Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học e5 ứng dụng trong các tổng kho xăng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học E5 ứng dụng trong các tổng kho xăng dầu” do tôi tự nghiên cứu, thiết kế dưới

NGUYỄN THỊ HƯƠNG TRẦM

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN PHỐI TRỘN XĂNG SINH HỌC E5

ỨNG DỤNG TRONG CÁC TỔNG KHO XĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Điều khiển và tự động hóa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS BÙI ĐĂNG THẢNH

Hà Nội – 2018

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học (E5) ứng dụng trong các tổng kho xăng dầu” do tôi tự

nghiên cứu, thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Bùi Đăng Thảnh Các nội dung nghiên cứu, kết quả và số liệu là hoàn toàn đúng với thực tế, không sao chép nội dung cơ bản từ các đồ án khác, hay các sản phẩm tương tự

Để hoàn thành luận văn cao học này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã được ghi trong phần những tài liệu tham khảo và không sử dụng bất cứ một tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2018

Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Hương Trầm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về Tổng kho xăng dầu Đức Giang: 3

1.1.1Quy trình xuất hàng cho xitec tại Tổng kho xăng dầu Đức giang: 4

1.1.2 Hệ thống tự động hóa Kho xăng dầu Đức Giang 7

1.2 Giới thiệu chung về xăng sinh học E5 9

1.3 Hệ thống phối trộn xăng sinh học E5 14

1.3.1 Phương pháp bơm trộn tuần hoàn kín trong bồn: 15

1.3.2 Phối trộn bằng đoạn ống xoắn (static mixer) 15

1.3.3.Phương pháp phối trộn trên đường ống (in-line) 17

1.4 Các yêu cầu đặt ra về hệ thống phối trộn 17

1.4.1.Yêu cầu đối với hệ thống đặt ra: 18

1.4.2.Các chỉ tiêu an toàn và phòng chống cháy nổ 19

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 21

2.1 Phân tích yêu cầu điều khiển của hệ thống 21

2.2 Thiết kế hệ thống: 22

2.2.1 Giải pháp hệ thống: 22

2.2.2 Mô hình thiết kế kết nối phần cứng hệ thống TĐH điều khiển phối trộn E5 25

2.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống: 26

2.3.1 Hệ Thống Bể Chứa 26

2.3.2 Hệ thống sử dụng PLC SLC 5000 của hãng Allen-Bradley 28

2.3.3Thiết bị điều khiển Accuload Net.III: 36

2.3.3.1 Cấu tạo và tính năng: 37

2.3.3.2 Ứng dụng: 39

2.3.3.3 Thông số kỹ thuật: 40

2.3.4 Bơm động lực 42

2.3.4.1 Giới thiệu 43

2.3.4.2 Thông số kỹ thuật 44

2.3.4.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm bánh răng: 44

2.3.5 Thiết bị đo lưu lượng 46

2.3.5.1 Các đặc điểm riêng 46

2.3.5.2 Thông số kỹ thuật 47

2.3.5.4 Cấu tạo của thiết bị đo 49

2.3.5.5 Các thiết bị kết nối với Oval metter 51

2.3.6 Cảm biến đo nhiệt độ 51

2.3.6.1 Cảm biến nhiệt độ RTD PT100 52

2.3.7 Van điện 54

2.3.7.1 Giới thiệu 54

2.3.7.2 Thông số kỹ thuật 54

2.3.7.3 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo 55

2.3.7.4 Khởi động và vùng điều chỉnh của van 57

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦM MỀM VÀ KẾT QUẢ 59

3.1 Hệ thống SCADA 59

3.1.1 Khái niệm chung 59

3.1.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống SCADA 60

3.1.3 Chức năng của hệ thống SCADA: 60

3.1.4 Đặc điểm của hệ thống SCADA 61

3.1.5 Ưu, nhược điểm của hệ thống SCADA 62

3.2 Lập trình PLC giám sát (SCADA) và quản lý dữ liệu của hệ thống phối trộn E5 63

3.3 KẾT QUẢ 78

3.3.1 Hệ thống thiết bị phối trộn xăng E5 tại dàn xuất: 78

3.3.2 Màn hình giám sát và quản lý lưu trữ thông số phối trộn 79

KẾT LUẬN 84

1 Các kết quả đạt được 84

2 Các hạn chế khi thực hiện 84

3 Hướng phát triển của đề tài 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

2 PLC Programmable Logic Control

3 Accuload III Bộ điều khiển xuất hàng

5 FCS Field Control Station

6 BCU Bath Cotronller

7 API American Petroleum Institute

8 FCS Field Control Station

9 RTD Resistance Temperature Detectors

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Tình hình sản xuất bio-ethanol năm 2012 của một số nước 13

