trong quá trình học môn “Tự động hóa quá trình công nghệ” và các môn liên quan, nhóm chúng em được giao đề tài: : “Điều khiển, giám sát mức chất lỏng”CHƯƠNG 1:YẾU CẦU CÔNG NGHỆ31.1PHÂN TÍCH BÀI TOÁN31.2MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG41.3LỰA CHỌN THIẾT BỊ41.3.1Giới thiệu phần mền TIA Portal.41.3.2Khởi tạo TIA61.3.3Giới thiệu chung về PLC161.3.3.1Tổng quan về plc.161.3.3.2Giới thiệu về S71200221.3.4Giới thiệu thiết bị đo.271.3.4.1Phân loại cảm biến mức.271.3.5Lựa chọn thiết bị361.4SƠ ĐỒ KHỐI, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ401.4.1Sơ đồ khối401.4.2Sơ đồ nguyên lý mạch lực40CHƯƠNG 2:SƠ ĐỒ GHÉP NỐI HỆ THỐNG VỚI PLC412.1BẢNG ĐỊNH ĐỊA CHỈ.412.2SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY422.3CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN PLC432.4TRƯƠNG TRINH GIÁM SÁT44KÉT LUẬN46
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu hệ thống tự động hóa xử lý tinh vi, nghiêm ngặt quy chuẩn điều khiển trình, yêu cầu ngày khắt khe mơi trường đo mức khiến kỹ sư q trình phải tìm hệ thống đo mức tin cậy hơn, xác Kết đo xác cao làm giảm thiểu khả sai lệch trình xử lý hóa chất ( hóa chất dạng lỏng), nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra, giảm chi phí lãng phí Vì phạm vi tập lớn chúng em xin đề cập đến việc giám sát mưc chất lỏng Trong kì này, q trình học mơn “Tự động hóa q trình cơng nghệ” mơn liên quan, nhóm chúng em giao đề tài: : “Điều khiển, giám sát mức chất lỏng” Trong trình làm đề tài giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn “Nghiêm Xuân Thước” thầy cô môn “Tự động hóa” giúp đỡ chúng em hồn thành đề tài thời hạn Nhưng thời gian lượng kiến thức hạn chế nên đề tài chúng em khơng tránh thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp thầy để đề tài chúng em hồn thiện Chúng em xin trân trọng cảm ơn! CHƯƠNG 1: YẾU CẦU CƠNG NGHỆ 1.1 Phân tích tốn Nhu cầu hệ thống tự động hóa xử lý tinh vi, nghiêm ngặt quy chuẩn điều khiển trình, yêu cầu ngày khắt khe môi trường đo mức khiến kỹ sư trình phải tìm hệ thống đo mức tin cậy hơn, xác Kết đo xác cao làm giảm thiểu khả sai lệch q trình xử lý hóa chất ( hóa chất dạng lỏng), nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra, giảm chi phí lãng phí Thiết bị đo mức đơn giản cổ loại bình suốt Là phương pháp đo thủ cơng truyền thống có nhiều hạn chế: vật liệu thiết bị bị ăn mòn, chịu tác động môi trường; người phải tiếp xúc trực tiếp với mơi trường đó, xảy tình trạng cháy, nổ dễ bị rò rỉ chất lỏng qua nắp, cặn chất lỏng hạn chế tầm nhìn Do có q nhiều hạn chế, nên thiết bị nhanh chóng bị thiết bị công nghệ tiê tiến thay Một thiết bị đo mức khác dựa vào trọng lực, thước đo kiểu phao Một phao đơn giản thả bề mặt chất lưu Chiếc phao chịu tác động từ lực chất lưu không khí phía làm bề mặt dao động theo mức chất lưu Bên cạnh đó, thiết bị khác sử dụng rộng rãi để xác định mức chất lưu đầu đo thủy tĩnh Đây thiết bị đo mức đơn giản, quen thuộc với người sử dụng Nhưng xuất nguyên tắc ứng dụng đo mức trở nên phức tạp hơn, lúc ngành cơng nghiệp đo mức chuyển với đời cơng nghê sử dụng máy tính để tính tốn Khi cơng nghệ đo mức gắn với cơng nghệ máy tính liệu từ cảm biến truyền hệ thống điều khiển giám sát phải dạng máy đọc Trong đó, dạng tín hiệu đầu hữu dụng dạng tín hiệu dạng điện mạch vòng ( current loops), điện áp tương tự ( analog voltages), tín hiệu số ( digital signals) Tín hiệu điện áp tương tự dạng tín hiệu dễ thiết lập giải mã, nhiên lại dễ bị ảnh hưởng tiến gồn yếu tố ngoại vi khác Tín hiệu điện mạch vòng 4-20mA dạng tín hiệu thơng dụng ngày Dạng tín hiệu truyền khoảng cách xa mà bị suy hao Dạng tín hiệu số mã hóa dạng nghi thức ( Foundation Fieldbus, Hart, Honeywell DE, Profibus and RS 232) dạng tín hiệu khỏe nhiên cơng nghệ cũ RS-232 tín hiệu số truyền khoảng cách định Còn cơng nghệ khơng dây tín hiệu dạng số truyền khoảng cách xa nhiều mà khơng ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu truyền Theo yêu cầu toán sẻ sử dung phương pháp giám sát mức chát lỏng bàng cảm biến mưc với đầu tín hiệu từ – 20mA thưc giám sát điều khiển TIA 1.2 Mô tả hoạt động hệ thống Khi hệ thông giám sát mưc chất lỏng chưa hoạt đơng đèn stop sáng Khi nhấn start hệ thống bắt đầu làm việc đèn Start báo sáng cảm biến sẻ đo báo độ cao mưc nước bồn chứa PLC Khi mực nước binh thấp yêu cầu PLC phát tín hiệu điều khiển bất bơm bơm nươc Khi mức nước PLC ngắn tín hiệu điều khiển dừng bơm nước 1.3 Lựa chọn thiết bị • • • • • PLC S7-1200 với lõi CPU 1214 AC/DC/RELAY Phần mềm TIA V13 Cảm biến điện dung Đèn báo Bơm 1.3.1 Giới thiệu phần mền TIA Portal Siemens giới thiệu TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal )– phần mềm sở tích hợp tất phần mềm lập trình cho hệ thống tự động hóa truyền động điện Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho người lẫn người nhiều kinh nghiệm lập trình tự động hóa Là phần mềm sở cho phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp thiết bị dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa tồn diện (TIA) Siemens Ví dụ phầm mềm Simatic Step V11 để lập trình điều khiển Simatic, Simatic WinCC V11 để cấu hình hình HMI chạy Scada máy tính Để thiết kế TIA portal, Siemens nghiên cứu nhiều phần mềm ứng dụng điển hình tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu khách hàng toàn giới Là phần mềm sở để tích hợp phần mềm lập trình Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho phần mềm chia sở liệu, tạo nên thống giao diện tính tồn vẹn cho ứng dụng Ví dụ, tất thiết bị mạng truyền thơng cấu hình cửa sổ Hướng ứng dụng, khái niệm thư viện, quản lý liệu, lưu trữ dự án, chẩn đốn lỗi, tính online đặc điểm có ích cho người sử dụng sử dụng chung sở liệu TIA Portal Tất khiển PLC, hình HMI, truyền động Siemens lập trình, cấu hình TIA portal Việc giúp giảm thời gian, công sức việc thiết lập truyền thơng thiết bị Ví dụ người sử dụng sử dụng tính “kéo thả’ biến chương trình điều khiển PLC vào hình chương trình HMI Biến gán vào chương trình HMI kết nối PLC – HMI tự động thiết lập, khơng cần cấu hình thêm Phần mềm Simatic Step V11, tích hợp TIA Portal, để lập trình cho S71200, S7-300, S7-400 hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step V11 chia thành module khác nhau, tùy theo nhu cầu người sử dụng Simatic Step V11 hỗ trợ tính chuyển đổi chương trình PLC, HMI sử dụng sang chương trình TIA Portal Phần mềm Simatic WinCC V11, tích hợp TIA Portal, dùng để cấu hình cho hình TP MP tại, hình Comfort, để giám sát điều khiển hệ thống máy tính (SCADA) 1.3.2 Khởi tạo TIA Bước 1: Mở phần mềm TIA Portal V13 SP1 hình bên Giao diện loading Bước 2: Chọn tạo project hay mở file sẵn có Bước 3: Chọn tạo Project điền thông tin Bước 4: Nhấn tạo project chờ loading Giao diện hình bên Bước 5: Chọn Add device Bước 6: chọn thông tin CPU ckick Add Bước 7: Giao diện lập trình 10 Cảm biến đo mức nước liên tục áp suất phương pháp đo hoàn khác so với loại cảm biến đo mứcsiêu âm hay điện dung Cảm biến báo mức nước liên tục áp suất sử dụng nguyên tắc chênh áp điểm cần đo với áp suất khí Hình ảnh cảm biến báo mức nước liên tục áp suất Đầu cảm biến thả chìm xuống Tank bồn chứa chất lỏng hay nước Dựa vào cột nước đè lên màng cảm biến xuất tín hiệu analog 4-20mA Với bar áp suất tương ứng với 10 mH20 phải lưu ý chọn cable cho cảm biến phải lớn giá trị áp suất cảm biến +Cảm biến đo mức nước liên tục Radar Cảm biến đo mức Radar 34 Trong tất phương pháp đo mức cảm biến báo mức Radar phương pháp xác với sai số 1mm Có hai hai loại cảm biến báo mức Radar : cảm biến Radar không tiếp xúc , cảm biến radar tiếp xúc Trong cảm biến Radar tiếp xúc hoạt động với nguyên tắc giống cảm biến báo mức siêu âm , cảm biến báo mức Radar giống cảm biến báo mức liên tục điện dung Nhưng thật nguyên lý đo hoàn toàn khác Cách lắp đặt cảm biến báo mức Radar Cảm biến báo mức điên dung thay đổi giá trị điên cực bên thân cảm biến từ đưa tín hiệu 4-20mA để báo mức Còn cảm biến đo mức siêu âm tiếp xúc thân phát sóng Radar cable tiếp xúc với chất lỏng Đối với cảm biến Radar xem phương pháp đo xác phương pháp đo , Radar tiếp xúc ngày sử dụng phổ biến đo độ xác cao so với loại radar không tiếp xúc 35 Cảm biến đo mức Radar không tiếp xúc 1.3.5 Lựa chọn thiết bị a) Giới thiệu cảm biến điện dung Cảm biến đo mức nước liên tục Cảm biến đo mức điện dung Cam bien muc nuoc lien tuc Cảm biến đo mức tiệm cận Cảm biến đo mức chất lỏng Đo mức liên tục sử dụng cảm biến điện dung Đo mức nước thải, hóa chất sử dụng cảm biến điện dung Cảm biến điện dung đo mức chất lỏng, chất rắn Cảm biến báo mức nước Cam bien bao muc lien tuc 36 Ngày nay, ứng dụng đo mức nước nói riêng hay đo mức nói chung ngày quan tâm Có nhiều giải pháp khác để đo mức nước như: cảm biến phao, cảm biến siêu âm, radar, điện dung, thủy tĩnh… Mỗi loại cảm biến có ưu điểm riêng độ xác khác Tuy nhiên, khơng phải loại cảm biến đo mức liên tục Chẳng hạn, cảm biến siêu âm thích hợp báo mức thời gian đáp ứng lâu Cảm biến đo mức nước liên tục kể đến là: radar dẫn sóng, điện dung b) Cảm biến đo mức nước liên tục điện dung Cảm biến đo mức nước liên tục điện dung hay gọi cảm biến tiệm cận Đây loại cảm biến sử dụng que đo thả vào silo, tank giống cảm biến radar dẫn sóng Tuy nhiên, khác lớn nguyên lý hoạt động chúng Radar dẫn sóng sử dụng sóng radar điện dung ứng dụng thay đổi điện dung cực 37 Đối với cảm biến đo mức khác, vị trí lắp đặt định lớn đến độ xác cảm biến Tuy nhiên, cảm biến đo mức nước liên tục điện dung việc lựa chọn loại, độ nhạy cao yếu tố quan trọng Như hình trên, bồn chứa hình cầu hình vng việc lựa chọn khác Như hình trên, cần lắp cảm biến cho cách thành tank, silo Những quy tắc lắp đặt không khắc khe loại cảm biến đo mức khác c) Thông số kỹ thuật cảm biến đo mức nước liên tục hãng Dinel Cảm biến đo mức nước liên tục hãng Dinel sản xuất CH Séc Với kinh nghiệm 25 năm lĩnh vực đo mức chất lỏng, chất rắn Do đó, cảm biến đáp ứng hầu hết yêu cầu khắc khe cơng nghiệp 38 • Nguồn cung cấp: 9…36Vdc • Ngõ ra: 4-20mA 0-10V • Độ nhạy cảm biến: 20, 30, 50, 100, 150, 300, 500, 1000 pF • Chuẩn bảo vệ: IP67, IP68 • Nhiệt độ hoạt động: -20….+60ºC • Vật liệu housing: nhựa PTFE • Vật liệu que đo: thép 316L • Chuẩn kết nối: G1″… • Tầm đo: 2m, 3m, 5m, 20m • Có thể cài đặt tầm đo tùy vào kích thước bồn chứa • Ứng dụng: đo liên tục chất lỏng, chất rắn 39 • Xuất xứ: Dinel (CH SÉC) Ngồi đo liên tục mức nước, cảm biến đo mức nước liên tục điện dung đo chất rắn, chất lỏng khác như: nước thải, hóa chất, cát, bột, nhựa… Tuy nhiên, với thiết kế khơng có LED hiển thị giá trị Nên lấy tín hiệu điều khiển 4-20mA mà khơng thể theo dõi trực tiếp trạng thái cảm biến Để làm điều này, bắt buộc phải sử dụng thêm chia tín hiệu 4-20mA hiển thị S311A 40 1.4 Sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý 1.4.1 Sơ đồ khối Cảm Biến PLC Bơm Nước 1.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch lực 41 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ GHÉP NỐI HỆ THỐNG VỚI PLC 2.1 Bảng định địa 42 2.2 Sơ đồ đấu dây 43 2.3 Chương trình điều khiển PLC 44 45 2.4 Trương trinh giám sát Hệ thống chưa hoạt động Hệ thồng hoạt đông, 46 Hệ thống báo mưc thấp bơm chạy Hệ thống báo mức cao 47 KÉT LUẬN Kết nghiên cứu lí thuyết: Tìm hiểu cấu trúc, nguyên lý hoạt động PLC Tìm hiểu cảm biến áp suất sử dụng thực tế Tìm hiểu phương pháp lập trình PLC S7-1200 Kết thực nghiệm - Do đặc thù tập lớn kinh phí có hạn sinh viên nên nhóm chúng em chưa thể tiến hành thực nghiệm tập lớn thực tế Do kết thực nghiệm hạn chế - Những vấn chúng em đề làm Tìm hiểu PLC s7-1200 Giải yêu cầu đề Viết chương trình chạy mơ Những vấn chúng em đề chưa làm Làm việc nhóm chưa hiệu Khả thu thập thơng tin hạn chế Chưa mở rộng thêm vấn đề khác liên quan đến đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! 48 ... chất lỏng Trong kì này, trình học mơn Tự động hóa q trình cơng nghệ mơn liên quan, nhóm chúng em giao đề tài: : Điều khiển, giám sát mức chất lỏng Trong trình làm đề tài giúp đỡ tận tình thầy... lệch trình xử lý hóa chất ( hóa chất dạng lỏng) , nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra, giảm chi phí lãng phí Vì phạm vi tập lớn chúng em xin đề cập đến việc giám sát mưc chất lỏng Trong kì này, trình. .. CƠNG NGHỆ 1.1 Phân tích tốn Nhu cầu hệ thống tự động hóa xử lý tinh vi, nghiêm ngặt quy chuẩn điều khiển trình, yêu cầu ngày khắt khe mơi trường đo mức khiến kỹ sư q trình phải tìm hệ thống đo mức