Thiết kế giám sát cho trạm có nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở

Mục luc MỞ ĐẦU iv 1. Tính cấp thiết của đề tài iv 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài iv 3. Đối tương và phạm vi nghiên cứu iv 4. Phương pháp nghiên cứu v 5. Ý nghĩa khoa học của đề tài v CHƯƠNG 1: ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ GIÁM SÁT TRẠM CÓ NHIỀU BƠM CẤP LỎNG CHO BỒN HỞ 1 1.1. Các yêu cầu đối với hệ thống giám sát trạm có nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở. 1 1.2. Sơ đồ PID biểu diễn các thiết bị giám sát. 2 1.2.1. Cấu trúc PID của một nhánh bơm. 2 1.2.2. Sơ đồ PID toàn hệ thống bơm 3 1.2.3. Giải thích ký hiệu các phần tử trong hệ thống bơm. 5 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ VÀ CẤU TRÚC HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRẠM NHIỀU BƠM CẤP LỎNG 6 2.1. Lựa chọn sensor và các mạch đo phục vụ giám sát 6 2.1.1. Chọn cảm biến mức 6 2.1.2. Cảm biến áp suất 7 2.2. Xây dựng mạch giám sát trung gian. 8 2.2.1. Xây dựng cấu trúc tổng thể của hệ thống giám sát 8 2.2.2 Mạch giám sát cấp nguồn cho hệ thống 11 2.2.3 Mạch rơle trung gian 11 2.2.4 Thiết kế tủ giám sát 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT 16 3.1. Xây dựng các thuật toán giám sát 16 3.1.1 Thuật toán giám sát 16 3.1.3 Thống kê các tín hiệu vào, ra của PLC S7300 17 3.2. Thiết kế chương trình giám sát 19 3.2.1 Thiết lập cấu hình phần cứng của trạm PLC 19 3.2.2 Chương trình giám sát trên PLC S7300 20 3.3. Mô phỏng kiểm chứng 30 Kết luận 31 Tài liệu tham khảo 32

Mục luc DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 Tên hình Sơ đồ P&ID nhánh bơm Sơ đồ P&ID toàn hệ thống Cảm biến mức kiểu phao SITRANS P DS III của Siemens Cấu trúc tổng thể của hệ thống giám sát Sơ đồ chuyển đổi tín hiệu cảm biến Mạch đo điện áp dòng điện nguồn Nghép nối thiết bị ngoại vi với modul đầu vào số Mạch nghép nối đầu số với rơle trung gian Mạch nghép nối rơle trung gian contactor động lực thiết kế bên ngồi tủ điện Thuật tốn giám sát trạm có nhiều bơm Cấu hình phần cứng của trạm PLC S7 – 300 Giao diện mô PLC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 3.1 Tên bảng Ý nghĩa ký hiệu phần tử hệ thống bơm Các tín hiệu vào của PLC S7-300 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Với tiến không ngừng của khoa học kỹ thuật ngày nay, hệ thống đại hóa, cơng nghiệp hóa có vai trò quan trọng lĩnh vực: sản xuất, dịch vụ, tiêu dùng Vậy nên trạm bơm tăng áp, trì lưu lượng, áp suất, của chất lỏng (ví dụ xăng, dầu, nước ) cần ứng dụng tự động hóa để tăng suất, giảm sức lao động của người đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Từ vấn đề trên, em thầy Hoàng Xn Bình giao đồ án mơn học Trang bị điện máy cơng nghiệp dùng chung có tên: “Thiết kế giám sát cho trạm có nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở” để nghiên cứu trình hoạt động của hệ thống bơm, đề xuất giải pháp thiết kế giám sát trình hoạt động của hệ thống , cải thiện khả làm việc của hệ thống Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu nguyên lý hoạt động , điều khiển của hệ thống bơm để đưa giải pháp giám sát áp suất, lưu lượng, nhiệt độ, công suất làm việc, độ an toàn của hệ thống trạm bơm