Thiết kế hệ thống điều khiển giàn nén khí sử dụng PLC S7 300 ( có code )

code ở phụ lục, điều khiển PID độ mở valveHình 2.1. Cấu hình chung hệ thống DCS15Hình 2.2. Cấu tạo chung bộ điều khiển PLC S730018Hình 2.3. Tố chức bộ nhớ trong CPU22Hình 2.4. Vòng quét chương trình23Hình 2.5. Lập trình tuyến tính24Hình 2.6. Khối hàm scale FC 10525Hình 2.7. Khối hàm unscale26Hình 2.8. Cấu trúc khối FB4127Hình 2.9. Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng29Hình 3.1. Cấu hình phần cứng cho S7 300 và 2 ET200M36Hình 3.2. Cấu hình ET 200M thứ nhất36Hình 3.3. Cấu hình ET 200M thứ hai36Hình 3.4. Lưu đồ chương trình một vòng quét PLC38Hình 3.5. Lưu đồ chương trình khởi động giàn FC139Hình 3.6. Lưu đồ chương trình Khởi động sau khi Reset FC340Hình 3.7. Lưu đồ chương trình cảnh báo – FC241Hình 3.14. Sơ đồ các đầu nối PLC56Hình 4.1. Màn hình chính57Hình 4.2. Màn hình giám sát tổng quan hệ thống58Hình 4.4. Màn hình giám sát tổ máy nén khí60Hình 4.5. Màn hình giám sát hệ thống cảnh báo61Hình 4.6. Màn hình Tag Logging612.1. Hệ thống điều khiển DCS132.1.1. Cấu hình chung của hệ DCS (Distributed Control System)132.1.2. Chức năng của hệ DCS152.2. Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC162.2.1. Giới thiệu hãng sản xuất tự động hóa Siemens162.2.2. Phân tích lựa chọn giải pháp và thiết bị hãng Siemens172.3.1. Giới thiệu về phần cứng192.3.2. Tổ chức bộ nhớ CPU của PLC S730021Chương 3. THIẾT KẾ CẤU HÌNH PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM303.1. Phân công đầu vào ra303.2. Xây dựng cấu hình phần cứng và kết nối353.2.1. Cấu hình CPU353.2.2. Cấu hình IO363.3. Thiết kế cấu trúc chương trình363.3.1. Lưu đồ chương trình một vòng quét383.3.2. Lưu đồ chương trình khởi động giàn và khởi động sau reset393.3.3. Lưu đồ chương trình cảnh báo sự cố413.3.4. Lưu đồ chương trình điều 3.4. Các đầu nối PLC56Chương 4. MÔ PHỎNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT BẰNG WINCC574.1. Giới thiệu về phần mềm WinCC574.2. Mô phỏng giao diện WinCC57TÀI LIỆU THAM KHẢO63PHỤ LỤC64

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hà Nội, 06-2015

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điều khiển giàn nén khí Mỏ Rồng do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Nguyễn Mạnh

Tiến Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện

có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 14 tháng 06 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Trần Tuấn

Trang 3

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIÀN NÉN KHÍ MỎ RỒNG 2

1.1 Giới thiệu xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga 2

1.2 Giới thiệu giàn nén khí mỏ Rồng DGCP 5

1.3 Sơ đồ công nghệ chung của giàn nén khí mỏ Rồng 6

1.4 Thiết bị giàn nén khí Mỏ Rồng 9

1.4.1 Bình tách đầu vào (Slug Catcher V-101) 9

1.4.2 Tổ máy nén khí cao áp (V-201A, V-202A, V-203A) 10

1.4.3 Bình tách hệ thống xả kín (Closed Drain Drum V-301) 11

1.4.4 Bình tách đuốc cao áp V401 12

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH 13

2.1 Hệ thống điều khiển DCS 13

2.1.1 Cấu hình chung của hệ DCS (Distributed Control System) 13

2.1.2 Chức năng của hệ DCS 15

2.2 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC 16

2.2.1 Giới thiệu hãng sản xuất tự động hóa Siemens 16

2.2.2 Phân tích lựa chọn giải pháp và thiết bị hãng Siemens 17

2.3.1 Giới thiệu về phần cứng 19

2.3.2 Tổ chức bộ nhớ CPU của PLC S7300 21

Chương 3 THIẾT KẾ CẤU HÌNH PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 30

3.1 Phân công đầu vào ra 30

3.2 Xây dựng cấu hình phần cứng và kết nối 35

3.2.1 Cấu hình CPU 35

3.2.2 Cấu hình I/O 36

3.3 Thiết kế cấu trúc chương trình 36

3.3.1 Lưu đồ chương trình một vòng quét 38

Trang 4

3.3.2 Lưu đồ chương trình khởi động giàn và khởi động sau reset 39

3.3.3 Lưu đồ chương trình cảnh báo sự cố 41

3.3.4 Lưu đồ chương trình điều khiển bình tách đầu vào Slug Catcher 42

3.3.5 Lưu đồ chương trình điều khiển tổ máy nén khí 45

3.3.6 Lưu đồ chương trình điều khiển bình tách hệ thống xả kín V301 50

3.3.7 Lưu đồ chương trình điều khiển bình tách đuốc cao áp V401 53

3.4 Các đầu nối PLC 56

Chương 4 MÔ PHỎNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT BẰNG WINCC 57

4.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC 57

4.2 Mô phỏng giao diện WinCC 57

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 64

Trang 5

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ toàn cảnh mỏ Bạch Hổ và Rồng 3

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ chung giàn nén khí mỏ Rồng - DGCP 6

Hình 1.3 Sơ đồ bình tách đầu vào Slug Catcher 9

Hình 1.4 Sơ đồ máy nén khí cao áp 10

Hình 1.5 Sơ đồ bình tách hệ thống xả kín 11

Hình 1.6 Sơ đồ bình tách đuốc cao áp 12

Hình 2.1 Cấu hình chung hệ thống DCS 15

Hình 2.2 Cấu tạo chung bộ điều khiển PLC S7-300 18

Hình 2.3 Tố chức bộ nhớ trong CPU 22

Hình 2.4 Vòng quét chương trình 23

Hình 2.5 Lập trình tuyến tính 24

Hình 2.6 Khối hàm scale FC 105 25

Hình 2.7 Khối hàm unscale 26

Hình 2.8 Cấu trúc khối FB41 27

Hình 2.9 Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng 29

Hình 3.1 Cấu hình phần cứng cho S7 300 và 2 ET200M 36

Hình 3.2 Cấu hình ET 200M thứ nhất 36

Hình 3.3 Cấu hình ET 200M thứ hai 36

Hình 3.4 Lưu đồ chương trình một vòng quét PLC 38

Hình 3.5 Lưu đồ chương trình khởi động giàn - FC1 39

Hình 3.6 Lưu đồ chương trình Khởi động sau khi Reset - FC3 40

Hình 3.7 Lưu đồ chương trình cảnh báo – FC2 41

Hình 3.8 Lưu đồ chương trình Bình tách đầu vào Slug Catcher V-101 (FC5) 43

Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán bình nén khí V201A 46

Trang 6

Danh mục hình vẽ

Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán bình tách hệ thống xả kín V301 (FC6) 51

Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán bình tách đuốc cao áp V401 (FC7) 54

Hình 3.14 Sơ đồ các đầu nối PLC 56

Hình 4.1 Màn hình chính 57

Hình 4.2 Màn hình giám sát tổng quan hệ thống 58

Hình 4.3 Màn hình giám sát 3 bình V101 V301 V401 59

Hình 4.4 Màn hình giám sát tổ máy nén khí 60

Hình 4.5 Màn hình giám sát hệ thống cảnh báo 61

Hình 4.6 Màn hình Tag Logging 61

Trang 7

Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1 Sản lượng dầu thô khai thác được qua các năm 2

