Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN BỘ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG CHẤT LƯU Giáo viên hưỡng dẫn : NGUYỄN ĐĂNG HẢI Lớp Điện - K10 Nhóm sinh viên thực (Nhóm 3): TRẦN VĂN ĐƠ 1041040340 ĐÀM ĐÌNH ĐỒI 1041040568 BÙI XUÂN ĐỨC 1041040220 LƯU HUYỀN ĐỨC 1041040611 CAO TRUNG DŨNG 1041040007 Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian học tập môn học "Đo lường cảm biến" chúng em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy cô môn đặc biệt thầy Nguyễn Đăng Hải Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý thầy cô cho chúng em tiếp cận với môn học mà theo chúng em hữu ích sinh viên Chúng em xinchân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đăng Hải với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập, buổi nói chuyện, thảo luận Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy em nghĩ đề tài chúng em khó để hoàn thiện Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Bài thu hoạch thực khoảng thời gian khoảng ngắn Bước đầu vào thực tế kiến thức chúng em hạn chế Do tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy để kiến thức chúng em lĩnh vực hoàn thiện Cuối chúng em xin chúc thầy thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ .3 1.1 Khái niệm lưu lương đo lưu lượng 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Đo lưu lượng .3 1.2 Tổng quan công nghệ ứng dụng hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng 1.2.1 Về công nghệ: 1.2.2 Về ứng dụng: .4 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN .4 2.1 Yêu cầu đề tài 2.2 Các hướng giải 2.2.1 tổng quan phương pháp đo lưu lượng chất lưu .5 2.2.2 Tổng quan phương pháp đo mức chất lưu 24 2.2.3 Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống 34 2.3 Các thiết bị hệ thống lựa chọn thiết bị .35 2.3.1 PLC 35 2.3.2 Biến tần .37 2.3.3 Máy bơm 38 2.3.4 Đường ống 40 2.3.5 Bình chứa 40 2.3.6 Van điện .40 2.3.7 Cảm biến lưu lượng 40 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 51 3.1 Các kết đạt 51 3.2 Các hạn chế thực 52 3.3 Biện pháp khắc phục .52 CHƯƠNG 4: BÀI DỊCH TÀI LIỆU CẢM BIẾN .53 4.1 Bản dịch tài liệu lý thuyết sử dụng cảm biến 53 4.1.1 Cảm biến đo mức chất lưu (SIEMENS Pointek ULS200) 53 4.1.2 Cảm biến đo lưu lượng (SITRANS F M MAG 5100 W) 54 4.2 Bản tài liệu gốc tài liệu khác .56 4.2.1 Cảm biến mức (SIEMENS Pointek ULS200) 56 4.2.2 Cảm biến đo lưu lượng (SITRANS F M MAG 5100 W) 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến ĐỀ TÀI: Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lưu Bài tập lớn môn Đo lường & Cảm biến Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng hình vẽ: Giới hạn điều kiện: Chất cần bơm nước (điều kiện thường) Ống kim loại cứng, đường kính 18cm Dải đo lưu lượng (0-1500 lít/giờ) Bể chứa cao 2m Thông số cần giám sát lưu lượng nước chảy qua ống mức nước bể chứa Đối tượng điều khiển Bơm Van Sai số yêu cầu 2% Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Yêu cầu: Trình bày tổng quan phương pháp đo lưu lượng chất lưu? Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? Liệt kê cảm biến có hệ thống Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống? Trình bày loại cảm biến lựa chọn ? (Nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến) Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến tính tốn, xử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến để tác động đến đối tượng điều khiển? Đánh giá sai số hệ thống (giớ hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phục) YÊU CẦU CHUNG: yêu Bìa gồm: Tên đề tài Danh sách SV nhóm Tên GV hướng dẫn Đầu có nội dung giao đề tài(Phiếu giao đề tài)- Và hướng dẫn cầu chung Bố cục trình bày Bố cục trình bày theo hướng dẫn sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống thiết kế Chương 2: Nội dung thực 2.1-Yêu