2.5.1. Lưu lượng kế
- Có cấu tạo gồm một phao nhỏ đặt trong một ống thẳng đứng hình nón. Ở trạng thái cân bằng phao chịu tác động chủ yếu bởi lực Archimede, lực cản và trọng lượng. Trạng thái cân bằng này được biểu diễn bằng phương trình:
ρ.g.V + CX. = ρ0.g.V V: thể tích của phao
ρ0 : khối lượng riêng của phao v : vận tốc của chất lưu
ρ : khối lượng riêng của chất lưu
CX : là hệ số lực cản và S là hình chiếu của phao trên mặt phẳng vuông góc với với vecto vận tốc v, S = (ð. )/ 4
g : gia tốc trọng trường
Vị trí của phao được xác định sao cho vận tốc v được biểu diễn bởi biểu thức (từ điều kiện cân bằng của các lực tác dụng lên phao ).
v =
Đường kính D của ống dẫn thay đổi tuyến tính theo chiều cao z : D =D0 + a.z
Cho nên biểu thức lưu lượng có dạng :
Q = .[(D0 + a.z)2 – D02].
Q = .a.z. = k.z
Để đo lưu lượng cách đơn giản nhất là chia độ trên ống thủy tinh để tiện xử lý kết quả đo có thể nối phao với chiếc cần nhỏ có liên hệ cơ với lõi biến thế vi sai để chuyển đổi tín hiệu cơ thành điện.
Chất
- Mục đích là xác định được mức độ hoặc khối lượng chất lỏng trong bình chứa. Trong trạm xử lý nước thải ở VIDAMCO sử dụng cách xác định theo ngưỡng cao và ngưỡng thấp. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.
- Cấu tạo của đầu dò gồm điện cực hinh que như hình vẽ:
Do
V
Hình 2.2. Lưu lượng kế
2.5.3. Điện cực đo độ pH :
Độ pH (logarit của hoạt độ của các ion H+ ) thể hiện tính axit của dung dịch.Trên thực tế việc đo độ pH được tiến hành trên nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp hóa học, nông nghiệp, xử lý nước thải…
Năm 1904 Habel nhận thấy một số loại thủy tinh ( có thành phần xác định ) là chất dẫn điện yếu, điện thế phân cách của một màng thủy tinh dẫn điện dung phụ thuộc vào độ pH của dung dịch và tuân theo định luật Nernst :
E = E0 + H+
E : Điện thế chuẩn của điện cực (với một điện cực so sánh trước ) aH+ : hoạt độ của ion H+
- Điện cực màng thủy tinh có thành phần là một màng mỏng hình cầu, hình trụ hoặc hình côn làm từ thủy tinh có thành phần đặc biệt, màng được được hàn với một ống thủy tinh có điện trở cao, thể tích bên trong của điện
Chất
cực (màng hình cầu) chứa dung dịch có độ pH đã biết trước ( thường pH gần bằng 7) trong đó có đặt phần tử so sánh nội. Để đo độ pH chỉ cần đặt điện cực thủy tinh và điện cực so sánh được nối với một pH-met, thực pH-met là một mili vôn kế có trở kháng đầu vào rất lớn ( Ze ) kết hợp với một mạch chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số theo đơn vị pH. Nếu tính đến các phần tử khác nhau có mặt trong cấu trúc đo thì hiệu điện thế giữa điện cực thủy tinh và điện cực so sánh được viết dưới dạng:
hình 2.3. điện cực đo độ pH
E = ESS1 + EAS - ESS2 - Ej – log(HC+) + log(HmC+) ESS1: Điện thế của phần tử so sánh nội của điện cực thủy tinh ESS2 : Điện thế của điện cực so sánh
Ej: Điện thế của chuyển tiếp lỏng tồn tại giữa dung dịch điền đầy điện cưc so sánh và dung dịch nghiên cứu
EAS: Điện cực bất đối xứng của màng thủy tinh
2.5.4. Cảm biến dòng điện :
Cảm biến loại này hoạt động nhờ dòng điện chạy qua mạch đo khi đặt hiệu điện thế giữa hai điện cực, thường là một điện cực kim loại và một điện cực chuẩn.
