Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phát triển hệ thống Điều khiển giám sát hoạt Động của tuyến Ống công nghệ nhập hàng trong kho xăng dầu

khiển, xây dựng chương trình điểu khiển và giảm sát cho hệ tiồng Luin vẫn gồm 4 chương, ~_ Chương †: Giới thiệu tổng quau về kho xăng dẫu Đúc Giang Trong đó tập trưng tìm hiểu về hệ thô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYÊN PUAM THUAN

NGHIEN CUU PHAT TRIEN HE THONG

DIEU KIMEN GLAM SAT IIOAT DONG CUA TUYEN ONG

CONG NGHE NHAP HANG TRONG KHO XANG DAU

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiễn và tự động hoa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TIỂU KHIỂN VÀ TỰ DỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYÊN HUY PHƯƠNG

Hà Nội —2015

LOI CAM DOAN

Tôi xin cara đoan nội dung luận văn này là đo tôi thực hiện đưới sụ hướng

dẫn khoa học của T8 Nguyễn Huy Phương Các số liệu, tính toàn, thiết kế, mô phóng trong luận vẫn hoàn toán trung thực vá là công trình nghiên cứu của riêng tối

Học viên

Nguyên Phạm Thanh

CHUONG 1: TONG QUAN SURE KHO XĂNG DAUD ĐỨC GIANG VÀ CÔNG NGHỆ

NHẬP HÀNG QUA TUYEN ONG

1.1 Hoạt động trong lĩnh vực sản xuất phần phối xăng dâu tại Việt

1.2 Giới thiệu vẻ kho xăng dẫu Đức Giang

CHƯƠNG 2: TÔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIAN LOGIC KHẢ TRÌNH VÀ MANG

TRUYỂN THÔNG CÔNG NGHIỆP SIEMIENS

2-1 Thiết bị điều khiến logie khả trinh PT.C Siemens

2.1.1 Khải niệm PLC thiết bị điều khiển logic khả trình - PLC ¬ ˆ

3.1.2 Câu trúc của thiết bị PLC - - 10

2.1.7 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7-300 àseeeiereeerre.T7

2.2 Mạng truyền thông công nghiệp Simatic Net

3.1 Tổng quát về giải phép thiết kế phần củng

3.2 Thiết bị lưu lượng kế

3.2.4 Kết nói dầu ra của transmitter vào mạng Profibus PA 32

3.3 Thiết bị đo Áp suất

3.3.2 Chỉ tiết thành phẫu cầu tạo và hoạt động Xeeeeraroeeaoo.3S

3.3.3 Kết nối thiết bị váo mạng Profibus PA "

3.4 Thiết bị đo nhiệt độ

3.4.1 Chúng loại thiết bị M Ô-

3.4.2 Chỉ tiết thành phần cầu tạo và hoạt động — _

3.4.3 Kết nỗi thiết bi vao mang Profibus PA - 38

3.5 Van diễu khiển

3.6 Lựa chọn cầu hình PLC và giải pháp kết nối các thiết bị co o0

3.6.1 Câu hình PI,C và các module mỏ rộng - - 44

3.6.3 Mạng truyền thông từ PLC xuống các thiết bị đo AT

CHUONG 4 XAY DUNG CHUONG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIAO DIỆN

THIÄN MẺM GIÁM SÁT HỆ THỐNG

4.1 Xây dựng thuật toán chương trình điều khiến

4.1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ của hệ thông điều khiển tự động hóa tuyển

4.1.3 Phương pháp xác định tín hiệu bảo lẫn seein SO

4.2 Cầu hình và lập trinh trên công cụ lập trinh Step 7 cila Siemens

4.2.1 Khai báo cầu hình phân cứng cho Project trong Simatic Manager 55

4.5 Thiết kế giao diện điều khiển

4.6 Thiết lập kết nội truyền "thông giữa PLC và phân mềm WINCC trên máy tính

ác thuộc tỉnh của các đổi lượng trong Win

điều khiển

4.6.1 Cách thứo tạo kênh truyền thông - - 1

4.6.2 Tên và kết nối địa chỉ cho một biển ngoại 73

4.6.3 Thiết lập giá trị các thông sẻ từ giao diện điều khiển trên PC xuống PLC

79

4.6.4 Các bước thiết lập đọc thông số từ PLŒ lên giao diện điêu khiến giám sát

trên máy tính Hung th HH rirrriee sensessesreoufT

86

ANH MỤC CÁC KÝ IHỆU TỪ VIẾT TAT

PCS: Process control system,

DCS: Distnbuted control system

PLC: Program Logic Controller

HMI: Human-machine interface

API: Application Program Interface

PPT: Point 1o Pol Interface

MPI: Multi Point Interface

AS: Actuator Sensor Trlerface

LH: Industrial Ethernet

PROFIBUS: Process Field Bus

PROFIBUS FMS: Process Field Bus Fieldbus Message Specification PROFIBUS DP: Process Field Bus Distributed Peripheral

PROFIBUS PA: Process lield Bus Process Automation

Tỉnh l.2: Mô tả quy trình công nghệ chính tại kho xăng dầu thành phẩm 4

Tình 1.3: Hệ thông đo mức tự động bổn chửa xăng đầu 5 Hình 1.4: Hệ thống lự động hóa cấp bàng cho 6 16 xitev chờ hàng 6 Hình 1.5: Hệ thống diễu khiển nhập tuyên ống công nghệ nhập hàng, 7 Tinh 3.L: Cầu trúc chưng của Thiết bị điều khiển logic khả trình 10 Hinh 2.2: Bé trí các module của PLC S7-Ä00 trên rack 0 - 12 Hình 2.3: CPU 87-300 kết nỗi với các modul thành phần tối đa tiên 4 radt 13

Tinh 2.4: Chu trình hoạt động của PLC trong một vòng quét 15

Hình 2.7: Ba kiêu ngôn ngữ lập trình cho PLC 8iemens LAD, 8†L, EDB 17

Hình 2.10: Sơ đồ câu trúc nối mang AS-i c1

Tinh 2.11: So dé cau trúc nồi mang Ithernet công nghiệp - - 22

Hình 3.1: Giải pháp phần cứng cho hè thông diều khiển tự động hỏa tuyến ống nhập

Hình 3.2: Hiệu ứng Coriolis khí khối chất dhyển động lương đổi với vật ah quay 26 Hinh 3.3: Ong thing — dou khi khong co dong chiy (no flow) va cd dong chay 28

Hình 3.4: Sự lệch pha của tin hiệu đâu ra trên hai cuộn đây đo 2

Tinh 3.5: Thiét bi do Coriolis loat dng déi U - 29

Hình 3.6: Sensor CME400 và Transrniter model 2700 «co 3Ô linh 3.7: Cáo kiểu kết nói giữa Eensor và Transmitter eB] Tlinh 3.8: Chi tiết đấu nối sơ đỏ 9 đây và 4 đây kết nói sensor và transmitter 37 Tình 3.9: Sơ đỗ đấu nói Transtuitler Model 2700 PA trong mạng Profibus PA 32 Hình 3.10: Thiết bị do Sitrans P DSHI PA à eererereo.38

