Vấn đề về thuật toỏn và phương phỏp tớnh toỏn đó được trỡnh bày ở phần trờn. Một bước khỏ quan trọng quyết định đến sự thành cụng của cụng việc là lựa chọn
cụng cụ và phương tiện để thực hiện bài toỏn đú, trong trường hợp này là ta phải
lựa chọn được thiết bị cú khả năng thực hiện cỏc phộp toỏn như ở trờn và đảm bảo
được cỏc tớnh năng khỏc mà bài toỏn điều khiển đũi hỏi như: khả năng đỏp ứng
thời gian thực, tớnh chớnh xỏc, độ tin cậy trong quỏ trỡnh hoạt động v.v… Chỳng ta cú thể chọn lựa phương phỏp điều khiển bằng mỏy tớnh, bằng mạch vi xử lý, hoặc PLC(Programmable Logic Controller).
PLC là bộ điều khiển số cú khả năng lập trỡnh, tương tự như vi điều khiển,
PLC là bộ nóo của cỏc hệ thống mỏy, nú đảm nhiệm việc xử lý và điều khiển cỏc thiết bị trong cỏc hệ thống tự động, và đặc điểm của nú là: cú khả năng lập trỡnh mềm dẻo tựy theo yờu cầu của sản xuất, khỏc với vi điều khiển là nú ổn định hơn, lập trỡnh đơn giản hơn, khụng cần thiết kế phần giao tiếp nhiều như VĐK. PLC cú thể thu nhận dữ liệu, giỏm sỏt hệ thống sản xuất, quản lý đo lưởng, truyền thụng cỏc quỏ trỡnh điều khiển và nú cú mặt trong hệ thống sản xuất tớch hợp CIM (Computered Integrated System).
PLC thường được chia ra làm 3 loại theo khả năng xử lý cỏc bài toỏn điều
khiển của nú: PLC loại nhỏ (Micro PLC) cú số lượng đầu vào/ra nhỏ, bộ nhớ nhỏ, khả năng mở rộng kộm, chương trỡnh chủ yếu được viết bằng LAD (Ladder Logic). Cỏc PLC này chủ yếu được sử dụng cho cỏc mỏy múc, thiết bị đơn lẻ. PLC loại
vừa (Mini PLC), PLC lớn (Power PLC) cú thể quản lý số đầu vào/ra lớn hơn, bộ
nhớ nhiều hơn, khả năng mở rộng cao, cỏc module vào ra cú thể bố trớ trờn nhiều Rack, cú khả năng kết nối với cỏc mạng cụng nghiệp tốt, cú thể phỏt triển chương trỡnh cho cỏc PLC này sử dụng ngụn ngữ bậc cao. Cỏc Mini PLC sử dụng cho cỏc mỏy múc thiết bị phức tạp hơn và cỏc hệ thống điều khiển. Cỏc Power PLC chủ
yếu sử dụng trong cỏc hệ thống điều khiển lớn hay cỏc hệ thống điều khiển phõn tỏn.
Ưu điểm của PLC là hoạt động bền vững trong mụi trường khắc nghiệt cụng nghiệp, độ tin cậy cao, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trỡnh dễ dàng, khả năng nõng cấp cỏc thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào
nhập và đầu ra xuất linh hoạt.
Để hiển thị giỏ trị độ mở cửa thỡ cú một số cỏch sau: sử dụng mỏy tớnh cụng nghiệp, màn hỡnh điều khiển cảm ứng HMI(Human Machine Interface), thước đo
trực quan... Ở đõy nhúm đề tài sử dụng màn hỡnh điều khiển cảm ứng, vỡ mỏy tớnh cụng nghiệp cồng kềnh và cú giỏ thành quỏ cao trong khi HMI cú chi phớ thấp, nhỏ gọn và linh hoạt, dễ di chuyển trong lắp đăt, cú độ tin cậy cao, tiờu thụ ớt điện
năng...
Trong cụng trỡnh này ta sử dụng bộ điều khiển khả trỡnh PLC S7-200 với CPU 226 của hóng Siemens để lập trỡnh và thực hiện bài toỏn. Hiển thị độ mở cửa với
màn hỡnh cảm ứng V708CD của hóng Monitouch. Với cỏc tớnh năng kỹ thuật ưu
việt, sự hỗ trợ phong phỳ của cỏc hàm tớnh toỏn bộ điều khiển và màn hỡnh này, hoàn toàn đỏp ứng để giả quyết bài toỏn trờn. Điều này được chứng minh bằng
“chương trỡnh tớnh toỏn độ mở cửa van cung” được trỡnh bày trong phần sau đõy.