Bảng 2.1 Các kiểu dữ liệu thường dùng 34

Bảng 2.2 Số luợng các task của 1 số bộ điều khiển 35

Bảng 2.4 Thống số kỹ thuật của thiết bị đo lưu luợng OVAL 47

Bảng 3.2 Bảng Datalog ghi log lại các thông số chính theo thời gian trong quá trình xuất hàng 70

Bảng 3.3 Bảng Alarmlog ghi lại các cảnh báo của Accuload 71

Bảng 3.4 Bảng Eventlog ghi lại một số sự kiện tương tác giữa người dùng và phần mềm TĐH 71

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tổng quan Tổng kho xăng dầu Đức giang 4

Hình 1.2 Sơ đồ xuất hàng của Tổng kho xăng dầu Đức Giang 4

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống tự động hóa dàn xuất xitec 6

Hình 1.4 Sơ đồ quy trình luân chuyển thông tin nghiệp vụ xuất hàng tự động8 Hình 1.5 Mô hình phối trộn bơm tuần hoàn trong bồn kín 15

Hình 1.6 Mô hình phối trộn bằng đoạn ống xoắn 16

Hình 1.7 Thiết bị phối trộn ống xoắn 16

Hình 1.8 Mô hình phối trộn trực tiếp trên đường ống 17

Hình 2.1 Mô hình tổng quan hệ thống dàn xuất xitec 23

Hình 2.2 Mô hình hệ thống phối trộn xăng E5 25

Hình 2.3 Bể chứa xăng khoáng tại Tổng kho xăng dầu Đức giang 26

Hình 2.4 Bể chứa xăng khoáng tại Tổng kho xăng dầu Đức giang 27

Hình 2.5 Hệ thống bể kết nối với cộng nghệ đường ống 27

Hình 2.6 CompactLogix 1769 L32E 28

Hình 2.7 Module etherNet/IP network 30

Hình 2.8 Module DeviceNet Network 31

Hình 2.9 Cấu trúc bộ nhớ của CompactLogix 1769L32E 31

Hình 2.10 Bộ điều khiển Accuload Net.III 37

Hình 2.11 Mô hình quá trình điều khiển lưu lượng của một mẻ hàng 39

Hình 2.12 Đường ống công nghệ xăng kết nối với máy bơm động lực 43

Hình 2.13 Trạm bơm của hệ thống bơm phối trộn 44

Hình 2.14 Cấu tạo trục bơm bánh răng 45

Hình 2.15 Nguyên lý hoạt động của bơm 45

Hình 2.16 Thiết bị đong đếm lưu lượng kế 47

Hình 2.17 Các vị trí của 2 oval 48

Hình 2.18 Cơ cấu truyền động của 2 bánh răng oval 49

Hình 2.19 Cấu tạo của thiết bị đo lưu luợng 50

Hình 2.20 Các màn hình hiển thị 51

Hình 2.21 Các thiết bị ghép nối với oval metter 51

Hình 2.22 Cảm biến PT100 52

Hình 2.23 Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ RTD 53

Hình 2.24 Van điện Smith meter 54

Hình 2.25 Cấu tạo của van điện 55

Hình 3.26 Đồ thị hoạt động của van điện 56

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA 60

Hình 3.2 Lưu đồ mô tả tương tác giữa người dùng bộ Accuload và phần mềm Scada 64

Hình 3.3 Mô tả hết nối hệ thống TĐH và SAP-ERP 65

Hình 3.4 Mô tả quy trình xử lý thông tin 66

Hình 3.5 Các thiết bị tại hệ thống phối trộn xăng E5 79

Hình 3.6 Màn hình SCADA hiển thị các thông số phối trộn 80

Hình 3.7 Các thông số phối trộn được lưu lại trong cở sở dữ liệu 80

Hình 3.8 Các filelog cảnh báo 81

Hình 3.9 Modul phân quyền người sử dụng 82

Hình 3.10 Modul kết nối với các phần mềm ứng dụng 83

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng hoà nhập với chủ trương công nghiệp hoá hiện đại hoá thì ngành công nghiệp năng lượng đóng vai trò chủ đạo trong chiến lược phát triển kinh

tế của cả nước là một nhân tố tối quan trọng, có khả năng duy trì, là động lực để phát triển sản xuất Trong đó, xăng dầu là nguồn năng lượng không thể thiếu trong các hoạt động sản xuất, giao thông vận tải, góp phần to lớn vào sự phát triển của nền kinh tế quốc dân