Hình 3.15: So 46 ni mang profibus DA cho thiết bị đo á áp suất 36 Hình 3.16: Thiết bị đo nhiệt độ Sitrans TT 36

Tỉnh 3.18: Sơ đỗ khối mô tả cầu trúc của Sitane TT 37

Hình 3.19: Sơ để dâu nổi sensor nhiét dé vao mang Profibus P 38

Hình 3.31: Các đâu nêi đường điện nguên và điều khiến cho van - 39

Hinh 3.23: Các nút diều khiển, chọn ché dộ cửa Van điện " Hình 3.34: Các đèn hiển thị trạng thái hoạt động của van 41

Hình 3.25: Sơ đỗ hình cây menu chính của van điện 42

Tlinh 3.27: Trinh ty thiét lập vị trí đóng mở bằng điều khiến van điện taichd 45

Hình 3.38: Trình tự thiết lập vị trí đóng mỡ bằng tay xoay van điện - 43

THỉnh 3.30: Bộ xử lý trung tâm Simatie 57- “300 CA? 7-2DP - 45

Tlinh 3.34: Mé ta dau néi thiét bi DP/PA coupler - 4ï Hình 4.1: Sơ dễ thuật toán cửa chương trình diễu khiến tên PEC 49 Hình 4.2: Quá trinh phát hiện lẫn hàng trong trường hợp mặt hàng mới 50

Tinh 4.3: Quá trình phát hiện lẫn hàng trong trường hợp mặt hàng mới 51

Tỉnh 4.4: Quá trình phải hiện lẫn hang theo lượng hàng rong trường hợp mặt hang

mới và mặt hàng biên tại củng là xăng hoặc cùng lả dầu

Tinh 4.5: Giao dién chinh cia SIMATIC Manager Step? - - 56

Hình 4.6:Thiết lập cầu hình phần cứng trong Step ? 56 Hình 4.7: Thiết lập cấu hình mạng truyền thông giữa các thiết bị! trong Step 7

Linh 4.8: Lap trinh cae khéi OB trong Step 7

THỉnh 4.9: Lập trình ngên ngữ Jap trink LAD trong Step 7

Hình 4.10: Sử dụng PLC 8ïm để mô phỏng hoạt động của PL G

1Iỉnh 4.11: Giao điện tương tác của PLC Sim -

Hinh 4.12: Công cu Graphics Designer trong cửa sẻ WinCC Explorer

Hình 4.13: Cửa số thiết kế Graphics Designer

Hình 4.14: Màn hình gia diện chính của bệ thông

1Iinh 4.15:Mân hình giao diện cải đặt thông số thống -

Hình 4.16: Mân hình giám sắt sự biến thiên các thông số về Lý trọng

Hình 4.17: Màn hình giảm sắt toàn bộ các thông số trong hệ thống

Linh 4.18: Công cụ Tag Managerment trong WinCC

Hinh 4.19: Các kiểu Driver truyền thong ma Wi

Hinh 4.20: Thiét lập kiéu truyén théng MPT két néi Win ŒC với PT

linh 4.21: Thiết lập các Tag Group

Cac tag liên quan đến van diện

Thiết lập Tag loại hàng Thiết lập Tag liên quan đến thông số tỷ trọng

Thiết lập Tag lín hiệu lẫn

'Thiết lập Tag nhiệt độ

Thiết lập Tag áp suất Thiết lập Tng lượng hàng

'thiết lập Tag chế độ làm việc

p liên kết tag với IO Field

Của số cầu hình cho I/OField

‘Tao một lưu trữ thông, số quả trình :.- s2

Thêm các tap lưu trữ

Cau hinh cho WinCC Online Trend Contre!

vill

MỞ ĐẢU

Ngày nay hầu hết trong cde nha may, xi nghiệp công nghiệp, tự động hóa điêu khiển đã được áp dụng nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất lao động, tiết giảm chủ phí và giải phóng cơn người khối những vị trí làm việc

tguy hiểu độc hại Tại kho xăng dẫu có môi trường làm việc độc hại, nguy cơ chảy

nổ cao thì nhủ cầu triển khát áp đụng các giải pháp công nghệ lự dòng hóa diéu khiển, thiết bị do thông, minh cảng trở nên thiết thực và hiệu quả

Kho xăng đầu Dức Giang là một trong những kho xăng lớn tại khu vực phía bắc thuộc quản lý của Tập đoán xăng dẫu Việt Nam Tại kho xăng này các quy trình công nghệ quan trạng được áp dụng đụng tự động hóa và đem lại nhiều hiệu qua Déi với công nghệ nhập hang cho kho xăng nay có đặc thủ lả nhiều mặt hàng củng được vận chuyển trên đường ống Quy trinh phân tách và điều khiến van che hệ thông nhập hàng sẽ ảnh hưởng nhiều đến chất lượng hàng hóa đầu vào của kho

Tuan văn nảy sẽ tập trung nghiên cứu về hệ thông này, nhằm giải quyết bài toan công nghệ của hệ thống théng qua việc lên giải pháp thiết kế thiết bị diều khiển, xây dựng chương trình điểu khiển và giảm sát cho hệ tiồng

Luin vẫn gồm 4 chương,

~_ Chương †: Giới thiệu tổng quau về kho xăng dẫu Đúc Giang Trong đó

tập trưng tìm hiểu về hệ thông giám sát và điêu khiển huyến ổng công

nghệ nhập bi

-_ Chương 2: Tếng quan về thiết bị điêu khiến logic khả trình và một số cầu Irúc mạng 1ruyễn thông công nghiệp của hãng Siemeris

- Chwong 3: Trinh bày giải pháp thiết kế phần cứng hệ thống

-_ Chương 4: Xây dựng chương bình diễu khiển và giám sát phần mềm

giảm sắt hệ thông,

Dé hoan thành luận văn này tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tỉnh trong thời gian qua của Thầy hướng dẫn 15 Nguyễn Huy Phương lJo kinh nghiệm vả khả năng còn hạn chế nên luận văn này vẫn còn nhiều thiểu sót Tôi mơng nhận được nhiễu ÿ kiến đóng góp hữu ích từ các thẩy, cô củng các đồng nghiệp để có thể thấy rõ những điều cần nghiên cứn bễ sung, giún cho việc xây đụng dé tai dat đến kết quả hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN VẼ KHO XĂNG DÁU ĐỨC GIANG VẢ CÔNG NGHỆ

NHAP HANG QUA TUYENONG

1.1 Hoạt động trong lĩnh vực sản xuất phân phối xăng dầu tại Việt Nam

Ngành công nghiệp đầu khí được phân chúa thành 2 lĩnh vực: Thượng nguồn (up stream): bao gồm các hoại động liên quan đến khai tháo đầu thô, chế biển các sản phẩm lọc hỏa đầu Hạ nguồn (down stream): bao gỏm các hoạt động liên quan đến khâu lưu kho, vận lãi, phân phối bản buôn bán lẻ các sẵn phẩm lọc hóa dẫu lới

người tigu ding

Tại Việt Nam liện may tham giá trong lĩnh vục thượng nguồn có Tập doan đầu khí Quốc Gia Việt Nam với liên doanh Xí nghiệp Vietsopetro tham gia khai

tháo dau thé trén vùng thêm lục dia Viet Nam, Nha may loc hoa dâu Bình Sơn sân

mm lọc hóa đầu Đối với lính vục hạ nguồn kinh doanh phan phd

‘ban buôn bán lễ các san phẩm lẹc hỏa dầu tới các doanh nghiệp và người tiêu đẳng,

có một số đơn vị như : Tổng công ty đầu PV Oil thuộc Tập đoàn đâu khí Quốc Gia

Việt Nam, Công ty xăng dâu Quân đội, Tập doản xăng đầu Việt Nam — Petrolimex

Noi vé hréng vận động hàng hóa xăng đầu tại thị trường nội địa của nước ta, hiện nay sản phẩm xăng đầu gồm 2 nguồn: nguiên nội địa được sản xuất từ nhà mây loc dau Binh Sơn — Dung Quat va nguồn nhập khẩu

