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 điểm nổi bật so với cỏc giải phỏp điều khiển tự động khỏc đú là:
♦ Cho phộp thay chương trỡnh điều khiển một cỏch nhanh chúng thớch ứng với yờu cầu đổi mới cụng nghệ, hiện đại húa sản xuất.
♦ Cú khả năng truyền thụng, cho phộp nối mạng đỏp ứng yờu cầu điều khiển và giỏm sỏt hệ thống trong quỏ trỡnh sản xuất.
♦ Đơn giản trong bảo dưỡng sửa chữa.
♦ Độ tin cậy cao trong mụi trường cụng nghiệp ♦ Cấu tạo nhỏ gọn, lấp đặt đươn giản.
♦ Giỏ thành rẻ hơn nhiều so với những bộ điều khiển cú chức năng tương đương
♦ Chi phớ vận hành khụng cao.
♦ Cú thể sử dụng điều khiển từng mỏy riờng lẻ hoặc cỏc hệ thống phức tạp cú trỡnh độ tự động húa cao như hiện nay.
3.1.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển.
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trỡnh loại nhỏ của hóng Siemens, cú cấu trỳc theo kiểu modul và cú cỏc Modul mở rộng. Cỏc Modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trỡnh khỏc nhau. Tựy theo yờu cầu cụ thể của quỏ trỡnh điều khiển nguồn sử dụng cú thể chọn CPU khỏc nhau. Dựa vào số lượng đầu vào ra đó nờu nờn chọn CPU là loại CPU 224 và Modul EM231 AI4x12bit, EM232 AQ2x12bit.
Bộ nhớ chương trỡnh 8KB Giao diện 1 cổng RS 485 Bộ nhớ dữ liệu 5KB Mỏy tớnh lập trỡnh
Giao diện PPI với giao thức PPI cho chức năng lập trỡnh, chức năng HMI(TD200,OP, truyền thụng S7- 200CPU, tốc độc truyền
19,2/187,5kbit/s)
Hoặc như MPI slave trao đổi dữ liệu với MPI mater(s7-300/s7- 400CPUs,Ops,TDs,bảng cỏc nỳt ấn),CPU s7-200,tốc độ truyền 19,2/187,5Kbit/s
Hoặc giao diện do người lập trỡnh định nghĩa, cú khả năng ngắt để trao đổi dữ liệu nối tiếp với cỏc thiết bị của hóng khỏc.
Lưu giữ chương trỡnh
Chương trỡnh được lưu trong EPROM Thời gian lưu giữ 190h Cổng Input/output 14/10 Modul mở rộng tối đa 7 Ngụn ngữ lập trỡnh LAD,FBD,STL Số chương trỡnh
con tối đa
64
Thời gian thực hiện lệnh bit
0,37μs
Vựng nhớ bit 256
♦ Thụng số của CPU 224
Hỡnh 3-1: Cỏc thụng số của CPU 224
Đặc điểm kỹ thuật đầu ra số Số lượng đầu ra số 2 Cỏch điện Khụng cú Loại tớn hiệu Điện ỏp đầu ra Dũng điện đầu ra ± 10V 0 ủeỏn 20mA 4.00 4.00 S IE M E N S SIMATIC S7-200 FS 1M 1L+ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2M 2L+0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 M L+ DC RUN STOP Q0.0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 Q1.0 .1 CPU 224 DC/DC/DC 88.00 80.00 I0.0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 I1 .0 .1 .2 .3 .4 .5 214 - 1AD22 - 0XB0 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+ PORT 0 112.50 120.50
Hỡnh 3-2: Cấu tạO của CPU 224
● Cấu tạO và thụng số kĩ thuật của mOdul tương tự EM235 AI 4x12bit và AQ 1x12bit, EM232 AQ 2x12bit
*Thụng số kĩ thuật
- Cú 4 đầu vào số: Thời gian biến đổi tương tự sang số < 250∝ s
Hỡnh 3-4: Cấu tạO của MOdul EM 232 AQ 2x12bit 3.2 Cỏc yờu cầu điều khiển với baO hơi nhà mỏy điện.
- Hệ thống phải đảm bảo cỏc yờu cầu cao về chất lượng và độ tin cậy, đảm bảo cỏc tiờu chuẩn an toàn.
- Hệ thống phải đảm bảo hoạt động thường xuyờn để giỏm sỏt bất cứ một hiện tượng nào cú thể xảy ra sự cố.
