Bài 13 các cảm biến và cơ cấu chấp hành của mô hình Điều khiển mức bình trụ tròn thẳng Đứng

Bài 13 CAC CAM BIEN VA CO CAU CHAP HANH CUA MÔ HÌNH ĐIÊU KHIỂN MUC BINH TRU TRON THANG DUNG MUC DICH, YEU CAU Muc dich Sinh viên năm được các đặc điểm và thông sô cảm biên trong mô hìn

111Equation Chapter 1 Section 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRUONG DAI HQC KINH TE - KY THUAT CÔNG NGHIỆP

KHOA DIEN

HO SO BAI GIANG

HỌC PHẢN : THỰC HANH DIEU KHIEN QUA TRINH

NGANH : CNKT DIEU KHIEN VA TU DONG HOA TEN BAI : BAI 13: CAC CAM BIEN VA CO CAU CHAP HANH

CUA MO HINH DIEU KHIEN MUC BINH TRỤ TRÒN THANG DUNG

Bài 13 CAC CAM BIEN VA CO CAU CHAP HANH CUA MÔ HÌNH ĐIÊU KHIỂN

MUC BINH TRU TRON THANG DUNG MUC DICH, YEU CAU

Muc dich

Sinh viên năm được các đặc điểm và thông sô cảm biên trong mô hình thực hành

SỐ 2

Sinh viên năm được đặc điêm và thông sô các cơ câu chap hành trong mô hình thực hành số 2

Yêu cầu

Cài đặt phần mềm Matlab-Simulink, phần mềm TIA Portal

Chú ý nghe giảng

Rèn luyện tính cần thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo

HUONG DAN HOC TAP:

Đề hoàn thành tốt bài học nảy, sinh viên cần thục hiện các nhiệm vụ sau:

1 Đọc trước bài giảng “ Bài thực hành số 13” trong tải liệu thực hành :Các cảm biến và cơ cấu chấp hành của mô hình điều khiển mức bình trụ tròn thắng đứng

3 Hoàn thành các nhiệm vụ của sinh viên sau khi kết thúc bài thực hành

4 Nêu có nội dung chưa hiệu, sinh viên liên hệ với nhóm môn, thảo luận trên các diễn dàn hoặc các hình thức khác đề được hỗ trợ

KIEM TRA BAI CU

Cau 1:

Câu 2:

NỘI DUNG CHI TIẾT

13.1 SƠ ĐÔ CÔNG NGHỆ CỦA MÔ HÌNH ĐIÊU KHIÊN MỨC BÌNH TRỤ TRÒN THẲNG ĐỨNG

Sơ đồ công nghệ của mô hình điều khiên mức nước

Pudl

(1)

nhch acht ng HH

Thùng

ng

Hình 13.1 Sơ đồ công nghệ mô hình quá trình điều khiển mức Các thông số và các biến quá trình của mô hình

F1: lưu lượng thể tích của nước cấp (m3/h) F2: lưu lượng thê tích của nước đầu ra (m3/⁄h) H: chiều cao mức nước bình ; Hmax = 0.6 (m) p: khối lượng riêng của nước; p=1000 (kpg/m3) V: thể tích lượng nước trong bình

L: chiều dài bình trộn nhiệt; L = 1.5 (m)

R: bán kính của bình; R = 0.3 (m)

€) : tốc độ của bom Pull Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Nguyên lý hoạt động của quá trình là cấp nước từ thủng vào bình trụ tròn thắng đứng thông qua bơm Pu01 (bơm ba pha kết hợp biến tần) và van SV01 (van solenoid) Nước từ bình chứa được đưa ra ngoài thông qua van SV02 Mức trong bình được đo bằng

bộ cảm biến siêu âm LT và đưa về bộ điều khiển mức LIC kết hợp biến tần để điều chỉnh tốc độ bơm Pu01, từ đó điều chỉnh ôn định mức Một số yêu cầu kỹ thuật chung được đặt

ra đối với mô hình này: đảm bảo chạy an toàn, ôn định; độ chính xác của bộ cảm biến: lệch không quả 5%; bộ cảm biến linh hoạt, dễ phép nối với các thiết sẵn có