Đường vận tái chỉnh là qua đường biển các tau déu với dung lượng vận

chuyển lớn Xăng đâu được bơm chuyển từ các tàu đầu xuống các hệ thông kho chính đặt gân cảng biến Ở phía bắc có các kho tập trung ở khu vực Bai Chay Thanh phá Hạ Long — Tỉnh Quảng Ninh Ở phía nam có các kho tập trưng ở khu vực Huyện Nhà Bè Thành phố Hồ Chi Minh Ở miễn Trung và Nam Tây Nguyễn có kho

ở khu vực Da Nang, Khanh ITỏa Các kho này thường được gọi là các kho đầu mối

Từ các kho dầu mỗi xăng dâu tiếp tục được vận chuyển tiếp vào các kho đặt trong nội địa Lùy thea đặc thủ giao thông, địa hình ma hình thực vận chuyển bửừ các kho đầu mối vào các kho tuyến sau mả cỏ thể có nhiều hình thức: Ở miễn Nam với địa hình nhiều kênh rạch nên hình thức vận chuyển chủ yếu dừng xà lan Ở miễn

su là vận tái đường bộ Ở miễn lắc thì có sự đan xen: vận chuyên

Trung thì chủ

giữa các kho lớn sử dụng vận chuyên bằng tuyên óng, giữa các kho lớn tới các kho nhỏ ở các tỉnh vùng cao bằng đường bộ hoặc bằng các toa xe kéo đường sắt

1.2 Giới thiệu về kho xăng dầu Đức Giang

Tổng kho xăng đầu Đức Giang được đặt tại quận Long Biên Hà Nội Với sức

chứa trên § vạn m3, có vi trí dia ly chiến lược nên kho xăng Đức Giang là một trong

số những kho xăng quan trọng của Tập đoản xăng dầu Việt Nam

Hàng hóa nhập vẻ kho Đức Giang theo hình thức vận chuyển bằng đường ống: hảng được bơm từ kho đầu mối tại Quảng Ninh hoặc bơm từ kho trung chuyên

đặt tại Hải Dương Từ đây hàng hỏa được vận chuyển tiêu dùng cho địa bản Hà Nội

và các tỉnh lân cận

em

Hinh 1.1: Mé ta tuyén ống vận chuyển hàng hóa

Các quy trình công nghệ chính trong kho xăng:

NHẬP HÀNG VÀO KHO (DUA LUYỂN ONG)

CHO XE BỒN, TOA XE BƯỜNG SẤT

(QHD CAC AON HANG)

Hình 1,3: Mô tá gay trình công nghệ chính tại kho xăng dẫu thành phẩm

1.3 Giới thiệu một số hệ thống tự động hóa tại kho xăng dầu Đức Giang

ng sẽ xác định chính xác lượng hàng hiện tại trong các bể

Hiệu quả đem lại:

Hệ thống đo bổn tự động đưa vào hoạt động đã khắc phục được phương pháp

cũ là công nhân phải đi đo bê bằng thước tay một ngảy 2 lần, số liệu đo không liên tục, độ chỉnh xác không cao do yếu tổ chủ quan của con người

Hệ thống cho phép bộ phận quản lý hàng hỏa có thể kiểm soát lượng hàng, theo thời gian thực Từ đỏ có thẻ thiết lập kế hoạch nhập hàng, xuất hàng phù hợp

1.3.2 Hệ thống điều khiển giám sát quá trình xuất hàng cho xe bổn đường bộ

và toa xe đường sắt

Chức năng: Thực hiện việc cấp xuất hảng hỏa cho xe bon một cách chính xác theo

đúng dung tích các ngăn chứa của xe

Mỗi họng xuất hảng được trang bị các bộ diéu khién (batch controller) ket

hợp với các thiết bị lưu lượng kế (cỏ bộ phát xung), sensor nhiệt độ, van điện Bộ

điều khiển batch controller sẽ điêu khiển xuất hàng cho xe bền chính xác theo lượng đặt trước (theo yêu cầu của các đơn hang)

Hiệu quả đem lại:

Hệ thông tự động hóa cấp xuất cho xe bỏn, toa xe đường sắt giúp cho năng

lực cấp xuất hàng hóa tăng lên, đảm bảo tỉnh an toàn, giảm thiểu việc tiếp xúc với xăng dâu cho công nhân vận hảnh

Khắc phục được các nguy cơ tiềm ân nhiều rủi ro so với phương pháp cũ là người công nhàn điều khién bơm hàng bằng tay, đễ xảy ra hiện tượng bơm tràn hàng hoặc hiện tượng gian lận trong quá trình cấp xuất

1.3.3 Hệ thống giám sát và điều khiển tuyến ống công nghệ nhập hàng

Đo yếu tổ lieh sử để lại và sự khó khăn bong vide mở rộng xây dựng mới

ên việo nhập hãng từ các Kho cảng đầu mối vẻ kho Đo Giang cho đến nay hiện

vẫn sử đựng một luyển đường ống chưng để nhập tố cả các sản phẩm xăng dầu

ng: xăng RƠN 95 RƠN 92, Diezen 005968, THezen 0.25946) Đây là hệ thống đặc thủ với các kho trung chuyển lớn có vị trí sâu trong

ưRnaeveeuee [AC mem] (Stee (Sala Rewer | (SateRous }

Weems NY A NUS

$ 8 8š

_ & 8] gle

z (em

SS

Hình 1.5: Hé thang diéu khién nhap ho-én Ông công nghệ nhập hàng

Các thiết bị chính trong hệ thông

-_ Thiết bị Lưu lượng kế tuyến: sử đụng để xác định thể tích lượng chất lòng di qua, cung cấp số do tý trọng, lưu tốc của dòng, chất löng

- Cam biến đo áp suất: sử dụng để xác định áp suất tác đụng lên thành ống

-_ Cảm biến nhiệt độ: sử dụng để xác định nhiệt độ dòng chất lỏng

-_ Hệ thống các van điều khiến: đóng mở các nhành tuyến ống dẫn

-_ Thiết bị FLC: thu nhận dữ liệu từ bộ hưu lượng kế, các cảm biến nhiệt độ, đồng thời đóng vai trò là thiết bị xứ lý các thông số đo từ đó đưa ra các quyết

định điều khiên van theo các thuật toán đã được lập trình.