Bảng 1.2 Thông số Thiết bị tách đầu vào Slug Catcher 10

Bảng 1.3 Thông số một máy nén khí cao áp 11

Bảng 3.1 Liệt kê đầu vào số DI 30

Bảng 3.2 Liệt kê đầu ra số DO 31

Bảng 3.3 Liệt kê đầu vào tương tự AI 33

Bảng 3.4 Liệt kê đầu ra tương tự AO 34

Bảng 3.5 Liệt kê các khối lệnh của chương trình 37

Bảng 3.6 Bảng giá trị set point các mức ngưỡng bảo vệ tại bình V101 45

Bảng 3.7 Bảng giá trị set point các mức ngưỡng bảo vệ tại các bình nén khí 49

Trang 8

CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

LSHH Level Switch Hight Hight Mức rất cao

PSHH Pressure Switch Hight Hight Áp suất rất cao

PSLL Pressure Switch Low Low Áp suất rất thấp

TSLL Temperature Switch Low Low Nhiệt độ quá thấp

ZSC Valve Position Switch Close Cảm biến van đóng

ZSO Valve Positon Switch Open Cảm biến van mở

LAHH Level Alarm Hight Hight Cảnh báo mức rất cao

PAHH Pressure Alarm Hight Hight Cảnh báo áp suất rất cao

PALL Pressure Alarm Low Low Cảnh báo áp suất rất thấp

TALL Temperature Alarm Low Low Cảnh báo nhiệt độ quá thấp

ZIC Valve Position Close Indicator Trạng thái van đóng

ZIO Valve Positon Open Indicator Trạng thái van mở

Trang 9

Danh mục từ viết tắt

PAH Pressure Alarm Hight Cảnh báo áp suất cao

PDI Pressure Differential Indicator Hiển thị độ chênh áp

Trang 10

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đi lên từ một nền kinh tế lạc hậu, để phát triển đất nước toàn diện phải có một ngành năng lượng tương xứng, trong đó ngành công nghiệp dầu khí chiếm một vai trò quan trọng Sản phẩm khí thô thương phẩm trong mỏ dầu khí được dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện, chiếm 85 – 90% sản lượng khí, khí đồng hành được ứng dụng trong nhiều ngành như: dệt may, đồ gia dụng… phục vụ cho công nghiệp và đời sống nhân dân Trước bối cảnh ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam đang trên đà phát triển, các mỏ khí mới được phát hiện… chuẩn bị đi vào hoạt động, yêu cầu về việc nghiên cứu các công nghệ xử lý khí thích hợp nhằm đạt được năng suất cao cho quá trình xử lý khí

đồng hành là cần thiết Trên cơ sở đó, em đã làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển giàn nén khí Mỏ Rồng Đồ án gồm 4 phần chính:

Phần 1: Tổng quan về giàn nén khí mỏ Rồng

Phần 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS và bộ điều khiển logic khả trình Phần 3: Thiết kế cấu hình phần cứng và chương trình phần mềm

Phần 4: Mô phỏng giao diện giám sát bằng WinCC

Bằng những kiến thức đã học ở nhà trường cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các quý thầy cô giáo trong bộ môn Tự Động Hóa Công Nghiệp em đã hoàn thành đồ án này

Do khả năng, trình độ hiểu biết còn hạn chế, thiếu sót về tài liệu và kinh nghiệm thực tế nên đồ án còn nhiều sai sót Vì vậy, em kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô

Em xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới quý thầy cô và nhà trường, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Mạnh Tiến đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án này Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 14 tháng 06 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Trần Tuấn

Trang 11

Chương 1 Tổng quan về giàn nén khí Mỏ Rồng

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIÀN NÉN KHÍ MỎ RỒNG

1.1 Giới thiệu xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga

Xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga hay Vietsovpetro là liên doanh thăm dò

và khai thác dầu khí giữa Việt Nam và Liên bang Nga Trụ sở chính của Vietsovpetro đặt tại số 105 đường Lê Lợi, thành phố Vũng Tàu, Việt Nam

Vietsovpetro đang quản lý và khai thác nhiều mỏ như mỏ Bạch Hổ, Bắc trung tâm Rồng, Đông Nam Rồng, Nam Rồng – Đồi Mồi và sắp đưa vào khai thác mỏ Nam trong tâm Rồng, Đông Bắc Rồng, Mỏ khí Thiên Ưng đang được thiết kế và sẽ đưa vào khai thác sớm vào năm 2016 Xí nghiệp bắt đầu đi vào hoạt động từ ngày 26 tháng 6 năm

Trong thời gian qua, xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga đi vào sản xuất hai sản phẩm chính là dầu và khí, trong đó dầu ở cả hai mỏ Bạch Hồ và mỏ Rồng đều là dầu thôi có nhiều parafin, với hàm lượng sulfur rất thấp Với chất lượng tốt, ít lưu huỳnh, dầu thô từ Việt Nam rất được ưa chuộng bởi khách hàng tại các quốc gia như Nhật Bản, Singapore và các nước khác Xuất khẩu dầu thô là nguồn thu ngoại tệ rất lớn của Việt Nam Bên cạnh dầu thô, Xí nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro cũng sản xuất hàng tỉ mét khối khí đồng hành Hệ thống thi gom và xử lý khí cùng với hệ thống ống dẫn khí từ mỏ Bạch Hổ về Bà Rịa bắt đầu được đưa vào sử dụng từ tháng 5 năm 1995, chủ yếu để sản xuất điện năng Vào năm 1996, Vietsovpetro đã cung cấp hơn 300 triệu mét khối khí cho nhà máy điện Bà Rịa, nhà máy điện Phú Mỹ và nhà máy xử lý khí Dinh Cô

Trang 12

Hình 1.1 Sơ đồ toàn cảnh mỏ Bạch Hổ và Rồng

 Hoạt động khai thác dầu khí tại liên doanh dầu khí Vietsovpetro qua các thời kỳ Với mục tiêu nâng cao hệ số thu hồi dầu, Vietsovpetro đã áp dụng thành công nhiều giải pháp vi sinh hóa lý, giải pháp bơm ép nước, giải pháp nâng cao hệ số bao trùm… và đặc biệt quan trong hơn là giải pháp điều chỉnh chế độ và hệ thống khai thác

Hệ thống khai thác đầu tiên được áp dụng từ trước năm 1993, trong đó có tổ chức đới

mũ khí tiềm năng và đới khác thác, chưa có bơm ép, các giếng đều thẳng đứng

Từ cuối năm 1993, Vietsovpetro đã áp dụng thử nghiệp bơm ép vào thân dầu trong đá móng nứt nẻ Chính vì vậy từ thời điểm này hệ thống khai thác thứ 2 được đề xuất, trong đó bổ sung thêm đới bơm ép từ -3850m xuống đáy thân dầu

Từ những năm cuối của thập kỷ 90, các chuyên gia của Vietsovpetro đã nhận thấy rằng nếu duy trì bơm ép thì khó có khả năng hình thành mũ khí và các giếng khoan nghiêng có khả năng cho dòng hoặc độ tiếp nhận tốt hơn, đồng thời để hạn chế tạo thành lưỡi nước xâm nhập vào các giếng khai thác cần hình thành đới chuyển tiếp cũng như