13.2 CAC THIET BI CO CAU CHAP HANH DUNG TRONG MO HINH

Cơ câu chấp hành trong mô hình điều khiển mức dùng hai bơm ly tâm Chọn bơm Pu01 loai DWO 037 dang dau inox với động cơ ba pha công suất 370W (hình 13.1) Đây là cơ cầu chấp hành chính, là một trong những loại bơm ba pha có công suất nhỏ, giá thành

kinh tế, phù hợp với mô hình thực hành, thực hảnh

Hình 13.2 Bom ly tam ba pha DWO 037 Théng số của bơm Pu01 duoc thé hiện ở bảng 13.1:

Bang 13.1 Thong so cia bom PuO1 loai DWO 037

Điện áp 380 V

Tốc độ đồng bộ 2900 vong/phut

Céng suat 0.37kw (0.5HP)

Nhiệt độ chất lỏng tối đa 70°C

Lưu lượng nước 60-100 (ml/phút)

Ngoài ra, ba van SV0I, SV02, SV03 được chọn loại van UNI-D có cuộn hút 24VDC Thông sô của van điện từ này được thê hiện ở bảng 13.2:

of

Hinh 13.3 Van dién ttre 24VDC UNI-D Bang 13.2 Thông số kỹ thuật cua van dién tr 24VDC cua hang UNI-D

Dac tinh Thông số Kích thước @ 21 (mm)

Dién ap 24VDC Than van Thân đồng

iren lam viéc Ù 10 bar Thời øi mở mở nhanh Nhi lam vi từ -5 80 độ C Môi làm vi n I 1 1, HƯỚC

Do mô hình điều khiến mức dùng để thực hành, thí nghiệm, không cần dùng loại

ống to nên chọn đường ống nhỏ với đường kính 21 và các loại khớp nối, van tay

tương ứng ~

13.3 CAC THIET BI DO DUNG TRONG MO HINH

13.3.1 Cam biến mức dùng sóng siêu âm

Trong mô hình sử dụng cảm biến đo mức là cảm biến siêu âm loại UB2000-F42-

U-VI5

Hình 13.4 Cảm biến siêu âm đo mức nước LJB2000-F42-U-V15 Cảm biến siêu âm báo mức là một thiết bị đo mức chất lỏng bằng phương pháp sóng siêu

âm dạng không tiếp xúc với lưu chất cần đo những vẫn biết được lưu chất khu vực đó cao bao nhiêu, có bao nhiêu m3 hay lít lưu chất chứa trong đó, đây còn được coi la cam biến

đo mức bằng phương pháp siêu âm

Bang 13.3 Théng số kỹ thuật của cảm biến siêu âm UB2000-F42-U-VI5

Nguồn cấp: 24 VDC

Tin hiéu dau ra 0-10 VDC Nhiệt độ làm việc: -40 đến 85°C Chuan dau day tin hiệu M12 Chuẩn kết nỗi IEC 60947-5-2:2007 + A1:2012

Sai số tiêu chuẩn <+#+0.1%

Cảm biên siêu âm đo mức được ứng dụng và sử dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp

13.3.2 Cảm biên đo áp suat

Cảm biên áp suất là một thiệt bị cảm biên đo áp suất nước sau đó chuyên tín hiệu áp suât sang tín hiệu điện Cảm biên áp lực hoạt động cân nhờ nguôn tác động tác động lên cảm

biên, khi nhận được tín hiệu cảm biên sẽ đưa tín hiệu về vị xử lý, vị xử lý tín hiệu xong chuyền tín hiệu ra ngoài

Cảm biến đo áp suất có các nhãn hiệu uy tín như: Autonics, Danfoss, Omzon, IFM Mỗi hãng sản xuất lại có những ưu điểm khác nhau, tạo ra sự đa dang cho san pham Cảm biến áp suất dùng trong mô hình là cảm biến áp suất PT344