Đặc biệt, cùng với sự hội nhập kinh tế thế giới với Việt Nam là một nước đang phát triển thì lĩnh vực vận tải, công nghiệp, các khu chế xuất phát triển mạnh, đời sống nhân dân ngày càng cao do dó đã kéo theo nhu cầu sử dụng năng lượng tăng Trước nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng mà nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt và xu hướng đang chuyển dịch dần sang sử dung nhiên liệu sạch, trong đó ưu tiên cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường Hiện nay trong các nguồn năng lượng thay thế thì năng lượng sinh học được lựa chọn sử dụng để thay thế một phần nhiên liệu khoáng thạch Nhà nước, chính phủ Việt Nam đã có phương án lộ trình thay thế và chuyển toàn bộ xăng khoáng RON 92 sang sử dụng xăng sinh học E5 bắt đầu từ 1/1/2018

Cùng với sự phát triển thì điều khiển, tự động hoá là một lĩnh vực đã hình thành và phát triển rộng lớn trên phạm vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm có chất lượng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được quan tâm và đấu

tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theo định hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước Không ngoài mục đích đó, việc ứng dụng tự động hóa vào việc khai thác, quản lý xuất nhập xăng dầu là rất cần thiết Vì

vậy, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học (E5) ứng dụng trong các tổng kho xăng dầu” sẽ giúp tạo ra sản phẩm đảm bảo

đúng yêu cầu tiêu chuẩn

Trong thời gian làm luận văn, với những kiến thức được học trong nhà trường, kinh nghiệm làm việc và triển khai các hệ thống cùng với tài liệu tham khảo, sách, tạp chí ở ngoài chương trình học tập và đặc biệt nhờ có sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS Bùi Đăng Thảnh, các thầy cô trường Đại học Bách khoa Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp mà tác giả đã hoàn thành bản luận văn này Tuy nhiên, do kiến thức, khả năng còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp cho bản luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2018

Học viên

Nguyễn Thị Huơng Trầm

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về Tổng kho xăng dầu Đức Giang:

Tổng kho xăng dầu Đức Giang trực thuộc Công ty xăng dầu khu vực I là một trong những tổng kho xăng dầu lớn của Tập đoàn xăng dầu Việt Nam (Petrolimex),

có nhiệm vụ cung cấp xăng dầu liên tục cho thành phố Hà Nội và các tỉnh phía Bắc Tổng kho có tổng sức chứa trên 83.000 m3, sản lượng xuất nhập qua kho đạt gần 1,5 triệu m3/năm Tại đây có hệ thống nhập xuất hàng hóa xăng dầu bao gồm hệ thống xuất bao gồm: 02 bến xuất xitec, 01 bến xuất wagon, 01 bến xuất đường thủy Trong đó, hệ thống xuất hàng xitec với 18 họng xuất có tần xuất hoạt động liên tục tới 300xe/ngày Bến xuất xitec tại Tổng kho xăng dầu Đức Giang có nhiệm

vụ cung ứng xăng dầu cho Thành phố Hà Nội và một số tỉnh lân cận như Bắc Ninh, Vĩnh Phúc Do có tầm quan trọng nên việc yêu cầu hệ thống xuất hàng đảm bảo ổn định, liên tục chính xác và minh bạch thương mại là điều rất cần thiết

Tổng kho Đức Giang nhận xăng dầu bằng đường ống thông qua hệ thống MicroMotion từ Công ty Xăng dầu B12 (Quảng Ninh) thay cho việc nhận hàng bằng đường bộ góp phần hợp lý hoá khâu vận chuyển và giảm chi phí Do ngành xăng dầu có tính đặc trưng riêng và nhạy cảm nên việc hiện đại hoá Kho là một trong những chương trình đầu tư trọng điểm cuả Công ty xăng dầu khu vực I Trong