Tết luận chương 1:

Chương này giới thiệu khái quát về một số bệ thống bự động hóa đang được

áp đụng tại kho xăng đâu Đức Giang Trong đó có giới thiệu hệ thẳng điểu khiến giảm sát hoạt động của luyến Ống công nghệ mhập hàng tại kho xăng đầu Đúc

Giang Đây là hệ thống có nhiệm vụ phát hiện và phân Lách các loại bàng hóa được

vận chuyển Hiến tục kế tiếp nhau trên cùng T luyển Ông,

Trên tuyến dng hiện đang sử dụng bơm chung hai loại mặt hàng xăng và hai

loại mặt hàng đâu Dựa trên đặc điểm giữa xăng và đâu có dãi tỷ trạng khác biệt nên

căn cứ phân tách là sử đựng chỉ số đo về tỷ trong Trong trường các hàng bơm liên

tục củng là xăng hoặc củng là đầu thì chỉ số đo về tỷ trọng không thể phân biệt được xiên sử dụ: phương pháp lách lượng để phân tách chuyển loại hàng hỏa Yêu câu

tệ thống điều khiến giám sát hoạt động tuyển ông công nghệ nhập hàng là thực hiện

giam sal cdc thông số đo tỷ trọng và lượng hàng mội cách chính xác từ đồ thực hiện

CHUONG 2: TONG QUAN VE THIET BEDIFU KHIEN LOGIC KHA TRINA VA,

MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SIEMENS

2.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC Siemens

2.1.1 Khải niệm PLC thiết bị điều khiên logic khả trình - PLC

Thiết bị điều khiển logie khô trình (Prograrmnable Logie Controller) viét sit

là FLC ra đời che phép thực hiện oáo linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông, qua lập trình điều khiển thay thê phương pháp điều khiến truyền thắng đùng role và

thiết bị rời công kênh Với việc sử dụng PLC cho phép chứng ta hiệu chỉnh hệ thông, điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào vẻ mặt kết nói dây, sự thay đổi chí là thay đổi chương trinh điều khiển

2.1.2 Cấu trúc của thiết bị PLC

Để có thể thực hiện được một chương trình diều khiển, PLC phải cỏ một bộ

vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhở dễ lưu chương trình diễu khiển, đữ liệu và

tắt nhiên phải có œ

ông vào4a để giao liếp với đối tượng điều khiển và đỗ trao

đổi théng Un voi mdi trường xưng quanh Bên

mh đó nhằm phục vụ bài toán điều

khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đc biệt khác như bộ đêm

(Counter), bộ thời gian (Timer) và những khỏi hàm chuyên dụng

được không, bị khoả cửng về cầu hình PLC được chia thành các module nhằm tăng,

tĩnh mêm đếo lmh hoạt

Số module được sử dụng nhiều hay it tuỳ thuộc vào từng bái toản, tuy nhiên tốt thiểu bao giờ cũng phái có một module chính lả zaodule CPU Các module còn lại là những module truyền nhận tín hiệu với các đối tượng, điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển dộng cơ Chúng được gọi là các

module mé réug, Tat cả các raodule dược gá lên những thành ray (Rack)

2.1.3.0 Module CPU

Module CPU chúa bộ vị xử lý, hệ điểu bành, bộ nhỏ, các bộ thời gian, bộ

đếm, cống truyền thông RS485 Và có thể có một số cổng vào ra số ác công vào

ra số có trên module CPU gọi là cống vào ra anboard Trong họ PLC §7-300 có

nhiều loại module CPU kháe nhau ví đụ như module CPU312, mođule CPU314,

module CPU315

Những moduls củng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau vẻ công

trong thư viện

vàofra onlboard cũng như các khỏi hàm đặc biệt đuợc tích hợp

của hệ điển hành phue vụ việc sử dụng các cổng vào#a onboard này sế được phân

biệt với nhau trong tên gợi bằng thêm cụm tù chữ cái [EM (viết tắt của Intergrated

Tuncion Module) Vi dy module CPUS312 IFM, module CPU31 IFM

Ngoài ra còn có các module CPU với hai cổng truyền thông, rong đó cổng

c loại

truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ nổi mạng phan tan

module PU đuọc phân biệt với cóc module CPU khác bằng thêm cụm ti DP (Distributed Port) trong tên gọi Ví dụ module CPU 315-DP

2.1.3.b Các mudnle mở rộng

PS (Power Supply): Module nguén mudi, có 3 loại 2A, SA và 1ÓA

SM (Signal module): Module mé réng công tin hiệu vào/ra bao gồm:

- DI (Digital Input): Module mé réng cdc công vào số Số các công vào số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuy thuộc vào từng loại module

- DO (Digital Output) Module mỡ rộng cáo công ra số ,Số các công ra số mở rộng có thể lá 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module

-_ DƯDO (Digữal InputiDigiial Ouipu: Module mỡ tông các công vào/ra số Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra, 16 vào/16 ra tuỳ thuộc vào từng loại module

- AI (Analog Inpuij): Module mở rộng các công vào tương tự Chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bịt (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tr

dược chuyển thành một tin hiệu số (nguyên) cỏ độ dài 12 bứ, Số cổng vào

tương Lự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỷ thuộc vào từng loại tuodule

- AO (Analog Output): Module

những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bịt (DA) Số cổng vào hưng Lự có thê là

Tông các công ra tương tự Chứng chính là

3.44 hoặc 8 tuỳ thuộc vào từng loại module

- 34⁄4O (4nalog Input/Analog Output) Module mé réng các cổng vàofra

tương tự Số công váo/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vao/ 4 ra tuy

thuộc vào từng loại moduls

IM (nterface modute): module ghép nội, đây là loại module chuyén đụng có nhiệm vụ nổi từng nhóm các module mổ rộng lại với nhau thành một khỏi và được quan ly chung bởi mét module CPU Thông thường các module mở rộng được gá

liên nhau trên một thanh đỡ gọi là rack

Tiên mdi rack chỉ có thể gá được nhiêu nhl 8 module mở rộng (không kế

module CPU va module ngudn madi)

Mỗi module được gan mét sé slot tinh ti trai sang phai, module nguédn la slot 1, anedule CPU slot 2, module kế tiếp theo mang số 4

Nguắn CPU Af SAT SM SM OSM Saf CP OPM Fit

Mỗi một module CPU S$7-300 co thé lam việc trực tiếp được nhiều nhất 4 rack

và các raok nảy phải được nối với nhau bằng một module IM CPU 6 rack 0 slot 2,

kế đỏ là module phát TM360 sloL 3, có nhiệm vụ kết nói raek Ô với cáu rack 1, 2, 3

Tiên mỗi rack 1, 2, 3 này có module kết nổi TM361, bên phải mỗi module TM là các

module SM/FM/CP

Seka

Slet n.maer

Teche Skee nner

Tuck!