Hình 13.5 Cảm biến áp suất P1344

Với kích thước nhỏ gon, bền trước tác động của nhiệt hay rung lắc, đây l à loại cảm biến đo áp suất đạt độ tin cậy cao ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt nhất Vỏ bọc là thép không gi, bén axit

Bang 13.4 Thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất P1344

Dải áp suất 0 đến 10 bar Tín hiệu đầu ra 4-20 mA Nhiét d6 lam viéc -25 dén 90°C Chuẩn đấu dây tín hiệu MI2 Chuẩn kết nỗi G1/4

Sai số tiêu chuẩn <+0.1%

13.3.3 Cam biến mức ( rơ_le_mức)

FS-3

Hình 13.6 Ro_le mức Hanyong PS-3 Ro le FS-3A Cảm biến báo mức đáy là loại cảm biến được sử sụng để đưa ra tín hiệu khi mức môi chất trone bể chứa hay bồn chứa đã đạt đến mức đáy (mức được đặt trước) Trong ứng dụng cung cấp nước thì cảm biến báo mức đáy của bể chứa là rất quan trọng vì nếu khi bể chứa đã hết nước mà vẫn tiếp tục thực hiện bơm thì sẽ gây hao phí năng lượng, đồng thời khi đó áp suất trong đường ông cũng không thê tăng lên dù bơm đã chạy với công suất định mức dẫn đến sự “hiểu nhằm” cho bộ điều khiến đưa ra tín hiệu đề bật bơm nhưng vẫn không có tác dụng tăng áp suất và gây tổn hao năng lượng lớn

Bảng 13.5 Thông số kỹ thuật của role mirc

Nguồn cấp: 110 - 220 VAC, 50 - 60 Hz

Dao động điện áp cho phép + 10% của nguồn cấp

Công suất tiêu thụ 3.2 VA

Thời pian đáp ứng Max 80 ms khi hoạt động, max 160 ms khi phản hỗồi Tín hiệu ra điều khiển Đầu ra tiếp diém relay (1c): 250 VAC 5A (Tải trở)

Điện trở cách điện 100 MQ Min (500 VDC) giữa phần dẫn điện và phần

không mang điện

Độ bền điện 2000 VAC 50 - 60 Hz trong 1 phút (Phần sơ cấp - thứ

cấp)

Khả năng chống rung Tần số 10 - 55 Hz biên độ 0.76mm trên mỗi phương

X, Y, Z trong 2 gid Nhiệt độ môi trường, -10 — 50°C (Không ngưng tụ)

Kha năng tương thích tôi wu | FS-3A

Rơ_le mức được sử dụng trong báo mức nước nông nghiệp, nhà máy lọc, nhà máy

xử lý nước thải và điều khiến các mức nước khác nhau: điều khiển mức nước bon, bé trong hệ thống cấp & thoát nước

13.4 CÁC THIẾT BỊ KHÁC DÙNG TRONG MÔ HÌNH

13.4.1 Phân tích, tính chọn thiết bị mạch lực

Mạch lực của mô hình điều khiển mức chất lỏng gồm: biến tan ba pha, contactor, ro_le

nhiệt, aptomat, câu dao có chỉ

a) Tinh chon bién tan

Với mô hình điều khiển mức, lưu lượng nước cấp là biến điều khiến, tức là việc điều khiên sẽ quyết định việc điều chỉnh, ôn định mức Mặt khác cơ câu chap hanh là bơm ba pha nên phân mạch lực hệ thong dùng một biên tân ba pha với công suât được tính theo công thire (3.1):

Hinh 13.7 Bién tan Shihlin SS2

Ở đây chọn biến tần Shilin SS2-043-3.7K (hình 13.7) với công suất 2.2 kW (<0.555kW)