Hỡnh 3.1: Bộ PLC S7-200 và màn hỡnh hiển thị V708CD
3.2.Chương trỡnh tớnh toỏn độ mở cửa van cung đập tràn
Từ yờu cầu của bài toỏn, xõy dựng được sơ đồ khối của hệ thống như sau:
Encorder1
điều khiển Xilanh
chấp hành Cơ cấu Hệ thống thủy lực PLC thủy lực Màn hình hiển thị
Hỡnh 3.2: Sơ đồ khối điều khiển
Để xõy dựng chương trỡnh thỡ cú thể sử dụng nhiều phần mềm khỏc nhau như phần mềm Step 7 MicroWin V4.0 hoặc phần mềm WinCC 6.0 SP2 của hóng Siemens.
Encorder được gắn trực tiếp vào gối quay van cung, gửi tớn hiệu là xung tần số cao (1200xung/vũng) vào PLC, PLC xử lý và tớnh toỏn, đưa kết quả cuối cựng lờn màn hỡnh hiển thị. Sau đõy là lưu đồ thuật toỏn tớnh toỏn.
E N D
X ung tần
O N /O F F
S T A R T
N guồn điện
số cao
Đ ếm xung
C huyển đổi
xung sang số
C ác tham số
đầu vào: R ,..
H àm T aylor
G iá trị
C T tính
độ m ở cửa
T hiết kế
giao diện hiển thị
V ùng ô nhớ C áp kết nối
Hỡnh 3.3: Lưu đồ thuật toỏn
Căn cứ vào cỏc phương phỏp tớnh toỏn độ mở van cung như đó trỡnh bày ở
trờn nhúm đề tài sử dụng phần mềm Step 7 MicroWin V4.0, ỏp dụng phương phỏp tớnh độ mở van cung theo khai triển Taylor. Chương trỡnh tớnh toỏn được viết như sau:
Hỡnh 3.4: Chương trỡnh đếm xung HSC0
Hỡnh 3.6: Chương trỡnh tớnh toỏn Chương trỡnh đầy đủ xem phần phụ lục.
Dưới đõy là hỡnh ảnh tổng quan về giao diện hiển thị độ mở cửa van cung.
Kết quả chạy thử chương trỡnh cho thấy chương trỡnh trờn PLC S7-200, CPU226 đỏp ứng được tớnh thời gian thực, kết quả tớnh toỏn thu được tương đối
chớnh xỏc, phự hợp với kết quả thực nghiệm.
3.3. Kết luận
Trong chương này nhúm đề tài đó giải quyết được cỏc vấn đề sau: - Đưa ra nguyờn lý hoạt động của thiết bị đo độ mở van cung.
- Đưa ra tổng quan cỏc phương phỏp tớnh toỏn và lựa chọn phương phỏp tớnh
toỏn tối ưu xõy dựng phần mềm hiện thị giỏm sỏt điều khiển tự động van cung. - Xõy dựng phần mềm hiển thị giỏm sỏt điều khiển tự động van cung.
CHƯƠNG 4: KHẢO NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
4.1. Quy trỡnh khảo nghiệm mụ hỡnh đo độ mở van cung và điều khiển tự
động
4.1.1. Cỏc thiết bị trong mụ hỡnh thử nghiệm: 4.1.1.1. Thiết bị đo độ mở van cung
ỉ 100 ỉ 30k 6 400 15 400 13 55 100 224 48 42 140 42 107 12 48 100 101 130 120
Hỡnh 4.1: Cấu tạo thiết bị đo độ mở van cung
1.Cụm puly dẫn hướng 1; 2. Tủ bao che; 3. Cụm khung; 4.Cụm đối trọng;
5.Cụm tang quấn cỏp; 6.Gối đỡ SY30 TF/VA201; 7. Encoder E6B2; 8. Khớp
4.1.1.2. Mụ hỡnh thiết bị van cung
Hỡnh 4.2: Mụ hỡnh van cung
1. Van cung; 2. Gối quay; 3. Đĩa ỉ200; 4. Xy lanh nõng hạ; 5.Cụm khung 4.1.1.3. Bộ sử lý PLC S7-200 và mụ đun hiển thị
4.1.2. Nguyờn lý hoạt động
Hỡnh 4.3 : Sơ đồ đầu nối cỏp
Khi van cung chuyển động lờn xuống làm đĩa trũn Ф200 gắn trờn gối
quay quay theo. Qua hệ thống cỏp và puly dẫn hướng làm Tang cuấn cỏp quay theo, đồng thời cũng làm đối trọng chuyển động lờn xuống.
