MỤC LỤC Phần I. Tổng quan về phòng thí nghiệm tự động hóa : 4 Phần II. Các công việc thực hiện trong quá trình thực tập 10 1. Tìm hiểu mô hình điều khiển hệ thống trạm bơm: 10 1.1. Những thiết bị chính của mô hình: 10 1.2. sơ đồ nguyên lý của mô hình: 17 1.3. nguyên lý hoạt động 18 2. Tìm hiểu mô hình điều khiển áp suất : 22 2.1.sơ đồ nguyên lý mô hình 22 2.2. nguyên lí hoạt động 24 2.3. Cải tiến và mở rộng bài toán: 25 Phần III. Kết quả thu được 26
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Là sinh viên ngành kỹ thuật chuẩn bị trường, trình thực tập hôi để tiếp xúc với công việc tới định hướng cho bước sau trường Quá trình thực tập thử nghiệm trình tìm việc sau Áp dụng kiến thức học trường để bước đầu thực hiện, nghiên cứu dự án hoàn chỉnh có thêm hiểu biết cơng việc sau Trong trình thực tập, giúp đỡ tạo điều kiện thầy Nguyễn Chí Tình phịng thí nghiệm mơn tự động hóa trường đại học Mỏ - Địa chất, em tiếp xúc với mơ hình thực nghiệm đại, thiết bị tự động hóa từ mơ thực toán gặp tương lai Do nhận thức trình độ cịn hạn hẹp nên viết khơng tránh khỏi thiếu sót, em xin nhận ý kiến đóng góp thầy để nâng cao kiến thức phục vụ cho trình làm việc sau Em xin chân thành cảm ơn ! Báo cáo thực tập em gồm phần chính: Phần 1: tổng quan phịng thí nghiệm mơn tự động hóa trường đại học Mỏ Địa Chất Phần 2: công việc thực trình thực tập Phần 3: kết thu sau q trình thực tập Phần I Tổng quan phịng thí nghiệm tự động hóa : Địa chỉ: Tầng 1,2 nhà B2 – khu A, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Số 18 Phố Viên, P.Đức Thắng, Q.Bắc Từ Liêm, TP.Hà Nội Các phịng thí nghiệm Bộ mơn Tự động hóa xí nghiệp Mỏ - Dầu khí tổ hợp phịng thí nghiệm xây dựng nhằm tổ chức triển khai hoạt động đào tạo thực hành, thí nghiệm, nghiên cứu khoa học mang tính đại, tính chiến lược thuộc lĩnh vực Tự động hóa sở bám sát mục tiêu đào tạo, định hướng nghiên cứu, yêu cầu thực tiễn sản xuất nhu cầu nguồn nhân lực chất lượng cao xã hội Nhóm Phịng thí nghiệm triển khai xây dựng từ thời kỳ đầu thành lập Bộ môn năm 2002 đến gồm có: Phịng thí nghiệm Tự động hóa 01 (Xây dựng từ năm 2002) Phịng thí nghiệm Tự động hóa 02 (Cơng ty Astec tài trợ năm 2016) Phịng thí nghiệm Tự động hóa sở Vũng Tàu (Cơng ty Astec tài trợ 2014) CHỨC NĂNG VÀ NHIỆM VỤ CHUNG: Tạo mơi trường thuận lợi cho cơng tác thực hành thí nghiệm, đào tạo, nghiên cứu khoa học hợp tác đào tạo, nghiên cứu, chuyển giao công nghệ với tổ chức, cá nhân bên ngồi Tích hợp hệ thống tự động sử dụng thiết bị điều khiển, cảm biến cấu chấp hành Phân tích, thiết kế, lập trình ứng dụng đo lường điều khiển giao tiếp máy tính sử dụng cổng ngoại vi, Card đo lường, hệ thống điều khiển sử dụng mạng Thực nghiệm thuật toán điều khiển tự động từ kinh điển đến đại áp dụng cho hệ thống thực, robot thơng minh q trình sản xuất phức tạp Đào tạo kỹ phân tích, thiết kế, cấu hình tích hợp hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp Huấn luyện kỹ phân tích, thiết kế, vận hành bảo dưỡng thiết bị hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát tập trung phân tán cho xí nghiệp công