đê điêu khiến tốc độ bơm Pu01 với thông số được minh họa ở bảng 13.6

Bảng 13.6 Thông số kỹ thuật biến tân Shihlin SS2

Dòng định mức đầu ra LIA

Kha nang chiu qua tai 150% trong 60s va 200% trong 1s

Ché d6 diéu khién V/F, General flux vector, SV PWM

Kha nang bao vé Qua dong, qua ap, qua tai,qua nhiét, thấp áp, lỗi IGBT

QContol chrouk terminals

Tree phase AC

W3

fete Sk

A

8

~~ Run forward” ~ 7

Multkspeed 1

Multkspeed 2

c

tt

vw

vw

1KQ 2W and above

R.}~45 connedor foc

D06 œ PC 1/2.3,Ê: Reserved 4: D8-

& DA+

7 +5V

& GND

0-§V(10V)

4-20nA' †

O-SV(10V) _

Analog signal output Hinh 13.8 So d6 dau noi bién tan Shihlin SS2

b) Tinh chon contactor va ro-le nhiét

Dòng định mức được tính khi động cơ bơm chạy ổn định được tính theo (13.2):

P

Tính chọn contactor theo công thức :

ct = lam*2.5= 1.65 A

I

Vay chon contactor va ro_le nhiét có dòng 2A trở lên Ta chọn contactor va ro_le

nhiét loai 32A hang ChiNT (NXC-32) nhw hinh 3.6

(13.3)

Hinh 13.9 Contactor ChiNT c) Tinh chon aptomat

Cũng như contactor, aptomat được tính chọn theo công thức sau (13.4) và (13.5)

D

l„„ =———— =|l.3 (11) (13.4)

( * COSØ

Trong đó: 7 là cường độ dòng điện (A - ampe)

P là công suất tiêu thụ (W — watt)

U là điện áp (V - vôn) Nguồn điện: IPha - 220V và 3Pha - 380V cosø là Hệ số công suất = 0,8

Vậy chọn aptomat có dòng bảo vệ từ 3.25A trở lên, ta chọn aptomat hang LS loai C10

a «4a

a I

Bce

cốc ng

Hình 13.10 Aptomat LS 13.4.2 Phân tích, tính chọn thiết bị mạch điều khiên

Hệ thống điều khiển của mô hình điều khiển mức dựa trên việc phép nỗi các module công nghiệp qua các dây nối và cáp nối truyền thông

Industrial” 800xA là một hệ thông điều khiển sản xuất của hãng ABB, tích hợp

cho các ứng dụng điều khiển quá trình, phù hợp với các nhà máy hóa chất, nhiệt điện, xi

mang So voi hé thống của các hãng khác như Siemens, Allen Bradley, Industrial” 800xA có nhiều ưu điểm vượt trội, cụ thê là: cơ chế dự phòng, linh hoạt, kết nối tối đa 48

bộ điều khiến, quản lý được tối đa 15000 kênh vào/ra, hỗ trợ nhiều loại truyền thông, đặc biệt là ethernet và cáp quang Do đó mạch điều khiển chúng tôi dùng CPU AC800M PM856; cdc module vao, ra s6 DI810, DO810; cdc module vao, ra tương tự AI§10, AO§10; nguồn 24VDC, máy tính PC; aptomat | pha; cầu dao có chì, rơle trung gian Tín hiệu điều khiển h được điều chỉnh thông qua module ra tương tự AO810 hoặc truyền thông modbus RTU giữa biến tần và CPU AC§00M Do cổng truyền thông com 3 của CPU là RS232, công truyền thông của biến tần là RS485 nên ta cần dùng một bộ chuyên đôi

(hình 13.11)

RS232<RS485 CONVERTER

MODEL:KT-580

Hình 13.11 Bộ chuyển đôi RS232 — RS485

13.5 THIET BI SO DO DAU NOI HE THONG MACH LUC VA MACH DIEU KHIỂN

13.5.1 Thiết kế sơ đồ mạch lực

°

SN * ]

K1

|

mw L1 L2 L3

BIEN TAN SS2 SO -L en ES

T1 T2 T3 | ` K1 |

RNÌ J

N

Bom Pu01

Hình 13.12 Sơ đô đấu nỗi mạch lực cấp nguồn và giữa biến tan voi bom Pu01 13.5.2 Thiết kê sơ đồ đầu nồi với các van