Si n maer

Fuk a

Setnmer 1 2 3 4 =5 6 7 @ 9 181

Hình 2.3: CPU S7-300 kết nỗi với các madul thành phần tắi đa wén 4 rack

EM (Function module): module cò chức năng diều khién riéng, vi du module digu khiển động cơ bước, module điều khiển déng co servo, module PID, module diéu

khiển vòng kín

CP (Conuuunicafiow moduie): module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các

PLC với nhau hoặc PLC với máy tính

2.1.4 Kiểu dữ liệu, phân chía hộ nhớ

Kiểu dữ liệu:

Các kiểu dữ liệu được sử đựng trong $7-300

JOOL: với dung lượng một bát và có giá trị 1 hoặc O (đúng hoặc sai) Dây là

kiểu dữ liệu cho biển hai trị

BYTE: gdm 8 bit, throng duoc biếu điển một số nguyên đương từ 0 đến 255

hoặc là mã A SCIT của một ký tự

WORD: gam 2 byte, biéu diễn số nguyên từ 0 đến 65535

TNT: cũng có dung lugng 2 byte, ding dé biéu điễn một số nguyên từ —32768

-_ 85T: khoảng thời gian, được tỉnh bằng giờ, phút, giây, milipiây

- TOD: biéu dién gid tri thời gian tính theo giö/phút/giây

- DATE: biéu dién gid tri thời gian tinh theo nim/thang/ngay

- CHAR: biéu điễn một ký tự hay nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)

Cấu trúc bộ nhử của CPU

Tộ nhớ S7-300 chia làm ba vùng chính:

Vũng chứa chương trình taự, dựng: Chúa thành 3 miễn

-_ OB (Orpanization Block): Miễn chứa chương trình tổ chức

- FC (Function): Mién chita chương trình con, dược tổ chức thanh ham va cd biển hình thức để trao đôi đữ liêu với chương trình gọi nỗ

-_ ! (unetion I3loek): Miễn chủa chương trình con, được tổ chức thành hàm

và có khả năng trao đổi dữ liệu với bắt kỷ một khối chương trình nào khác Cáo dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB

— Dalla Block)

"Vũng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng đụng, được chia thành 7 xriển khác nhau, bao gém:

- 1 (Process image input): Miễn bộ đệm các dữ liệu công vào

- Q (Process image output): Mién bộ đệm các dữ liệu công ra số

~_M: Miễn các biển cờ

-_T: Miền nhé phục vụ bộ thời gian (timer)

= : Miễn nhớ phục vụ bộ dém (counter)

- PI: Miễn địa chỉ cổng vào của các module tương u (I/O External input) Truy

nhập miễn nhớ PI theo các kiểu biển bybe ŒIB), từ đơn (PIW) hay từ kép (PID)

- PQ: Mién dia chỉ cống ra của các module tương tự (I/O Extemal output) Truy nhập miền nhớ PQ theo các kiểu biến byte (PQB), tir don (PQW) hay từ

kép (PQD)

Vùng chứa các khỏi đữ liệu được chia làm 2 loại:

- DB (Data Block): mién chrta dé ligu được tổ chức thành hình khối

- 1 (Local dala bolck): Miễn dữ liệu cục bỏ.

3.1.5 Võng quét chương trình

PLC thuc hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vàng lặp được gợi là một

vòng quét (scan) MBi vòng quết được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu hr các cổng vào số tới vủng bộ đệm áo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trinh Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết

thúc của khối OB1 Sau giai doan thực hiện chương trình là giai doan chuyển các nội dung của bộ đêm do Q tới các cổng ra số Vòng quới được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

Tộ đệm I và Q không liên quan đến các cổng vào ra tương tụ nên các lệnh truy nhập cổng tương tự dược thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông,

z7

Truyện thông nội Chuyên đữ liệu từ cổng

bộ và kiểm tra lễi vào tới bộ đệm áo Ï

qua bộ dệm

Chuyển dữ liệu từbộ — ` ‘Thue hiện

đêm ảo Q tới cổng ra chương trình

Hình 2.4: Chu trình hoạt dộng của PLC trong một vàng quét

Thời gian cần thiết dé PLC thye hiện được ruột vòng quét gọi là thời gian

vòng quét (scan tiue) Thời gian vòng quét không cố định, lức là không phải vòng, quét nào cũng thực hiện trong một khoáng thời gian như nhau Có vòng quét được

Thục hiện lầu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ vao số lệnh chương trình được thực hiện vả khối lượng đờ liệu được truyền thông trong vòng quét đỏ

Như vậy giữa việc dọc dữ hiệu từ đối tượng dễ xử lý, tỉnh toản vá việc gửi tín triệu điều khiển Lỏi đối tượng có một khoảng thời gian trể đúng bằng thời gian vòng,

quế Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời giam thực của chương,

trình điêu khiển của PLC Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của

chương trình càng cao.

2.1.6 Cầu trúc chương trình

Chương trình cho 37-300 được lưu tronp bộ nhớ của PLC ở vùng đành riêng,

cha chương trinh và có thể lập được với 2 dạng câu trúc khác nhau

Lép trinh tuyén tink

Toan bé chuong trinh điên khiển nằm trong một khói bộ nhá Loại hình câu trúc tuyến tính này phủ hợp với bải toán tự động nhỏ, không phức tạp Khối được chọn phái là khối OBI, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nỏ thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối củng và quay lại lệnh đầu tiên

Chương trình được thành những phần nhỏ (chương trình con FC hay

TP), mỗi phân thục hiện một nhiệm vụ cụ thế của bài toán điều khiến chung và toàn

bộ các phân nay lại được sự quản lý thông nhất bởi khối OBI Trong OHI có các lạnh gọi những khối chương trình con theo thứ tự phủ hop với bài toán điều khiển dặt ra Một nhiệm vụ cụ thê có thẻ còn được chúa thánh nhiều nhiệm vụ cụ thể và nhỏ hơn nữa, dơ đó, một chương, trình con cũng, có thể được gọi từ một khói chương,

3.1.7 Ngôn ngữ lập trình cho PUC 87-300

Các loại PLC nói chung thường có ba Ngôn ngữ lập trinh để phục vụ các đổi

tượng sử dụng kháe nhau:

-_ Ngôn ngữ “kiểu ligt ké”, ki higu la STL (Statement List) Day la dang cia ngồn ngũ Assembler may lính

-_ Ngôn ngữ “hình thang”, ki hiệu là LAD (Laddar Logic) Đây là ngôn ngữ

theo kiểu thiết kế mạch điều khiến logic role

-_ Ngôn ngữ “ñinh khối”, ki hiệu là FDB (Function Block Diagram) Bay 1 ngôn ngữ theo kiểu thiết kế mạch điều khiến logic sé

Hình 2.7: Ba kiểu ngôn ngữ lập trình cho PLC Siemens LAD, STL, FDB

3.2 Mạng truyền thông công nghiệp Simatic Net

Simatic Net là mạng truyền thông cha phép kết nổi với các bộ điều khiến của

SIEMENS các máy tính chủ, các trạm làm việc Simatie Net bao gôm các mạng,

truyền thông, các thiết bị tuyển đỡ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền đữ liệu giữa các thiết bị, các module cho phép kết nỗi

xạng LAN (CP Communieation Processor hoặc IM Laterface Module)

Với hệ thẳng Simatic Net, Siemens cung cấp hệ thống truyền thông mở cho hiểu cấp khác nhau của các quá trình tự động hoá trong môi trường công nghiệp TIệ truyền thông Simalie Net dụa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tế ISO/OSI

