Để điều chỉnh mức nước bao hơi người ta cú cỏc phương thức điều khiển khỏc nhau:
− Điều khiển tốc độ bơm cấp.
− Điều khiển độ mở van cấp nước bao hơi.
Ở nhà mỏy nhiệt điện Uụng Bớ người ta sử dụng kết hợp cả hai chiến lược điều khiển đú. Hơn nữa trong chiến lược điều khiển tốc độ để tối ưu hoỏ việc điều chỉnh người ta chia thành cỏc chế độ điều khiển:
- Chế độ điều khiển theo độ chờnh ỏp giữa hai đầu van điều khiển nước cấp.
- Chế độ điều khiển một phần tử với tớn hiệu phản hồi là mức nước.
- Để nõng cao tớnh năng thời gian thực và khả năng tỏc động nhanh người ta sử dụng chế độ điều khiển 3 phần tử với sự tham gia của 3 tớn hiệu:
ID1 ID2
+ Tớn hiệu điều chỉnh: lưu lượng nước cấp.
+ Tớn hiệu đún trước: lưu lượng hơi thoỏt.
3.3.1 Chế độ điều khiển mức nước 3 phần tử.
Lưu lượng hơi
chớnh Mức PID1 P PID2 P CCCH BaO hơi nước đặt Cảm biến Lưu lượng nước cấp
Cảm biến
Hỡnh 2-3: Sơ đồ điều khiển mức nước baO hơi theO 3 phần tử
Trong chế độ điều khiển mức nước 3 phần tử ta sử dụng vũng điều chỉnh cascade bao gồm hai bộ điều khiển PID1 và PID2. Vũng điều chỉnh ngoài tớnh mức nước do người vận hành đặt sau khi so sỏnh với giỏ trị phản hồi mức nước được đưa tới bộ điều khiển mức PID1. Giỏ trị tớnh toỏn được sau bộ PID1 được cộng với lượng tớn hiệu đún trước lưu lượng hơi chớnh để làm giỏ trị đặt cho bộ điều khiển tốc độ phớa trong PID2. Vũng điều chỉnh tốc độ phớa trong sẽ tớnh toỏn giỏ trị điều khiển tốc độ bơm cấp để đỏp ứng yờu cầu của vũng điều chỉnh bờn ngoài. Giỏ trị tớnh toỏn được từ vũng điều khiển tốc độ được đưa tới cơ cấu chấp hành (CCCH) để điều chỉnh mức nước trong bao hơi.
nước.lượng hơi chớnh
ID1 ID2
2.3.2 Chế độ điều khiển mức nước theO độ chờnh ỏp hai đầu van điều khiển mức
Lưu Mức PID P PID P CCCH BaO hơi nước đặt Cảm biến Độ chờnh ỏp Cảm biến
Hỡnh 2-4: Sơ đồ điều khiờn mức nước theO độ chờnh ỏp 2 đầu van
Để điều chỉnh lượng nước vào bao hơi cú cỏc cỏch giải quyết khỏc nhau, như trong chế độ 3 phần tử ta thấy để điều mức nước người ta điều chỉnh trực tiếp lưu lượng nước vào bao hơi. Mặt khỏc ta thấy lưu lượng nước chảy vào bao hơi tỷ lệ với độ chờnh ỏp giữa hai đầu van điều khiển mức, do đú để làm đa dạng sự lựa chọn tớn hiệu điều khiển người ta sử dụng phương phỏp điều chỉnh mức nước theo độ chờnh ỏp lực hai đầu van điều khiển.
Giống như trong chế độ điều khiển mức nước 3 phần tử vũng điều chỉnh mức nước theo độ chờnh ỏp lực hai đầu van điều khiển mức cú cấu trỳc cascade.
Nhưng khỏc nhau ở chỗ vũng điều chỉnh phớa trong khụng tớnh toỏn giỏ trị về lưu lượng nước cấp mà tớnh toỏn giỏ trị chờnh ỏp giữa hai đầu van điều chỉnh. Với hai vũng điều khiển, bộ điều khiển PID1 cú nhiệm vụ tớnh toỏn giỏ trị đặt về độ chờnh ỏp cho vũng điều chỉnh phớa trong. Cũn vũng điều chỉnh phớa trong cú nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ bơm cấp để duy trỡ độ chờnh ỏp lực. Cụ thể quỏ trỡnh tinh toỏn được mụ tả như dưới đõy.
