1.6.1Giới thiệu hệ thống máy nén khí tàu chở nhựa đường 1700m3
Trên tàu thủy máy nén khí được sử dụng khá rộng rãi với các mục đích khác nhau. Khơng khí được máy nén vào các bình chứa để từ đó dùng cho c ác mục đích khác nhau như : Dùng khởi động máy chính, tổ hợp diezel máy phát, các hệ thống điều khiển từ xa Diezen, các thiết bị vệ sinh…
Trên tàu chở nhựa đ ường được trang bị 2 máy nén,một máy nén chính(MAIN AIR COMPRESSOR) một máy dùng khi có sự cố (EMERGENCY AIR COMPRESSOR) Máy nén khí chính là loại có 2 xilanh, cơng suất 29 m3/h,trọng lượng 200 kg
DS :Bình chứa khí
SV1,SV2,SV3 :Van an tồn
P1,P2 :Đồng hồ đo áp lực
C. W :Bơm nước làm mát
COOLING WATER INLET: Đường nước đến làm mát
PISTON :Piston máy nén
MV :Van tay để kiểm tra áp lực
1.6.2Giới thiệu phần tử hệ thống
MCCB : cầu dao cấp nguồn cho hệ thống A : đồng hồ đo dòng điện
88 : cơng tắc tơ chính cấp điện cho động cơ lai máy nén 51X : rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ lai máy nén F1,F2,F3,F4 : cầu chì
TR440/220 : biến áp cấp nguồn cho mạch điều khiển AUTO,MANU : công tắc chọn chế độ tự động và bằng tay 3-0 : nút dừng ở chế độ bằng tay
3C : nút khởi động ở chế độ bằng tay 20T : rơle thời gian
P.S : tiếp điểm của rơle áp lực,khống chế áp lực chai gió,tiếp điểm sẽ đóng lại khi áp lực gió trong chai giảm thấp hơn mức đặt áp lực thấp và mở ra khi áp lực gió lớn hơn mức đặt áp lực cao
SV : van điện từ
C.W : công tắc tơ cấp điện cho bơm nước làm mát WL : đèn báo nguồn
GL : đèn báo động cơ lai máy nén khi chạy H : đồng hồ tính thời gian máy chạy RL : đèn báo động cơ lai máy nén quá tải
1.6.3Nguyên lý hoạt động của hệ thống
a,Chế độ tự động
Đóng aptomat MCCB cấp nguồn cho hệ thống điều khiển máy nén khí, đèn WL sáng báo có nguồn.
Bật cơng tắc chọn chế độ sang AUTO.Khi đó việc khởi động và dừng máy nén được khống chế bởi cảm biến áp lưc P.S.Khi áp lực chai gió thấp thì tiếp điểm PS đóng cịn khi áp lực chai gió cao thì tiếp điểm PS mở tuỳ theo ngưỡng đặt.
Gỉa sử áp lực chai gió thấp thì tiếp điểm PS đóng,rơle 88 có điện,rơle thời gian 20T và có tín hiệu cấp nguồn cho bơm làm mát hoạt động.
Khi rơle 88 có điện thì các tiếp điểm ở mạch động lực và mạch điều khiển của nó đóng lại làm động cơ lai máy nén khởi động và đèn GL sáng báo máy chạy đồng thời đồng hồ đếm thời gian máy chạy cũng hoạt động.
Khi rơle 20T có điện thì sau 5s tiếp điển của nó đóng lại cấp điện cho van điện từ MV đóng lại.Trước đó van MV mở để xả nước giảm tải cho động cơ lai máy nén khi khởi động.
Máy nén hoạt động cho đến khi áp lực chai gió cao đến ngưỡng đặt thì tiếp điểm PS sẽ mở ra làm động cơ lai máy nén dừng.
b,Chế độ hoạt động bằng tay
Bật công tắc chọn chế độ sang MANU.Muốn khởi động ta ấn nút 3C,muốn dừng ta ấn nút 3-0.Khi đó cần quan sát đồng hồ đo áp lực để điều khiển sự hoạt động của máy nén.
1.6.4Các báo động và bảo vệ
a,Bảo vệ ngắn mạch
Bảo vệ ngắn mạch mạch động lực bằng aptomat MCCB,bảo vệ ngắn mạch mạch điều khiển bằng các cầu chì F1,F2,F3,F4.
b,Bảo vệ quá tải
Bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt 51.Khi máy nén bị quá tải thì rơle nhiệt 51 tác động, tiếp điểm 51 đóng sang bên phải cấp điện cho rơle 51 ở mạch điều khiển→đèn RL sáng báo máy quá tải và ngắt điện mạch điều khiển bên dưới → các rơle và công tắc tơ mất điện→ngắt điện cấp vào động cơ→động cơ dừng.Ấn nút reset trên rơle nhiệt 51 sau khi khắc phục được sự cố để máy nén hoạt động trở lại.
c,Bảo vệ “0”
Bảo vệ “0” chỉ có trong chế độ điều khiển bằng tay, bằng cách mắc tiếp điểm tự giữ 88 song song với nút ấn khởi động 3C.