(international Standardization Organisation/ Open System Interconnection) Co sé

của các hệ thông truyền thông nảy là các mạng cục bộ (LANs), co thé thyc hiện

theo nhiêu cách khác nhau: diện học, quang học, không dây hoặc kết hợp cả ba cách

PPI (Point to Point Tnterface) thuc hién truyén hông nỗi tiếp điểm tới điểm

1 161 didin 06 thé Wi ghép nội giữa bai tiết bị tự động hoá với nhan,

thay ghép nói giữa thiệt bị với máy tính hoặc với thiết bị truyền thông khác

Giáp nối đi

PPI có những tính chất đặc trưng sau đây:

- Ghép ndi giữa bai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông qua

driver đặc biệt

- Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa Iruyễu kiểu ASCTI

Thông số kỹ thuật của PPI:

-_ Số lượng trạm 2

-_ Cổng vật ly RS 232C (V21) 20mA (TTY) RS 422/485

- Téc dé truyền 300 bits, 76,8 Kbits cho công R§ 232C ;300 bivs , 19,2 Kbit/s cho công R9 422/485

-_ Khoảng cách truyền 10m cho cổng RS 232 ; 1000 m cho công RS422/485

- Dich vụ tuyển thông ASCI-Driver3964 (R), RK 512, Print driver va cdc loại Driver đặc biệt khác

Hình 2.8: Sơ đồ cầu trúc nỗi mạng PPI

2.2.2 Mạng MPI

MPI (Multi Point Interface) là một subnet của SIMATIC Mạng MPI được sử

dung cho cap trường hay cấp phân xưởng với yêu câu về khoảng cách giữa các trạm

không lớn Mạng chỉ cho phép liên kết với một số thiết bị của SIMATIC như S7/M7

và C7 Thiết lập mạng MPI phục vụ cho mục đích ghép nổi một số lượng hạn chế các trạm (không quả 32 trạm) vả dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ truyền tôi

đa lả 187.5Kbps Phương pháp thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạng MPI lả Token Passing

Mạng MPI có những đặc điểm co ban sau

- Cac thiét bi trong mang thuộc SIMATIC §87/M7 và C7 vì vậy cho phép thiết

trong mạng trước khi thực hiện truyền thông

~ Có khả năng liên kết nhieu CPU vả PG/OP với nhau

Các thông số kỹ thuật của mạng MPI

- Chuan SIEMENS

~_ 8ố trạm cho phép Max 32

~_ Phương pháp thâm nhập đường dẫn Token Passing

-_ Tốc độ truyền thông Max 187,5 Kbits

~_ Mỗi trường truyền dân Đôi dây kép cỏ bọc kim chóng nhiễu, cáp quang (thuỷ tỉnh hoặc chất đẻo)

~ Chiều dài lớn nhất của mạng 50 m, với Repeater 1100 m,với cáp quang qua

OLM>100 km

- Cau trie mang (Topology) Duéng thang, cay, hinh sao va véng tron

- Dich vu truyén thông: Các hàm chức năng của S7Bảng dữ liêu truyền thông,

một thiết bị là chủ AS-i sé cỏ cầu trúc thật là đơn giản nếu như các cơ câu chấp

hành vả các cảm biến đều là các thiết bị kiểu số (Digital Input/Digital Output —

DI/DO), khi thiết bị kiểu analog phải sử dụng các bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn của SIEMENS Trong mạng chỉ cỏ tram chủ cỏ quyên điều khiển quá trình trao đổi thông tin Tram chủ (Master) gọi tuân tự từng trạm tớ (Slave) tới một và đòi hỏi các

trạm nảy gửi dữ liệu lên trên trạm chủ hoặc nhân dữ liệu từ trạm chủ

Những tính chất đặc trưng ctia AS-i

~ A§-¡ là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số Quá trình trao đổi dữ liêu được thực hiện thông qua đường dan tir co cau chap hành/cảm biển với trạm chủ, đường dân này đồng thời là đường cung cấp nguồn cho các cảm biển

- AS-i cé thé ghép néi với các cơ cầu chấp hành có kích thước 1 bịt đến 8 bịt theo tiêu chuẩn IP 65 vả liên kết trực tiếp với quá trình

~_ Hoạt động của AS-i không cần thiết lập cầu hình trước

Các thông số kỹ thuật của AS-i:

- Chuan : AS-i theo chuan IEC TG 178

- Sd luong tram cho phép: 1 Master và max 31 Slave

- Phuong phap tham nhập đường dẫn : Master — Slave

-_ Tốc dé truyén: 167 Kbit/s

~ Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không boc

-_ Khoảng cách giữa các thiết bị trong mạng : 300 m với Repeater

~ Kiểu nỗi : Đường thẳng, cây, sao

~_ Dịch vụ truyền thông : AS-i Function

Hình 2.10: So dé cau tric ndi mang AS-i

2.2.4 Mạng Ethernet công nghiệp

IE (Industrial Ethernet) mang Ethernet công nghiệp là mạng phục vụ cho cấp quản lý và cấp phân xưởng đề thực hiện truyền thông giữa máy tính và các hệ thông

tự đồng hoá Nó phục vụ cho việc trao đổi một lượng thông tin lớn, truyền thông, trên một phạm vi rộng Các bộ xử lý truyền thông dùng trong mạng luôn kiểm tra xem đường dân có bị chiếm dụng không Nêu không thì một trạm nào đó trong

mạng có thể gửi điện tín đi, khi xảy ra xung đột trên mang vì có hai trạm gửi thi ngừng ngay lại và quả trình gửi điện tín được thực hiện lại sau một thời gian nhất

định, thời gian này được xác định theo luật toán học ngầu nhiên

Mang Ethernet công nghiệp cỏ những tính chất đặc trưng sau:

- Mạng Ethemet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO và TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)

Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn đã chọn (CSMA/CD - Camier

Sense Multiple Access with Collision Detecion) thi các thành viên trong

mạng Ethernet công nghiệp đều binh đẳng với nhau

Theo tiêu chuẩn truyền thông ISO và ISO on TCP thì các trạm không phải của SIEMENS cũng có khả năng tích hợp vào mạng, nỏi một cách khác

Ethernet công nghiệp lả mạng truyền thông mở

Các thông số của mạng Ethernet công nghiệp:

Chuan truyén thong IEEE 802.3

Số lượng trạm: Max 1024 trạm

Phương pháp thâm nhap duéng din: CSMA /CD (Carrier Sense Multiple

Access with Collision Detection)

Day dan:

+ Cáp đồng

+ Cáp đôi dây xoắn

+ Cáp quang: Cáp thuỷ tỉnh hoặc chất dẻo

Kiểu nồi : Đường thẳng, cây, hình sao và vòng trỏn

Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP

2.2.5 Mang PROFIBUS

PROFIBUS - Process Field Bus Đây lả một chuẩn truyền thông được SIEMENS phát triển từ năm 1987 trong DIN 19245 PROFIBUS được thiết lập theo phương pháp hệ truyền thông mở, không phụ thuộc vao nhả chế tạo (Open Communication Network) phue vu cho các cấp phân xưởng và cấp trường Mạng PROFIBUS tuan theo chuẩn EN 50170 cho phép kết nổi các bộ điều khiển PLC, các thiết bị vảo/ra phân tán, các bộ lập trình PC/PG, cac co cau chap hành, các thiết bị

