Đề tài: Đo điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống

Chia sẻ: Phan Văn Linh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

138
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của "Đề tài: Đo điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống" ở một ngưỡng đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần. Hệ thống bơm dựa trên tín hiệu cảm biến lưu lượng trong đường ống đưa về. Hy vọng tài liệu là nguồn thông tin hữu ích cho quá trình học tập và nghiên cứu của các bạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Đo điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống

Thành viên: 1. Nguyễn Thành Luân 2. Thân Hồng Anh 3. Hoàng Huỳnh Đức 4. Phan Văn Linh 5. Đỗ Trọng Hải 1
Mục Lục 2
Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.1 Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài là: “ Đo, điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống” ở một ngưỡng đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần. Hệ thống bơm dựa trên tín hiệu cảm biến lưu lượng trong đường ống đưa về. 1.2 Phương pháp đo lưu lượng 1.2.1 Khái quát Lưu lượng chất lưu là lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang của ống trong một đơn vị thời gian. Tùy theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích hoặc theo khối lượng) người ta phân biệt: Lưu lượng thể tích Q tính bằng m3/s, m3/giờ,…. Lưu lượng G tính bằng kg/s, kg/giờ,… Lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian ∆t= t2 t1 xác định bởi biểu thức: Qtb= hoặc Gtb= Trong đó: ∆V, ∆m: thể tích và khối lượng chất lưu chảy qua ống trong thời gian khảo sát. Lưu lượng nước tức thời được tính theo công thức: Q= hoặc G= Để đo lưu lượng người ta dùng các lưu lượng kế, tùy thuộc vào tính chất lưu và yêu cầu công nghệ mà người ta sử dụng các lưu lượng kế khác nhau. Nguyên lý hoạt động của các lưu lượng kế dựa trên cơ sở: Để trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ trong một khoảng thời gian xác định ∆t Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ khi lưu lượng là hàm của vận tốc Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng là hàm phụ thuộc vào độ giảm áp Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện nhờ bộ chuyển đổi điện thích hợp. 1.2.2 Phương pháp đo lưu lượng 1. Đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp (Differential Pressure) 3
2. Đo lưu lượng theo nguyên lý Vortex 3. Đo lưu lượng theo nguyên lý từ tính 4. Đo lưu lượng theo nguyên lý chiếm chổ ( Positive Displacement Sensor)\ 5. Đo lưu lượng theo nguyên lý Turbine 6. Đo lưu lượng theo nguyên lý gia nhiệt 7. Đo lưu lượng theo nguyên lý Coriolis 1.2.3 Các cảm biến đo lưu lượng 1) Công tơ thể tích Công tơ thể tích đo thể tích chất lưu chảy qua công tắc tơ bằng cách đếm trực tiếp lượng thể tích đi qua buồng chứa có thể tích xác định của công tắc tơ. Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của công cơ thể tích Công tơ gồm hai bánh răng hình ovan 1 và 2 truyền động ăn khớp nhau. Dưới tác động của dòng chất lỏng, bánh răng 2 quay và truyền động tới bánh răng 1 cho đến lúc bánh răng 2 ở vị trí thẳng đứng, bánh răng 1 nằm ngang. Chất lỏng thể tích V1 được đẩy sang cửa ra và sau đó bánh răng 1 quay, quá trình tương tự lặp lại, thể tích chất lỏng trong buồng V2 được đẩy sang cửa ra. Trong một vòng quay của công tơ thể tích chất lỏng qua công tơ bằng 2 lần V1+ V2. Trục của một trong 2 bánh răng lien kết với cơ cấu đém đặt ngoài công tơ. Để đếm số vòng quay và chuyển thành tín hiệu điện, người ta dung 1 trong 3 cách sau: Dùng một nam châm nhỏ gắn trên trục quay của công tơ. Khi nam châm đi qua một cuộn dây đặt cố định sẽ tạo ra xung điện. đếm số xung điện theo thời gian sẽ tính được tốc độ quay của trục công tơ. 4