cấp lỏng Đối tương phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu -Nghiên cứu nguyên lý hoạt động để đưa yêu cầu với hệ thống giám sát trạm bơm hệ thống bơm -Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát trạm bơm toàn hệ thống bơm b Phạm vi nghiên cứu - Đồ án môn học giới hạn nghiên cứu phạm vi hệ thống bơm (gồm nhiều máy bơm) sử dụng việc cung cấp nước, xăng , dầu, cho địa điểm vận chuyển từ nơi cung cấp đến nơi sử dụng Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu hoạt động hệ thống bơm, nghiên cứu lưu đồ P&ID của hệ thống bơm Đề xuất phương án giám sát lựa chọn phương án giám sát Tìm hiểu lựa chọn thiết bị giám sát cho trạm bơm Thiết kế hệ thống giám sát cho trạm bơm, hệ thống bơm Ý nghĩa khoa học đề tài a Ý nghĩa khoa học của đề tài Nắm rõ nguyên lý làm việc của hệ thống để xây dựng hệ thống giám sát trình vận hành hệ thống bơm , giảm thiểu sức lao động người, giảm thiểu rủi ro, tăng tính ổn định , bền vững cho hệ thống b Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Xây dựng hệ thống giám sát hoạt động của hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng tuyến ống dài có khả áp dụng vào thực tiễn CHƯƠNG 1: ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ GIÁM SÁT TRẠM CÓ NHIỀU BƠM CẤP LỎNG CHO BỒN HỞ Các yêu cầu hệ thống giám sát trạm có nhiều bơm cấp lỏng 1.1 - - cho bồn hở Giám sát nguồn điện cho trạm bơm, thông báo trạng thái của nguồn điện: o Nguồn điện ba pha: có đủ pha khơng, điện áp pha, thứ tự pha o Nguồn điện pha (phòng điều khiển): điện áp nguồn pha Giám sát tình trạng hoạt động của trang thiết bị truyền động điện hệ thống bơm chất lỏng tuyến ống dài o Tần số, số vòng quay của động thơng qua biến tần o Hiển thị công suất hoạt động của động bơm hệ thống - Giám sát lượng chất lỏng bể chứa chất lỏng đầu vào của hệ thống bơm o Khi lượng chất lỏng bể chứa thấp cần thông báo để tiếp chất lỏng vào bể dừng hệ thống bơm - Giám sát lưu lượng, áp suất đầu của trạm bơm o Khi bắt đầu vận hành, bươm bắt đầu chạy mà áp suất ống khơng o tăng cần kiểm tra hoạt động của hệ thống Khi hoạt động ổn định cần kiểm tra áp suất lưu lượng để tăng giảm công suất của bơm để đạt yêu cầu - Giám sát lưu lượng, áp suất đầu cuối của nơi tiếp nhận nhiên liệu o Kiểm tra áp suất lưu lượng cuối xem có đạt yêu cầu cung cấp nhiên liệu 1.2 Sơ đồ P&ID biểu diễn thiết bị giám sát Sơ đồ cấu trúc P&ID miêu tả chi tiết q trình cơng nghệ kèm theo chức tiêu biểu của hệ thống điều khiển trình đường liên hệ thành phần Sơ đồ cấu trúc P&ID có ý nghĩa việc đặc tả chức thiết bị của hệ thống điều khiển trình, sở cho việc phân tích thiết kế hệ thống Các biểu tượng sơ đồ cấu trúc P&ID sử dụng thống toàn giới theo tiêu chuẩn DIN 19227-3 của Đức ANSI/ISA S5.33 của Mỹ 1.2.1 Cấu trúc P&ID nhánh bơm Hình1.1 : Sơ đồ P&ID nhánh bơm Trong đó: - D1, D2, D3 điểm đặt cảm biến - M Bơm ly tâm động rơto lồng sóc Đầu hút của bơm đặt sát đáy của bể chứa chất lỏng Kết nối đầu hút, đẩy của bơm tới đường ống khớp nối mềm, đảm bảo hạn chế rung ồn trình bơm hoạt động - Van cầu hai đầu bơm cho phép cách ly hoàn toàn bơm khỏi hệ thống cần thiết - - Tại đầu đẩy của bơm ly tâm, lắp đặt van chiều có tác dụng: + Giảm tải khởi động cho bơm +Ngăn chất lỏng chảy ngược đầu đẩy của bơm gây tổn thất hệ thống Đồng hồ áp suất chân không thị độ chân không đường ống mà không cần thu thập thông tin hệ thống giám sát Nếu sau thời gian trễ, bơm khơng có khả khử áp suất âm đường ống hút cần điều khiển hệ - thống bơm mồi làm việc dừng bơm Thiết bị đo áp suất đầu giúp người vận hành giám sát thơng số hệ thống - bơm máy tính trung tâm Tại vị trí lắp đặt thiết bị đo áp suất ta lắp đặt van cửa đề thuận tiện tháo lắp, kiểm tra thiết bị đo hệ thống hệ thống hoạt động 1.2.2 Sơ đồ P&ID tồn hệ thống bơm Hình1.2 : Sơ đồ P&ID tồn hệ thống • Các thơng số yêu cầu giám sát - Tại điểm đo D1 sử dụng cảm biến đo mức với yêu cầu giám sát mức nước vị trí cấp nước của hệ thống Giám sát ba mức nước tương đương với ba mức cảnh báo của hệ thống: + : Mức nước bình thường, hệ thống làm việc bình thường + : Mức nước thấp, cảnh báo tín hiệu đèn vàng ngắt quãng, yêu cầu giảm công suất hệ thống + : Mức nước cạn, cảnh báo tín hiệu đèn đỏ ngắt quãng còi, yêu cầu dừng hệ thống khẩn cấp - Tại điểm đo D2.1, D2.2, D2.3 sử dụng cảm biến đo áp suất với yêu cầu giám sát áp suất lòng ống vị trí trước bơm Chỉ sử dụng giai đoạn khởi động bơm Nếu sau khởi động hệ bơm khoảng thời gian T mà áp suất vị trí đo không tăng lên Phải cảnh báo, yêu cầu khởi động bơm mồi Sau bơm mồi hoạt động, áp suất tăng lên đến giá trị xác định, cảnh báo dừng bơm mồi - Tại điểm đo D3 sử dụng cảm biến đo áp suất, đo áp suất đường ống vị trí sau bơm Đo áp suất cơng tác của bơm, khởi động bơm khác điểm đo không đạt yêu cầu - Tại điểm đo D4 sử dụng cảm biến đo mức, giám sát mức chất lỏng bình với với mức: + : Mức nước bình thường + : Mức nước thấp, cảnh báo yêu cầu mở bơm dự phòng + : Mức nước cạn, cảnh báo yêu cầu mở tất bơm đảm bảo cấp nước cho tải Giải thích ký hiệu phần tử hệ thống bơm Bảng 1.1 Ý nghĩa ký hiệu phần tử hệ thống bơm 1.2.3 ST T Ký hiệu Ý nghĩa Đầu hút bơm Van cầu Van cửa Van chiều Khớp nối mềm M Động truyền động Bơm ly tâm Chức thiết bị/ số thứ tự LT : Thiết bị đo mức LI : Thiết bị thị mức PG : Đồng hồ áp suất PT : Thiết bị đo áp suất CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ VÀ CẤU TRÚC HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRẠM NHIỀU BƠM CẤP LỎNG 2.1 Lựa chọn sensor mạch đo phục vụ giám sát Sử dụng loại cảm biến loại tương tự cho phép khả mềm dẻo việc định làm việc của bơm Ngoài ra, hệ thống cần phải điều khiển làm việc bơm cách luân phiên, tránh trường hợp có bơm hoạt động liên tục, có bơm khơng hoạt động 2.1.1 Chọn cảm biến mức Mức chiều cao điền đầy chất lỏng hay hạt có tiết diện khơng thay đổi thiết bị công nghệ tham số cần xác định để kiểm tra chế độ làm việc của thiết bị, điều khiển trình sán xuất Mặt khác nhờ cảm biến mức ta đánh giá khối lượng của chất lỏng chứa bồn xăng, dầu,…Đơn vị đo mức đơn vị đo chiều dài Đo mức thực đo liên tục xác định theo ngưỡng Đo liên tục q trình tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu lại bồn chứa Khi đo theo ngưỡng, cảm biến đưa tín hiệu dạng nhị phân để phát tình trạng mức có đạt hay khơng để điều khiển q trình làm việc của bồn chứa Dựa sở lý thuyết, lựa chọn thiết bị sau để tiến hành xây dựng, nghiên cứu đồ án: - Cảm biến phao từ báo mức, loại