Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích của Đề tài: Đo điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống ở một ngưỡng đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần. Hệ thống bơm dựa trên tín hiệu cảm biến lưu lượng trong đường ống đưa về. Hy vọng tài liệu là nguồn thông tin hữu ích cho quá trình học tập và nghiên cứu của các bạn.
Thành viên: 1 Nguyễn Thành Luân Thân Hồng Anh Hoàng Huỳnh Đức Phan Văn Linh Đỗ Trọng Hải Mục Lục Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.1 Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài là: “ Đo, điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống” ở một ngưỡng đặt trước thơng qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần. Hệ thống bơm dựa trên tín hiệu cảm biến lưu lượng trong đường ống đưa về 1.2 Phương pháp đo lưu lượng 1.2.1 Khái qt Lưu lượng chất lưu là lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang của ống trong một đơn vị thời gian. Tùy theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích hoặc theo khối lượng) người ta phân biệt: Lưu lượng thể tích Q tính bằng m3/s, m3/giờ,… Lưu lượng G tính bằng kg/s, kg/giờ,… Lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian ∆t= t2 t1 xác định bởi biểu thức: Qtb= hoặc Gtb= Trong đó: ∆V, ∆m: thể tích và khối lượng chất lưu chảy qua ống trong thời gian khảo sát Lưu lượng nước tức thời được tính theo cơng thức: Q= hoặc G= Để đo lưu lượng người ta dùng các lưu lượng kế, tùy thuộc vào tính chất lưu và u cầu cơng nghệ mà người ta sử dụng các lưu lượng kế khác nhau. Ngun lý hoạt động của các lưu lượng kế dựa trên cơ sở: Để trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ trong một khoảng thời gian xác định ∆t Đo vận tốc chất lưu chảy qua cơng tơ khi lưu lượng là hàm của vận tốc Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng là hàm phụ thuộc vào độ giảm áp Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện nhờ bộ chuyển đổi điện thích hợp 1.2.2 Phương pháp đo lưu lượng Đo lưu lượng theo ngun lý chênh áp (Differential Pressure) Đo lưu lượng theo nguyên lý Vortex Đo lưu lượng theo nguyên lý từ tính Đo lưu lượng theo nguyên lý chiếm chổ ( Positive Displacement Sensor)\ Đo lưu lượng theo nguyên lý Turbine Đo lưu lượng theo nguyên lý gia nhiệt Đo lưu lượng theo ngun lý Coriolis 1.2.3 Các cảm biến đo lưu lượng 1) Cơng tơ thể tích Cơng tơ thể tích đo thể tích chất lưu chảy qua cơng tắc tơ bằng cách đếm trực tiếp lượng thể tích đi qua buồng chứa có thể tích xác định của cơng tắc tơ Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý của cơng cơ thể tích Cơng tơ gồm hai bánh răng hình ovan 1 và 2 truyền động ăn khớp nhau. Dưới tác động của dòng chất lỏng, bánh răng 2 quay và truyền động tới bánh răng 1 cho đến lúc bánh răng 2 ở vị trí thẳng đứng, bánh răng 1 nằm ngang. Chất lỏng thể tích V1 được đẩy sang cửa ra và sau đó bánh răng 1 quay, q trình tương tự lặp lại, thể tích chất lỏng trong buồng V2 được đẩy sang cửa ra. Trong một vòng quay của cơng tơ thể tích chất lỏng qua cơng tơ bằng 2 lần V1+ V2. Trục của một trong 2 bánh răng lien kết với cơ cấu đém đặt ngồi cơng tơ Để đếm số vòng quay và chuyển thành tín hiệu điện, người ta dung 1 trong 3 cách sau: Dùng một nam châm nhỏ gắn trên trục quay của cơng tơ. Khi nam châm đi qua một cuộn dây đặt cố định sẽ tạo ra xung điện. đếm số xung điện theo thời gian sẽ tính được tốc độ quay của trục cơng tơ Dùng tốc đọ kế quang Dùng mạch đo thích hợp để đo tần số hoặc điện áp Giới hạn cơng tơ loại này từ 0,01 250 m3/h, sai số từ 0,5 1%, tổn thất áp suất nhỏ nhưng chất lỏng phải được lọc tốt và khơng gây ồn khi đo 2) Cơng tơ tốc độ Cơng tơ tuabin hướng trục như trên hình dưới đây: Hình 1.2: Cơng tơ tốc độ tuabin hướng trục 1: Bộ chỉnh dòng chảy 2: Tuabin hướng trục 3: Bộ truyền bánh răng trục vít 4: Thiết bị đếm Bộ chỉnh dòng chảy để san phẳng dòng chảy rối và loại bỏ xốy Tốc độ quay của cơng tơ tỷ lệ với tốc độ dòng chảy: N= k.W Trong đó: k: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào cấu tạo của cơng tơ W: Tốc độ dòng chảy Lưu lượng thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ: Q= W.F= .n Với: F: Tiết diện dòng chảy n: Tốc độ quay của tuabin Nếu dung cơ cấu đếm để đếm tổng số vòng quay của cơng tơ trong 1 khoảng thời gian sẽ nhận được thể tích đong chảy qua cơng tơ Cơng tơ tuabin hướng trục với đường kính tuabion từ 50300 mm có phạm vi đo từ 50 300 m3/h, cấp chính xác 1; 1,5 3) Lưu lượng kế điện từ Ngun lý hoạt động của lưu lượng kế điện từ dựa trên hiện tượng cảm biến điện từ Khi có chất lưu dẫn điện chảy qua ống, trong chất lưu xuất hiện một sức điện động cảm ứng: E= B.W.D= .Q Trong đó: B: Cường độ từ trường W: Tốc độ trung bình của dòng chảy D: Đường kính trong của ống Q: Lưu lượng thể tích chất lưu Khi B= h/s thì E tỷ lệ với Q Đặc điểm: Đo lưu lượng chất lỏng dẫn điện khơng nhỏ hơn 105 106 simen/m Đo lưu lượng khơng cần đo tỷ trọng của chất lỏng, các phần tử bọt khí, hạt nếu khơng làm ảnh hưởng đến độ dẫn điện thì cũng khơng ảnh hưởng đến kết quả đo Với ống có đường kính từ 10 1000 mm có thể đo lưu lượng từ 1 2500 m3/h với vận tốc dòng chảy từ 0,6 10 m/s và độ chính xác 1; 2,5 Hình 1.3: Cấu tạo ngun lý của lưu lượng kế điện từ 1,2: Điện cực 3: Ống dẫn chất lỏng 4: mV 5: Nam châm 4) Đo lưu lượng bằng sự thay đổi nhiệt độ Ngun tắc: Một đầu đốt nóng làm giá trị điện trở Sensor tăng và mạch cầu là cân bằng Khi có dòng chảy lưu chất, nhiệt độ trên Sensor sẽ giảm nên mạch cầu mất cân bằng Đo điện áp ngõ ra sẽ xác định được tốc độ của dòng chảy Q= = A. = A.V Trong đó: A: Tiết diện V: Vận tốc dòng chảy Hình 1.4: Cấu tạo và ngun lý của đo lưu lượng bằng sự thay đổ nhiệt độ 5) Đo lưu lượng dựa trên sự chênh lệch áp suất Ống co Venturi Phương pháp đo lưu lượng bằng ống co dựa trên định luật lien tục và phương trình năng lượng của Bernoulli Phương trình liên tục: A1u1ρ= A2u2ρ Phương trình Bernoulli: p1+ ρ.g.h1+ . = p2+ ρ.g.h2+ áp dụng cho trường ống co venture: p1+ . = p2+ Ở nơi diện tích ống bị thu nhỏ, vận tốc dòng chảy gia tăng. Với phương trình năng lượng của Bernoulli, năng lượng dòng chảy là tổng năng lượng áp suất tĩnh và động năng là một hằng số ∆p= p1 p2= ( Lưu lượng tính theo thể tích và khối lượng được tính theo cơng thức sau: QV= A2.u2= α.A2 = α.k Qm= A2.u2.ρ= α.A2 = α.k → Lưu lượng tỷ lệ với căn bậc hai của hiệu áp khi khối lượng riêng là hằng số Pitot tube Nguyên tắc hoạt động: p1+ . = p2+ trong đó: p1: Áp suất tĩnh trong dòng chảy của lưu chất ống dẫn p2: Áp suất dẫn trong pitot tube v1: Vận tốc dòng chảy v2: Vận tốc dòng chảy ở vị trí động ρ: Khối lượng riêng của lưu chất Lưu lượng được tính theo thể tích và khối lượng như sau: Qv= A.v1= A Trong thực tế pitot tube có thể được tích hợp trong cùng một khối, bộ phận đo tổng áp suất tĩnh và động năng với bộ phận đo áp suất tĩnh được đặt trong cùng một thiết bị 6) Đo lưu lượng bằng phương pháp siêu âm Sensor siêu âm được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cơng nghiệp và sinh học để đo dòng chảy. Các cảm biến loại này là thiết bị đo áp điện phát ra các xung ngắn của song âm để xác định tần số âm thanh của dòng trong khoảng nghe được Ngun lý hoạt động dựa trên truyền song siêu âm giữa 2 điểm. Thời gian truyền song giữa 2 điểm sẽ thay đổi ứng với tốc độ trung bình của dòng chảy. Hay nói cách độ chênh lệch về thời gian truyền xi và truyền ngược tỷ lệ trực tiếp với tốc độ dòng chảy Sử dụng phương pháp siêu âm có ưu điểm là đo được cả chất lỏng và chất khí, tuy nhiên phương pháp này bị hạn chế khi chất lỏng có lẫn tạp chất rắn và khơng đo được khi có các bọt khí → Từ những phương pháp đo lưu lượng trên, ta chọn phương pháp đo lưu lượng bằng cảm ứng điện từ vì phương pháp này có những ưu điểm sau: Khoảng đo rộng và độ chính xác cao Có thể đo được chất lỏng dơ bẩn, mơi trường độc hại dơ bẩn cao Mặt cắt của dòng chảy khơng bị thu hẹp bởi các ống blende hay ống phun 1.3 Tìm hiểu về PLC S7200 1.3.1 Khái qt về PLC PLC là các bộ điều khiển logic khả trình, tiếng anh là: "Programmable Logic Controller", PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng cơng nghiệp và thương mại PLC đặc biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuỗi sự kiện, duy trì biến số theo giá trị khơng đổi hoặc hàm cho trước PLC có đầy đủ chức năng và tính tốn như vi xử lý, ngồi ra PLC có tích hợp thêm một hàm chun dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thơng,… PLC có những ưu điểm: Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển PLC có chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đốn lỗi Có thể nhân đơi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém Một PLC cơ bản gồm: Bộ nguồn: cung cấp thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động tác vụ hoặc q trình Vùng nhớ Các ngõ vào, ra: gồm các ngõ vào, ra số, ngõ vào ra tương tự. các ngõ dung để quan sát tín hiệu từ bên ngồi đưa vào. Ngõ ra dung để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong q trình Các cổng, module truyền thơng: dung để nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thơng giữa các trạm trong mạng Các loại module chức năng: Phân loại PLC PLC được phân làm 2 loại theo phần cứng: PLC kiểu hộp đơn ( thường sử dụng trong các thiết bị lập trình cỡ nhỏ) PLC kiểu module ( gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý…) 10 34 2.3.3 Chương trình điều khiển 2.3.3.1Xác định mối quan hệ giữa các biến Giá trị lưu lượng đầu ra max: Osh=10 Giá trị lưu lượng đầu ra min:Osl=0 Giá trị tín hiệu đầu vào max:Ish=32768 Giá trị tín hiệu đầu vào min:Isl=6553 Ov nằm trong dải từ (010) Iv nằm trong dải từ (655332760) Cơng thức liên hệ: Thay vào ta được: 2.3.3.2Viết chương trình điều khiển trên Microwin S7200 35 G 36 2.3.3.3Giải thích các khối Stt Tên khối Chức năng I_DI Chuyển đổi tín hiệu word 12bit sang số nguyên 32bit SUB_DI Khối trừ các số nguyên MUL_DI Khối nhân các số nguyên DIV_DI Khối chia các số nguyên ;< Các khối so sánh các số nguyên 37 Chương 3: Kết quả đề tài 3.1 Kết quả lý thuyết Chạy thử nghiểm trên s7200: Bước 1: chạy hệ thống Nhấn nút khởi động Start (I0.0) dẫn đến (Q0.0) có điện ,duy trì và cung cấp nguồn cho cảm biến ,biến tần,động cơ và các thiết bị khác Bước 2: Xử lý tín hiệu và cảnh báo Nếu mức nước trong đường ống