Dùng tốc đọ kế quang Dùng mạch đo thích hợp để đo tần số hoặc điện áp Giới hạn công tơ loại này từ 0,01 250 m3/h, sai số từ 0,5 1%, tổn thất áp suất nhỏ nhưng chất lỏng phải được lọc tốt và không gây ồn khi đo. 2) Công tơ tốc độ Công tơ tuabin hướng trục như trên hình dưới đây: Hình 1.2: Công tơ tốc độ tuabin hướng trục 1: Bộ chỉnh dòng chảy 2: Tuabin hướng trục 3: Bộ truyền bánh răng trục vít 4: Thiết bị đếm Bộ chỉnh dòng chảy để san phẳng dòng chảy rối và loại bỏ xoáy 5
Tốc độ quay của công tơ tỷ lệ với tốc độ dòng chảy: N= k.W Trong đó: k: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào cấu tạo của công tơ W: Tốc độ dòng chảy Lưu lượng thể tích chất lưu chảy qua công tơ: Q= W.F= .n Với: F: Tiết diện dòng chảy n: Tốc độ quay của tuabin Nếu dung cơ cấu đếm để đếm tổng số vòng quay của công tơ trong 1 khoảng thời gian sẽ nhận được thể tích đong chảy qua công tơ. Công tơ tuabin hướng trục với đường kính tuabion từ 50300 mm có phạm vi đo từ 50 300 m3/h, cấp chính xác 1; 1,5 3) Lưu lượng kế điện từ Nguyên lý hoạt động của lưu lượng kế điện từ dựa trên hiện tượng cảm biến điện từ Khi có chất lưu dẫn điện chảy qua ống, trong chất lưu xuất hiện một sức điện động cảm ứng: E= B.W.D= .Q Trong đó: B: Cường độ từ trường W: Tốc độ trung bình của dòng chảy D: Đường kính trong của ống Q: Lưu lượng thể tích chất lưu Khi B= h/s thì E tỷ lệ với Q Đặc điểm: Đo lưu lượng chất lỏng dẫn điện không nhỏ hơn 105 106 simen/m 6
Đo lưu lượng không cần đo tỷ trọng của chất lỏng, các phần tử bọt khí, hạt nếu không làm ảnh hưởng đến độ dẫn điện thì cũng không ảnh hưởng đến kết quả đo Với ống có đường kính từ 10 1000 mm có thể đo lưu lượng từ 1 2500 m3/h với vận tốc dòng chảy từ 0,6 10 m/s và độ chính xác 1; 2,5 Hình 1.3: Cấu tạo nguyên lý của lưu lượng kế điện từ 1,2: Điện cực 3: Ống dẫn chất lỏng 4: mV 5: Nam châm 4) Đo lưu lượng bằng sự thay đổi nhiệt độ Nguyên tắc: Một đầu đốt nóng làm giá trị điện trở Sensor tăng và mạch cầu là cân bằng Khi có dòng chảy lưu chất, nhiệt độ trên Sensor sẽ giảm nên mạch cầu mất cân bằng Đo điện áp ngõ ra sẽ xác định được tốc độ của dòng chảy Q= = A. = A.V Trong đó: A: Tiết diện V: Vận tốc dòng chảy 7
Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý của đo lưu lượng bằng sự thay đổ nhiệt độ 5) Đo lưu lượng dựa trên sự chênh lệch áp suất  Ống co Venturi Phương pháp đo lưu lượng bằng ống co dựa trên định luật lien tục và phương trình năng lượng của Bernoulli Phương trình liên tục: A1u1ρ= A2u2ρ Phương trình Bernoulli: p1+ ρ.g.h1+ . = p2+ ρ.g.h2+ . áp dụng cho trường ống co venture: p1+ . = p2+ . Ở nơi diện tích ống bị thu nhỏ, vận tốc dòng chảy gia tăng. Với phương trình năng lượng của Bernoulli, năng lượng dòng chảy là tổng năng lượng áp suất tĩnh và động năng là một hằng số. ∆p= p1 p2= ( Lưu lượng tính theo thể tích và khối lượng được tính theo công thức sau: QV= A2.u2= α.A2.. = α.k. Qm= A2.u2.ρ= α.A2.. = α.k → Lưu lượng tỷ lệ với căn bậc hai của hiệu áp khi khối lượng riêng là hằng số.  Pitot tube 8