nghiệp tự động, công ty thuộc lĩnh vực khai thác Mỏ Dầu khí,… Nghiên cứu phát triển, thiết kế mơ hình đào tạo, hệ thống tự động hóa thơng minh dân dụng công nghiệp Thực nghiệm triển khai đề tài nghiên cứu khoa học cấp Thiết kế, chế tạo mơ hình học tập đào tạo phục vụ cho đề tài NCKH sinh viên, đồ án tốt nghiệp, thi Robocon, đề tài NCKH cấp, cao học NCS, thực chuyển giao công nghệ cho tổ chức, quan xí nghiệp… Phịng thí nghiệm tư động hóa 01: Phịng thí nghiệm xây dựng từ ngày đầu thành lập Bộ môn Tự động hóa Được thiết kế tích hợp phục vụ NCKH, đào tạo thực hành thí nghiệm nhiều mơn học khác như: Kỹ thuật đo lường, kỹ thuật vi điều khiển, điện tử công suất, lý thuyết ĐKTĐ, cảm biến phần tử tự động, lập trình tin học công nghiệp PLC, CNC, điều khiển tự động truyền động điện, tự động hóa QTSX…Phịng đầu tư, trang bị tương đối đồng bộ, hoàn chỉnh đại nhiều mơ hình với thiết bị bản: cảm biến, cấu chấp hành, thiết bị điều khiển PLC,Vi điều khiển, biến tần đa dạng phong phú hãng khác Các chức PTN Tự động hóa-01: Đo lường đại lượng điện phi điện, đo lường điều khiển máy tính mơ hình PTN Khảo sát, phân tích, đánh giá thiết bị tự động: loại cảm biến, truyền động, cấu chấp hành… Thực nghiệm xây dựng mơ hình tốn cho đối tượng, sử dụng thành thạo phần mềm chuyên dụng thiết kế mô hệ thống Thiết kế hiệu chỉnh ổn định cho hệ thống tự động, thực nghiệm điều khiển thiết kế hệ thống thực, phân tích đánh giá kết thực nghiệm Nghiên cứu phát triển, thiết kế chế tạo Robot, ứng dụng lĩnh vực khai thác mỏ, địa chất dầu khí Các mơ hình tự động hóa q trình sản xuất Robot thăm dị khảo sát địa hình quan trắc mơi trường Mơ hình thí nghiệm đo lường Một số module thực hành khác PTN TĐH 01 Phịng thí nghiệm tự động hóa 02: Đây phịng thí nghiệm đại Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa vừa thành lập với trang thiết bị cập nhật hoàn chỉnh tiên tiến, tài trợ Công ty ứng dụng giải pháp cơng nghệ (Astec) Với 10 bàn thí nghiệm thực hành đồng thiết bị điều khiển lập trình PLC, Logo, Biến tần, cấu chấp hành…cùng với hàng chục module ghép nối chuyên dụng hãng tiếng khác nhau: Siemens, Danfoss, ABB, Omron, Mitsubishi, Toshiba…Sự đời PTN TĐH-02 đáp ứng nhu cầu ngày tăng quy mô đào tạo, thực hành nâng cao, nghiên cứu khoa học nguồn nhân lực chất lượng cao lĩnh vực Tự động hóa xí nghiệp cơng nghiệp Mỏ Dầu khí Các chức PTN Tự động hóa-02: Thiết lập cấu hình giao tiếp, giao diện người dùng, thu thập số liệu điều khiển thơng qua cổng ngoại vi máy tính, card chun dùng Phân tích thiết kế, cài đặt luật điều khiển số cho hệ thống sử dụng ngôn ngữ lập trình thơng dụng VB, C++, Matlab Labview, Tích hợp, lập trình, vận hành điều khiển giám sát thông qua mạng truyền thông công nghiệp Thiết kế xây dựng dự án sử dụng mạng truyền thông công nghiệp Đào tạo vận hành hệ thống điều khiển thủy lực khí nén tự động hóa q trình sản xuất Đào tạo kĩ tích hợp hệ thống, lắp đặt bảo trì hệ thống tự động thực tế Cài đặt biến tần ứng dụng cơng nghiệp, thực chương trình điều khiển sử dụng PLC – Biến tần, giao tiếp người máy (HMI), Thiết bị phịng thí nghiệm 02 Phần II Các công việc thực trình thực tập Tìm hiểu mơ hình điều khiển hệ thống trạm bơm: Mơ hình điều khiển hệ thống trạm bơm 1.1 Những thiết bị mơ hình: • PLC S7 200 CPU 224 - Nguồn nuôi: 220 VAC - Đầu vào số (khi chưa mở rộng): 14 - Đầu số (khi chưa mở rộng): 10 - Cổng truyền thơng • Module Analog EM235: Nguồn ni : 24 VDC Có đầu vào analog Đầu analog Bộ PLC s7 200 Cpu 224 • Van điều khiển áp suất: Trong mơ hình thí nghiệm điều khiển áp suất van điều khiển van kiểu điện khí với độ đóng mở van thay đổi cách thay đổi tín hiệu điều khiển đưa vào Converter Khi tín hiệu vào thay đổi từ – 20mA thơng qua Converter có áp suất khí nén tương ứng để đóng mở van.Cụ thể sau: + 4mA tới đầu vào Converter = psi từ đầu Converter -> Van điều khiển khí nén mở + 20mA tới đầu vào Converter =15 psi từ đầu Conveter -> Van điều khiển khí nén đóng Van điều khiển thí nghiệm điều khiển áp suất van mở an tồn khơng có tín hiệu điều khiển van mở hồn tồn Chiều tác động van chiều tác động thuận nghĩa tín hiệu điều khiển tăng độ mở van giảm 10 Van khí nén • Biến tần LS IE5 Loại biến tần SV0004iE5-IC Đầu vào: 200 – 230V, 5.5A , pha , 50/60Hz Đầu ra: – 200/230V, 2.5A , 3pha , – 200Hz Công suất: 0.5HP/0.4kW Kích thước : 68mm x 115mm x 128mm Khối lượng: 0.68kg 11 Biến tần LS iE5 • Bơm ly tâm Công suất định mức: 25 kW Điện áp định mức : 220V Dòng định mức: 1.5A Cột áp định mức: 12m Lưu lượng định mức: 40 l/min Tốc độ định mức: 2850 v/phút Tần số định mức: 50Hz • Cảm biến lưu lượng Điện áp làm việc: 5-24vDC Dòng điện đầu ra: 15mA Dải đo : – 30 l/min 12 Cảm biến lưu lượng • Cảm biến áp suất: - Nguồn cấp: 12 to 24 VDC - Dãy áp suất: to 500 kPa - Ngõ ra: to 20 mA • Thiết bị biến đổi tín hiệu dịng / áp suất (IP converter) - Đây cấu chấp hành hệ thống, có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện từ - điều khiển thành tín hiệu khí nén để vận hành van điều khiển: Tín hiệu đầu vào 4-20mA Tín hiệu đầu – 15psi (0,2-1 bar) 13 • Bộ chuyển đổi đo chuẩn (transmitter): Bộ chuyển đổi đo chuẩn Easy Flow 8035 Một chuyển đổi đo chuẩn (Transmitter) chuyển đổi đo mà đầu vào tín hiệu khơng chuẩn (lưu lượng, áp suất, nhiệt đơ,…) tín hiệu tín hiệu chuẩn (ví dụ 1-10V, 0-20mA, 4-20mA, RS-485, tín hiệu bus trường, ) Ở sử dụng thiết bị: Easy flow loại 8035 hãng burket , vận tốc dịng chảy 0.3-10 m/s, tín hiệu output 420 mA - Ngồi cịn có thiết bị: • Van đóng mở tay 14 • Máy nén khí • • • • • • • • • • • Van an toàn bảo vệ áp suất I/P converter Van điện từ Van chiều bảo vệ động Đường ống nước Đường dẫn khí nén Bình chứa nước Tủ điều khiển Rơ le trung gian Contactor Công tắc điều khiển từ xa Mức kế 15 1.2 sơ đồ ngun lý mơ hình: Sơ đồ kết nối thiết bị mơ hình trạm bơm Trong : • • • • • • VĐ1,2,3,4,5,6 - van điện từ 1-6 I/P converter - biến đổi tín hiệu dịng điện / áp suất Bơm ly tâm - Bơm 1,2,3 FM - lưu lượng kế (flow metter) LM – mức kế ( level metter ) V1, V2, V3, V4, V5 – Van đóng mở tay 16 1.3 nguyên lý hoạt động 1.3.1 Bài toán 1: tự động hóa trạm bơm nước mỏ a, u cầu kỹ thuật - Bơm theo mức : Cảm biến mức cho biết mức nước bình , cảm biến