2.2.5.a PROFIBUS — DP (Distributed Peripheral) phuc vu cho viée trao đổi

thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh PROFIBUS - DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nổi các thiết bị trường với máy tính điều khiên PROFIBUS ~

DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cau cao vẻ tỉnh năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tan ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van Việc trao đôi chủ yêu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave Với số trạm tôi đa trong một mạng là 126, PROFIBUS ~ DP cho phép sử dụng cấu hình một

trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master) Một đặc trưng nữa

của PROFIBUS - DP là tốc đô truyền cao, có thẻ lên tới 12 Mbit/s

2.2.5.b PROFIBUS — FMS (Fieldbus Message Specification) trao doi lượng

thông tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng PROFIBUS - FMS được dùng chủ yêu cho việc nôi mạng các máy tính điêu khiển

và giám sát Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiều OSI

Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giảm sát, dữ liệu chủ yêu được trao đôi với tính chất không định kỷ

2.2.5.c PROEIBUS — PA (Process Automation) duge thiết kẻ riêng cho những,

khu vực nguy hiểm PROFTBUS — PA là sự mỗ rộng cia PROFIBUS — DP vé

phương pháp truyều đẫn mu toàn trong môi trường dễ chảy nỗ theo chuin TEC

61158-2 PROFTBU§ — PA là loại bu trường thích hợp cho các hệ thống điểu khiển

phan tán trang các ngành công nghiệp hoá chất và hoá đâu Thiết bị chuyến đổi

(DEP/PA-Link) được sử đụng để tích hợp đường mang PA vói mang PROFIBUS DP

Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệ thông,

mạng PROEIBU8 bao gốm cả DP và PA

Kết luận chương 2:

Siemens 14 mệt trong các hãng hàng đầu thé giới trong lĩnh vực sản xuất cung cấp các giải pháp tổng thể về tự động hóa bao gồm Lừ thiết bị điều khiển, hệ

thông phẩn mềm giám sát Tại Việt Nam, các thiết bị tự động hóa của Siemens

cũng đã được sử dụng khá phố biển trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như các rà xảy xi măng, giấy, thép và các kho xăng đâu Chất lượng, tính năng linh hoạt của

các thiết bị đã được kiểm chứng qua thục tế sử dụng,

Dựa trên những yếu tê đã phân tích trên, nên đổi với giải pháp hệ thống điều khiến giám sát hoạt động của tuyển ống công nghệ nhập hàng để xuất sử dưng thiết

bị điều khién (PLC) ctia hang Siemens

Chương này đã trình bảy vé hé théng thiét bi diéu khién logic kha trinh PLC cũng như một số liẻn trúc mạng truyền thông công nghiép cia Siemens Day 14 co

sở cho việc lựa chợn chỉ tiết chứng loại câu hình thiết bị phần cũng và lập trình điều

+hiến cho hệ thống sẽ được trinh bảy ở cáo chương tiếp theo

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP THIET KE PHAN CUNG CUA HE THONG

Trong chương nảy trình bảy một só nội dung chính như sau: Chủng loại, câu tạo, hoạt động của các thiết bị đo lưu lượng kế, các sensor cam bien va van điều khiển; Xây dựng cầu hình các module phần cửng của PLC

3.1 Tổng quát về giải pháp thiết kế phần cứng

Kết nối mạng truyền thông La

Hinh 3.1: Giai phap phan cing cho hé thong diéu khién tur déng hoa tuyén ống

nhập hàng tại kho Đức Giang Các thiết bị trường gồm: sensor nhiệt độ, sensor áp suất, cảm biến lưu lượng kế đo

tỷ trọng, hệ thông các van điện điều khiển

Thiết bị điều khiễn trung tâm:

~_ Thiết bị PLC va các module mở rộng

- Tu diéu khiển (bao gồm tổ hợp mạch điều khiển rơle, hệ thống đèn bảo, nút bam )

Mạng truyền thông và điều khiển:

- Truyén thông PLC với các sensor nhiệt độ Sistrans TE, áp suat Sistran P, thiết bị lưu lượng kế Mieromotion sử dụng giao thức mạng Profibus PA

- Truyén thông PLC với Máy tính SCADA dùng giao thức mạng MPI

~_ Đổi với Van điện các tin hiệu trạng thải van được đưa về các DI của PLC Tín hiệu điều khiển van sẽ được lây ra từ các DO của PLC

3.2 Thiết bị lưu lượng kế

Các thiết bị lưu lượng kế sử dụng cho đo lường các sân phẩm xăng dầu khá

đa dạng và phong phú, hoạt động dựa trên các nguyên lý đo khác nhau: nguyên lý chênh lệch áp suất, nguyên lý điện từ, nguyên lý siêu âm Nhưng thiết bị đo hoạt động theo nguyên lý Coriolis được đánh giả cao vả đã được đưa vảo sử dụng khá

phổ biển tại các công trình như Nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhà máy điện khí Ca Mau và trực tiếp là tại các kho xăng dâu của Petrolimex Với một củng một chi phi đầu tư, có thể cung cấp nhiêu đại lượng đo với độ chính xác cao: đo khỏi lượng, thẻ tích, tỷ trọng chất lỏng Việc lắp đặt đơn giản, có thẻ lắp trên đoạn đường ống thing không cần phải thay đôi, không cần phải căn chỉnh điểm không

3.2.1 Nguyên lý thiết bị lưu lượng kế Coriolis

Hiệu ứng Coriolis là xu hưởng lệch quỹ đạo vẻ một phía của vật thẻ di chuyên trên bể mặt trái đất do chuyên động tự quay xung quanh của nẻ từ Tây sang,

Đông Hiệu ứng Coriolis làm cong dòng chảy sang bờ bên phải (bờ bên phải bi xoi mòn nhiều hơn) so với hướng dòng chảy chính ở Bắc ban cau va lam cong dong chảy sang bờ bên trải ở Nam bản cầu Hiện tượng này được nhà toán học, vật lý người Pháp Gaspard Gustave de Coriolis (1792-1843) phát hiện năm 1835

Hiệu ứng của lực Coriolis xuất hiện trong bắt kỳ hệ quay nào Hình vẽ dưới

mô tả hiệu ứng Coriolis xuất hiện khi có ba yêu tó sau: khối chất, vật thẻ quay và sự chuyển động tương đối của khỏi chất so với chuyển động quay của vat thé mang khỏi chất

Quỹ đạo chuyên động,

'quay của vật thô)

Hình 3.2: Hiệu ứng Coriolis khi khối chất clnuyên động tương đổi vor vat thé quay

Theo Định luật 1 Newton vẻ trạng thai chuyển động thì vặt thể chuyển dộng,

sẽ giữ nguyên vận tốc và hưởng di chuyển trừ khi nở chịu tả dộng của ngoại lực

Lue Coriolis la một ngoại lực nên nỏ làm cho khối chất chuyển động theo quỹ đạo cong trên vật thể quay thay vì chuyển dộng theo dường thẳng