Giỏ trị mức nước được người vận hành nhập vào hệ thống từ trờn màn hỡnh vận. Sau khi so sỏnh với giỏ trị phản hồi về từ cỏc bộ cảm biến, tớn hiệu sai lệch được đưa tới bộ điều khiển PID1, khối điều khiển này tớnh toỏn giỏ trị đặt về độ chờnh ỏp cho vũng
điều chỉnh phớa trong. Để nõng cao khả năng đỏp ứng của vũng điều chỉnh ta sử dụng tớn hiệu lưu lượng hơi chớnh làm tớn hiệu đún trước. Giỏ trị tớnh toỏn từ bộ PID1 sau khi được cộng với tớn hiệu đún trước lưu lượng hơi chớnh sẽ được sử dụng làm tớn hiệu đặt cho khối điều khiển chờnh ỏp PID2. Tớn hiệu đầu ra của khối điều khiển này được gửi tới cơ cấu chấp hành (CCCH) để điều chỉnh tốc độ bơm duy trỡ độ chờnh ỏp lực theo yờu cầu của vũng điều chỉnh mức nước.
2.4 Cỏc thiết bị điều khiển. 2.4.1 Hệ thống điều khiển mức.
a/ Khỏi niệm.
Mức nước trong bao hơi là đại lượng đúng vai trũ quan trọng để duy trỡ sự hoạt động của nhà mỏy nhiệt điện. Nú là cơ sở điều khiển mọi quỏ trỡnh điều khiển của nhà mỏy. b/ Hệ thống điều khiển mức.
Từ nguyờn lý của hệ thống cụng nghệ, theo gúc độ của hệ thống tự động húa ta nhận thấy: hệ thống điều khiển mức nước bao hơi là một hệ thống điều chỉnh kớn, nhiều chiều và phi tuyến. Cỏc phần tử cụng nghệ và điều khiển trong hệ thống được phõn thành:
- Đối tượng điều khiển: Bao hơi.
- Đại lượng điều khiển: Mức nước bao hơi
- Tớn hiệu vào: Giỏ trị người võn hành đặt trước qua bộ điều khiển. - Tỏc động nhiễu: Lưu lượng hơi mới.
- Bộ cảm biến: Thiết bị biến đổi mức và bộ biến đổi lưu lượng. - Thiết bị chấp hành: Van điều khiển.
- Thiết bị điều khiển: PLC c/ Bộ biến đổi mức.
Để đảm bảo an toàn khi vận hành thỡ chiều cao mức nước bao hơi thấp nhất là 600mm và chiều cao lớn nhất là 1150mm
Do vậy tớn hiệu vào là h = 600mm ữ1150mm ứng với tớn hiệu ra là dũng I= 4 ữ 20mA.
Hỡnh 2-5 : Đường đặc tớnh tĩnh của bộ biến đổi Đường đặc tớnh: Xra (mA) 20 4 H(mm) Xvao 600 1150 mức
d/ Bộ biến đổi dũng điện điều khiển sang dũng điện động cơ.
Nguyờn lý hoạt động: tựy thuộc vào tớn hiệu dũng điện điều khiển, khi đú nguồn dũng điều khiển sẽ thay đổi. Nguồn dũng điều khiển này sẽ được cấp vào động cơ điện của van điều khiển. - Dũng điều khiển: 4mA ữ 20mA
- Dũng ra tương ứng: 2,2 ữ 2,85mA
Ivao (mA)
20
4
e/ Van điều khiển mức.