Cường độ dòng điện chạy giữa hai điện cực là hàm của mật độ các hạt điện tích trong dung dịch và điện áp giữa hai điện cực.
E Ess1Phần tử so sánh nội
Dung dịch điền đầy (độ pH đã biêt)
Màng thủy tinh hình cầu Ess2Điện cực so sánh
H inc
Chất
Đường cong dòng điện – điện thế nhận được bằng cách đặt điện áp biến thiên so với điện cực gốc. Tiến hành điện phân giữa một điện cực chỉ thị và điện cực gốc bằng cách đặt điện thế điện phân EA tương ứng với giới hạn khuếch tán rồi xác định dòng điện của bậc khuếch tán này, nó tỷ lệ với nồng độ chất oxy hóa hay chất khử trên điện cực chỉ thị. Có thể tiến hành định chuẩn trong cùng điều kiện bằng cách sử dụng dung dịch chưa nồng độ biết trước của chất cần xác định. Đường cong chuẩn cho phép suy ra nồng độ các ion cần đo. Các giá trị cần đo thay đổi rất nhiều tùy theo lượng các hạt, vào diện tích điện cực chỉ thị. Giá trị thong thường của dòng điện từ vài picoampe đến vài chục miliampe.
Chất
CHƯƠNG 3
LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CÔNG TY VIDAMCO – BẰNG PLC S7 - 300
3.1. Giới thiệu bộ logic khả trình S7-300
PLC - viết tắt của Prorgammable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay còn gọi là thiết bị khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2.
Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng /số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374.
Module chức năng FM . Module truyền thông CP.
Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A.
Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365.
Các module được gắn trên thanh ray như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module . Mỗi module được gán một số slot tính từ trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module tiếp theo mang số 4.
Chất
Hình 3.1: Hình dạng của PLC S7-300.
Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU 312IFM và CPU 313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát IFM 360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3, trên mỗi rack này có module kết nối thu IM361, bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP. Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m. các module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các module ngõ vào ra tín hiệu. đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể gán địa chỉ tùy ý cho các module.
Hình 3.2: Nối các modul của S7-300
Module CPU:
Các module CPU khác nhau theo hình dạng chức năng, vận tốc xử lý lệnh. loại 312 IFM, 314 IFM không có thẻ nhớ. loại 312 IFM, 313 không có pin nuôi. loại 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2 có cổng truyền thông DP.
Chất
Vùng nhớ chương trình (load memory) chứa chương trình người dùng (không chứa địa chỉ ký hiệu và chú thích) có thể là ram hay eeprom trong cpu hay trên trên thẻ nhớ.
Vùng nhớ làm việc (working memory) là ram, chứa chương trình do vùng nhớ chương trình chuyển qua; chỉ các phần chương trình cần thiết mới được chuyển qua, phần nào không cần ở lại vùng nhớ chương trình , ví dụ block header, data block.
Vùng nhớ hệ thống (system memory) phục vụ cho chương trình người dùng, bao gồm timer , counter, vùng nhớ dữ liệu m, bộ nhớ đệm xuất nhập.
Module IM:
Modul IM 360 gắn ở rack 0 kế CPU dùng để ghép nối với modul IM361 đặt ở các rack 1,2,3 giúp kết nối các modul mở rộng với CPU khi số modul lớn hơn 8.