tương đương với mức nước cao, cảm biến tương ứng với mức nước thấp.Nếu mức nước cao, hệ thống bơm hoạt động bơm nước từ bình lên bình đến mức nước thấp dừng lại - Bơm tuần tự: Hệ thống bơm có bơm ly tâm 1,2,3, máy bơm hoạt động, giả sử lần bơm thứ bơm hoạt động, sau mực nước trở mức thấp đóng bơm 1, mực nước mức cao lần chạy bơm 2, tiếp tục - Đường ống dự phòng: Khi đường ống dẫn nước gặp cố cần đóng đường ống có đường ống dự phịng để hệ thống bơm tiếp tục hoạt động Có nhánh đường ống thí nghiệm nhánh lựa chọn để dẫn nước cách đóng mở van điện từ, van điện 1,3,5 mở van điện 2,4,6 đóng nhánh dẫn nước, ngược lại - Chế độ cố: Nếu bơm gặp cố đóng bơm 1, van 1,2 , bơm hoạt động thay bơm - Cơng tắc điều khiển từ xa : đóng động để giả lập trường hợp cố b, thiết bị thí nghiệm: 17 - cấu chấp hành: máy bơm, bơm mồi, biến tần, cấu đường ống, contactor, - van Bơm mồi: Các bơm ly tâm 1,2,3 cần mồi nước trước hoạt động nên bơm mồi sử dụng thí nghiệm Nguồn nước mồi lấy từ bình 2, đường ống dẫn nước mồi sử dụng van chiều để bơm hoạt động nước không bị đẩy ngược bơm mồi Thiết bị đo: Lưu lượng nước đường ống đo lưu lượng kế FM1, FM2 Tín hiệu từ lưu lượng kế chuyển qua chuyển đổi đo chuẩn (easy flow 8035 ) chuyển thành tín hiệu chuẩn (4-20mA) Giá trị chuyển đổi đo chuẩn gửi điều khiển (PLC) - Thiết bị điều khiển: 18 PLC S7 200 CPU 224 tích hợp module mở rộng EM235 điều khiển theo chương trình tự động thiết lập để vận hành hệ thống c, Ứng dụng tốn - Mục đích thí nghiệm: giả lập toán trạm bơm thoát nước mỏ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật toán Máy bơm khởi động trực tiếp hệ thống contactor Tuy nhiên thực tế động có cơng suất vừa lớn nên để bảo vệ động tiết kiệm lượng điều khiển đóng mở thơng qua PLC kết nối với biến tần tương ứng, áp dụng khởi động mềm 1.3.2 Bài tốn ổn định mức bình chứa 1: a yêu cầu kỹ thuật: ổn định mức nước bình chứa giá trị đặt cho trước cách điều chỉnh lượng khí cấp cho van khí nén từ điều chỉnh độ đóng mở van Độ đóng mở van định lượng nước bơm vào bình qua nhánh b Thiết bị chính: - Cơ cấu chấp hành: máy bơm, van khí nén, biến đổi dịng áp suất, cấu - truyền động thủy lực Thiết bị đo: cảm biến lưu lượng đo lưu lượng nước qua đường ống, mức kế đo mức - nước bình chứa 1, truyền tín hiệu điều khiển Thiết bị điều khiển: PLC S7 200 CPU 224 nhận tín hiệu từ thiết bị đo, xác định thơng số Kp Ki Kd từ xuất tín hiệu điều khiển độ mở van van khí nén, điều khiển tốc độ động máy bơm c Hướng cải tiến mở rộng: - Sử dụng PLC có chức tự chỉnh định thơng số PID S7 1200….hoặc sử - dụng PLC hãng khác Thiết kế giao diện giám sát điều khiển mơ hình WinCC Kết hợp điều khiển PID cho máy bơm PID cho van áp suất để nâng cao hiệu điều khiển 19 20 1.3.3 Bài tốn thí nghiệm khảo sát đặc tính đối tượng: Nhận dạng hàm truyền đạt đối tượng điều khiển từ đồ thị đáp ứng độ đối tượng ứng với giá trị đầu vào ta đặt trước Như lưu lượng, mức nước, … Hoặc khảo sát đặc tính máy bơm Tìm hiểu mơ hình điều khiển áp suất : 2.1 sơ đồ nguyên lý mô hình Mơ hình thiết bị thực tế : Mơ hình kết nối thiết bị thực tế 21 Module