Nguyên tắc hoạt động: p1+ . = p2+ . trong đó: p1: Áp suất tĩnh trong dòng chảy của lưu chất ống dẫn p2: Áp suất dẫn trong pitot tube v1: Vận tốc dòng chảy v2: Vận tốc dòng chảy ở vị trí động ρ: Khối lượng riêng của lưu chất Lưu lượng được tính theo thể tích và khối lượng như sau: Qv= A.v1= A. Trong thực tế pitot tube có thể được tích hợp trong cùng một khối, bộ phận đo tổng áp suất tĩnh và động năng với bộ phận đo áp suất tĩnh được đặt trong cùng một thiết bị. 6) Đo lưu lượng bằng phương pháp siêu âm Sensor siêu âm được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và sinh học để đo dòng chảy. Các cảm biến loại này là thiết bị đo áp điện phát ra các xung ngắn của song âm để xác định tần số âm thanh của dòng trong khoảng nghe được. Nguyên lý hoạt động dựa trên truyền song siêu âm giữa 2 điểm. Thời gian truyền song giữa 2 điểm sẽ thay đổi ứng với tốc độ trung bình của dòng chảy. Hay nói cách độ chênh lệch về thời gian truyền xuôi và truyền ngược tỷ lệ trực tiếp với tốc độ dòng chảy. Sử dụng phương pháp siêu âm có ưu điểm là đo được cả chất lỏng và chất khí, tuy nhiên phương pháp này bị hạn chế khi chất lỏng có lẫn tạp chất rắn và không đo được khi có các bọt khí. → Từ những phương pháp đo lưu lượng trên, ta chọn phương pháp đo lưu lượng bằng cảm ứng điện từ vì phương pháp này có những ưu điểm sau: Khoảng đo rộng và độ chính xác cao Có thể đo được chất lỏng dơ bẩn, môi trường độc hại dơ bẩn cao Mặt cắt của dòng chảy không bị thu hẹp bởi các ống blende hay ống phun 1.3 Tìm hiểu về PLC S7200 9
1.3.1 Khái quát về PLC PLC là các bộ điều khiển logic khả trình, tiếng anh là: "Programmable Logic Controller", PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. PLC đặc biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuỗi sự kiện, duy trì biến số theo giá trị không đổi hoặc hàm cho trước. PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý, ngoài ra PLC có tích hợp thêm một hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông,… PLC có những ưu điểm: Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển PLC có chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém Một PLC cơ bản gồm: 1. Bộ nguồn: cung cấp thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào. 2. CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động tác vụ hoặc quá trình. 3. Vùng nhớ 4. Các ngõ vào, ra: gồm các ngõ vào, ra số, ngõ vào ra tương tự. các ngõ dung để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào. Ngõ ra dung để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình. 5. Các cổng, module truyền thông: dung để nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm trong mạng 6. Các loại module chức năng: Phân loại PLC PLC được phân làm 2 loại theo phần cứng:  PLC kiểu hộp đơn ( thường sử dụng trong các thiết bị lập trình cỡ nhỏ)  PLC kiểu module ( gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý…) 10
CPU thường có: Bộ thuật toán logic Bộ nhớ Bộ điều khiển Cấu trúc bên trong của PLC Hình 1.5: Cấu trúc bên trong của PLC Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần:  Khối xử lý trung tâm CPU  Hệ thống giao tiếp vào ra Trong đó:  Thiết bị đầu vào gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển 11
 Input, Output các cổng nối vào ra của PLC hay các module mở rộng  Cơ cấu chấp hành gồm các thiết bị điều khiển  Chương trình điều khiển  Khối điều khiển trung tâm gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống cung cấp nguồn Hình 1.6: Sơ đồ khối tổng quát CPU Có nhiều loại bộ nhớ để người dung lựa chọn theo mục đích hay yêu cầu sử dụng: 1. ROM: Bộ nhớ chỉ đọc không nhớ, dung lưu trữ chương trình cố định, không thay đổi thường dung cho nhà sản xuất PLC 2. RAM: Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dung để lưu dữ liệu và chương trình cho người sử dụng 3. EPROM: ROM lập trình có thể xóa được 4. EEPROM: electrically EPROM  PLC S7200 CPU 224 AC/ DC/ RELAY 12