Tại đầu trục tang cú gắn 01 Encoder phỏt xung, tớn hiệu ra được nối với
thiết bị xử lý tại tủ điều khiển trung tõm nhà mỏy. Sau khi xử lý bằng cỏc phần mềm chuyờn dựng, bộ xử lý đưa ra màn hỡnh hiển thị độ mở của van cung.
Trờn cụm đối trọng cú gắn cơ cấu tỏc động vào cụng tắc hạn vị trờn và
hạn vị dưới, chức năng của hạn vị là giới hạn độ mở của van cung. 5.1.3. Tớnh toỏn độ mở mụ hỡnh cửa van cung
Hỡnh 4.4: Sơ đồ tớnh toỏn
Độ mở van cung được tớnh theo cụng thức: ) 2 sin( . β +α =a h ; ) 2 sin( . 2 α R a= Trong đú: h: Độ mở van cung [m]
α: Gúc mở của van cung [độ]
β: Gúc nghiờng của càng van cung tại vị trớ van đúng hết [độ]
O: khoảng cỏch từ tõm gối quay đến ngưỡng đỏy [m]
R: Bỏn kớnh cong của van cung [m]
4.2. Cỏc bước tiến hành thử nghiệm và cỏc kết quả đạt được
Sau khi nạp cỏc thụng số đầu vào cho bộ lập trỡnh PLC, ta tiến hành chạy thử nghiệm thiết bị ở hai chế độ, vận hành bằng tay và chạy tự động
Hỡnh 4.5: Sơ đồ cỏc điểm đo độ mở van cung
Hỡnh 4.6: Màn hỡnh hiển thị độ mở của van trờn thiết bị đo
4.2.1 Khảo nghiệm đo độ mở van cung khi chạy thử nghiệm nõng hạ van cung bằng tay
+ Cỏc thụng số cần kiểm tra: Sau khi tiến hành nõng hạ van cung bằng tay, ta kiểm tra cỏc số liệu:
- Độ mở van cung của thiết bị đo được hiển thị trờn màn hỡnh
- Độ mở van cung đo thực tế được đo bằng thước dõy tại mỗi điểm tương ứng với điểm hiển thị trờn màn hỡnh
+ Chạy khảo nghiệm thiết bị: Sau khi hoàn thành lắp ráp xong thiết bị, tiến hành chạy khảo nghiệm và đo kiểm tại 20 điểm, kết quả đạt đ−ợc nh− sau:
Màn hình hiển thị LCD rõ ràng tham số đặt cũng nh− giá tri mở cửa van cung.
Bảng 4.1: Số liệu kết quả khảo nghiệm chạy bằng tay
Điểm đo
Độ mở của van hiển
thị trờn thiết bị đo [mm]
Độ mở của van đo
thực tế [mm] Sai số [mm] Ghi chỳ 1 0 0 0 2 10 10,05 0,05 3 20 20,05 0,05 4 30 30,02 0,02 5 40 40,00 0,00 6 50 49,95 0,05 7 60 60,05 0,05 8 70 70,30 0,30 9 80 80,00 0,00 10 90 90,05 0,05 11 100 100,05 0,05 12 120 120,00 0,00 13 130 129,95 0,05 14 140 129,95 0,05 15 150 150,00 0,00 16 160 160,00 0,00 17 170 169,95 0,05 18 180 179,95 0,05 19 190 189,90 0,10 20 200 199,90 0,10
4.2.2: Khảo nghiệm đo độ mở van cung khi chạy thử nghiệm nõng hạ van
cung tự động
+Cỏc thụng số cần kiểm tra: Sau khi đặt trước độ mở van cung, ta tiến
hành nõng hạ tự động, dựng thước dõy đo độ mở van cung tại cỏc điểm tương
ứng với cỏc điểm hiển thị trờn màn hỡnh và kiểm tra cỏc số liệu:
- Độ mở van cung của thiết bị đo được hiển thị trờn màn hỡnh
- Độ mở van cung đo thực tế tại mỗi điểm tương ứng với mỗi điểm hiển
thị trờn màn hỡnh
+Chạy khảo nghiệm thiết bị: Sau khi hoàn thành lắp ráp xong thiết bị, tiến hành chạy khảo nghiệm và đo kiểm tại 20 điểm, kết quả đạt đ−ợc nh− sau:
Màn hình hiển thị LCD rõ ràng tham số đặt cũng nh− giá tri mở cửa van cung.