Trang 13

đẩy khoảng bơm xuống dưới -4000m Nhờ bơm ép nước mà áp suất vỉa thân dầu trong móng mỏ Bạch Hổ được duy trì ổn định hơn Theo kết quả tính toán, do giải pháp bơm

ép nước, tổng sản lượng dầu tích dồn của thân dầu trong móng mỏ Bạch Hổ có khả năng nâng lên từ 78 triệu tấn lên trên 190 triệu tấn

Khu vực mỏ Rồng là khu vực mỏ vừa và nhỏ Đây là thành công lớn của Vietsovpetro trong việc xây dựng hệ thống khai thác liên hoàn cho 6 – 7 mỏ trên cơ sở

sử dụng chung hệ thống bơm ép nước, hệ thống gaslift, hệ thống lưu chứa dầu và hệ thống bơm vận chuyển khí vào bờ

Cũng như mỏ Bạch Hổ, mỏ Bắc Trung tâm Rồng và mỏ Đông Nam Rồng đều được tổ chức khai thác với chế độ khai thác ổn định, vượt hơn rất nhiều so với thiết kế ban đầu và đang được nghiên cứu để mở rộng, gia tăng sản lượng khai thác Theo sơ đồ công nghệ khai thác năm 2000, tổng sản lượng tích dồn đến năm 2020 toàn mỏ Đông Nam Rồng là 6,8 triệu tấn dầu Do áp dụng nhiều giải pháp thực sự có hiệu quả, như khoan đan dày, áp dụng gaslift, điều chỉnh hợp lý chế độ bơm ép nên đến hết năm 2009 tổng sản lượng dầu tích dồn đã vượt con số trên và dự kiến thăm dò, xây dựng các công trình biển bổ sung có khả năng cho tổng sản lượng dầu vượt qua 13-14 triệu tấn

Giải pháp hàng đầu nâng cao hệ quả khai thác mỏ là chế độ bơm ép Kinh nghiệm cho thấy hệ số thu hồi dầu không vượt quá 0,15 – 0,20 nếu không bơm ép nước Tuy nhiên, nếu không tổ chức bơm ép và điều chỉnh đúng một cách hợp lý thì hệ số thu hồi dầu có thể còn thấp hơn Lựa chọn được chế độ khai thác tối ưu trên cơ sở phải đảm bảo gradient thủy động lực luôn nhỏ hơn hoặc dao động xung quanh gradient trọng trường

Áp dụng bơm ép theo chu kỳ, bơm ép ở phần dưới ranh giới dầu nước là những yêu cầu đặc biệt quan trọng, cần được nghiên cứu, áp dụng một cách phù hợp cho từng mỏ cụ thể Chiều dày đới chuyển tiếp càng lớn thì hiệu quả bơm ép càng cao Áp dụng các phương pháp cơ học như bơm ngầm và gaslift với chế độ khai thác hợp lý cũng là giải pháp nâng cao khả năng thu hồi trữ lượng

Các giải pháp xử lý vùng cận đáy giếng là vấn đề đặc biệt quan trọng góp phần tăng khả năng thu hồi dầu cỉa giếng Kinh nghiệm cho thấy vùng cận đáy giếng luôn bị nhiễm bẩn khiến cho dòng ở phần cận đáy giếng bị mất dẫn đến lưu lượng giếng giảm đi

rõ rệt Hiện tượng này rất khó xử lý đối với các giếng khoan hoặc á ngang Việc khoan giếng ngang hoặc á ngang có rất nhiều nhược điểm như: khó khảo sát, không thu được thông tin chính xác của giếng, khó điều chỉnh được khoảng bơm ép nên khó điều chỉnh chế độ khai thác, khó làm sạch vùng cận đáy giếng

Trang 14

Vietsovpetro đã áp dụng thành công công nghệ mới nhằm tăng khả năng cho dòng của giếng như nứt vỉa thủy lực, xử lý axit, vi sinh hóa lý và ngăn cách điều chỉnh dòng

Do nhận thấy sự thiết yếu của phương pháp bơm ép vỉa để gia tăng hệ số thu hồi dầu nên việc xây dựng các giàn nén khí để thu gom khí đồng hành tạo khí áp suất cao đưa trở lại mỏ làm khí gaslift là rất quan trọng Việc xây dựng các giàn nén khí với nguồn nguyên liệu là khí đồng hành thu gom được ngày càng phổ biến hơn Giàn nén khí mỏ Rồng DGCP là một trong những giàn như vậy

1.2 Giới thiệu giàn nén khí mỏ Rồng DGCP

Giàn nén khí mỏ Rồng DGCP được xây dựng để thu hồi khí đồng hành bị đốt bỏ tại khu vực mỏ Rồng và mỏ Đồi Mồi DGCP được kết nối tới RP3 bằng cầu dẫn dài khoảng 60m Một số hệ thống phụ trợ của giàn DGCP sẽ được kết nối và cung cấp bởi RP3 như hệ thống nước kỹ thuật, nước cứu hỏa và nơi ăn ở của CBCNV giàn DGCP

Mỏ Rồng nằm trong bể Cửu Long, cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 120 km với độ sâu 56 m so với mức nước biển Mỏ Rồng được phát hiện từ năm 1984 và dòng dầu công nghiệp đầu tiên được đưa lên vào năm 1994 Trong khoảng thời gian này, sản lượng dầu khai thác được vào khoảng 1 triệu tấn mỗi năm

Hiện tại, trong khu vực mở Rồng có 3 giàn khai thác cố định (RP1, RP2, RP3) và một số giàn nhẹ (RC1, RC2, RC3, RC4, RC5, RCDM) đã được lắp đặt và đưa vào khai thác Giữa mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng có hệ thống đường ống kết nối cho dầu thôi và gaslift (áp suất 100 - 110 atm) Khí gaslift tiêu thụ của mỏ Rồng hiện được cung cấp từ

mỏ Bạch Hổ bằng đường ống 8” đi ngầm dưới dáy biển với khoảng cách xấp xỉ 28,5 km

so với mỏ Rồng Hiện tại, khi chưa có giàn thu gom khí thì tất cả khí đồng hành thu gom được từ các giàn khai thác mỏ Rồng đều được đốt bỏ

Nguồn khí đầu vào của giàn DGCP được đưa về từ mỏ Rồng và mỏ Đồi Mồi, các nguồn khí này được đưa vào ống góp khí chung trên RP3 và đưa đến DGCP bằng đường ống 14” vào bình tách đầu vào Slug Catcher Các thiết bị chính và những thiết bị khác trên giàn DGCP được thiết kế với lưu luợng dòng khí đầu vào lớn nhất là 0,96 triệu

m3/ngày đêm, cho điều kiện bình thường là 0,9 triệu m3/ngày đêm

Trên DGCP lắp đặt 2 tổ máy nén cao áp, cụm khí nhiên liệu, máy phát điện đảm bảo hoạt động của giàn và các thiết bị phụ trợ khác

Trang 15

1.3 Sơ đồ công nghệ chung của giàn nén khí mỏ Rồng

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ chung giàn nén khí mỏ Rồng - DGCP

Trang 16

Thuyết minh công nghệ:

