lớn hơn 2000 lít, cả hai bộ gia nhiệt sẽ cùng hoạt động.
Hình 3.21 B gia nhiộ ệt hoạt động
Khi bơm dầu vào bình chân không, áp lực dầu trong bình sẽ tăng lên Khi mức dầu giảm xuống dưới ngưỡng tối thiểu, cảm biến mức thấp sẽ kích hoạt Sau khoảng thời gian ổn định từ 1-2 phút, nếu mức dầu vẫn dưới mức tối thiểu, bơm dầu sẽ được khởi động để hút dầu ra khỏi bình.
Hình 3.22 Bơm dầu ra hoạt động
KẾ T QU Ả ĐẠ T ĐƯ Ợ C
K ế t lu ận chương
Ởchương này h c viên ọ đã trình bày quy trình c a quá trình l c d u và các ủ ọ ầ bước v n hành máy lậ ọc d u thông qua giao diầ ện người máy HMI:
- Quá trình kiểm tra tiêu chuẩn của dầu trước khi lọc: coi như các hàm lượng nước, hàm lượng khí, các c n bặ ẩn chưa đạt tiêu chu n ẩ
- Quá trình kiểm tra tiêu chuẩn của dầu sau khi lọc đểđưa đi vận hành: coi như dầu sau quá trình l c là d u s ch ọ ầ ạ đạ ủt đ các tiêu chuẩn:
+ Điện áp đánh thủng > 75 kV
Kết quảthiết kế mô đun nhúng
- Quá trình mô phỏng ch y th nghi m: ạ ử ệ
+ Học viên sử ụ d ng 03 công tắc ON/OFF giả ậ l p 03 cảm biến báo bọt, mức dầu thấp, mức dầu cao trong bình chân không.
+ Học viên giả ậ l p tín hiệu lưu lượng, nhiệ ột đ , áp suất trên HMI, tín hiệu giả ậ l p được g i xuử ống MCU để MCU x ửlý như tín hiệu th c ự
Học viên điều khiển mô đun thông qua giao diện HMI đã được thiết kế, trong khi mô đun và máy tính vận hành giao diện HMI kết nối không dây với đám mây MQTT.
Mô đun hoạt động trong 24 giờ, với 1 giờ điều khiển bằng tay và 23 giờ tự động Học viên có thể ra lệnh đóng/mở thông qua giao diện điều khiển được lập
Học viên giả ậ l p một số ự ố s c khi chạy thử như:
+ Ngắt đường truyền internet để ả ậ gi l p mất kết n i wifi khi máy l c dố ọ ầu đang chạy
+ Đường dầu vào g p tr c tr c khiặ ụ ặ ến lưu lượng vào b ng 0 lít/gi ằ ờ
Commented [TAQ4]: -Th ầ y Tân: N u có th b sung k t qu ế ể ổ ế ả đánh giá đ nh lư ng trong chương 3 s ị ợ ẽ làm lu ậ n văn có ý nghĩa hơn
Cảm biến báo mức giúp phát hiện tình trạng vượt mức cao nhưng có thể gặp vấn đề khi cảm biến mức thấp không hoạt động, dẫn đến việc không xác định được giá trị thực tế Điều này có thể gây ra sự cố trong quá trình giám sát và kiểm soát mức chất lỏng.
- Cơ bản hệthống điều khiển hoạt động ổn đ nh, đúng theo quy trình điị ều khiển máy lọc dầu đã thiế ết k
- Quá trình chạy thửtrong vòng 24 giờ, mô đun hoạ ột đ ng tốt, không bi treo hay xử lý ch m ậ
Khi máy lọc dầu đang hoạt động mà mất kết nối wifi, mô-đun sẽ tự động kết nối lại ngay khi quét thấy mạng wifi đã từng kết nối trước đó, với độ trễ không quá 30 giây.
Hình 3.30 Hình nh ả mô đun thực tế
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀTÀI
Sau một kho thời gian thực hiện đề tài "Thiết kế mô đun điều khiển máy lọc dầu của máy biến áp lực, tích hợp chức năng giám sát từ xa", học viên đã nắm được các kiến thức chung về máy lọc dầu, đặc biệt là máy lọc dầu MAS 4000, cùng với các kiến thức liên quan đến thiết kế và điều khiển hệ thống.
- Phần cứng và ph n mầ ềm của h th ng nhúng ệ ố
- Giao diện người máy HMI.
- Ứng dụng vi điều khiể vào điền u khiển tự động và giám sát từ h xa ệ thống lọc dầu
- Thiết kếvà chạy thửnghiệm giao diện người máy HMI cho h ệthống giám sát quá trình l c dọ ầu
- Bước đ u chương trình phầ ần mềm đã chạy trên n n PC ề đã ho t đạ ộng ổn định
Mặc dù đã đạt được những kết quả bước đầu trong thiết kế cải tiến cho hệ điều khiển máy lọc dầu biến áp lực, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết Học viên mong muốn tiếp tục nghiên cứu theo định hướng này.