Chương2: ĐI SÂU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BẢNG ĐIỀU KHIỂN TẠI BUỒNG MÁY VÀ BẢNG ĐIỀU KHIỂN TẠI LẦU LÁI
2.1Lý thuyết chung về hệ điều khiển tại buồng máy và lầu lái
2.1.1Khái niệm chung
Bảng điều khiển tại buồng máy(ECC) và bảng điều khiển tại lầu lái(BCC) là các bảng để giám sát các thông số của một số hệ thống quan trọng như Điesel chính, Điesel lai máy phát,máy lái, máy nén khí vv…các thơng số được giám sát bởi PLC và hiển thị cảnh báo bằng đèn trên mặt bảng điều khiển.
2.1.2Các yêu cầu và chức năng của bảng điều khiển ECC và BCC
a,Các yêu cầu
+ Tính chính xác : thể hiện bằng sự báo động khơng nhầm lẫn.Không tồn tại báo động giả do nhiễu gây lên.
+ Tính liên tục : khi một thơng số đã báo động (đã khẳng định sự cố) thì các thơng số khác vẫn sẵn sàng báo động gồm tín hiệu ánh sang và âm thanh. Nếu thông số báo động trở về giá trị bình thường thì tín hiệu báo sự cố sẽ mất và thơng số đó được đưa vào kiểm tra trở lại một cách tự động hoặc qua nút RESET.
+ Tính đơn giản, gọn nhẹ : hệ thống phải có sơ đồ đơn giản, gọn nhẹ,tuổi thọ cao, làm việc tin cậy.
+ Thuận tiện cho việc kiểm tra trong mọi điều kiện : khi cần kiểm tra trạng thái sẵn sàng hoạt động của hệ thống chỉ cần ấn nút TEST và có 2 loại thử là
1.Thử đèn, còi
2.Thử hệ thống : là đưa tín hiệu giả thay thế tín hiệu từ cảm biến để kiểm tra hệ thống có hoạt động tốt hay khơng
+ Thuận tiện cho người vận hành và bảo dưỡng + Đảm bảo chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật
b,Chức năng của bảng điều khiển
*Chức năng bảng điều khiển tại buồng máy (ECC)
+ Điều khiển và giám sát các thơng số của Điesel chính
+ Giám sát các thông số của Điesel lai máy phát số 1, số 2 và diesel lai máy phát sự cố + Điều khiển và giám sát các thơng số của 2 máy nén khí chính
+ Hiển thị trạng thái bằng đèn của các máy lọc dầu F.O, D.O, L.O, bơm nước làm mát dầu thuỷ lực, bộ xử lý nước thải, bơm dầu cặn, bơm nước làm mát máy chính, bơm dầu H.F.O, nồi hơi phụ
*Chức năng của bảng điều khiển tại lầu lái (BCC)
+ Điều khiển và giám sát các thơng số của Điesel chính + Giám sát các thông số của máy lái
2.2Giới thiệu về PLC S7_200
2.2.1 Tổng quan về cơng nghệ PLC và cấu hình cứng
PLC viết tắt của progamable logic control, là thiết bị điều khiển lơgic lập trình được, hay khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển thơng qua một ngơn ngữ lập trình.
a, Q trình phát triển và ứng dụng PLC:
Trước khi các bộ điều khiển chương trình, trong sản xuất đã có nhiều phần tử điều khiển, đầu tiên là các hệ trục cam, các bộ khống chế hình trống. khi xuất hiện Rơle điện từ thì Panel Rơle trở thành chủ đạo điều khiển. Khi Tranzitor xuất hiện nó được áp dụng ngay ở những chỗ mà Rơle điện từ không thể đáp ứng được những yêu cầu điều khiển cao.
Sự kết hợp các phần tử này cùng các linh kiện điện tử làm thành hệ điều khiển logic, thơng qua việc bố trí liên kết các phần tử này với nhau. Mối liên kết giữa chúng cùng các thiết bị chấp hành tạo ra một chương trình hoạt động mà con người muốn thực hiện. Khi các chương trình này thay đổi thì ta phải sắp xếp lại sự liên kết giữa các phần tử. Ngày nay, lĩnh vực điều khiển được mở rộng đến cả quá trình sản xuất phức tạp, đến các hệ thống điều khiển, kiểm tra tập chung hoá. Những vấn đề này hệ thống điều khiển logic thông thường không thể thực hiện điều khiển tổng thể được. Chính vì thế mà PLC đã ra đời và ngày nay càng đựơc phổ biến rộng rãi. Sự phát triển PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở lên nhanh nhẹn, dễ dàng và tin cậy, nó đã từng bước phát triển tiếp cận theo các nhu cầu của sự phát triển công nghệ. Trong PLC logic điều khiển được mô tả bằng chương trình, các bộ cảm biến, các thiết bị chấp hành có thể được nối trực tiếp với PLC. Chương trình chỉ ra các phương thức hoạt động được viết trực tiếp vào bộ nhớ. Khi có sự thay đổi nào đó trong cấu trúc điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình vào trong bộ nhớ.
b, Vai trò của bộ điều khiển PLC
Trong hệ thống điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC được coi như là bộ não có khả năng điều hành tồn bộ hệ thống điều khiển. với một chương trình ứng dụng điều khiển (được lưu giữ trong bộ nhớ của PLC), PLC giám sát chặt chẽ, ổn định chính xác trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu của các thiết bị đầu vào. Sau đó sẽ căn cứ trên chương trình logic để xác định tiến hành hoạt động, đồng thời truyền tín hiệu đến thiết bị
đầu ra. PLC có thể được sử dụng để điều khiển những thao tác ứng dụng đơn giản, lặp đi lặp lại hoặc một vài thiết bị trong đó chúng có thể được nối mạng cùng với hệ thống điều khiển trung tâm hoặc những máy tính trung tâm thông qua một phần của mạng truyền dẫn, với mục đích để tổ hợp việc điều khiển một q trình xử lí phức tạp.
2.2.2 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC - S7 200
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hàng siemens ( CHLD Đức ), có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các Modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của s7-200 là khối vi xử lý CPU 212 và CPU 214. Về hình thức bên ngồi, sự khác nhau của 2 loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ ra và nguồn cung cấp.
- CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra, có khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng.
- CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng .
- S7-200 có nhiều loại mở rộng khác nhau. CPU 212 bao gồm:
- 512 từ đơn (word), từ là 1 k byte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ ghi được và không mất dữ liệu nhờ có giao diện với EFPROM. Vùng nhớ với tính chất như vậy được gọi là vùng nhớ non-volatile.
- 512 từ đơn để lưu giữ liệu trong đó có 100 từ nhớ đọc/ ghi thuộc miền non-volatile. 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic.
Có thể ghép nối thêm 2 modul để mở rộng số cổng vào/ ra, bao gồm cả modul tương tự (analog).
- Tổng số cổng logic vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra.
- 64 bộ tạo thời gian trễ ( timer), trong đó có 2 timer có độ phân giải 1ms, 8 timer có độ phân giải 10ms và 54 timer có độ phân giải 100ms.
64 bộ đếm (counter) chia làm 2 loại: Loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi.
Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt các khâu bao gồm ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2KHz).
Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. CPU 214 bao gồm:
- 2048 từ đơn (4K byte thuộc vùng nhớ đọc/ghi non-volatile). 14 cổng vào logic và 10 cổng ra logic.
Có 7 modul để mở rộng thêm cổng vào /ra bao gồm cả modul Analog. Tổng số cổng logic vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra.
128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau 4 timer có độ phân giải 1ms, 16 timer có độ phân giải 10ms và 108 timer có độ phân giải 100ms.
128 bộ đếm (counter), chia làm 2 loại: Loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi.
- 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
- Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau, bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền thông.
- Ba bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz và 7KHz.
- Hai bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc PWM. - Hai bộ điều chỉnh tương tự.
- Tồn bộ vùng nhớ khơng bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi.
- Bộ điều khiển lập trình S7-200 với khối vi xử lý CPU 214.
Hình 2.1 Mơ tả các đèn báo trên S7-200 ,CPU 214.
- SF (đèn đỏ ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC có hỏng hóc.
- RUN (đèn xanh): Đèn xanh Run chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.
- STOP (đèn vàng): Đèn vàng stop chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại.
I x.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng I x.x ( x.x = 0.0 1.5 ). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
SIEMENS SIMATIC S7 - 200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1
Các cổng vào Cổng truyền thông
Q y.y (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Q y.y (y.y = 0.0 1.1 ). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng
Cổng truyền thông.
S7-200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân, để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 300 38400 baud.
Hình 2.2 Sơ đồ chân của cổng truyền thông
Chân Giải thích Chân Giải thích
1 Đất 6 5 VDC(Điện trở trong 100 )
2 24 VDC 7 24VDC(120mA tối đa)
3 Truyền và nhận dữ liệu 8 Truyền và nhận dữ liệu
4 Không sử dụng 9 Không sử dụng
5 Đất
1 2 3 4 5
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PGFXX có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPL cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS –232 cần có cáp nồi PC/PPI với bộ chuyển đổi RS –232 /RS-485.
Hình 2.3 Hai cách ghép nối máy tính với PLC S7-200 để truyền thơng.
Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC:
Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của S7-200 có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC.
- RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7-200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố, hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi cơng tắc ở chế độ RUN. Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo.
- STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
- TERM cho phép máy lập trình tự quyết điịnh một trong chế độ làm việc cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP.
Chỉnh định tương tự: MPI PC/PPI S7- 200 S7- 200 Máy Tính Máy Tính
Điều chỉnh tương tự ( 1 bộ trong CPU 212 và 2 bộ trong CPU 214 ) cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình. Núm chỉnh analog được lắp đặt