Khí thu gom tại khu vực mỏ Rồng và Đồi Mồi từ các RC và RP2 theo hệ thống đường ống về RP3 áp suất từ 5 barg ÷ 6 barg theo đường ống gom 14” tới trạm nén khí, trước tiên vào Bình tách đầu vào V-101 (Slug Catcher) để tách chất lỏng, do khoảng cách vận chuyển xa, tốc độ dòng chảy tương đối chậm, chênh lệch nhiệt độ lớn do trao đổi nhiệt dưới biển có khả năng tạo ra nút chất lỏng (Bình tách đầu vào thiết kế có tính đến khả năng Slug), chất lỏng thoát ra khỏi bình tách dưới sự điều khiển của van điều khiển mức LV-101, chất lỏng được tập hợp cùng các dòng chất lỏng được tách, thoát ra từ các bình tách khí khác của trạm nén khí và chảy tới hệ thống chứa chất lỏng tại RP3 Không cần dùng bơm vì áp suất chất lỏng đủ lớn để tới RP3 Khí thoát ra khỏi bình tách đầu vào V-101 sẽ đi qua tấm chắn (có cấu tạo là những màng chắn mịn, những đường khúc khuỷu

tổ ong tạo va đập các hạt nhỏ sẽ bị giữ lại sau đó liên kế thành hạt lớn hơn và lắng xuống) như vậy phần này giữ lại những hạt chất lỏng có kích thước rất nhỏ

Dòng khí ra khỏi Bình tách đầu vào tiếp tục được chia ra đi tới đầu vào của 02 tổ máy nén khí cao áp, hai tổ máy nén tương đương nhau, sau đây chỉ trình bày 01 tổ máy

Dòng khí vào mỗi tổ máy qua van chặn (shutdown valve) tới bình tách khí 201A/B (đầu vào tổ máy – Inlet scrubber) bình tách này dùng để ngăn chặn chất lỏng xâm nhập vào các tầng nén (cánh công tác) của máy nén, lượng chất lỏng được tách ra tại đây không nhiều do phần lớn chất lỏng đã được tách trước khi vào tổ máy nén, dưới sự điều khiển của van điều khiển mực LV-301A/B chất lỏng gom vào đường chung tới RP3

V-Tại bình tách Inlet scrubber V-201A/B trên đường khí thoát ra cũng qua tấm màng tiêu chuẩn để ngăn lại những hạt chất lỏng có kích thước rất nhỏ (tấm màng được trang bị cho tất cả các bính tách khí tại phía trên bình phù hợp với các bình theo yêu cầu), dòng khí vào cấp nén thứ nhất K-201A/B, với tốc độ quay lớn, liên tục của máy nén ly tâm cùng với việc lắp đặt các tầng cánh nối tiếp nhau của cấp nén thứ nhất, thúc đẩy việc tăng tốc các phần tử khí khi qua máy nén, sau đó động năng của vận tốc được chuyển thành áp suất dòng khí dẫn tới tăng áp suất dòng khí, qua cấp nén thứ nhất áp suất khí tăng từ 5 barg lên 31,36 barg và nhiệt độ khí từ 29ºC lên 150,9ºC khí nén được làm mát tại thiết bị làm mát cấp I là AC-201A/B , dòng khí ra khỏi cụm làm mát AC-201A/B nhiệt giảm xuống còn 45ºC Một lượng chất lỏng được tạo ra do việc giảm nhiệt độ và được tách tại bình tách trung gian dưới sự điều khiển của van điều khiển mực LV-401A/B chất lỏng gom vào đường chung tới RP3

Trang 17

Dòng khí ra khỏi bình tách trung gian đi tới cấp nén thứ II và trích ra một phần đi tới cụm xử lý khí nhiên liệu qua thiết bị tách lọc F-501, dòng khí qua khỏi F-501 được chia ra làm hai nhánh, một đi tới hệ thống xử lý khí làm kín (seal gas system) của tổ hợp máy nén khí, phần còn lại dưới sự điều khiển của van điều khiển áp suất PV-1401/1402 khí tiếp tục được xử lý làm nhiên liệu, dòng khí nhiên liệu áp suất giảm còn 11,66 barg tới bình tách khí nhiên liệu sau đó phin lọc tiếp tục tới thiết bị gia nhiệt Khí nhiên liệu ra khỏi cụm xử lý khí nhiên liệu cung cấp tới Turbine máy nén, turbine máy phát điện, duy trì đuốc, có thể xuất qua RP-3 Một lượng chất lỏng được tách ra tại bình tách khí nhiên liệu dưới sự điều khiển của van điều khiển mực chất lỏng gom vào đường chung tới RP3

Dòng khí vào cấp nén thứ II là K-202A/B áp suất khí tăng từ 31,36 barg lên 109 barg và nhiệt độ khí từ 45ºC lên 141,9ºC khí nén được làm mát tại thiết bị làm mát cấp II

là AC-202A/B, dòng khí ra khỏi cụm làm mát cấp 2 nhiệt giảm xuống còn 45ºC Một lượng chất lỏng được tạo ra do việc giảm nhiệt độ và được tách tại bình tách đầu ra V-203A/B dưới sự điều khiển của van điều khiển mực LV-402A/B chất lỏng gom vào đường chung tới RP-3

Dòng khí ra khỏi bình tách đầu ra của hai tổ máy nén đi tới đường chung qua cụm

đo khí đầu ra của trạm nén khí PK-201 và hòa vào hệ thống gaslift của mỏ Rồng & Bạch

Hổ

Khí đầu ra của trạm nén khí cao áp Rồng dùng cho gaslift tại mỏ Rồng, phần còn

dư sẽ về mỏ Bạch Hổ chiều dài ống khoảng 28.000 m, nhiệt độ dòng khí ra 45ºC sẽ giảm xuống 25ºC Trong thành phần dòng khí ra một lượng condensate sẽ tạo thành, về lâu dài

sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển khí và khai thác dầu gaslift bằng nguồn khí này Vậy cần phải tính đến phương án có thể thu lượng condensate này ngay tại đầu ra của trạm nén cao áp bằng cách lắp đặt thiết bị làm lạnh (Cold system) ở đầu ra giàn nén khí cao áp

Toàn bộ lượng khí xả ra khi dừng tồ máy nén, khi sự cố dừng trạm nén sẽ đi vào đường gom chung tới bình tách đuốc V-401sau đó ra đuốc để đốt tại trạm nén khí, lượng chất lỏng được tách ra tại bình tách đuốc được chảy xuống thùng chứa V-301 từ đây chất lỏng được bơm ly tâm tăng áp và đi vào đường chung tới RP3

Trên trạm nén khí lắp đặt một hệ thống xả hở, toàn bộ nước từ các mặt sàn, đường thải của các bình tách khí trên trạm nén khí xả xuống thùng chứa chất lỏng của hệ thống

xả hở V-302 (Slops caisson), từ đây nước nhiễm dầu được tách dầu và bơm bởi bơm ngầm đi vào đường chung tới RP3, nước đạt yêu cầu về môi trường được thải ra biển

Trang 18

Trang 19

Bảng 1.2 Thông số Thiết bị tách đầu vào Slug Catcher

Áp suất( thiết kế/ vận hành) 2500/570 kPag

Nhiệt độ( thiết kế max và min/ nhiệt độ

1.4.2 Tổ máy nén khí cao áp (V-201A, V-202A, V-203A)

Hình 1.4 Sơ đồ máy nén khí cao áp Khí đi ra khỏi bình tách đầu vào đi đến ống đầu vào và phân chia vào 2 tổ máy nén cao áp, hai tổ máy nén tương đương nhau Mỗi máy nén cao áp có các đặc tính sau đây:

Trang 20

Bảng 1.3 Thông số một máy nén khí cao áp Năng suất thiết kế 0,45 triệu m3/ngày đêm

Năng suất bình thường 0,45 triệu m3/ngày đêm

Áp suất đầu ra (tại mặt bích máy

nén)