- Phần cứng mô đun nhúng hiện tại được tối ưu cho dòng máy MAS-
Các loại máy lọc dầu khác nhau có số lượng, loại cảm biến và vị trí lắp đặt khác nhau Để mở rộng khả năng kết nối của mô đun với nhiều loại máy lọc dầu, học viên cần bổ sung các khối truyền thông như khối tín hiệu đầu vào tương tự (điện áp, dòng điện) và giao thức Modbus.
- T ối ưu hóa lập trình cho phần mềm nhúng và lập trình giao diện trên máy tính
Thiết kế chương trình điều khiển nhiệt độ trên MCU giúp thay thế những đồng hồ điều khiển nhiệt độc lập không hỗ trợ giao thức truyền thông khi gặp sự cố Qua đó, giải pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí thay thế đồng hồ mà còn nâng cao hiệu quả quản lý nhiệt độ.
- L ập trình giao diện chạy trên nền trình duyệt máy tính và Androi, IOS
- Thiết kế mô đun GS /GPRSM đểtruyền dữliệu từnhững khu vực đặt máy lọc dầu mà không có wifi internet
- Ứng dụng kết quảnghiên cứu này trong thự ếc t
Commented [TAQ5]: -B ộ điề u khi ể n này có th ể ắ l p cho các máy lọ c d u khác đư ầ ợ c không, ph ải thay đổ i nh ữ ng gì?
[1] T.X.Ngọc, “Nghiên c u, c i ti n h thứ ả ế ệ ống điều khi n cho máy lể ọc dầu máy biến áp lực.,” Đạ ọi h c Bách Khoa Hà N i, Hà N i, 2020 ộ ộ
[2] NPSC, “Lọc d u online,” 2020 [Trầ ực tuyến] Available: https://npsc.com.vn/loc-dau-online.html [Đã truy cập 04 2020].
Nghiên cứu của H N Nhân (2020) tại Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá tập trung vào việc xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo tự động cho mức dầu trong máy biến áp, cả khi có và không có người trực.
[4] “Máy lọc d u Maxei,” 2020 [Trầ ực tuy ] Available: http://www.emcến - vn.com.vn/vi/may- -loc dau-maxei.html [Đã truy cập 04 2020].
[5] Tài liệu k thu t và gi i thi u v máy l c d u MAS 4000: http://emc-ỹ ậ ớ ệ ề ọ ầ vn.com.vn/vi/may- -loc dau maxei/92 may lc - - -dumas-4000.html
[6] “Máy lọc d u Kato,” 2020 [Tr c tuy n] Available: http://gi kit.vn/en/may-ầ ự ế ờ loc dau- -kato.html [Đã truy cập 04 2020].
[7] “Máy lọc d u Globecore,” 2020 [Tr c tuy n] Available: ầ ự ế https://patek.com.vn/collections/vendors?q=globe-core [Đã truy cập 04
[8] “Bơm đa tầng cánh Speck ASK,” [Trực tuyến] Available: http://www.namhungindustry.com/2016/11/bom-tang canh speck ask.html - - -
[9] “Cấu t o c m bi n nhiạ ả ế ệt độ PT100,” 2020 [Tr c tuy n] Available: ự ế https://giờuphaco.vn/cau tao cam bien nhiet do- - - -pt100/ [Đã truy cập 04
[10] “Cảm bi n m c CR30-13DP,” 2020 [Trế ứ ực tuyến] Available: http://www.farnell.com/datasheets/1599273.pdf [Đã truy cập 04 2020].
[11] “VP03EPQ Datasheet,” 2020 [Trực tuy n] ế Available: https://www.gavazzionline.com/pdf/vp03epq.pdf [Đã truy cập 04 2020].
[12] STMicroelectronics, “ STM32F103x8 Datasheet,” 2020 [Trực tuy n] ế
Available: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32f103c8.pdf [Đã truy cập 04 2020]
[13] Espressif, “ESP8266EX Datasheet,” 2020 [Trực tuy n] Available: ế https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/0a- esp8266ex_datasheet_en.pdf [Đã truy cập 04 2020].
[14] P.M.Tuấn, “Internet Of Things (IoT) : cho người m i bớ ắ ầt đ u,” 2020 [Tr c ự tuyến] Available: https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/ [Đã truy cập 04 2020]
[15] “Bơm hút chân không SV300B,” [Trực tuy n] Available: ế
Commented [TAQ6]: S ử a l ạ i ph ầ n tài li ệ u tham kh ả o
59 https://dbk.vn/bom- -hut chan khong leybold- - -sogevac-sv300b.html [Đã truy cập 04 2020].
Sơ đồ ạ m ch l c h th ự ệ ống điề u khi ể n máy l ọ c d ầ u MAS 4000
L ậ p trình đi ề u khi ể n quá trình l ọ c d ầ u c ủ a MCU
L ậ p trình đi ề u khi ể n kh ố i truy ề n thông ESP8266
4 Chương trình ngắt khi nhận được b n tin UART ả