cầu đề tài 2.2-Các hướng giải 2.3-Lý lựa chọn cho thiết bị 2.4-Tính chọn thiết bị Chương 3: Kết luận 3.1-Các kết đạt 3.2-Các hạn chế thực 3.3-Các biện pháp khắc phục Chương 4: Bài dịch tài liệu cảm biến 4.1- Bản tài liệu lý thuyết 4.2- Bản tài liệu sử dụng cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ Ngày nay, với phát triển nhanh chóng khoa học công nghệ, nhu cầu người đặt ngày cao Để đánh giá chất lượng sản phẩm khơng thể thiếu phương pháp sản xuất đo lường Vì dụng cụ đo lường công cụ lao động tạo chất lượng cao tạo sản phẩm tốt Một dụng cụ đo thiết bị đo lưu lượng Đo lưu lượng có tầm quan trọng đặc biệt cơng nghiệp cần khống chế lượng chất lỏng tham gia vào q trình lò phản ứng hóa học, nhà máy sản xuất xi măng, động đốt… 1.1 Khái niệm lưu lương đo lưu lượng 1.1.1 Khái niệm Lưu lượng chất lỏng qua mặt cắt ngang nòng dẫn ống dẫn đại lượng đo thể tích chất lỏng chuyển động qua mặt cắt đơn vị thời gian Lưu lượng thể tích (m3/s, m3/h,…) Lưu lượng khối (kg/s, kg/h, tấn/h, ) Trong : V, m thể tích khối lượng chất lưu chảy qua ống khoảng thời gian khảo sát Lưu lượng tức thời tính theo cơng thức: Lưu lượng trung bình khoảng thời gian xác định biểu thức : 1.1.2 Đo lưu lượng Đo lưu lượng thực chất đo lưu lượng chất lỏng chảy qua ống dẫn đơn vị thời gian Để đo lưu lượng người ta dung lưu lượng kế Tùy thuộc vào tính chất chất lưu, yêu cầu công nghệ, người ta sử dụng lưu lượng kế khác Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện nhờ chuyển đổi điện thích hợp Nguyên lý hoạt động lưu lượng kế dựa sở: Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ khoảng thời gian xác định Δt Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ lưu lượng hàm vận tốc Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp dòng chảy, lưu lượng hàm phụ thuộc độ giảm áp 1.2 Tổng quan công nghệ ứng dụng hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng 1.2.1 Về công nghệ: Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng sử dụng cảm biến, để điều khiển hệ thống cho hệ thống hoạt động xác, hiệu Hệ thống gồm: Plc S7-200: Dùng để điều khiển hệ thống Bơm: Dùng để bơm chất lỏng vào bồn chứa Biến tần: Điều khiển tốc độ động Van: Dùng để điều khiển rót chất lỏng từ bồn chứa Bể chứa: Chứa chất lỏng cần rót Thiết bị đo lưu lượng: Dùng để đo lưu lượng chất lỏng Thiết bị đo mức: Dùng để đo mức chất lỏng bình Hai nút khởi động dừng hệ thống: Start Stop 1.2.2 Về ứng dụng: Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng ứng dụng rộng rãi thực tế như: Đo mức xăng dầu khai thác dầu khí Khống chế lượng chất lỏng tham gia vào q trình phản ứng thí nghiệm cơng nghiệp Đo điều khiển lượng nước trông ngành thủy điện Đo điều khiển lưu lượng nước tiêu thụ sinh hoạt Tùy theo nhu cầu sử dụng khác để đo điều khiển lưu lượng khác cho phù hợp với mục đích sử dụng CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến 2.1 Yêu cầu đề tài Trình bày tổng quan phương pháp đo lưu lượng chất lưu Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống Liệt kê cảm biến có hệ thống Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống Trình bày loại cảm biến lựa chọn (Nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến) Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến tính tốn, xử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến để tác động đến đối tượng điều khiển Đánh giá sai số hệ thống (giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phục) 2.2 Các hướng giải Đối với hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng chúng em sử dụng cảm biến đo lưu lượng để điều khiển lưu lượng nước đưa bồn chứa, cảm biến mức lưu lượng để đo mức nước bồn để điều khiển bơm van 2.2.1 tổng quan phương pháp đo lưu lượng chất lưu Một số phương pháp đo lưu lượng phổ biến: Đo lưu lượng thể tích Đo lưu lượng theo nguyên