3.2.1. Yêu cầu chung
- Hệ thống tự động hóa kho cảng thực hiện nhiệm vụ vận hành, quản lý kho cảng bao gồm hai bồn chứa LPG với khối lượng 1500 tấn mỗi bồn.
- Thiết kế hệ thống TĐH bao gồm toàn bộ Transmistters, gauses, flowmeters, control valves, temperature elements, shut-off valve, level instruments, PLC, máy tính PC, máy in, dây tín hiệu và điều khiển nhằm làm tăng độ an toàn, tin cậy trong vận hành kho chứa LPG.
- Đưa các công nghệ hiện đại đang được áp dụng trên thế giới đồng thời phải thích ứng với điều kiện thực tế ở Việt Nam
- Dễ dàng bảo trì, sửa chữa, thay thế, mở rộng, nâng cấp và kết nối với các hệ thống khác.
3.2.2. Yêu cầu hệ thống đo lường
3.2.2.1. Yêu cầu hệ thống đo bồn
- Đo được cả 3 thông số cơ bản ( Mức LPG, nhiệt độ, áp suất). Các thiết bị đo phải đảm bảo được các tiêu chuẩn cho phép về độ chính xác và tiêu chuẩn về cháy nổ.
- Hệ thống đo phải có chức năng hiển thị tại trung tâm và hiển thị tại vị trí ngay bồn chứa.
- Phần mềm có khả năng hiển thị thông số theo thời gian thực, đồ hoạ, có tính năng tiêu chuẩn trong việc quản lý và điều hành hoạt động của một kho LPG.
- Hệ thống có tính mở cao, dễ dàng bổ xung các thiết bị đo bồn mới mà không phải đầu tư thêm nhiều thành phần và đặc biệt không được phá bỏ hệ thống cũ.
- Có khả năng điều khiển ( Van chân bể, bơm)
a) Phần mềm hệ thống quản lý tồn chứa
- Phần mềm chạy trên nền tảng thông dụng Microsoft Windows NT/2000/XP dễ dàng tương thích với các phần mềm ứng dụng khác Microsoft Office.
- Được xây dựng trờn cỏc phần mềm chuẩn công nghiệp phổ biến trên thị trường tuỳ theo nhu cầu và sự phù hợp hệ thống có sẵn của khác hàng. Cung cấp các chức năng cho việc quan sát dữ liệu theo thời gian thực. Giao diện thân thiện với người sử dụng dưới dạng đồ hoạ giúp người vận hành dễ dàng quan sát và vận hành.
- Cho phép người vận hành theo dõi dữ liệu dưới dạng đồ thị thời gian thực. Thông thường dữ liệu đo trong quá trình thu thập được hiển thị dưới dạng các bảng số, chỉ thị số, hàm theo thời gian.
- Cung cấp các chức năng cảnh báo: gắn với các quá trình, khi các giá trị vượt quá giá trị cho phép thì xuất cảnh báo.
b) Các thông số giám sát thời gian thực
- Chiều cao mức LPG trong bồn - Nhiệt độ trung bình
- Thể tích thực của LPG trong bồn
- Thể tích LPG (qui đổi về thể tích chuẩn tại nhiệt độ 20°C)
- Khối lượng LPG trong bồn (qui đổi về thể tích chuẩn tại nhiệt độ 20°C).
Chức năng cảnh báo
- Báo mức LPG cao,quỏ cao, thấp, quá thấp (H, HH, L, LL) - Báo áp suất trong bồn cao có nguy cơ gõy chỏy nổ
chứa theo một công thức đã cho.
3.2.2.2. Yêu cầu về thiết bị đo xuất nhập
- Đồng hồ đo lưu lượng, thiết bị đo áp suất, nhiệt độ phải đảm bảo chính xác theo tiêu chuẩn quốc gia và các tiêu chuẩn về an toàn cháy nổ các báo cáo theo yêu cầu.
- Các thông số về lưu lượng phải được hiển thị tại chỗ và truyền về hiện thị tại trung tâm.
3.2.3. Yêu cầu bài toán công nghệ xuất nhập LPG Quá trình nhập LPG Quá trình nhập LPG
- Nhập LPG từ tàu về xe bồn được thực hiện bằng 2 phương pháp nhập: tự động, bằng tay.
Quá trình xuất LPG
- Xuất LPG từ bồn ra xe bồn được thực hiện bằng 2 phương pháp xuất: Tự động, bằng tay.
3.2.4. Yêu cầu hệ thống điều khiển giám sát xuất nhập LPG
Phần mềm hệ thống xuất hàng tự động
- Người vận hành thực hiện các thao tác giao hàng trên máy tính thông qua các phần mềm tiếng việt : Thân thiện, giao diện dễ sử dụng
- Các số liệu được cập nhật tự động, liên tục về máy tính. Hiển thị dữ liệu thời gian thực.
- Các dữ liệu được lưu vào CSDL trên mạng máy tính một cách tự động. - Hoá đơn in ra một cách tự động
3.2.5. Yêu cầu hệ thống đóng mở van an toàn khi có sự cố
a) Hệ thống van trên đường ống
- Hệ thống van phải được chọn đảm bảo theo thiêu chuẩn an toàn phòng chống cháy nổ theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế.
- Van đóng mở on-off, van ESD kết hợp với điều khiển mở chậm, van 2-stage, quá trình đóng mở bằng khí nén. Có thể đóng mở van bằng tay tại chỗ hoăc được đóng
mở từ xa tại phòng điều khiển trung tâm. Khi xảy ra sự cố van được điều khiển từ PLC sẽ tự động đóng mở để đảm bảo an toàn.
- Tín hiệu báo trạng thái hoạt động của van được hiển thị trờn phũng điều khiển trung tâm.
b) Máy nén khí cung cấp khí nén đóng mở van đường ống
Luôn ở trong trạng thái hoạt động, duy trì áp lực ở mức cho phép đặt trước, có cảm biến báo áp suất khí nén trên đường ống. Khi ỏp suõt thấp dưới mức cho phép sẽ đưa ra tín hiệu cảnh báo.
3.2.6 . Tủ điều khiển trung tâm
- Thực hiện các chế độ vận hành điều khiển trung tâm, đồng thời đưa ra các cảnh báo và thực hiện tự động dừng hệ thống ( Ngắt van, bơm LPG, máy nén LPG, hệ thống điện động lực)
- Phối hợp liên động tín hiệu với tủ trung tâm báo cháy dò gas, hệ thống đo tại bể chứa LPG để lấy tín hiệu bỏo dũ ga, báo cháy, áp suất, nhiệt độ đường ống, mức LPG cao thấp tại bể chứa để đưa ra các hành động thích ứng chính xác và kịp thời.
- Thực hiện việc đóng ngắt máy nén khí cung cấp khí nén điều khiển van.
3.3. MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT KHO CẢNG LPG
Hình 3.3: Giải pháp hệ thống điều khiển giám sát của Varec
Hãng Varec nổi tiếng trên thế giới về các thiết bị đo chuyên dụng cho lĩnh vực dầu khí, đặc biệt là các thiết bị đo LPG, đồng thời hãng cũng đã đưa ra giải pháp xây dựng hệ thống tự động hóa thực hiện quá trình điều khiển giám LPG. Đây là giải pháp tích hợp đồng bộ với phần mềm giám sát chuyên dụng Fuelsmanager, hệ thống này hoạt động rất hiệu quả và tin cậy quản lý số lượng lớn các bồn chứa.
Cấu trúc của hệ thống tự động hóa đồng bộ của hãng Varec
a) Trạm vận hành
Được đặt tại trung tâm là hệ thống máy tính kết nối mạng với nhau và được cài đặt phần mềm fuelsmanager thực hiện đầy đủ chức năng điều khiển giám sát.
- Hiển thi tất cả các thông số thông qua các trang màn hình giao diện. Các thông số hiển thị là: Trạng thái làm việc, các thông số trong bồn chứa về mức nhiệt độ và áp suất, trạng thái van và bơm trong quá trình xuất nhập.
- Hiện thị các cảnh báo khi cú cỏc sự cố ảnh hưởng tới kho như: Hiện tượng rò rỉ gas, quá nhiệt, mức và áp suất.
- Mọi thông số đều được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu bao gồn các thông số hiện tại và quá khứ.
- Tự động xuất ra các bản báo cáo. Bao gồm các bản báo về lượng LPG được nhập của mỗi xe.
b) Các bộ điều khiển PLC
Là các bộ điều khiển chuyên dụng của hãng được đặt tại hiện trường thực hiện chức năng điều kiển vận hành xuất nhập một các tự động. Các đầu vào PLC là các cảm biến đo về quá mức, quá áp suất, nhiệt độ trên bể và trên đường ống, các đầu ra là bơm, van , máy nén LPG. Quá trình đóng cắt van, bơm, máy nén khí LPG đuợc thực hiện theo qui trình và tự động nhờ phần mềm được lập trình trong PLC. Bên cạnh đó PLC còn thực hiện dừng hoạt động hệ thống khi xảy ra các sự cố về rò gas báo cháy và các hiện thượng báo mức, nhiệt độ và áp suất quá cao.
c) Bộ thu thập dữ liệu từ xa ( RTU830)
Tất cả các thông số đo tại bồn chứa được truyền tới bộ RTU. Tại đây, sẽ thực hiện một vài chức năng tính toán và chuyển đổi tín hiệu. RTU sẽ được kết nối với phòng điều khiển trung tâm qua hệ thống mạng fiedbus.
d) Các thiết bị cơ cấu chấp hành
Là các thiết bị được lắp trên đường ống gồm có van, máy bơm, máy nén khớ. Cỏc cơ cấu chấp hành này tác động trực tiếp vào đối tượng công nghệ ( LPG) thông qua các thao tác đóng cắt các thiết bị chấp hành.
e) Các thiết bị đo
- Đo mức trong bồn chứa LPG: Sử dụng thiết bị đo chuyên dụng của hãng là proservo, đo theo kiểu tiếp xúc trực tiếp với LPG ứng với mỗi mức, động cơ servo trong thiết bị đo quay với vị trí khác nhau tương ứng với tín hiệu mức truyền về trung tâm. Thiết bị đo này sử dụng với độ tin cậy cao.
- Thiết bị đo nhiệt độ : Sử dụng thiết bị đo của hãng là các prothermo bao gồm nhiều cảm biến nhiệt độ gắn trên cần đo. Nhờ đó có thể xác định được nhiệt độ đo ở nhiều vị trí khác nhau trong bồn. Tín hiệu cảm biển truyền về transmitter nhiệt độ để xử lý và tính ra nhiệt độ trung bình.
- Thiết bị đo áp suất: Sử dụng các thiết bị đo chuyên dụng của hãng. Dựa trên nguyên tắc đo lực sẽ chuyển sang tín hiệu điện rồi truyền về transmitter xử lý. Các thiết bị đo áp suất , nhiệt độ, mức truyền tín hiệu hiển thị tại chân bể thông qua thiết bị hiển thị tại chỗ. Mặt khác chúng cũng được truyền về trung tâm để xử lý.
- Các thiết bị đo trên đường ống: Bao gồm các thiết bị đo về khối lượng ( Massflow), đo áp suất, nhiệt độ. Thiết bị đo khối lượng theo nguyên tắc colliolis sẽ tính trực tiếp ra lực từ đó dễ dàng xác định ra khối lượng LPG trên đường ống. Phương pháp đo này đem lại độ chính xác cao hơn so với các lưu lượng kế khác. Tín hiệu về khối lượng được truyền tới bộ điều khiển mẻ ( Batching) , tại đó bộ điều khiển sẽ thực hiện so sánh tín hiệu tới và tín hiệu đặt. Khi hai giá trị trùng khớp khau, bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu tới đóng cắt các van xuất tại cầu cảng.
3.3.2. Giải pháp tích hợp hệ thống điều khiển hãng SAAB tank ( EMERSON)
Đây là hãng nổi tiếng chuyên cung cấp các thiết bị đo bồn chứa. Hãng Saab sử dụng giải pháp tỏc riờng hệ thống đo giám sát bồn chứa (tank gauging) với hệ thống vận hành quỏ trớnh xuất nhõp. Vỡ cấu trúc hệ thống giám sát bồn chứa mang tính chất mở (OPC) do đó có thể kết nối với các hệ thống điều khiển khác để vừa có chức năng giám sát và điều khiển. Sơ đồ tổng quan hệ thống SAAB tank:
Hình 3.4: Giải pháp hệ thống đo bồn chứa của SAAB TANK
Hãng Saab Rosemount là chuyên dụng cung cấp giải pháp đo bồn chứa xăng và LPG. Hệ thống đo bồn chứa ( Radar tankgauging ) sử dụng thiết bị đo bồn chính là Radar. Bên cạnh đú cũn cú các thiết bị đo khác như nhiệt độ, áp suất vv… Các thiết bị
đo được kết nối với bộ kết nối thiết bị trường và sau đó truyền về hiện thị tại máy tính trung tâm nhờ phần mềm chuyên dụng của hãng.
Cấu trúc hệ thống radar tankgauging
1. Thiết bị đo mức bằng radar
Radar có chức năng chính là đo mức LPG trong bồn, Hãng Saab Rosemount có chủng loại radar 3900 bao gồm radar 3920, 3930, 3950 và 3960. Các loại radar này đều sử dụng bộ transmitter 3900 để thu thập, xử lý tín hiệu và truyền thông. Các thiết bị này có độ chính xác cao phù hợp trong môi trường chống cháy nổ.
2. Thiết bị đo nhiệt độ đa điểm
MST được thiết kế để đo nhiệt độ khối chất lỏng để thể hiện nhiệt độ đo hiện trạng và nhiệt độ trung bình của bồn. MST gồm có một số các điểm đo đặt tại các vị trí khác nhau trong bồn. Những điểm đo ngập hoàn toàn trong chất lỏng mới được thể hiện là nhiệt độ sản phẩm. Cấu trúc của MST gồm các điểm đo bằng bạch kim – gồm pt100, mỗi điểm đo nằm trong vỏ cách điện, tất cả được quấn lại và được đặt trong một ống mềm dạng ruột gà bằng thép không rỉ và bảo vệ chống khí lọt vào.
3. Thiết bị đo áp suất
Sử dụng các bộ transmitter áp suất để có thể đo được cả áp suất lỏng và áp suất hơi LPG. Các bộ transmitter gồm có 3450, 4600 vv.. Các bộ transmitter này vừa có thể hiển thị giá trị áp suất trên màn hình và có thể kết nối trực tiếp tới radar và hiển thị trên thiết bị hiển thị tại chỗ RDU.
Bộ hiển thị được thiết kế đặc biệt làm cho nó có thể hoạt động nhiều năm ngoài trời dưới điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Nó được nối với thiết bị radar và hiển thị cả 3 thông số về nhiệt độ, áp suất và mức ngay tại chân bể.
5. Bộ thiết bị kế nối thiết bị trường( FCU)
Tất cả các tín hiệu từ radar truyền về trung tâm đều kết nối với nhau dạng bus tại bộ FCU. Mỗi bộ FCU có thể kết nối với 32 bộ radar. FCU kết nối với trạm vận hành nhờ mạng fieldbus. Ngoài ra từ FCU có thể kết nối tới các hệ thống điều khiển khác ngoài hệ thống tankgauging.
6. Bộ chuyển đổi tín hiệu (FBM)
Từ FCU sẽ kết nối với bộ chuyển đổi tín hiệu. Tín hiệu từ FCU tới FBM theo chuẩn vật lý RS485. Còn tín hiệu từ FBM tới PC theo chuẩn vật lý RS232.
7. Trạm vận hành
Máy tính: Được đặt tại phòng trung tâm, được cài đặt phần mờm giám sát, hiển thị các thông số đo và trạng thái hoạt động trên màn hình. Có trang giao diện thân thiện với người dùng. Cú cỏc khe cắm mở rộng để kết nối tới hệ thống khác.
Phần mềm điều khiển giám sát ( Tankmaster)
Gói phần mềm tankmaster gồm 2 gói phần mờm chớnh:
+ Phần mềm Winsetup: Dùng để định cấu hình và calib thiết bị đo. Nó được cài đặt trên máy tính
+ Phần mềm Winopi: Đây là phần mềm điều khiển giám sát thực hiện đầy đủ các chức năng sau:
- Hiển thi tất cả các thông số thông qua các trang màn hình giao diện. Các thông số hiển thị là: Trạng thái làm việc, các thông số trong bồn chứa về mức, nhiệt độ và áp suất. Ngoài ra phần mềm cũn cú thờm chức năng cho phép nhập barrem
của bồn chứa để xác định được thể tích bể chứa ứng với mức đo được. Ngoài ra, còn cho phép nhập thông số về density và công thức tính để xác định được khối lượng LPG trong bể chứa.
- Hiện thị các cảnh báo khi cú cỏc sự cố ảnh hưởng tới bể như: quá nhiệt, mức và áp suất.
- Mọi thông số đều được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu bao gồm các thông số hiện tại và quá khứ.
- Tự động xuất ra các bản báo cáo.
- Cấu trúc mở ( OPC server) có thể cho phép các máy tính khác có quyền truy nhập và lấy dữ liệu và có thể mở rộng và kết nối tới các hệ thống khác. Bên cạnh
đó gói phần mềm tankmaster.net thực hiện chức năng như một webserver cho phép
quyền truy cập và điều khiển từ xa hay qua mạng internet.
Kết luận:
Hai giải pháp fuelsmaneger và tankgauging của hai hãng Varec và hãng Rosemounte ( Emerson) là hai giải pháp đồng bộ và là giải pháp tổng thể của cả hệ thống. Ưu điểm của hai giải pháp trờn chớnh là sự tin cậy về hoạt động và có thể thực hiện mọi chức năng và yêu cầu đối với kho cảng. Các giải pháp này phù hợp với hệ thống qui mô lớn quản lý hàng trăm bồn chứa với quá trình hoạt động phức tạp mang tính tự động hóa rất cao. Tuy nhiên, nhược điểm chính là do hệ thống