đó ưu tiên việc xây dựng công nghệ và xây dựng phân hệ TĐH bến xuất xitec nhằm tăng sản lượng bán ra nâng cao uy tín của Công ty và thu hút nhiều khách hàng hơn nữa Ngoài ra để đồng bộ các thiết bị hoàn chỉnh quy trình hoạt động và quản lý thông tin dữ liệu, xây dựng một mô hình quản lý mới, tiên tiến, giảm tối thiểu các hao hụt và tác động của con người trong khâu giao nhận, chống thất thoát hàng hoá, đồng thời cải thiện văn minh thương mại trong quá trình kinh doanh, thuận tiện trong giao tiếp với khách hàng khi thương mại điện tử (E-commerce) ở Việt Nam

Hình 1.1 Tổng quan Tổng kho xăng dầu Đức giang

1.1.1 Quy trình xuất hàng cho xitec tại Tổng kho xăng dầu Đức giang:

Tổng kho xăng dầu Đức giang xuất hàng chủ yếu bằng đường bộ thông qua 2

dàn xuất xitéc chiếm 80% tổng sản luợng xuất của cả kho

Tòan bộ thông tin

Khách hàng lái xe vào đuờng xuất

Nv bán hàng kiểm tra số luợng xuất,thứ tự xuất hàng

Nhân viên vận hành

mở van tay và bắt đầu xuất hàng

Nhân viên theo dõi chỉ số trên đồng hồ lưu luợng

Sau khi đạt đuợc số luợng cần xuất thì đóng nhanh van

Nhân viên và lái

xe xác nhân chỉ

số

Kết thúc xuất hàng

Hình 1.2 Sơ đồ xuất hàng của Tổng kho xăng dầu Đức Giang

Tại phòng Phát hành hóa đơn

Khách hàng và tài xế đến đăng ký lấy hàng tại Phòng phát hành hóa đơn

công ty Nhân viên phòng phát hành hóa đơn đưa số liệu vào máy tính qua phần

mềm UAT (phần mềm trung gian giao tiếp giữa cơ sở dữ liệu SAP-ERP với dữ liệu

TĐH) sau đó phát hành lệnh xuất hàng cho các Lái xe theo các thông tin đã đăng ký

lấy loại hàng Toàn bộ thông tin (mã hợp đồng, mã khách, nguồn hàng, lượng, loại

hàng, số mã xe/mã số người lái xe, v.v và mã TĐH cũng được tạo ra tại đây làm cơ

sở vào họng xuất lấy hàng) được lưu tại máy chủ của Công ty - Tập đoàn Petrolimex qua phần mềm quản trị doanh nghiệp SAP-ERP

Tại phòng cổng kiểm soát vào/ra

Người lái xe cho xe Xi-téc xếp hàng vào cổng xuất trình lệnh xuất hàng và dung tích, giấy PCCN hợp pháp của phương tiện, lệnh vận chuyển hoặc sổ theo dõi xuất hàng để nhân viên bảo vệ kiểm tra

Nhân viên căn cứ vào tính hợp pháp của các giấy tờ trên thông qua phần mềm điều xe sắp xếp thứ tự theo quy định đặt trước và thông báo số thứ tự và họng được sắp xếp (sắp xếp nhận hàng đảm bảo liên tục, cân đối giữa các họng xuất cùng một mặt hàng), hướng dẫn lái xe và phương tiện đến số họng theo phần mềm điều

xe nhận hàng theo thứ tự cho từng mặt hàng (tuân thủ quy định đúng những lệnh đã được sắp xếp trên phần mềm trừ những trường hợp sự cố khác)

Căn cứ vào lệnh xuất hàng và phương tiện đã đăng ký, nhân viên bảo vệ tiếp tục kiểm tra các điều kiện an toàn PCCC, chiều cao nhiên liệu chứa trong bình chứa nhiên liệu của xe và kẹp liêm trì chống trường hợp rò rỉ và thất thoát từ tec trong quá trình nhận hàng

Tại các dàn xuất hàng cho xe Xi-téc:

Khi xe Xi-téc đã vào họng xuất, công nhân vận hành tại dàn xuất sẽ kiểm tra

số lượng hàng xuất và thứ tự ghi trên Lệnh xuất hàng với dung tích xe, kiểm tra độ kín, độ sạch của phương tiện, thao tác và kiểm tra an toàn (đặt họng xuất vào miệng

xe, lắp tiếp đất) Reset đồng hồ cơ khí về số 0 có sự chứng kiến của lái xe Công nhân vận hành mở van tay và quá trình xuất được bắt đầu

Trong cả quá trình này, công nhân vận hành phải theo dõi chỉ số trên đồng hồ lưu lượng kế và đến khi đạt lượng hàng theo lượng đặt trước (được tạo từ phòng hóa đơn) đối với từng ngăn của xe Khi kết thúc quá trình xuất hàng cho xe xi-téc, người tài xế đưa Lệnh xuất hàng cho nhân viên phát hành hóa đơn thao tác máy tính quản

lý hàng hoá và in các hoá đơn xuất hàng cho khách hàng, in hoá đơn với đầy đủ thông tin yêu cầu

Nhân viên tại cổng kiểm tra lượng hàng thực tế tiến hành đo lại mức xăng dầu trong từng ngăn xe so với tấm mức lưỡi gà theo dung tích kiểm định barem của

xe Kẹp chì niêm phong xe đồng thời đưa thông tin số hiệu chì và luơng hàng âm, dương đã đo theo barem vào phần mềm niêm chì và in biên bản giao nhận hàng hóa voiứ đầy đủ thông tin của niêm chì và giao bản cam kết chất lượng của Công ty và cho phép xe xi téc ra khỏi Kho

Bộ phận bán hàng - Phòng Kinh doanh Công ty

Mạng Ethernet

FieldBus

RS232/485 Converter

Can nhiệt Van điện

Batch Controller 1010A

…

COM1 COM2

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống tự động hóa dàn xuất xitec

1.1.2 Hệ thống tự động hóa Kho xăng dầu Đức Giang

Hệ thống tự động hoá Tổng kho xăng dầu Đức giang được xây dựng với nguyên tắc đơn giản trong vận hành, minh bạch trong giao nhận, thuận tiện trong quản lý và bảo trì, có khả năng dự phòng và dễ dàng mở rộng trong tương lai

Các thiết bị được lựa chọn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo an toàn PCCN theo các tiêu chuẩn của ngành, làm việc ổn định, bền trong môi trường công nghiệp, hiện đại và đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam

Với mục đích phục vụ sản xuất và kinh doanh, hệ thống tự động hoá gồm có các phân hệ cơ bản sau :

- Hệ thống thiết bị phòng điều khiển trung tâm

- Phân hệ tự động hóa xuất hàng

- Phân hệ tự động hóa nhập hàng qua Micromotion

- Phân hệ tự động hóa thu hồi hơi xăng trong quá trình xuất nhập xăng dầu

Về tổng thể, hệ thống tự động hoá cho kho xăng dầu thiết kế trên nền tảng sử dụng hệ thống điều khiển phân tán – DCS lập trình điều khiển-PLC, phục vụ cho ứng dụng điều khiển, đo lường, tích hợp thiết bị trong giai đoạn hiện tại phục vụ giao nhận và tương lai Chủng loại PLC được lựa chọn có tốc độ xử lý cao, có thể phát hiện sự cố trên bất kỳ module nào và đảm bảo hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động khi tiến hành thay thế module hỏng Công nghệ truyền thông sử dụng trong hệ thống là các công nghệ mạng tiên tiến và phổ biến nhất hiện nay: mạng công nghiệp Modbus, mạng Ethernet… Trong hệ thống, cần xây dựng cơ sở dữ liệu nhằm mục đích lưu trữ các thông số quá trình sản xuất, lưu trữ các thông tin xuất nhập, phục

vụ nhu cầu thống kê và kiểm tra Hệ thống cơ sở dữ liệu thiết kế đảm bảo độ bảo mật, tin cậy cao, cho phép nhiều máy tính có thể truy nhập những vẫn đáp ứng về tốc độ đường truyền

Để thực hiện tự động hoá xuất hàng, sử dụng thiết bị điều khiển xuất chuyên dụng Batch Controller (BCU) Các bộ BCU này sẽ nhận số liệu xuất hàng trực tiếp tại bến xuất do nhân viên cài đặt và thực hiện xuất hàng theo đúng lượng đăng ký Thông tin trong quá trình xuất hàng bao gồm: lượng đăng ký, lượng thực xuất, tên

khách hàng, thời gian xuất… sẽ được cập nhật và lưu trữ vào cơ sở dữ liệu của máy chủ Công ty từ BCU kết nối qua bộ điều khiển PLC đưa qua phần mềm SCADA và phần mềm quản lý, lưu trữ dữ liệu