Hình 1.7: S7200 CPU 224 CPU được cấp nguồn 220V AC. Tích hợp 14 ngõ vào số ( mức 1 là 24V DC mức 0 là 0V DC) và 10 ngõ ra dạng rơle  Mô tả đèn báo trên S7 200 SF (đèn đỏ): báo hiệu khi PLC bị hỏng hóc RUN (đèn xanh): báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc thực hiện chương trình nạp ở trong máy STOP (đèn vàng): báo hiệu PLC ở chế độ dừng, không thực hiện chương trình hiện có Ix.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x Qx.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x  Cách đấu nối ngõ vào ra của PLC 13
Hình 1.8: Cách đấu nối S7 200 và các module mở rộng S7 200 và các module vào ra được nối với nhau bằng dây nối. Hai đầu dây nối được bảo vệ bên trong PLC và module. Chúng ta có thể kế nối PLC và module sát nhau để bảo vệ hoàn toàn dây nối. CPU 224 cho phép mở rộng tối đa 7 module. 14
1.3.2 Giới thiệu về các module mở rộng 1) .Module EM223 16I/ 16Q DC/ RELAY Hình 1.9: Hình ảnh Module EM223 16I/ 16Q DC/ RELAY Module này được gắn thông qua cáp tới CPU 224 và sử dụng nguồn trực tiếp của CPU Module có 16 ngõ vào dạng số và 16 ngõ ra dạng rơle Địa chỉ bắt đầu từ I2.0 cho ngõ vào và Q2.0 cho ngõ ra 2) Module EM223 4I/ 4Q DC/ RELAY 15
Hình 1.10: Hình ảnh Module EM223 4I/ 4Q DC/ RELAY Module này tích hợp 4 ngõ vào dạng số và 4 ngõ ra dạng rơle Địa chỉ bắt đầu I0.4 ở ngõ vào và Q0.4 ngõ ra 3) Module analog EM235 Hình 1.11: Hình ảnh Module analog EM235  Đặc tính kỹ thuật. Số lượng ngõ vào: 3 16
Số lượng ngõ ra : 1 Thông số ngõ ra: Điện áp:10V, độ phân giải 12 bits Dòng điện: 0 – 20mA, độ phân giải 11bits Thông số ngõ vào: Điện áp tối đa 30V, độ phân giải 12 bits Dòng điện tối đa 32mA, độ phân giải 12bits Giá trị số: 32000 đến 32000 : có dấu 0 đến 32000 : không dấu  Nguyên tắc đầu vào của MODULE ANALOG Hình 1.12: Nguyên tắc đầu vào của MODULE ANALOG 17
 Nguyên lý đầu ra của MODULE ANALOG: Hình 1.13: Nguyên lý đầu ra của MODULE ANALOG Định dạng dữ liệu đầu vào.  Dữ liệu đầu vào:  Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (010V, 020mA): MSD LSB 15 14 3 2 1 0 0 Dữ liệu 12 bits 0 0 0 Modul Analog Input của S7200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dòng) thành giá trị số từ 0 32000  Đối với dải tín hiệu đo đối xứng(Ví dụ ±10V, ±10mA): MSB LSB 18
Dữ liệu 12 bit 0 0 0 0 Modul Analog Input của S7200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp, dòng thành giá trị số từ 0 32000/32000  Cài đặt tầm hoạt động:  Cài đặt các switch 1, 3, 5, 7, 9 cho phép thay đổi giới hạn đo của chuyển đổi.  Điều chỉnh độ lợi và offset 19
1. Tắt nguồn của Modul, chọn tầm ngõ và thích hợp. 2. Cấp nguồn cho CPU vàModul. Để cho modul ổn định trong vòng 15 phút. 3. Sử dụng máy phát tín hiệu, nguồn áp hoặc nguồn dòng đặt tín hiệu có giá trị bằng 0 tới một trong những đầu nối của ngõ vào. 4. Đọc giá trị thu được cho CPU bằng kênh ngõ vào thích hợp. 5. Điều chỉnh OFFSET của máy đo điện thế cho đến khi băng 0, hoặc giá trị dữ liệu dạng số mong muốn. 6. Kết nối một giá trị toàn thang tới một trong những đầu nối của ngõ vào. Đọc dữ liệu thu được cho CPU. 7. Điều chỉnh GAINcủa máy đo điện thế cho đến khi bằng 32000, hoặc giá trị dữ liệu dạng số mong muốn. 8. Lặp lại sự chỉnh định OFFSET và GAIN theo yêu cầu. 20