Trong trường hợp chỉ có hai rack, ta dùng loại im365. Module tín hiệu
Module vào số có các loại sau: SM 321: DI 32 _ 24 VDC SM 321: DI 16 _ 24 VDC SM 321: DI 16 _ 120 VAC, 4*4 nhóm SM 321: DI 8 _ 120/230 VAC, 2*4 nhóm SM 321 : DI 32 _ 120 VAC 8*4 nhóm Module ra số: SM 322 : DO 32 _ 24 VDC/0.5 A, 8*4 nhóm SM 322: DO 16 _ 24 VDC /0.5 A, 8*2 nhóm SM 322: DO 8 _ 24 VDC /2 A, 4*2 nhóm SM 322: DO 16 _ 120 VAC /1 A, 8*2 nhóm SM 322: DO 8 _ 120/230 VAC 2 A, 4*2 nhóm SM 322: DO 32_ 120 VAC /1.0 A, 8*4 nhóm
Chất
SM 322: DO 16 _ 120 VAC relay, 8*2 nhóm SM 322: DO 8 _ 230 VAC relay, 4*2 nhóm SM 322: DO 8 _ 230 VAC /5A relay,1*8 nhóm Module vào/ ra:
SM 323: DI 16/do 16 _ 24 VDC /0.5 A SM 323: DI 8/do 8 _ 24 VDC /0.5 A Module analog in:
Module analog in có nhiều ngõ vào, dùng để đo điện áp, dòng điện, điện trở ba dây, bốn dây, nhiệt độ. có nhiều tầm đo, độ phân giải, thời gian chuyển đổi khác nhau. Cài đặt thông số hoạt động cho module bằng phần mềm S7- SIMATIC 300 station -hardware hoặc chương trình người dùng sử dụng hàm.
SM331, AI8*12 bit , 8 kênh vi sai chia làm hai nhóm, độ phân giải 9 (12, 14 ) bit + dấu.
SM331, AI 8*16 bit , 8 kênh vi sai chia làm 2 nhóm , độ phân giải 15 bit + dấu.
Module analog out:
Cung cấp áp hay dòng phụ thuộc số nhị phân phụ hai
SM332 ao 4*12 bit: 4 ngõ ra dòng hay áp độ phân giải 12 bit. SM332 ao 2*12 bit.
SM332 ao 4*16 bit.
Module analog in/out:
SM334; AI 4/AO 2 * 8 bit. SM334; AI 4/AO 2* 12 bit. Module chức năng FM: FM350-1 : đếm xung một kênh. FM350-2 : đếm xung tám kênh. FM351, 353, 354, 357-2 : điều khiển định vị . FM352: bộ điều khiển cam điện tử.
Chất
FM355: bộ điều khiển hệ kín.
3.2. Ghép nối mạch phần cứng
Hình 3.3. Ghép nối PLC với cơ cấu chấp hành và cảm biến.
R S T PT 50VA 380/220V v A P1 P2 P3 0 - 200A WIDE RANGE TO: LOAD MCCB-0 ABS 203/225A kWh 0 - 600A WIDE RANGE
Hình 3.4. Nguồn cung cấp cho các động cơ 3 pha
M1 M2 M3 M4 V1 V2 1 2 3 4 5 6 7 1 2 7 Q0 Q1 1 2 3 I0 Phao 1 Phao 10 +24DC IW Các nút điều khiển chương trình Các nút b ấm cho chế độ hoạt động độc lập Các đầu vào tương tự ép bùn
Chất
Hình 3.5. Mạch điều khiển
2RI 1RI
1K1
Hình 3.6. Mạch lực của động cơ công suất nhỏ
Start Stop 2K1 1RI 2RI
1A +24DC
Chất
Bảng 3.1. Bảng phân công đầu vào/ra trên PLC
Iw17 Iw 19 đo mức ở bể gom số 2 đo pH MD10 MD15
Q0.0 Bơm số 1 M1,bơm từ bể số 2 sang bể điều
chỉnh pH
Q0.1 Đóng /mở cho bộ điều khiển đo
pH
Q0.2 Bơm số 2 M2,bơm từ bể điều hòa sang bể
sục khí
Q2.1 V6
Q2.0 Bơm chìm Khuấy trong bể điều hòa
Q0.5 Start/stop alum Van 1, van xả alum
Q0.6 Start/stop polyme Van 2, van xả polyme
Q2.0 M6 Máy khuấy trong bể điều hòa
Q1.1 Bơm M7 Xả nước không đạt yêu cầu từ bể
lắng 2 về lại bể sục khí
Q1.2 Máy thổi khí số 1 Sục khí ở bể gom nước thải
Q1.3 Máy thổi khí số 2 Sục khí ở bể vi sinh
Q0.3 Máy hút bùn số 3,M3 Hút bùn từ bể lắng 1 sang bể chứa
bùn
Q0.4 Máy hút bùn số 4,M4 hút bùn từ bể lắng 2 sang bể chứa
bùn
Q1.6 Máy hút bùn số 5,M5 Hút bùn từ bể chứa bùn ra ngoài
Q1.7 Máy gạt 1 Gạt bùn trong bể lắng 1
Chất
Q0.7 Máy ép bùn Ép bùn từ bể chứa bùn
Q1.5 Van 5 Van xả naocl vào bể khử trùng
I0.0 Khởi động
I0.1 Dừng
I0.2 Chạy độc lập
I0.4 Phao 2 Ở bể điều chỉnh pH