lý chiếm chỗ Đo lưu lượng theo nguyên lý turbine Đo lưu lượng theo nguyên lý điện từ Đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp Đo lưu lượng theo nguyên lý siêu âm Đo lưu lượng theo nguyên lý Vortex Đo lưu lượng khối lượng Đo lưu lượng theo nguyên lý gia nhiệt Đo lưu lượng theo nguyên lý Coriolis 2.2.1.1 Đo lưu lượng theo nguyên lý chiếm chỗ a, Công tơ thể tích Cơng tơ thể tích đo thể tích chất lưu chảy qua công tơ cách đếm trực tiếp lượng thể tích qua buồng chứa tích xác định cơng tơ (hình 2.1) Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Hình 1: Sơ đồ nguyên lý cơng tơ thể tích Cơng tơ gồm hai bánh hình ơvan (1) (2) truyền động ăn khớp với Dưới tác động dòng chất lỏng, bánh (2) quay truyền chuyển động tới bánh (1) lúc bánh (2) vị trí thẳng đứng, bánh (1) nằm ngang Chất lỏng thể tích V1 đẩy sang cửa Sau bánh (1) quay q trình tương tự lặp lại, thể tích chất lỏng buồng V đẩy sang cửa Trong vòng quay cơng tơ thể tích chất lỏng qua cơng tơ lần V1 + V2 Trục hai bánh liên kết với cấu đếm đặt cơng tơ Thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ thời gian () tỉ lệ với số vòng quay xác định cơng thức: Trong đó: qv - thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ ứng với vòng quay N1, N2 - tổng số vòng quay công tơ thời điểm t1 t2 Thơng thường thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ biểu diễn dạng: qc - hệ số cơng tơ (thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ ứng với đơn vị thị công tơ) Nc1, Nc2 - số thị công tơ thời điểm t1 t2 Lưu lượng trung bình: Lưu lượng tức thời: Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 63 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 64 Bài tập lớn mơn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 65 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến 4.2.2 Cảm biến đo lưu lượng (SITRANS F M MAG 5100 W) Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 66 Bài tập lớn mơn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 67 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 68 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 69 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 70 Bài tập lớn mơn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 71 Bài tập lớn mơn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 72 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 73 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 74 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 75 Bài tập lớn mơn: Đo lường cảm biến Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 76 Bài tập lớn môn: Đo lường cảm biến TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình đo lường cảm biến Hà Văn Phương (Đại học công nghiệp Hà Nội) Giáo án kỹ thuật đo lường http://nct.net.vn/thuvien/uploads/documents/Chuong_17_-_Do_luu_luong.pdf Báo cáo kỹ thuật đo http://tailieu.vn/doc/bai-bao-cao-mon-ki-thuat-do-2-cam-bien-do-luu-luong-mucchat-long-1780235.html http://slideshare.vn/vat-ly/bai-giang-do-luong-cam-bien-cam-bien-do-luuluonga-van-toc-luu-chat-va-muc-8bt8tq.html Cảm biến công nghiệp https://tailieumienphi.vn/doc/cam-bien-cong-nghiep-cam-bien-do-luu-luong-vamuc-chat-luu-part-1-tmuwtq.html Bài giảng đo lường cảm biến lưu lượng http://thuvienso.quangbinhuni.edu.vn/doc/bai-giang-do-luong-cam-bien-cam-biendo-luu-luong-van-toc-luu-chat-va-muc-437235.html Nguyên lý hoạt động loại cảm biến đo lưu lượng https://vi.scribd.com/doc/120741544/Nguyen-l%C3%BD-ho%E1%BA%A1t%C4%91%E1%BB%99ng-cac-lo%E1%BA%A1i-c%E1%BA%A3m-bi%E1%BA %BFn-l%C6%B0u-l%C6%B0%E1%BB%A3ng Cảm biến mức: https://www.thomasnet.com/catalogs/item/30784091-165931032-1063/siemens-process-instrumentation/pointek-uls200-ultrasonic-noncontacting-point-level-switch/ Nhóm – Đề tài số 3: Thiết kế hệ thống đo điều khiển lưu lượng 77