Áp lực của cơ cấu truyền động tỏc dụng lờn ty van dao động từ 30,8KN đến 64KN. Áp lực này sẽ tỏc động lờn ty van để điều khiển độ mở của van. Độ mở của van từ 0(0%) đến 80mm (100%). Đặc tớnh: 80 0 30,8 1150 H(mm) Xvao
Hỡnh 2-7: Đường đặc tớnh của van điều khiển mức
Tớn hiệu vào của đối tượng điều khiển là một hệ liờn tục; cũn tớn hiệu vào, ra của mỏy tớnh số( bộ điều khiển PID số) là tớn hiệu rời rạc( tớn hiệu số). Hệ thống điều khiển cú mạch phản hồi muốn đưa vào vi xử lý phải qua bộ chuyển đổi tương tự số A/D. Cũn tớn hiệu ra của mỏy tớnh (vi xử lý) dựng để điều khiển đối tượng thường qua bộ chuyển đổi D/A. Cỏc tớn hiệu truyền đạt trong hệ cú cả tớn hiệu rời rạc và tớn hiệu liờn tục. Bao hơi là đối tượng điều khiển cú tớn hiệu vào ra là liờn tục.
2.4.2 Thiết bị điều khiển và đO lường.2.4.2.1 Van điều khiển 2.4.2.1 Van điều khiển
* Định nghĩa
Van là một thiết bị cơ khớ được dựng trong cụng nghiệp đường ống để điều chỉnh dũng chỏy của vật chất.
- Van điều khiển 10LAB20AA001
Hỡnh 2-8: Mụ hỡnh van điều khiển.
Van điều khiển là loại van tự động điều chỉnh vị trớ cửa thụng qua thiết bị điều khiển( hoặc điều khiển bằng tay). Nhiều loại van điều khiển bằng tay cú thế nắp thờm cơ cấu dẫn động vào thõn van để trở thành van điều khiển.
Cơ cấu dẫn động (Actuator): là một thiết bị dựng trong van điều khiển để dẫn động ty van ứng với thiết bị phỏt ra từ thiết bị điều khiển.
Thiết bị điều khiển(Controller): là thiết bị tự động điều chỉnh vị trớ của van điều khiển. thiết bị điều khiển dựng năng lượng khớ nộn, ỏp suất thủy lực hay năng lượng điện để truyền tớn hiệu tới cơ cấu dẫn động.
Dựa vào yờu cầu của hệ thống ta dựng loại van điều khiển lưu lượng nước cấp của bơm nước cấp cho bao hơi.
* Nhiệm vụ: Điều khiển lưu lượng nước cấp vào bao hơi tương ứng với yờu cầu của phụ tải và đảm bảo mực nước trong bao hơi ổn định quanh điểm đặt.
- Van xả - 10LCQ4AA001 : là loại van cú chế độ điều khiển bằng tay hoặc tự động. Trong trường hợp mức nước bao hơi quỏ lớn, để nhanh chúng đưa mức nước trong bao hơi về khoảng ổn định thỡ người ta phối hợp vừa giảm lưu lượng nước cấp vừa phỏt tớn hiệu mở van xả với một độ mở phự hợp.
- Van an toàn là một van điện điều khiển tự động. Tỏc dụng của van an toàn là đảm bảo ỏp suất trong bao hơi khụng vượt ra ngoài khoảng làm việc trong suốt quỏ trỡnh hoạt động. khi cú tớn hiệu bỏo ỏp suất trong bao hơi quỏ cao ngay lập tức van được điều khiển mở ra với một độ mở thớch hợp.
2.4.2.2 Giới thiệu về cỏc lOại cảm biến.
♦ Cảm biến mức: Dựng để đo mức nước trong bao hơi * Cấu tạo của bộ cảm biến mức gồm
1 : Bộ chuyển đổi chờnh ỏp (hiệu ỏp suất ∆ P) 2 : Bộ chuyển đổi chờnh ỏp - điện trở
3 : Bộ chuyển đổi điện trở - dũng điện
3
1 2 Ir
Hỡnh 2-9: Cấu tạO cảm biến mức
∗ Thụng số kỹ thuật của bộ cảm biến mức:
- Điện ỏp: 24V (DC)
- Phạm vi đầu ra: 4 20mA.
♦ Cảm biến lưu lượng.
Thiết bị đo lưu lượng dựa trờn nguyờn lý đo chờnh lệch ỏp suất của dũng chảy khi chảy qua một ống thu hẹp (tấm lỗ), sau đú chờnh ỏp này được biến đổi thành điện.
∗ Cấu tạO cảm biến đO lưu lượng gồm
- Đĩa cú lỗ (1) - Màng đàn hồi (2)
- Bộ chuyển đổi hiệu ỏp suất (3) - Tay đũn (4)
- Điểm tựa (5)
- Bộ chuyển đổi lực - điện trở (6) - Bộ chuyển đổi dũng điện - lực (7) - Bộ xử lý tớn hiệu điện (8) 8 6 4 I 2 2 5 7 5 3 1 C P P
Hỡnh 2-10: Cấu tạO của cảm biến lưu lượng
∗ Nguyờn lý hOạt động của bộ đO lưu lượng dựa vàO cụng thức sau:
Q = K ∆P K = ∝A 2 g
Q ∆ P ℑ g ∝
: Lưu lượng nước, hơi
: Hiệu ỏp suất đầu ra, đầu vào của đĩa : Tiết diện lỗ đĩa
: Gia tốc trọng trường
: Khối lượng riờng của chất lỏng, khớ : Hệ số chảy phụ thuộc kết cấu của đĩa
Dũng chảy (khớ, lỏng) đi qua đĩa tạo nờn sự chờnh ỏp ∆ P = P1- P2. Màng đàn hồi biến đổi điện ỏp thành một lực di động một đầu tay đũn quanh điểm tựa. Một đầu kia của tay đũn chuyển lực của tay đũn dẫn đến sự thay đổi của điện trở. Bộ xử lý tớn hiệu sẽ cho ra tớn hiệu là dũng điện thay đổi 4 20mA.
∗ Thụng số kỹ thuật của bộ cảm biến lưu lượng
+ + +
Điện ỏp: 24V (DC)
Phạm vi đầu ra: 4 20 mA
Phạm vi lưu lượng đo: chỉnh định dũng điện (0 100%)
♦ Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị nhiệt điện trở được gắn vào đường ống. Khi nhiệt độ càng cao thỡ điện trở nhiệt cỳ trị số càng giảm (điện trở thay đổi nghịch biến với nhiệt độ). Sự thay đổi nhỏ này được đưa vào mạch điện tử để khuếch đại lờn.
Do vậy dũng điện đi qua bộ phận cảm biến sẽ thay đổi tuyến tớnh với nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trờn nguyờn lý: điện trở của kim loại tăng lờn khi nhiệt độ tăng, do đỳ bộ cảm biến nhiệt bằng điện trở dựng để đo nhiệt độ của thiết bị cần đo.
+ + +
Phần tử nhạy cảm với nhiệt độ (1) Ống bảo vệ (2) Bộ xử lý tớn hiệu (3) 3 24V (DC ) Ir 2 1
Hỡnh 2-11: Cấu tạO của cảm biến đO nhiệt độ
∗ Nguyờn lý hOạt động
Khi đặt điện ỏp một chiều 24V vào cảm biến nhiệt điện trở, do nhiệt độ thay đổi, điện trở tỏc dụng thay đổi dẫn đến dũng điện Ir của bộ cảm biến thay đổi.
∗ Thụng số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ điện trở
+ + +
Điện ỏp: 24V (DC).
Dũng điện thay đổi đầu ra: 4 20mA. Phạm vi nhiệt độ đo: 00 18000C.
∗ Hệ thống điều khiển nhiệt độ
Hệ thống điều khiển nhiệt độ như sau: tại phũng điều khiển trung tõm nhận giỏ trị nhiệt độ trờn đường ống nhiệt độ hơi quỏ nhiệt, nhiệt độ nước cấp hay nhiệt trong bao hơi sẽ truyền tớn hiệu đến hệ thống cấp nhiờn liệu. Tại hệ thống cấp nhiờn liệu sẽ nhận biết giỏ trị điện ỏp từ 4 ữ 20mA gửi về, tương ứng với nhiệt độ đú. Và bộ điều khiển nhiệt độ sẽ tỏc động để cú được nhiệt độ yờu cầu.
♦ Cảm biến ỏp suất
∗ Cấu tạO của bộ cảm biết ỏp suất gồm:
+ + + + + Lũ xo điều chỉnh (1) Ống xếp (2) Con trượt (3)
Điện trở thay đổi (4) Bộ xử lý tớn hiệu (5)
2 1
Hỡnh 2-12: Cấu tạO của cảm biến ỏp suất
∗ Nguyờn lý làm việc của cảm biến ỏp suất điện trở thay đổi như sau
Khi ỏp suất thay đổi, ống xếp đàn hồi di động làm con trượt thay đổi vị trớ dẫn đến điện trở thay đổi. Giỏ trị điện trở thay đổi dẫn đến sự thay đổi dũng điện trong bộ chuyển đổi. Bộ chuyển đổi này sẽ tạo ra tớn hiệu đầu ra là dũng điện Ir = 4mA 20mA.
∗ Thụng số kỹ thuật của bộ cảm biến ỏp suất điện trở thay đổi gồm
+ Điện ỏp: 24V (DC)
+ Phạm vi dũng ra: 4 20 mA + Phạm vi ỏp suất đo: chỉnh định
2.5 Quy trỡnh điều khiển mức nước baO hơi.
Mức nước bao hơi phụ thuộc vào lưu lượng nước cấp từ van cấp và lưu lượng hơi mới. Tớn hiệu ra của cảm biến mức 10HAD01CL001 tỷ lệ với mức nước trong bao hơi. Như vậy điều khiển bao hơi cú 2 sự cố chớnh:
a- Trường hợp bao hơi quỏ cao L=>1150mm thỡ ngay lập tức hệ thống sẽ thụng bỏo cho bộ điều khiển phỏt tớn hiệu bỏo động. Dừng ngay bơm cấp, đúng hoàn toàn van điều khiển mức 10LAB20AA001, đồng thời phỏt tớn hiệu mở van xả
10HAD50AA230,231. Ngừng cấp nhiờn liệu vào lũ, tất cả hệ thống đưa vào chế độ là việc sự cố mức cao đó được lập trỡnh trước.
b- Trong trường hợp khi mức nước bao hơi quỏ thấp L=<600mm thỡ ngay lập tức hệ thống sẽ thụng bỏo cho bộ điều khiển phỏt tớn hiệu bỏo động. Ngừng cấp nhiờn liệu vào lũ, tất cả hệ thống đưa về làm việc ở chế độ sự cố mức thấp đó lập trỡnh trước. Mở van điều khiển hoàn toàn ( 100%) đồng thời gửi tớn hiệu điều khiển van an toàn mở 100%.
Để nõng cao độ tin cậy trong hệ thống cũn sử dụng van an toàn và van xả để phục vụ quỏ trỡnh điều khiển mức nước trong bao hơi khi cú sự biến động mức nước trong bao hơi vượt ra ngoài hoảng ổn định và khi cú sự cố sảy ra. Trong quỏ trỡnh hoạt động vỡ nhiều yếu tố như tăng giảm phụ tải, nhiệt lượng tăng giảm do chất lượng than cấp vào lũ… mà mức nước trong bao hơi cú thể vượt ra ngoài khoảng hoạt động. Phải đưa mức nước trong bao hơi về khoảng hoạt động trong một thời gian ngắn.
- Mức nước cao dừng hệ thống: L>=1150mm - Mức cao 4: 1090mm<L<1150mm - Mức cao 3: 1020mm<L=<1090mm - Mức cao 2: 950mm<L=< 1020mm - Mức cao 1: 880mm<L=< 950mm - Khoảng làm việc ổn định: 820mm=<L=<880mm - Mức thấp 1: 750mm=<L< 820mm - Mức thấp 2: 700mm=<L< 750mm - Mức thấp 3: 650mm=<L<700mm - Mức thấp 4: 600mm=<L<650mm - Mức quỏ thấp dừng hệ thống: L=<60
Chương 3
ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC TRONG BAO HƠI BẰNG PLC S7-200 3.1.1 Những tiện ớch của PLC S7- 200
PLC là thiết bị điều khiển logic được lập trỡnh, cho phộp ta thực hiện linh hoạt cỏc thuật toỏn logic thụng qua một ngụn ngữ lập trỡnh. Bộ điều khiển PLC cú cỏc ưu