Tuc Coriolis ty 18 trực tiếp với khối lượng của khối chất chuyên động, vận tốc chuyên động hướng lâm của khối chất và vật tốc góc quay quanh trục: Fcor 2.m.@*v (Trong đỏ: Feor-Vector lye Coriolis, m Khối lượng, @ - vector vận tốc góo quay,v vận tốc chuyển động hướng tâm của khối chất, * là toản bử nhân hai vetor) Nhu vay, néu đo được lực Coriolis và biết được vận tốc chuyển động hướng,

âm và vận tốc góc quay thì sẽ xác định được khối lượng Dây chính là nguyên lý boạt động của cảm biên Coriolis str dung trong áo lường khôi lượng chất lông

Cam biến do theo nguyễn lý Coriolis có nhiều dạng; loại dơn giản bao gém 1 đoạn ống thẳng hoặc loại gồm doan hình chữ U đơn hoặc đôi, hình Omega Tùy theo từng umg dụng và yêu cầu kỹ thuật do khác nhau má lựa chọn loại cắm biến Coriolis pha hop Ví dụ dối với dong chay nói tiếp hay trong các ửng pha trộn hoặc xuốn đo lưu tốc ở giải thấp hay trong các ứng dụng đôi hỏi độ chính xác rất cao thì chọn loại ống do đôi cong ( chữ U hay Omega ) Ngược lại trong các ứng dung không đòi hỏi độ chính xác vừa phái hay khi không gian lắp đặt căm biển hep thi lựa chọn căm biển Coriclis ống thẳng,

Câm biển đo theo nguyễn lý Coriolis don gidn bao gồm một đoạn ông để cho chất lông chảy qua, đặt có dịnh tại hai dầu và sử dụng một nam châm điện chủ dộng tạo ra dao động cho đoạn dng ở lần số cộng hưởng (tức là tạo chuyển động quay quanh trục cho vật thể mang khối chất) Tủy thuộc vào chết liệu chế tạo, kích thước đoạn Ống, lần số đao dộng của ống được đặt các giá trị khác nhau và ống này sẽ dao động với biên độ phủ hợp Khi chất lỏng đứng im, lực Coriolis của khối chất lỏng bằng 0 Ngược lại khi chất lỏng chảy qua éng do thi hue Coriolis sinh ra chồng lại

sự dao động nảy Sự dối lap nay làn uốn ông xoắn óng như hình vế sau:

tạ Bs}

vz0

Inlet axis of Outlet axis of

v0

Hình 3.3: Ông thẳng — đơn khi không có dòng chảy (no ffou) và có dòng chảy

Nếu tại đầu ra (điểm B) và đầu vảo (diem A) của ống dẫn ta đặt các cuộn dây

do (sensor coil 1, 2) thu tin hiéu dao động thi do hiệu ứng Coriolis nên ở đầu ra của

2 cuộn dây đo (sensor coil 1, 2) ta thu được 2 tín hiệu sine lệch pha nhau Giá trị

lệch pha này tỉ lệ trực tiếp với lưu tốc khỏi lượng chảy qua ông

Sensor coll 1 signal

Hình 3.4: Sự lệch pha của tin hiệu đâu ra trên hai cuộn dây đo

xuất hiện do hiệu ứng Coriolis

De tang tinh kháng nhiều trong môi trường công nghiệp, nâng cao độ chỉnh xác kết quả đo vả tăng đỏ nhạy khi đo ở dải lưu tốc thấp thi thiết bị đo Coriolis dạng, chit U, ổng đôi được sử dụng Thiết bị đo Coriolis loại nảy bao gồm 2 ông đo hình chữ U giống hệt nhau, dao động ngược chiêu nhau, vả gắn cô định với hộp trong Hộp trong nảy gắn với hộp ngoải, mả hộp ngoải sẽ nôi với mặt bích đề ghép cảm biến vào đường ông chỉnh Cầu trúc nảy cho phép loại bỏ hầu hết các tác động của ngoại lực và rung động bên ngoài đến hệ thóng đo - dao động của ông đôi U Cuộn dây đo dao động được bỏ trí trên một ng trong khi nam châm điện được gan vao ống kia Nhờ cầu trúc nảy, ông đôi U không bị ảnh hưởng bởi rung động bên ngoài

Hình 3.5: Thiết bị đo Coriolis loại ông đôi U

Đối với các cảm biển Coriolis thì biên độ dao động của ông thường bị giới hạn dưới Inan và trong thiết kế tôi ưu là khoảng 20% giả trị cực đại cho phép, để đảm bảo: không bị rạn nút hay gãy ông đo Mức xoắn của ỏng đo, dưới tác động của lực Coriolis

là rất nhỏ, chỉ khoảng vải nano mét đến vải chục micro mét

Nhiệt đô môi trường đo không chỉ làm thay đổi tấn số dao động ông má còn làm ống đo để bị uốn cong Chính vì vậy nhiệt độ cần phải được đo như là đại lượng độc lập và dùng nó như giả trị bủ đầu vào, đặc biệt việc bú nhiệt độ để chống lại sự “mềm déo” cia éng đo khi nhiệt độ tăng Do vậy các cảm biến Coriolis cũng thường có thêm

bộ phân đo nhiệt độ RTD để cho biết nhiệt độ môi trường đo Tuy nhiên độ chuân xác

của phép đò rhiệt độ này không cao, nên thường không sử dụng đầu ra này trong điều

khiển giám sát quá trình công nghẻ

3.2.2 Chủng loại mã hiệu của lưu lượng kế

Sử dụng lưu lượng kế Coriolis - của hãng Emerson (Mircomotion)

Cảm biển Coriolis (sensor): CME400M Micro Motion Coriolis ELITE

sensor; 4-inch; 316L, stainless stee]

B6 truyén dan (transmitter): Model 2700 PA

Được thiết kể cho nhỏ gọn, lắp tách rời cho phép đễ đảng gắn vào một bức tường hoặc ông đứng Model 2700 đáp ứng các tiêu chuẩn phòng nỗ Class 1, Division 1/1 zone với tùy chọn có thêm một giao điện điều khiên local đâm bảo truy cập thông tin lưu lượng kẻ dễ dàng khi cần thiết

30

3.2.3 Kết nồi sensor và transmitter

cùng vị trí đặt và ở xa sensor)

Hình 3.7: Các kiểu kết nỗi giữa Sensor va Transmitter

Có 4 cách kết nỗi sensor với transmitter:

Transmitter lap dt ngay tai vị tri dat sensor

Transmitter lp xa vi tri sensor : str dung so dé dau 4 day thi khoang cách xa nhất cho phép là 300m

Transmitter lip xa vi tri sensor: sử dụng sơ đỏ đâu 9 dây thi khoảng cách xa nhất cho phép là 20m

Ngoài ra có thể sử dụng kết hợp giữa sơ đỏ đầu 4 dây và sơ đỏ dau 9 day

31

Chi tiết chỉ dần đầu nói 9 dây vả 4 dây giữa sensor và bộ transmitter:

Core processor terminals 4-wire cable Mating connector

‘Maximum cable length: see Table 2-2 ni) co

Hình 3.8: Chi tiét du néi so dé 9 day va 4 day két néi sensor va transmitter

3.2.4 Kết nối đầu ra của transmitter vào mạng Profibus PA

Model 2700 PA transmitter có hỗ trợ giao thức truyền Profibus PA

Cách đầu nói truyền thông như sau: