thiết kế giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng trên tuyến ống dài

MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .4 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài .4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG BƠM CHẤT LỎNG 1.1 Giới thiệu chung hệ thống bơm 1.2 Các yêu cầu đối với giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng tuyến ống dài .7 1.3 Sơ đồ P&ID biểu diễn thiết bị giám sát CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC GIÁM SÁT HỆ THỐNG BƠM VẬN CHUYỂN CHÂT LỎNG TRÊN TUYẾN ỐNG DÀI 11 2.1 Lựa chọn thiết bị giám sát 11 2.2 Thiết kế điểm đặt cảm biến cho hệ thống 15 2.3 Thiết kế mạch điện giám sát cho hệ thống 17 2.4 Thiết kế tủ giám sát 37 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT 38 3.1 Xây dựng thuật toán 38 3.2 Xây dựng chương trình PLC S7-300 39 3.3 Mô phỏng kiểm chứng 45 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VE Hình 1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 Tên hình Sơ đồ P&ID thu thập tín hiệu giám sát Cảm biến đo mức bể chứa chất lỏng Cảm biến áp suất SR1F002A00 Georgin – Pháp Cảm biến lưu lượng Digital flow DCTT-015S Điểm đặt thiết bị cảm biến bể hút Điểm đặt thiết bị cảm biến bơm Điểm đặt thiết bị cảm biến đường ống Mạch cấp nguồn chính Mạch điều khiển rơ le thứ tự pha Mạch cấp nguồn chính cho động M1 Mạch cấp nguồn chính cho động M2 Mạch cấp nguồn chính cho động M3 Mạch rơle trung gian cho cảm biến mức tại bể chứa Mạch role trung gian cho cảm biến áp suất tại bơm Mạch role trung gian cho cảm biến áp suất tại bơm Mạch role trung gian cho cảm biến áp suất tại bơm Mạch role trung gian cho cảm biến lưu lượng đường ống Mạch rơ le trung gian cho các rơ le nhiệt Mạch module đầu vào số (1/3) Mạch module đầu vào số (2/3) Mạch module đầu vào số (2/3) Mạch module đầu (1/2) Mạch module đầu (1/2) Dãy các tủ điện giám sát Thuật toán giám sát trạm bơm Cấu hình trạm PLC Bảng khai báo biến (1/2) Bảng khai báo biến (2/2) Chương trình PLC (1/9) Chương trình PLC (2/9) Chương trình PLC (3/9) Chương trình PLC (4/9) Chương trình PLC (5/9) Chương trình PLC (6/9) Chương trình PLC (7/9) Chương trình PLC (8/9) Chương trình PLC (9/9) Trang 12 13 14 15 16 16 17 19 20 21 21 24 25 25 26 27 29 34 34 35 35 36 36 38 39 40 40 41 41 42 42 43 43 44 44 45 3.14 Giao diện giám sát phần mềm WINCC 45 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 2.1 Tên bảng Ý nghĩa ký hiệu các phần tử hệ thống bơm Tín hiệu I/O của hệ thống Trang 30 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Khoa học kĩ thuật ngày phát triển, các thiết bị công nghệ tối tân có vai trị quan trọng cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa Trong quá trình giám sát các hệ thống trạm bơm, trạm lạnh, các cần trục cầu trục đóng mợt vai trị thiết yếu các bộ máy hệ thống Từ nhu cầu thiết yếu đó, em đã tiếp nhận đề tài của thầy PGS TS Hoàng Xuân Bình về: “Thiết kế giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng tuyến ống dài” để tìm hiểu về hệ thống giám sát thiết kế hệ thống giám sát cho đề tài Mục đích đề tài Tìm hiểu, thiết kế hệ thớng giám sát từ gửi các thơng sớ u cầu điều khiển cho hệ thớng trạm có nhiều bơm cấp lỏng cho bồn hở thực tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu về sơ đồ P&ID thu thập tín hiệu giám sát các trang thiết bị của hệ thống cảm biến đo đạc Nghiên cứu bố trí các điểm đặt cảm biến, tủ điện phần mềm giám sát b Phạm vi nghiên cứu Đồ án nghiên cứu để cấp nước cho một khách sạn, công xưởng trung tâm thương mại Phương pháp nghiên cứu Thiết lập sơ đồ P&ID thu thập tín hiệu giám sát Tính chọn trang bị điện giám sát cho hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng tuyến ống dài Thiết kế điểm đặt các thiết bị cảm biến cho hệ thống Thiết kế tủ điện báo động phần mềm giám sát Xây dựng chương trình giám sát Ý nghĩa khoa học thực tiễn a Ý nghĩa khoa học thực tiễn Giúp sinh viên nắm rõ nguyên lý thiết kế giám sát để giám sát hệ thống vận hành trơn tru, ổn định, bền vững b Ý nghĩa thực tiễn Giúp sinh viên hiểu sâu về một hệ thống giám sát hoàn chỉnh thực tế để phục vụ yêu cầu giám sát Xây dựng được một phương án giám sát cụ thể Tính toán lựa chọn được các thiết bị cần thiết cho việc giám sát CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG BƠM CHẤT LỎNG 1.1 Giới thiệu chung hệ thống bơm 1.1.1 Khái niệm chung Bơm máy thuỷ lực dùng để hút đẩy chất lỏng từ nơi đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng đầu đường ống để thắng trở lực đường ống thắng hiệu áp suất đầu đường ống Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động điện từ các nguồn động lực khác (máy nổ, máy nước…) Điều kiện làm việc của bơm khác (trong nhà, trời, độ ẩm, nhiệt độ v.v…) bơm phải chịu đc tính chất lý hoá của chất lỏng vận chuyển 1.1.2 Hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng tuyến ống dài Hệ thớng bơm tuyến ớng dài có mục đích nhằm gia tăng áp lực lưu thông nước đường ớng, từ đưa được khới chất lỏng xa, lên cao hay điều chỉnh áp suất để đầu của khối chất lỏng được mong muốn của người thiết kế Hệ thống giám sát bơm mắc song song đưa tới một đường ống góp chung Các tín hiệu cần giám sát được đo đạc nhận biết cảm biến, sau cảm biến đã thu thập được các số liệu giám sát cho các tín hiệu qua một bộ xử lý PLC có chương trình được lập trình sẵn để điều khiển đèn tủ điện tại hiện trường Các vị trí sơ đồ lắp đặt các thiết bị đo tùy thuộc vào yêu cầu đề xuất ta lựa chọn các cảm biến, PLC phù hợp cảm biến mực nước dạng phao, bộ chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số gửi về máy tính các thiết bị đèn báo cho tủ điện tại vị trí hiện trường Muốn lắp đặt ta phải thực hiện một số thao tác sau: - Khảo sát vị trí lắp đặt cảm biến: thiết kế các điểm đo Điểm một đo mức chất lỏng két Điểm hai đo tại cửa hút của bơm (hiển thị áp suất tại hiện trường), điểm ba đo áp suất tại cửa đẩy của bơm (áp suất được đưa về PLC để xử lý tích hợp vào máy tính), điểm bốn quy định số lượng bơm được đưa vào hoạt động, đưa tín hiệu về hệ thống giám sát - Khảo sát vị trí lắp đặt tủ điện giám sát tại hiện trường: lắp đặt tủ điện báo động tại hiện trường phải cao ráo, tủ sắt chống va đập, vị trí dễ quan sát, tránh mưa gió các điều kiện thời tiết, dễ dàng thay bảo trì cần thiết 1.2 Các yêu cầu đối với giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng tuyến ống dài Việc giám sát hệ thống thông qua các thiết bị cảm biến, các thiết bị đo lường chuyển đổi tín hiệu Về bản, các thiết bị đo lường sử dụng hệ thống thực hiện nhiệm vụ điều khiển giám sát Đối với việc giám sát, tín hiệu đo về phục vụ hiển thị, báo các thông số quá trình, không ảnh hưởng tới chế độ làm việc của hệ thống Giám sát nguồn điện cho trạm bơm, thông báo trạng thái của nguồn điện - Ng̀n điện ba pha: có đủ pha, điện áp các pha, thứ tự các pha - Nguồn điện pha (phịng điều khiển): điện áp ng̀n mợt pha Giám sát tình trạng hoạt động của các trang thiết bị truyền động điện hệ thống bơm chất lỏng tuyến ống dài - 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 - 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 - Khi bắt đầu vận hành, bơm bắt đầu chạy mà áp suất ống không tăng thì 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 - Kiểm tra áp suất, lưu lượng ći xem có đạt yêu cầu cung cấp nhiên liệu 1.3 Sơ đồ P&ID biểu diễn thiết bị giám sát Sơ đồ cấu trúc P&ID miêu tả chi tiết quá trình công nghệ kèm theo các chức tiêu biểu của một hệ thống điều khiển quá trình các đường liên hệ thành phần Hình 1.1: Sơ đồ P&ID thu thập tín hiệu giám sát Thuyết minh sơ đồ: Về bản, các thiết bị đo lường sử dụng hệ thống phục vụ hai nhiệm vụ chính: giám sát điều khiển Giám sát: tín hiệu đo về phục vụ hiển thị, báo các thông số quá trình (không ảnh hưởng tới chế độ làm việc của hệ thớng) Trong sơ đờ P&ID nói trên, các vị trí đo lường có các chức sau: - Tại bể hút: cần đo giá trị mức chất lỏng bể để phục vụ giám sát mức chất lỏng xuống tới giá trị thấp - Trong đường ống hút: Đồng hồ đo áp suất chân không để thị độ chân không đường ống mà không cần thiết thu thập tín hiệu về thiết bị điều khiển trung tâm Tuy nhiên, một số trường hợp đặc biệt, cần đưa tín hiệu về phục vụ điều khiển Nếu sau một khoảng thời gian trễ, bơm khả khử áp suất âm đường ớng hút thì cần dừng bơm - Trong đường ống đẩy: Cần đo giá trị áp suất đường ống Các thiết bị phục vụ cho giám sát cần được thiết đặt giá trị thấp các tín hiệu phục vụ điều khiển phép người vận hành can thiệp trước có lệnh tự đợng từ trung tâm điều khiển Trong trường hợp giá trị áp suất đo được thấp mức bình thường, cần kiểm tra đường ớng dẫn (có thể bị dị rỉ tại mợt vị trí đó) - Mợt sớ kí hiệu được dùng hệ thống: Bảng 1.1: Ý nghĩa ký hiệu các phần tử hệ thống bơm STT Ký hiệu Ý nghĩa Đầu hút của bơm Van cầu Van cửa Van một chiều Khớp nối mềm Động truyền động Bơm ly tâm Chức thiết bị/ số thứ tự Trong đó: LT: Thiết bị đo mức LI: Thiết bị thị mức PG: Đồng hồ ấp suất PT: Thiết bị đo áp suất VG: Đồng hồ đo áp suất chân không FM: Thiết bị đo lưu lượng 10 B043 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng cao đường ống H2F B044 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng cao đường ống H1F B045 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng trung đường ống NF B046 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng thấp đường ống L1F B047 O Nt Nt Đèn báo lưu lượng thấp đường ống L2F B048 O Nt Nt Đèn báo quá tải bơm QT1 B049 O Nt Nt Đèn báo quá tải bơm QT2 B04A O Nt Nt Đèn báo quá tải bơm QT3 - Mạch module đầu vào số: 33 Hình 2.18: Mạch module đầu vào số (1/3) Hình 2.19: Mạch module đầu