- Thực hiện cỏch ly từng phần hay dừng toàn bộ hệ thống theo yờu cầu cụng nghệ
- Mỗi một khu vực dựng một PLC
- Nối mạng liờn tục gửi giữ liệu về phũng điều khiển trung tõm.
Trong suốt quỏ trỡnh làm việc điều khiển mức nước bao hơi của hệ thống van nước cấp 10LAB20AA001 luụn hoạt động ổn định, dũng điện cấp cho động cơ điện hệ thống luụn đỏp ứng yờu cầu điều khiển.
Yờu cầu điều khiển mức nước baO hơi.
Việc điều khiển mức nước bao hơi được thụng qua việc điều khiển van cấp nước chớnh 10LAB20AA001 với độ mở và đúng van theo phần trăm tương ứng với bước nhảy mức.
Khi làm việc mức nước phải được điều khiển theo cỏc yờu cầu sau:
- Khi mức nước làm việc trong khoảng đặt 800mm=<L=<900mm thỡ van 10LAB20AA001 được mở và giữ ở 66%
- Khi mức nước của bao hơi làm việc trong khoảng đặt 600mm=<L=<650mm thỡ van 10LAB20AA001 được điều khiển mở 91%
- Khi mức nước của bao hơi làm việc ở trong ngưỡng 650mm=<L=<700mm thỡ van 10LAB20AA001 được điều khiển mở ra ở 81%
- Khi mức nước của bao hơi làm việc trong ngưỡng 700mm=<L=<750mm thỡ van 10LAB20AA001 được điều khiển mở 76%
- Khi mức nước bao hơi làm việc trong ngưỡng 750mm=<L=<820mm thỡ van 10LAB20AA001 được điều khiển mở ở 70%
- Khi mức nước bao hơi làm việc ở trong ngưỡng 880mm=<L=<950mm thỡ van 10LAB20AA001 được điều khiển mở ở 62%
- Khi mức nước bao hơi làm việc ở trong ngưỡng 950mm=<L=<1020mm thỡ van 10LAB20AA001 được điều khiển mở ra ở 56%
- Khi mức nước bao hơi làm việc ở trong ngưỡng 1020mm=<L=<1090mm thỡ van 10LAB20AA001 được điều khiển mở ra ở 42%
- Khi mức nước bao hơi làm việc trong ngưỡng 1090=<L=<1150mm thỡ van 10LAB20AA001 được điều khiển mở r ở 24%
- Khi mức nước bao hơi làm việc vượt qua mức quỏ thấp L=<600mm thỡ van 10LAB20AA001 ngay lập tức được điều khiển mở ra với độ mở là 100%
- Khi mức nước bao hơi là việc vượt qua mức quỏ cao L>=1150mm thỡ van 10LAB0AA001 ngay lập tức được điều khiển đúng lại với độ mở 0%.
3.3 Thụng số kỹ thuật điều khiển mức.
Mức làm việc thấp nhất cho phộp là Hmin= 600mm Mức làm việc cao nhất cho phộp là Hmax= 1150mm
−
Phương trỡnh biểu diễn mối quan hệ giữa mức và dũng điện:
I ra = 55016 ( H vao 600) 4 +
Với Hmin= 600mm thỡ I= 4mA Hmax= 1150mm thỡ I= 20mA
Giỏ trị dũng sau đú được chuyển vào đọc cổng Analog 16bit cú giỏ trị từ 0 ữ 32760 của PLC để làm giỏ trị so sỏnh và lập trỡnh.
Phương trỡnh biểu diễn mối quan hệ giữa giỏ trị dũng điện và biến nguyờn
Wr = 32760 20 Iv
Đường đặc tớnh biểu diễn mối quan hệ giữa dũng và biến nguyờn Với I= 0 mA thỡ W = 0
3.4 Lưu đồ thuật tOỏn điều khiển mức nước baO hơi.
BEGIN
KIEM TRA SU CO s S
D
SU LY SU CO
HE THONG HOAT DONG
BEGIN S 600<L<1150 Đ V Đ K: 100% Đ L =<600 V AT: 100% V XA: 0% 600<L <650 Đ S V Đ K: 0% V AT: 0% V XA: 100% S 650=<L <700 S V Đ K: 92% V AT: 30% V XA: 0% VĐ K: 83% VAT: 10% Đ 700=<L <750 Đ V Đ K: 77% V AT: 5% V XA: 0% VXA: 0% S 750=<L <820 Đ V Đ K: 71%