111 bar

Thiết bị truyền động Tuốc bin khí Solar Centaur 50 ( Công suất

2750 kW, tốc độ vòng quay lớn nhất là 15000 vòng/phút

Trên các bình tách V-201A, V-202A, V-203A đều có một có đặt một transmiter đo mức chất lỏng trong bình, qua đó để hiện thị mức chất lỏng về màn hình DCS và dùng để điều khiển độ mở van điều khiển trên đường đến Condensate Header tại vị trí mỗi bình

1.4.3 Bình tách hệ thống xả kín (Closed Drain Drum V-301)

Hình 1.5 Sơ đồ bình tách hệ thống xả kín

Trang 21

Để giải phóng chất lỏng từ các thiết bị, bình công nghệ của giàn khi tiến hành việc thổi rửa, chuẩn bị cho việc bảo dưỡng sửa chữa, trên giàn có hệ thống xả kín Bình V-301

có chức năng gom Condensate lại từ các bình tách Slug Catcher V101, các bình tách nén khí cao áp V-201A/B, V-202A/B, V-203A/B đi qua bơm để đưa qua hệ thống thu gom chung Condensate Khi mức trong bình nằm trong khoảng từ 300 mm đến 400 mm, hai bơm đều ở chế độ nghỉ Khi mức trong bình nằm trong khoảng từ 400 mm đến 824 mm, chương trình sẽ cho tín hiệu chạy bơm P-301A Khi mức trong bình nằm trong khoảng từ

824 mm đến 924 mm, chương trình sẽ cho tín hiệu chạy bơm P-301A/B Khí tách ra đưa vào đường đuốc thấp áp để đốt

1.4.4 Bình tách đuốc cao áp V401

Hình 1.6 Sơ đồ bình tách đuốc cao áp Bình tách đuốc cao áp (Flare Scrubber V-401) nằm trong hệ thống đuốc bao gồm các đường gom khí xả cao áp, đường gom khí xả thấp áp, bình tách đuốc cao áp, cụm đánh lửa và đầu đuốc

Hệ thống ống gom khí xả cao áp gom khí từ van an toàn bình tách đầu vào, từ các mình tách của cụm máy nén, từ cụm xử lý khí nhiên liệu, từ cụm đo khí Tất cả khí này được đưa vào bình tách đuốc cao áp để tách khí và thành phần lỏng Khí đi thẳng lên đuốc để đốt, còn chất lỏng từ bình tách đuốc cao áp qua van điều khiển mức đi vào bình tách hệ thống xả kín ( Closed Drain Drum V-301)

Trang 22

Chương 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS và bộ điều khiển logic khả trình

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS VÀ

BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH

2.1 Hệ thống điều khiển DCS

2.1.1 Cấu hình chung của hệ DCS (Distributed Control System)

Như đã trình bày ở chương 1, có thể đưa ra một số đặc điểm về công nghệ và yêu cầu điều khiển của giàn nén khí Mỏ Rổng như sau :

 Giàn nén khí Mỏ Rồng có diện tích nhỏ được chia làm hai phân khu chính : phân khu thứ nhất nằm ở tầng Topsides bao gồm hệ thống phụ trợ cho các bình tách đầu vào V101, bình tách hệ thống xả kín V301, bình tách đuốc cao áp V401 và phân khu thứ hai nằm phía trên tầng Topsides bao gồm hệ thống phụ trợ cho máy nén vào gồm các bình V201A,V202A,V203A

 Thuật toán điều khiển không phức tạp, chủ yếu là tác động ON/OFF Chức năng thu thập dứ liệu cho giám sát là quan trọng

Từ những đặc điểm trên, cấu hình cơ bản hệ thống điều khiển giàn nén khí Mỏ Rồng được đề xuất gồm các thành phần sau:

 Các trạm vận hành OS (Operator Station)

 Trạm kỹ thuật ES (Engineering Station) và các công cụ phát triển

 Bộ điều khiển cục bộ PLC S7-300 của hãng Siemens

 Hệ thống truyền thông (field bus, system bus)

Trong hệ DCS thường gồm 3 cấp và thực hiện liên kết với một phần cấp quản lí và điều hành sản xuất thông qua hệ thống quản lí thông tin Sơ đồ cấu hình tiêu biểu của hệ DCS như hình 2.1

 Cấp trường (Field Bus) - Cấp chấp hành – cảm biến : gồm các bộ phân phối I/O phân tán (ví dụ ET 200 M hoặc I/O S7-300, ) để ghép nối với các cảm biến, các cơ cấu chấp hành, xử lí sơ bộ trước khi gửi lên cấp điều khiển Cấp trường có thể có các bộ điều

Trang 23

khiển cục bộ nhỏ (ví dụ S7 300,…) thực hiện điều khiển các công đoạn nhỏ, hoặc độc lập

 Cấp điều khiển: Bao gồm một số bộ điều khiển cơ lớn (Control Station) Bộ điều khiển có thể là máy tính , PLC (ví dụ Siemens : PLC S7400;) Yokogawa : VP-Centum; Centun CS 3000,…), bộ điều khiển công nghiệp hoặc máy tính cá nhân công nghiệp Yokogawa : VP-Centum; Centun CS 3000,…) Bộ điều khiển thực hiện các thuật toán điều chỉnh ví dụ các bộ điều khiển PID và điều khiển lôgíc ( PLC) có chức năng điều khiển cục bộ các công đoạn của nhà máy và toàn nhà máy Ngoài ra còn có chức năng truyền thông với cấp cảm biến , điều khiển cơ cấu chấp hành để lấy thông tin đầu vào và xử lý tín hiệu, thực hiện các thuật toán điều khiển và gửi tín hiệu xuống điều khiển cơ cấu chấp hành ở cấp chấp hành Các bộ điều khiển có thể truyền thông nhau qua mạng truyền thông cấp điều khiển

Thông thường, các trạm điều khiển gồm các khâu: khối xử lý trung tâm (CPU), khối môđun vào ra tương tự và số, khối giao diện với Bus hệ thống, khối giao diện với Bus trường

 Cấp vận hành , giám sát chỉ huy : Trạm vận hành (OS) giao diện Người - máy với quá trình, Cung cấp đồ họa mô tả hoạt động nhà máy, Trạm kỹ thuật (ES)

Các trạm vận hành có thể vận hành độc lập hoặc song song Để tiện quản lý, mỗi trạm vận hành tương ứng với mỗi công đoạn Tuy nhiên các trạm vận hành nối chung một mạng và phần mềm trên tất cả các trạm hoàn toàn giống nhâu, nên có thể truy nhập vào nhau hoặc có thể thay thế nhau

Chức năng cơ bản của trạm vận hành :

 Hiển thị lưu đồ công nghệ, điều khiển một quá trình của một công đoạn : Tổng quan, nhóm, từng thiết bị, đồ thị thời gian thực, lịch sử vận hành và lỗi,…

 Hỗ trợ hệ thống thông qua các công cụ thao tác

 Tạo và quản lý các công thức điều khiển

 Xử lý các lỗi và sự kiện

 Lưu trữ, quản lý, xử lý dữ liệu

 Chuẩn đoán hệ thống , hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống

 Hỗ trợ lập báo cáo

Trang 24

Trong trạm vận hành có các dạng : Màn hình, bàn phím, chuột và hiện nay là các màn hình chạm (Touch Screen) Một trạm vận hành có thể bố trí theo kiểu một ngưởi sử dụng (một hoặc nhiều màn hình) hoặc nhiều người sử dụng với nhiều thiết bị đầu cuối Trạm kỹ thuật là nơi cài đặt các công cụ phát triển, cho phép cài đặt hệ thống; tạo và theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người máy; đặt cấu hình và tham số hoá các thiết bị trường

Hình 2.1 Cấu hình chung hệ thống DCS Một số hệ điều khiển phân tán tiêu biểu của các dây chuyền sản xuất ở Việt Nam: PCS7 của Siemens, Centum CS1000 / CS3000, Centum VP (mới nhất) của Yokogawa, Advant OCS của ABB (mới nhất hiện nay l à 800xA System)

2.1.2 Chức năng của hệ DCS

a Chức năng điều khiển: Chức năng điều khiển quá trình công nghệ toàn nhà máy là chức năng quan trọng nhất Chức năng điều khiển được thực hiện bằng các bộ điều khiển đặt ở phòng điều khiển trung tâm hoặc các trạm vận hành của các công đoạn

Chức năng điều khiển có hai chức năng : Điều khiển cơ bản và truyền thông

 Chức năng điều khiển cơ bản: DCS thực hiện tất cả các chức năng điều khiển của một nhà máy Các thành phần thực hiện chức năng điều khiển cơ bản trong DCS gọi là khối hàm (Function Block)

Trang 25

 Chức năng truyền thông, trao đổi thông tin với các hệ thống phụ

Trong hệ DCS, còn có các PLC nhỏ điều khiển một số thiết bị nhỏ, hoặc thiết bị phụ : trạm bơm, trạm nén khí, xử lý nước … Các tham số làm việc và trạng thái của các

hệ thống phụ cần được đưa vào hệ DCS phục vụ giám sát

b Chức năng vận hành và giám sát hệ thống

 Hiển thị trạng thái hoạt động của toàn nhà máy nhờ công cụ đồ họa

 Hiển thị trạng thái là việc thông qua đồ thị theo thời gian các thông số của nhà máy thông qua các TAGNAME Nhiều hình thức hiển thị: Đồ thị thời gian thực, Giá trị thực và đặt, bảng số liệu,

c Chức năng cảnh báo

Cảnh báo nguy cơ (Warrning); Báo động (Alarm); Lỗi (Fault)

d Chức năng lập báo cáo

Lưu trữ dữ liệu cho báo cáo định kỳ: Thông số làm việc, trạng thái làm việc, sự cố

e Chức năng an toàn hệ thống

Phân quyền truy nhập vào hệ thốn : Tuỳ theo trách nhiệm mà chỉ được truy nhập vào từng vùng của hệ,…

2.2 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC

2.2.1 Giới thiệu hãng sản xuất tự động hóa Siemens

SIEMENS có truyền thống là nhà cung cấp hàng đầu về hệ thống tự động hóa quá trình và thiết bị đo cho thị trường châu Âu Vài năm gần đây, siemens đã tiến những bước

đi dài trong việc phát triển kinh doanh trong lĩnh vực này trên thị trường toàn cầu thông qua việc mua lại các công ty khác cũng như thay đổi cơ cấu tổ chức

Mục tiêu của Siemens A&D (Automation & Drives) trong các ngành tự động hóa, truyền động, thiết bị đóng cắt hạ thế, và công nghệ lắp đặt diện là trở thành công ty dẫn đầu thị trường thế giới, điồng thời mở rộng hoạt động kinh doanh mang lại lợi nhuận cao trong các lĩnh vực này Để đạt được những mục tiêu ày công ty đã tăng cường hoạt động trong lĩnh vực tự động hóa quá trình và phát triển phần mềm dùng cho các hệ thống điều khiển phức tạp dựa trên nền tảng Tự Động Hóa Tích Hợp Toàn Diện – TIA

SIEMENS đã nổi lên như là một trong những nhà cung cấp hàng đầu thế giới trong lĩnh vực công nghiệp xử lý- chế biến trên thị trường thế giới, và đặc biệt là tại thị trường Bắc Mỹ Nếu sự phát triển trong lĩnh vực này là thông thường thì công ty sẽ tiếp

Trang 26

tục chú trọng phát triển những lĩnh vực chủ chốt trong ngành tự động hóa quá trình với tốc độ cao hơn tốc độ phát triển kinh trung bình của thị trường Hiện nay hệ SIMATIC PCS7, trọng tâm của sự phát triển kinh doanh trong ngành xử lý - chế biến của SIEMENS

đã khẳng định được vị thế trên thị trường và có tính năng linh hoạt cao có thể sánh ngang hàng với bất kỳ hệ thống nào có trên thị trường Hiện tại đã có hàng ngàn hệ SIMATIC PCS7 được lắp đặt khắp toàn cầu

Hai điểm mạnh của SIEMENS là khả năng đưa hệ tự động hóa rời rạc và tự động hóa quá trình về cùng một môi trường điều khiển và định hướng sở hữu các công nghệ trọng tâm SIEMENS không phải là một nhà cung cấp PLC đi vào thế giới DCS (Distributed Control System) – Hệ Điều khiển Phân tán hay ngược lại mà SIEMENS đã

có nhiều năm kinh nghiệm trong cả hai lĩnh vực tự động hóa rời rạc và quá trình vào cùng một môi trường chung dưới nền tảng TIA và SIMATIC

Xét trên khóa cạnh định hướng phát triển công nghệ, SIMATIC PCS 7 hoàn toàn phù hợp với mô hình tự động hóa quá trình cộng tác và đã nhanh chóng chiếm vị trí cao trên thị trường công nghệ

2.2.2 Phân tích lựa chọn giải pháp và thiết bị hãng Siemens

 Chỉ tiêu về kĩ thuật

Bộ điều khiển S7-300 của Siemens đã có thể đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu công nghệ Chúng hoạt động tin cậy, tốc độ xử lý cao rất mạnh trong quá trình điều khiển rời rạc, điều khiển trình tự và cả điều khiển quá trình

Khả năng mở rộng rất lớn, mỗi một bộ điều khiển cỡ trung bình có thể mở rộng hàng chục module mở rộng, hàng trăm điểm vào ra Vì vậy mỗi bộ điều khiển trung tâm có thể đảm nhận quá trình điều khiển cả một hệ thống cỡ lớn

Chúng hoạt động rất linh hoạt có thể đóng vai trò là master hoặc slave tùy theo yêu cầu công nghệ bài toán, có giao diện mạng truyền thông có thể kết nối với các thiết bị thuộc cấp trên và các thiết bị ở cấp dưới

Có rất nhiều chức năng, chuẩn đoán lỗi, rất nhiều chế độ ngắt, có thể thực hiện ở chế

độ dự phòng bằng chương trình Có thể kết nối nhiều thiết bị vào mạng vừa có thể đóng vai trò là một OPC server và OPC client

Trạm vận hành có thể được xây dựng đầy đủ tất cả các tính năng, giám sát thông số, cập nhật và lưu trữ dữ liệu một cách liên tục, thực hiện các chức năng cảnh báo, biểu diễn

Trang 27

dạng đồ thị bẳng biểu và xuất ra các bảng báo cáo Phần mềm giao diện SCADA có thể kết nối với cơ sở dữ liệu SQL Server, Micro Access, xuất báo cáo bằng Excel

 Chỉ tiêu về kinh tế:

 Các thiết bị điều khiển giám sát của Siemens rất đa dạng về chủng loại, rất phong phú trên thị trường, ứng dụng hầu hết vào tất cả các ngành sản xuất Thiết bị rất dễ thay thế vì vậy rất thuận tiện trong quá trình bảo trì và sửa chữa

 Thiết bị được sản xuất hàng loạt, rất nhiều chủng loại khác nhau vì vậy rất dễ lựa chọn chính vì vậy rất kinh tế và thuận tiện Giá cả cũng rất hợp lý

2.3 Giới thiệu chung về dòng sản phầm PLC S7-300 của hãng Siemens

Bộ điều khiển PCL S7-300 đóng vai trò là bộ điều khiển trung tâm vừa thực hiện chức năng vận hành đóng cắt khi có sư cố, ngoài ra nó còn thực hiện chức năng truyền thông

đưa các tín hiệu thiết bị trường về các trạm vận hành để thực hiện quá trình giám sát

PLC S7300 được thiết kế theo kiểu module Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống Số các module được sử dụng nhiều hay ít tùy theo từng ứng dụng, song tối thiểu bao giờ cũng có 1 module chính

là module CPU Các module còn lại là những module truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài, các module chức năng chuyên dụng… Chúng được gọi chung là các module mở rộng

Các module mở rộng gồm có: Module nguồn (PS); Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM), gồm có: DI, DO, DI/DO, AI, AO, AI/AO; Module ghép nối (IM); Module chức năng điều khiển riêng (FM); Module phục vụ truyền thông (CP)

M COIL VALE

PS CPU IM SM:DI SM:DO SM:AI SM:AO FM CP

Hình 2.2 Cấu tạo chung bộ điều khiển PLC S7-300

Trang 28

2.3.1 Giới thiệu về phần cứng

a Module nguồn PS307 của S7 - 300

 Module PS307 có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn xoay chiều 120/230V thành nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của PLC Ngoài ra còn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các cảm biến và các cơ cấu tác động có công suất nhỏ

 Module nguồn thường được lắp đặt bên trái hoặc phía dưới của CPU tùy theo các lắp đặt theo bề ngang hoặc theo chiều dọc

 Module nguồn PS 307 có 3 loại 2A, 5A, 10A

 Mặt trước của module nguồn gồm có:

 Một đèn LED báo hiệu trạng thái điện áp ra 24V

 Một công tắc dùng để bật/tắt điện áp ra

 Một nút dùng để chọn điện áp đầu vào là 120 VAC hoặc 230 VAC

 Mặt sau của module gồm có các lỗ dùng để nhận điện áp vào và ra

b Khối xử lý trung tâm CPU

 Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời, bộ đếm và cổng truyền thông RS 485… và có thể có một vài cổng vào/ra số Các cổng vào ra số này được gọi là cổng vào ra onboard

 Trong họ PLC S7 300 các module CPU được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như: module CPU312, module CPU314, module CPU315…

 Ngoài ra còn có các module được tích hợp sẵn cũng như các khối hàm đặt trong thư viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard,được phân biệt bằng cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ module CPU312 IFM, module CPU314 IFM… Bên cạnh đó còn có loại CPU với hai cổng truyền thông, trong

đó cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ nối mạng phân tán và kèm theo phần mềm tiện dụng tích hợp sẵn trong hệ điều hành Các loại module CPU này được phân biệt bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi Ví dụ: module CPU315-2DP, module CPU316-2DP Ta sử dụng module CPU 315 -2DP

c Module mở rộng cổng tín hiệu

Digital Input Module

Module mở rộng các cổng vào số, có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ các thiết bị ngoại

vi vào vùng đệm để xử lý, gồm có các module sau:

 SM 321 DI16xAC120 V

 SM 321 DI16xDC24 V

Trang 29

 SM 321 DI16x24VDC, interrupt

 SM 321 DI8xAC120/230V

 SM 321 DI32xDC24V,…

Digital Output Module

Module mở rộng các cổng ra số, có nhiệm vụ xuất các tín hiệu từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi, một số loại module ra số:

 SM 322 DO16xAC120V/0.5A

 SM 322 DO16xDC24V/0.5A

 SM 322 DO 8xAC120/230V/1A, …

Digital Input/ Output Module

Module mở rộng các cổng vào/ra số Tích hợp nhiệm vụ của hai loại module trên Gồm

có các loại sau:

 SM 323 DI16/DO16x24V/0.5A

 SM 323 DI8/DO8x24V/0.5A

 SM 323 DI8/DO8xDC24V/0.5A…

Analog Input Module

Module mở rộng các cổng vào tương tự, có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu tương tự từ bên ngoài thành các tín hiệu số để xử lý bên trong S7300 Gồm các loại module sau:

 SM 331 AI2x12bit

 SM 331 AI8x12bit

 SM 331 AI8x16bit…

Analog Output Module

Module mở rộng các cổng ra tương tự, có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu số bên trong S7-300 thành các tín hiệu tương tự để phục vụ cho quá trình hoạt động của các thiết bị bên ngoài Gồm các loại module sau:

 SM 332 AO2x12bit

Trang 30

 SM 332 AO4x12bit

 SM 332 AO4x16bit…

Analog Input/Output Module

Module tích hợp nhiệm vụ của hai loại trên Gồm có:

 SM 334 AI4/AO2

 SM 334 AI4/AO2x12bit

 SM 334 AI4/AO4x14/12bit…

d Module ghép nối (Interface Module –IM)

 Là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ ghép nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải được nối với nhau bằng module IM Module IM gồm có các loại:

 IM 360

 IM 361

 IM 365

2.3.2 Tổ chức bộ nhớ CPU của PLC S7300

Bộ nhớ của CPU bao gồm các vùng nhớ sau:

 Vùng nhớ chứa các thanh ghi

Load Memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng do người sử dụng viết, bao gồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình trong

Trang 31

thư viện hệ thống được sử dụng (SFC, SFB), các khối dữ liệu DB Vùng nhớ này được tạo bởi một phần bộ nhớ RAM của CPU và EEPROM

Work Memory: là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối chương trình (OB,

FC, FB, SFC, SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho những tham

số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trị với hệ điều hành và với các khối chương trình khác (local block)

Hình 2.3 Tố chức bộ nhớ trong CPU 2.3.3 Thông số của khối xử lý trung tâm CPU-315-2DP

CPU-315-2DP có bộ nhớ chương trình từ trung bình đến lớn và có giao diện Profibus có thể kết nối vào mạng profibus Cụ thể là để kết nối mạng profibus với các thiết bị trường, bên cạnh đó nó có thể kết nối Simatic S7 300 tới mạng Ethernet công nghiệp với các chứng năng như profinet tốc độ lên tới 10/100 Mbit/s

Được sử dụng cho các hệ thống có số lượng đầu vào đầu ra lớn, số kênh số tối đa là

1024, số kênh tương tự tối đa là 512 và được sử dụng cho hệ thống với cấu trúc vào ra

Trang 32

phân tán, số trạm DP slave cho mỗi CPU là 64 và số dữ liệu cho SP slave là 244 byte Truyền thông cho profinet là 64 trạm

2.3.4 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng

a Vòng quét chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (Scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội

bộ và kiểm tra lỗi

Hình 2.4 Vòng quét chương trình Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định mà tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện và khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó

Đối với các cổng vào ra tương tự không liên quan tới bộ đệm I và Q nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm

b Cấu trúc chương trình

Lập trình tuyến tính: là phương pháp lập trình mà trong đó toàn bộ chương trình ứng dụng sẽ chỉ nằm trong một khối OB1 Cấu trúc này có ưu điểm là gọn, rất phù hợp với những bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ

Trang 33

Hình 2.5 Lập trình tuyến tính Lập trình cấu trúc: là phương pháp lập trình mà trong đó chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau, tương tự như việc thực hiện chương trình con Cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ, phức tạp và thường sử dụng các khối cơ bản sau:

Khối OB (Orgnization block): là khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau Chúng được phân biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm ký tự OB Ví dụ: OB1, OB3, OB40,…