24VDC (Từ nguồn 24VDC_1)

0V

ob ob ob

svo1.P SV01.N SV02.P | SV02.N SV03.P SV03.N

Hình 13.13 Sơ đồ đấu nỗi các van SV01, SV02, SV03

13.5.3 Thiết kế sơ đồ đấu nối với module vào tương tự AI810

24V 0V

Nâu

Cảm biến

N

|

N

o

a

24V

ABB

AI 810

Hình 13.14 Sơ đồ đấu nỗi các cảm biến mức với A1810

13.5.4 Thiết kế sơ đồ đấu nối với module ra tương tự AO810

0V ”_ Biến tằn SS2

SD

N

| 24V 0V

24V 0V È¡#[

ABB

AO 810

Hình 13.15 Sơ đồ đầu nối tín hiệu điều khiến biến tân với 1O810 13.5.5 Thiết kế sơ đồ đấu nối với module vào số DI810

Trang thai van RL01 oO OV |)

Trạng thái van R pe [s[jm] ove Taal g

SV02 ro E5

Trạng thái van RL03 svos pas

Cảm biến rơ_le ¿ —„ ||.- K= ỗ mức

ms

:

2

lø |

2

E5

a

^ ||

si

œ (24V Gos

” [Pry

a | OW |;

Hình 13.16 Sơ đồ đấu nỗi của modiule DI810

13.5.6 Thiết kế sơ đồ đấu nối với module ra số D0810

ABB - DO 810

Lit] Lt Ci Bi Ai | C2 ] B2 |] A2 | C3 | B37 AS C8 [ B8 [| A3 L2+ |L2-

| |slslgs|sls s|slslsls|slsls| 'sịp

wo

Oo

a

STF M0

Biến Tần SS2

-©

Hình 13.17 Sơ đồ đấu nối của module DO810

13.5.7 Thiết kế sơ đồ truyền thông Modbus RTU

So dé néi day truyền thông giữa CPU và biến tần SS2 được minh họa ở hình 13 18

_—_ BỘCHUYENĐÓI | Xanh

; B Data + =

RS485 tan SS2

Xanh dương Xanh lá Trắng xanh dương Trắng xanh aie TD

Trắng xanh lá - Xanh dương = a |Ƒ3 0v

Trang xanh dương 2jRD

Hình 13.19 Sơ đô kết nỗi truyền thong Modbus RTU gitta bién tan va CPU AC800M

BAI TAP

1 Vẽ sơ đồ đấu nối và tiễn hành lắp đặt, đấu nối cảm biến siêu âm trong mô hình điều khiển mức nước bình trụ tròn thang đứng (mô hình thực hành số 2)?

2 Vẽ sơ đồ đấu nối và tiến hành lắp đặt, đấu nỗi cảm biến áp suất trong mô hình điều

khiến mức nước bình trụ tròn thăng đứng (mô hình thực hành số 2) ?

3 Vẽ sơ đồ đâu nối và tiến hành lắp đặt, đấu nỗi bơm ba pha trong mô hình điều

khiến mức nước bình trụ tròn thăng đứng (mô hình thực hành số 2) ?

TONG KET BAI HOC:

Trong bài thực hành số 13, sinh viên cần hiểu và nắm được những nội dung chính sau:

1 Các thiết bị chấp hành sử dụng trone mô hình bình trụ tròn thắng đứng 2 Các thiết bị đo trong mô hình bình trụ tròn thắng đứng

3 Thiết kế sơ đồ đấu nối hệ thông mạch lực và mạch điều khiến

NHIỆM VỤ CỦA SINH VIÊN

1 Ôn lại các kiến thức trong bài thực hành số 13

2 Đọc trước “Bài thực hành số 14: “Thực hành điều khiển mức bằng thay đôi tốc độ bơm” trong tài liệu thực hành