Bảng 4.2: Số liệu kết quả khảo nghiệm chạy tự động
Điểm đo
Độ mở của van hiển
thị trờn thiết bị đo [mm]
Độ mở của van đo
thực tế [mm] Sai số [mm] Ghi chỳ 1 0 0 0 2 10 10,05 0,05 3 20 20,05 0,05 4 30 30,02 0,02 5 40 40,00 0,00 6 50 49,95 0,05 7 60 60,05 0,05 8 70 70,30 0,30 9 80 80,00 0,00 10 90 90,05 0,05 11 100 100,05 0,05 12 120 120,00 0,00 13 130 129,95 0,05 14 140 129,95 0,05 15 150 150,00 0,00 16 160 160,00 0,00 17 170 169,95 0,05 18 180 179,95 0,05 19 190 189,90 0,10 20 200 199,90 0,10
4.2. Đỏnh giỏ kết quả khảo nghiệm
Sai số độ mở van cung đo thực tế ở cả hai chế độ (thử nghiệm bằng tay và thử nghiệm tự động) nằm trong giới hạn cho phép (theo tiêu chuẩn của thiết bị
cùng chức năng do hãng WATERLOG của Mỹ chế tạo với sai số góc là 60,030,
với kích th−ớc của thiết bị thử nghiệm sai số cho phép độ mở cửa van là
Ch−ơng 5: Các kết luận
Sau gần 12 tháng thực hiện nhóm đề tài đã thực hiện đ−ợc các công việc sau: 1. Công bố một (01) bộ báo cáo hoàn chỉnh tổng quan về van cung và thiết bị đo độ mở van cung đ−ợc sử dụng trong n−ớc cũng nh− ngoài n−ớc. Phân tích và đ−a ra đ−ợc các nguyên lý điều khiển chung, −u và nh−ợc điểm của từng loại. Kiến nghị giải pháp để thiết kế, chế tạo thiết bị đo độ mở van cung.
2. Thiết kế, chế tạo thiết bị đo độ mở van cung từ các linh kiện trong n−ớc và n−ớc ngoài, phù hợp với điều kiện chế tạo và vận hành thiết bị tại Việt Nam.
3. Viết phần mềm hoàn chỉnh để xử lý các dữ liệu đ−a về từ thiết bị đo độ mở van cung và sensor đo góc. Phần mềm này đáp ứng đầy đủ các chức năng t−ơng đ−ơng với các phần mềm hiện có trên thị tr−ờng thậm chí cịn có một số điểm nổi bật hơn nh− việc thuận tiện khi sử dụng nhập các thơng số, có khả năng mở rộng để tăng thêm các chức năng điều khiển.
4. Chạy thử nghiệm mơ hình đo độ mở van cung và nhận đ−ợc các kết quả sau:
- Giá thành chế tạo loại thiết bị này rẻ hơn so với thiết bị cùng loại của n−ớc ngồi với các tính năng t−ơng đ−ơng nh− khả năng đo và hiển thị độ mở, khả năng kết nối và giám sát điều khiển tự động với các thiết bị ngoại vi...Hơn nữa, lợi ích của việc tự chế tạo bộ thiết bị trong n−ớc giúp cho NARIME có khả năng tự sửa chữa, bảo d−ỡng kịp thời các hỏng hóc trong vịng 24h tại bất kỳ nhà máy nào trong n−ớc tạo thế cạnh tranh và tiết kiệm chi phí lớn cho sản xuất.