 Khối FC (Program bloc): khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên theo sau nhóm

ký tự FC Ví dụ: FC1, FC2,

 Khối FB (Function block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block Trong một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB này cũng được phân biệt với nhau bằng một số nguyên theo sau nhóm ký tự FB Ví dụ: FB1, FB2,

 Khối DB (Data block): là khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Các tham số của khối do người sử dụng tự đặt Trong một chương trình ứng dụng

có thể có nhiều khối DB và các khối DB này cũng được phân biệt với nhau bằng một số nguyên theo sau nhóm ký tự DB Ví dụ: DB1, DB2,

Trang 34

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối Xem những phần chương trình trong các khối như là những chương trình con thì S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau Số các lệnh gọi lồng nhau tuỳ thuộc vào từng chủng loại module CPU

 Module mềm FC106

Sau khi giá trị qua Scale được sử lý theo yêu cầu của người sử dụng, thì ta cần phải chuyển đổi lại giá trị thực tế để điều khiển Khi đó ta sẽ sử dụng hàm FC106 để chuyển đổi ngược từ giá trị kỹ thuật sang số nguyên Dựa theo công thức sau:

OUT = [ ((IN–LO_LIM)/(HI_LIM–LO_LIM)) * (K2–K1) ] + K1

Trang 35

Hình 2.7 Khối hàm unscale

 Modul mềm FB 41

Phần mềm Step 7 cung cấp các module mềm PID để điều khiển các đối tượng có

mô hình liên tục như lò, động cơ, mức… Đẩu a của đối tượng được phản hồi về đầu vào của bộ điều khiển thông qua các cổng vào tương tự của các module của SIMATIC S7-

300

“PID CONTROL”: Bao gồm các phần tử sau:

 Khối hàm ( Funtion Block PID Control S7-300) bao gồm:

FB41 “CON-C”

FB42 “CON-S”

FB43 “PULSEGEN”

 Parameter assignment user interface PID Control S7-300: Gán thông số giao diện

và hình dạng cho khối điều khiển

 Electronic manual PID Control: Những phần tử và thiết bị điện được thiết kế Điều khiển liên tục với FB41: Được sử dụng trong ngôn ngữ lập trình Step 7 để điều khiển sự hoạt động của các máy mpsc, thiết bị Trong khi thiết lập tham số cho bộ điều khiển PID, có thể sử dụng hoặc không sử dụng một số thành phần chức năng của bộ điều khiển cho phù hợp với đối tượng

Trang 36

Hình 2.8 Cấu trúc khối FB41 Module mềm PID bao gồm tín hiệu chủ đạo SP-INT, tín hiệu ra của đối tượng PV-PER, tín hiệu giả để mô phỏng tín hiệu ra của đối tượng PV_IN, các biến trung gian trong quá trình thực hiện luật và thuật điều khiển PID như PVPER-ON, P-SEL… Khối FB41

có 26 tham biến hình thức đầu vào và 9 tham biến hình thức đầu ra

Các giá trị chuẩn hóa vào/ ra ngoại vi:

 Hàm CRP – IN (hàm nội của FB41) đổi giá trị ngoại vi PV_PER(tín hiệu ra) từ dạng số nguyên sang số thực dấu phẩy đọng có giá trị nằm trong khoảng -100% đến 100% theo công thức:

CRP – IN = PV – PRE x

Trang 37

 Hàm PV_NORM (hàm chuẩn hóa tín hiệu ra của đối tượng) có chức năng chuẩn hóa tín hiệu ra của hàm CRP_IN theo công thức:

Tín hiệu ra: PV_NORM = (tín hiệu ra của CRP-IN) x PV – FAC - OFF

Mặc định:

PV-FAC của hàm PV-NORM có giá trị bằng 1

PV-OFF của hàm PV-NORM có giá trị bằng 0

 Hàm CRP-OUT có chức năng biến đổi từ kiểu biểu diễn số thực dấu phấy động sang biểu diễn riêng theo công thức:

LMN-PER=LMN x

d Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng

Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng thông qua bus nội bộ Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào của các module

số (DI) sẽ được CPU chuyển tới bộ đệm vào số (process image input table-I) Cuối mỗi vòng quét, nội dung của bộ đệm ra (process image output table-Q) lại được CPU chuyển tới cổng ra của các module ra số (DO) Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng Nếu trong chương trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc cổng vào số thì cho dù giá trị logic thực có của các cổng vào này có thể bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị

từ I và giá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét Cũng như vậy, nếu chương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng ra số thì do nó chỉ thay đối nội dung bít nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị thay đổi cuối cùng mới thực sự đưa tới cổng ra vật lý của module DO

Khác hẳn với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại được CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO) Như vậy mỗi lệnh đọc giá trị từ địa chỉ thuộc vùng PI (peripheral input) sẽ thu được một giá trị đúng bằng giá trị thực có

ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh

Tương tự khi thực hiện lệnh gửi một giá trị (số nguyên 16 bits ) tới địa chỉ của vùng PQ (peripheral output), giá trị đó sẽ đượcü gửi ngay tới cổng ra tương tự của module

Trang 38

Hình 2.9 Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng

Tuy nhiên miền địa chỉ PI và PQ lại được cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào/ra tương tự có thể có của một trạm Điều này tạo khả năng kết nối các cổng vào/ra

số với những địa chỉ dôi ra đó trong PI/PQ giúp chương trình ứng dụng có thể truy nhập trực tiếp các module DI/DO mở rộng để có được giá trị tức thời tại cổng mà không cần thông qua bộ đệm I và Q

Trang 39

Chương 3 Thiết kế cấu hình phần cứng và chương trình phần mềm

Chương 3 THIẾT KẾ CẤU HÌNH PHẦN CỨNG VÀ

CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 3.1 Phân công đầu vào ra

Dựa trên liệt kê các thiết bị vào/ra của các thiết bị công nghệ, bảng phân cổng vào/ra PLC được trình bày ở bảng 3.1 - 3.4

Bảng 3.1 Liệt kê đầu vào số DI STT

6 CB Van XV 1201 đang khóa I 0.6 ZSC-1201

7 CB Van XV 1201 đang mở I 0.7 ZSO-1201

Trang 40

Chương 3 Thiết kế cấu hình phần cứng và chương trình phần mềm

17 CB Van XV 0102 đang khóa I 2.1 ZSC-0102

18 CB mức V401 quá cao vị trí B I 2.2 LSHH-1201B

19 CB Van XBDV 0103 đang khóa I 2.3 ZSC-0103

20 CB mức V401 quá cao vị trí C I 2.4 LSHH-1201C

22 CB Van XBDV 0103 đang mở I 2.6 ZSO-0103

24 CB mức V401 quá thấp I 3.0 LSLL-1202

25 CB mức V301 quá thấp I 3.1 LSLL-0903

26 CB nhiệt độ V401 quá thấp I 3.2 TSLL-1201

27 CB mức V301 quá cao I 3.7 LSHH-0901

28 CB Van SDV0301A đang khóa I 8.0 ZSC-SDV0301A

29 CB Van SDV0301A đang mở I 8.1 ZSO-SDV0301A

34 CB Van XBDV 0604 đang khoá I 8.6 ZSC-XBDV0604

35 CB Van XBDV 0604 đang mở I 8.7 ZSO-XBDV0604

Bảng 3.2 Liệt kê đầu ra số DO

PLC

Kí hiệu

1 Tín hiệu mở Van LV 0101 Q 0.0 LV-0101

2 Tín hiệu mở van BDXV 0103 Q 0.1 XBDV-0103

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	2,74 MB