điều khiển Sơ đồ nguyên lí hệ thống : Sơ đồ kết nối thiết bị bàn thí nghiệm điều khiển áp suất 22 Mơ hình giám sát wincc : E tiến hành thiết kế giao diện giám sát điều khiển theo sơ đồ ngun lý mơ hình phần mềm WinCC để giả lập số chức mơ hình 2.2 ngun lí hoạt động Khí cấp từ máy khí nén vào q trình qua thiết bị lọc khí (Filter) Thiết bị lọc khí có tác dụng làm nguồn khí trước đưa vào trình để tránh làm bụi bẩn van thiết bị đo, gây sai số lớn cho q trình Khí sau lọc cấp cho hai nhánh q trình Khí vào nhánh số cấp cho thiết bị chấp hành hệ thống Áp suất hoạt động thị áp kế G1 điều chỉnh núm điều chỉnh R1 Khí vào nhánh dùng để điều chỉnh độ đóng mở van điều khiển, áp suất khí đưa vào để điều khiển van thông qua 23 thiết bị biến đổi tín hiệu dịng điện/ khí nén (I/P Converter) Độ đóng mở van định lưu lượng khí vào trình qua nhánh 2, đồng thời định áp suất đo cảm biến áp suất (tại đồng hồ G5) Khí cấp cho q trình qua nhánh điều chỉnh núm điều chỉnh R2 áp suất hoạt động thị áp kế G3 Với độ mở van điều khiển, lưu lượng khí vào q trình hiển thị lưu lượng kế thuỷ tinh (Flowmeter) Dòng khí sau qua van điều khiển thải trực tiếp ngồi khí qua bình khí nén (tank) để thay đổi “sự trễ q trình” a thiết bị Thiết bị lọc khí đầu vào (Filter) Hai núm điều chỉnh áp suất R1, R2 Thiết bị biến đổi tín hiệu dòng điện/ áp suất ( I/ P Converter) Van điều khiển khí nén ( Pneumatic Control Valve) Cảm biến áp suất ( Pressure Sensor) Một chuyển đổi đo chuẩn ( Transmitter) Một bình khí nén cuối trình (Tank) Một lưu lượng kế thuỷ tinh ( Flowmeter) Sáu van đóng mở tay kí hiệu từ V1÷ V6 (Manual valve) 10 Sáu áp kế kí hiệu từ G1- G6 2.3 Cải tiến mở rộng toán: Áp dụng nguyên lý hoạt động mơ hình điều khiển áp suất với trang thiết bị có phịng thí nghiệm trường, có số hướng mở rộng tốn như: - Thay đổi biến điều khiển áp suất khí lưu lượng nước mức chất lỏng Nâng cấp điều khiển với PLC có chức cao S7 1200 Thiết kế giao diện giám sát điều khiển wincc để điều khiển giám sát từ xa 24 Phần III Kết thu Sau q trình tìm hiểu mơ hình thí nghiệm em tiếp xúc với thiết bị, - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động ứng dụng thiết bị Chức mơ hình Cấu trúc hệ thống tự động Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển WinCC Yêu cầu kỹ thuật toán thoát nước mỏ, toán ổn định áp suất Từ đề xuất cải tiến đại hóa mơ hình với thiết bị điều khiển tân tiến hơn, áp dụng , kết hợp sách lược điều khiển giải toán với yêu cầu cao 25 ... trình thực tập, giúp đỡ tạo điều kiện thầy Nguyễn Chí Tình phịng thí nghiệm mơn tự động hóa trường đại học Mỏ - Địa chất, em tiếp xúc với mơ hình thực nghiệm đại, thiết bị tự động hóa từ mơ thực. .. ơn ! Báo cáo thực tập em gồm phần chính: Phần 1: tổng quan phịng thí nghiệm mơn tự động hóa trường đại học Mỏ Địa Chất Phần 2: cơng việc thực q trình thực tập Phần 3: kết thu sau trình thực tập. .. phịng thí nghiệm tự động hóa : Địa chỉ: Tầng 1,2 nhà B2 – khu A, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Số 18 Phố Viên, P.Đức Thắng, Q.Bắc Từ Liêm, TP.Hà Nội Các phịng thí nghiệm Bộ mơn Tự động hóa xí