I0.5 Phao 3 Ở bể keo tụ
I0.6 Phao 4 Ở bể tạo bông
I0.7 Phao 5 Ở bể lắng 1
I1.0 Phao 6 Ở bể điều hòa
I1.1 Phao 7 Ở bể sục khí
I1.2 Phao 8 Ở bể lắng 2
I1.3 Phao 9 Ở bể khử trùng
I1.4 Phao 10 Ở bể chứa bùn
Iw 21 Đo dòng điện bơm M1 Md20 Iw23 Máy thổi khí ở bể gom nước thải Md25 Iw25 Máy thổi khí ở bể sục khí (bể vi
sinh)
Chất
3.3. Lưu đồ điều khiển hệ thống xử lý nước thải của nhà máy
Chất
Chất
Chất
Chất
Chất
Chất
Chất
CHƯƠNG 4
GIÁM SÁT VÀ THEO DÕI HỆ THỐNG BẰNG WIN CC 4.1. Tổng quan về SCADA
- Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition ): là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, ra đời vào những năm 80 trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp. Hệ SCADA cho phép liên kết mạng ở nhiều mức độ khác nhau: từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành, các bộ điều khiển, các trạm máy tính điều khiển và giám sát, cho đến các trạm máy tính điều hành và quản lý công ty.
- Các chức năng cơ bản của hệ SCADA:
+ Giám sát ( Supervisory): Chức năng này cho phép giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống điều khiển quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường,… dưới dạng trang màn hình, trang đồ họa, trang sự kiện, trang báo cáo sản xuất,… Qua đó nhân viên vận hành có thể thực hiện các thao tác vận hành và can thiệp từ xa đến các hệ thống phía dưới.
+ Điều khiển ( Control ): Chức năng này cho phép người điều hành điều khiển các thiết bị giám sát và mệnh lệnh điều khiển.
+ Thu thập dữ liệu ( Data Acquistion ): Thu thập dữ liệu qua đường truyền số liệu về quá trình sản xuất, sau đó tổ chức lưu trữ các số liệu như: số liệu sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự kiện thao tác, sự cố, … dưới dạng trang ghi chép hệ thống theo một cơ sở dữ liệu nhất định.
4.2. Tổng quan về phần mềm thiết kế WINCC4.2.1. Giới thiệu chung 4.2.1. Giới thiệu chung
- WinCC ( Windows Control Center – trung tâm điều khiển trên nền Windows), cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000. Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận
Chất
hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA với những chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển.
- Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng tạo nên giao diện người máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. - WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemens – công ty hàng đầu trong tự động hóa quá trình và Microsoft – công ty hàng đầu trong việc phát triển phần mềm của PC.
- Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công ty như: việc tích hợp những hệ thống cấp cao MES ( Manufacfuring Excution System – hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất ) và ERP ( Enterprise Resource Planning ). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới.
4.2.2. Các bước tiến hành thiết kế4.2.2.1. Khởi tạo một dự án 4.2.2.1. Khởi tạo một dự án
a. Khởi động WinCC
Để khởi động WinCC ta kích chuột vào Start trên thanh Taskbar. Chọn Simatic / WinCC / Windows Control Center.
b. Tạo một dự án mới
- Để tạo một dự án mới ta chon File / New. Một hộp thoại sẽ mở cho phép khởi tạo một Project mới.