phòng nổ Rongde RDHL Series Floater - Level Sensor Tín hiệu đầu ra: RS485, tín hiệu dòng 4~20mA, tiếp điểm đầu - điện trở đầu Dải báo mức cao: Dải rộng từ 0.3~18m, nhiệt độ làm việc -40~+C Độ ổn định cao: Chống nhiễu điện từ, chống xốc, chống tính điện… I2.0 Áp suất cửa đẩy bơm mức cao, tắt bơm I2.1 Áp suất cửa đẩy bơm bình thường I2.2 Áp suất cửa đẩy bơm thấp I2.3 Áp suất cửa đẩy bơm mức cao, tắt bơm I2.4 Áp suất cửa đẩy bơm bình thường I2.5 Áp suất cửa đẩy bơm thấp I2.6 Cảm biến mức bồn hở bình thường I2.7 Cảm biến mức bồn hở thấp TÍN HIỆU RA Địa Ý nghĩa Q4.0 Báo có nguồn Q4.1 Báo dừng Q4.2 Cảnh báo bồn hở mức thấp Q4.3 Cảnh báo bồn hở mức cao Q4.4 Start bơm Q4.5 Start bơm Q4.6 Start bơm Q4.7 Start bơm dự phòng Q5.0 Start bơm dự phòng Q5.1 Start bơm dự phòng Q5.2 Báo role nhiệt bơm Q5.3 Báo role nhiet bơm Q5.4 Báo role nhiet bơm Q5.5 Đèn cảnh báo mức bể nguồn, bình thường Q5.6 Đèn cảnh báo mức bể nguồn xuống thấp, dừng toàn trạm Q5.7 Đèn cảnh báo mức bồn hở bình thường Q6.0 Đèn cảnh báo mức bồn hở xuống thấp Q6.1 Cảnh báo áp suất đầu đẩy bơm thấp Q6.2 Cảnh báo áp suất đầu đẩy bơm cao Q6.3 Cảnh báo áp suất đầu đẩy bơm thấp Q6.4 Cảnh báo áp suất đầu đẩy bơm cao Q6.5 Cảnh báo áp suất đầu đẩy bơm thấp Q6.6 Cảnh báo áp suất đầu đẩy bơm cao Q6.7 Q7.0 Q7.1 Đèn báo bơm mồi hoạt động Đèn báo bơm mồi hoạt động Đèn báo bơm mồi hoạt động 3.2 Thiết kế chương trình giám sát 3.2.1 Thiết lập cấu hình phần cứng trạm PLC - Module nguồn: PS 307 5A - Module CPU 316 -2DP - Module tín hiệu vào DI32xDC24V - Module đầu DO32xDC24V/0.5A Hình 3.2: Cấu hình phần cứng của trạm PLC S7 – 300 3.2.2 Chương trình giám sát PLC S7-300 3.3 Mơ kiểm chứng Hình 3.3 Giao diện mơ PLC Kết luận Qua việc hồn thành đồ án mơn học giao thân em có thêm hiều biết hệ thống bơm bình kín nói riêng b ơm ch ất lỏng nói chung Em nắm phần yêu cầu công ngh ệ mà m ột hệ thống bơm công nghiệp cần phải đạt được, bên c ạnh em tìm hiểu kỹ hệ thống PLC hãng Siemens qua củng cố kỹ h ơn kiến thức chúng em học học phần tên Em làm quyen với phần mềm WinCC, thực s ự m ột ph ần m ềm mạnh thú vị, sử dụng phần mềm để giám sát điều khiển, vô trực quan Qua em xin cảm ơn thầy giáo Phạm Văn Toàn h ướng d ẫn em hồn thành đồ án mơn học này, thầy cho em ý kiến yêu cầu c h ệ thống kiến thức bổ ích lớp Em xin cảm ơn ! Sinh viên thực Ngô Văn Đ ồng Tài liệu tham khảo [1] Ts Hồng Xn Bình, Bài giảng Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung [2] Ths Đặng Hồng Hải, Ks Đồn Văn Tn, Kĩ thuật khí nén [3] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà, NXB Khoa h ọc kĩ thuật, Tự động hóa với Simantic S7-300 ... thống hoạt động bình thường, bơm hoạt động cảm bi n mức nguồn Cảnh báo Đ Cảm bi n áp suất bơm tác động Cảnh báo Đ D1 cảm bi n mức nguồn Đ Cảnh báo D1 cảm bi n mức nguồn Cảnh báo Đ stop Hình 3.1 Thuật... cách nhiệt tốt Thiết kế chịu rung lắc, vật liệu thép không rỉ Hình 2.1 Cảm bi n mức kiểu phao 2.1.2 Cảm bi n áp suất a) Cảm bi n đo áp suất đường ống Sử dụng để đo áp suất đường ống đẩy, sau thời... đạt yêu cầu cung cấp nhiên liệu 1.2 Sơ đồ P&ID bi u diễn thiết bị giám sát Sơ đồ cấu trúc P&ID miêu tả chi tiết q trình cơng nghệ kèm theo chức tiêu bi u của hệ thống điều khiển trình đường liên