vào số (2/3) 34 Hình 2.20: Mạch module đầu vào số (3/3) - Mạch module đầu Hình 2.21: Mạch module đầu (1/2) 35 Hình 2.22: Mạch module đầu (2/2) 2.4 Thiết kế tủ giám sát Hình 2.23: Dãy các tủ điện giám sát 36 Hệ thống giám sát trạm bơm vận chuyển chất lỏng gồm: - tủ giám sát nguồn áp suất chất lỏng của bơm - tủ giám sát nguồn động lực - tủ giám sát mức chất lỏng bồn chứa lưu lượng đường ống dẫn Vì số tủ cần thiết kế tủ, để đờng bợ hóa về kích thước ngun liệu cho các tủ Ta chọn kích thước các tủ sau: Chiều cao 1,2 m, chiều dài 0,8 m, chiều rộng 0,5 m tùy theo yêu cầu giám sát mà đèn báo tủ khác Tủ điện được thiết kế tập trung tạo thuận tiện cho người vận hành giấm sát được bao quát hệ thống trạm bơm 37 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT 3.1 Xây dựng thuật toán 38 Hình 3.1: Thuật toán giám sát trạm bơm 3.2 Xây dựng chương trình PLC S7-300 3.2.1 Lựa chọn cấu hình trạm PLC S7-300 Khai báo cấu hình cho trạm plc: Hình 3.2: Cấu hình trạm PLC Trạm gờm có: - Slot 1: Nguồn PS 307 5A Slot 2: CPU 312 Slot 4: Module đầu vào số DI32xDC24V Slot 5: Module đầu số DO32xDC24V/0.5A Khai báo các biến: 39 Hình 3.3: Bảng khai báo biến (1/2) Hình 3.4: Bảng khai báo biến (2/2) 3.2.3 Chương trình PLC 40 Hình 3.5: Chương trình PLC (1/9) Hình 3.6: Chương trình PLC (2/9) 41 Hình 3.7: Chương trình PLC (3/9) Hình 3.8: Chương trình PLC (4/9) 42 Hình 3.9: Chương trình PLC (5/9) Hình 3.10: Chương trình PLC (6/9) 43 Hình 3.11: Chương trình PLC (7/9) Hình 3.12: Chương trình PLC (8/9) 44 Hình 3.13: Chương trình PLC (9/9) 3.3 Mô phỏng kiểm chứng Giao diện thiết kế giám sát WINCC Hình 3.14: Giao diện giám sát phần mềm WINCC 45 Trên hình 3.14, mô tả hệ thống giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng, trạm gồm bơm Có các điểm đo áp suất các điểm cửa bơm đường ớng Trạm có các đèn hiện thị báo các mức áp suất, lưu lượng các điểm cấp nguồn, các sự cố xảy hệ thớng bơm, tại bể chứa có đèn hiện thị báo mức chất lỏng bể 46 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian thực hiện đồ án môn học, với sự cố gắng của thân sự giúp đỡ của thầy các bạn đến em đã hoàn thành đề tài “ Thiết kế giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng tuyến ống dài” Trong đề tài của mình, em đã thực hiện được thực hiện được các yêu cầu sau: - Tìm hiểu về hệ thống giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng tuyến ống dài các sensor - Lựa chọn các thiết bị giám sát cho trạm - Thiết kế các vẽ mạch động lực, mạch giám sát, mạch role trung gian, mạch PLC - Ứng dụng PLC lập trình giám sát hệ thống - Ứng dụng phần mềm WINCC để giám sát hệ thống Hải phòng, ngày 25 tháng năm 2019 Sinh viên thực hiện 47 ... tủ điện giám sát 36 Hệ thống giám sát trạm bơm vận chuyển chất lỏng gồm: - tủ giám sát nguồn áp suất chất lỏng của bơm - tủ giám sát nguồn động lực - tủ giám sát mức... diện thiết kế giám sát WINCC Hình 3.14: Giao diện giám sát phần mềm WINCC 45 Trên hình 3.14, mô tả hệ thống giám sát hệ thống bơm vận chuyển chất lỏng, trạm gồm bơm Có các điểm... hiểu về hệ thống giám sát thiết kế hệ thống giám sát cho đề tài Mục đích đề tài Tìm hiểu, thiết kế hệ thống giám sát từ gửi các thơng sớ u cầu điều khiển cho hệ thớng trạm