- Ngồi ra cịn phát triển thêm một số tính năng sau:
+ Thiết bị đáp ứng đ−ợc yêu cầu đo độ mở van cung, kết nối và giám sát điều khiển tự động trong các nhà máy thuỷ điện với sai số trong phạm vi cho phép.
+ Phù hợp với điều kiện chế tạo tại Việt Nam.
+ Bộ thiết bị này đ−ợc thiết kế có chú ý đến tiêu chí đó là phù hợp với khí hậu Việt Nam nh− yếu tố về độ ẩm, nhiệt độ, môi tr−ờng từ đó chọn các thiết bị điện tử phù hợp.
5. Các đề xuất nghiên cứu tiếp theo.
Để sản phẩm có thể trở thành sản phẩm th−ơng mại nhóm đề tài cũng
đang đầu t− nghiên cứu để nâng cao hơn nữa chất l−ợng cũng nh− mẫu mã sản
phẩm, chuẩn hố lại các kích th−ớc lắp ráp, các cấu hình chuẩn đảm bảo thiết bị
có khả năng phổ biến và lắp lẫn cao phù hợp với điều kiện Việt Nam, tiến tới
xuất khẩu.
Dự kiến trong t−ơng lai sẽ lắp đặt các loại tủ điện này tại các dự án thuỷ điện sau: Thuỷ điện Sê San 4, Buôn kuoop, Đồng Nai 3, Đồng nai 4 và các Nhà máy thuỷ điện khác.
BỘ CễNG THƯƠNG
VIỆN NGHIấN CỨU CƠ KHÍ
Tờn đề tài:
“ Nghiên cứu thiết kế VÀ chế tạo THIếT Bị ĐO Độ Mở VAN CUNG, KếT NốI Và GIáM SáT ĐIềU KHIểN Tự ĐộNG”
Mó số: 243.08.RD/HĐ-KHCN
PHỤ LỤC
local-daptran.sesan4.test / Program_Block (OB1)
Block: Program_Block Author:
Created: 03/24/2006 04:12:17 pm
Last Modified: 09/07/2008 11:46:45 am
Symbol Var Type Data Type Comment
TEMP TEMP TEMP TEMP PROGRAM COMMENTS Network 1
Chuyen gia tri vao` sang kieu DI. gia tri gate setpoint I_DI ENO EN OUT IN SM0.0 AIW0 VD74
Symbol Address Comment
Always_On SM0.0 Always ON
Network 2
CHuyen doi gia tri dat do mo cua( scale in tin hieu vao`) Analog_scale_in EN OUT K1 K2 Lo_lim Hi_lim In SM0.0 0 27648 0.0 VD78 9999.9 VD74
Symbol Address Comment
Always_On SM0.0 Always ON
Network 3
Chuyen s ang gia tri kieu DI
ROUND ENO EN OUT IN SM0.0 VD78 VD10
Symbol Address Comment
Always_On SM0.0 Always ON
local-daptran.sesan4.test / Program_Block (OB1)
Network Title
Network 4
Dieu khien nang ha cua
dieu_khien_chinh EN P1_cmd Gate_sp P2_cmd Gate_pv FB_fault p2sel Close p1sel Open auto local P1_ready P2_ready P1_fb P2_fb em_stop Chieu_cao_H EN SM0.0 VD10 VD30 I2.2 Q0.0 Q0.1 M0.1 I2.3 I1.7 I1.6 Q0.3 Q0.2 I1.3 I1.4 I2.0 I2.1 I3.0
Symbol Address Comment
Always_On SM0.0 Always ON
auto_mode I1.7 Che do van hanh tu dong
Close_valve Q0.3 Dong van
Em_stop I3.0 Dung khan cap
Gate_pv VD30 Goc mo cua hine thoi`
Gate_sp VD10 Gia tri dat da qua chuyen doi
Local_mode I1.6 Che do van hanh bang tay(local mode)
Open_valve Q0.2 Mo van
P1_control Q0.0 Dieu khien P1
P1_FBack I2.0 Tin hieu phan hoi bom 1
P1_ready I1.3 Bom 1 san sang
P1_sel I2.2 Chon bom 1
P2_control Q0.1 Dieu khine P2
P2_FBack I2.1 Tin hieu phan hoi bom 2
P2_ready I1.4 Bom 2 san sang