Tất cả các thiết bị tiếp xúc với xăng, dầu cần đảm bảo yêu cầu PCCN, phù hợp với yêu cầu về môi trường làm việc và phân vùng nguy hiểm nơi chúng được lắp đặt Độ chính xác của số liệu đo đếm đáp ứng tiêu chuẩn cho việc vận hành, điều khiển, lưu trữ và thương mại

Hệ thống tự động hóa xuất hàng

Trong phân hệ tự động hoá xuất hàng, thiết kế sử dụng thiết bị điều khiển xuất chuyên dụng Batch Controller (BCU) Nhân viên cài đặt lượng hàng cần xuất trực tiếp vào bộ BCU tại bến xuất Từ thông tin này, bộ PLC căn cứ vào những dữ liệu khác như thông số nhiệt độ, áp suất, thông số đo lường bể để tiến hành chạy bơm công nghệ, mở van định lượng và xuất hàng tại cần xuất tương ứng

Hình 1.4 Sơ đồ quy trình luân chuyển thông tin nghiệp vụ xuất hàng tự động

1.2 Giới thiệu chung về xăng sinh học E5 [5]

Năng lượng có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và nâng cao chất lượng cuộc sống của các quốc gia trên thế giới vì vậy chính sách phát triển kinh tế, xã hội bền vững của mỗi quốc gia đều có sự gắn kết chặt chẽ giữa an ninh quốc gia, an ninh kinh tế và an ninh năng lượng Đến nay, năng lượng hoá thạch (đặc biệt là dầu mỏ) vẫn là dạng năng lượng chủ yếu, tuy nhiên theo thống kê của Tập đoàn dầu mỏ BP: năm 2003 trữ lượng dầu mỏ toàn cầu khoảng 150 tỷ tấn trong khi đó mức độ tiêu thụ khoảng 3,6 tỷ tấn/năm, như vậy sau khoảng 40 năm nữa thì nguồn năng lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt Nguồn dầu mỏ lớn của thế giới tập trung chủ yếu ở khu vực Trung Đông là nơi luôn có tình hình chính trị bất ổn định, bên cạnh đó nguồn cung vẫn thấp hơn cầu về dầu mỏ là những lý do làm cho giá dầu luôn biến động phức tạp và tăng cao Ngoài những lợi ích to lớn do nguồn năng lượng dầu mỏ mang lại thì việc sử dụng, tiêu thụ nó cũng phát sinh nhiều vấn đề về

ô nhiễm môi trường do khí thải của quá trình đốt cháy nhiên liệu Theo thống kê, khí thải từ các hoạt động có liên quan đến sản phẩm dầu mỏ và nhiên liệu hóa thạch chiếm khoảng 70% tổng lượng khí thải trên toàn thế giới Hàng năm, toàn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc hại và khí nhà kính, tăng thêm 30% so với thời

kỳ tiền công nghiệp (từ 280 ppm tăng lên 360 ppm), khiến nhiệt độ trái đất tăng 0,6 đến 0,8oC Hiện tượng trái đất nóng lên, mực nước biển dâng cao, dẫn tới thiên tai,

lũ lụt xảy ra ở quy mô rộng, hệ sinh thái mất cân bằng như hoang mạc hoá, sa mạc hoá là những tác động mặt trái của việc gia tăng sử dụng nhiên liệu khoáng thạch trên toàn thế giới Trước bối cảnh các mối lo ngại về nguồn năng lượng hoá thạch ngày càng cạn kiệt, những biến động khó lường của giá dầu trên thế giới gây ảnh hưởng tới các nền kinh tế, các tác động xấu tới môi trường do sử dụng nguồn năng lượng này gây nên đòi hỏi cần thiết phải tìm các nguồn năng lượng mới thay thế, trong đó ưu tiên cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường Trong số các nguồn năng lượng thay thế (năng lượng gió, mặt trời, hạt nhân ) thì năng lượng sinh học (như xăng sinh học, diesel sinh học) hiên nay là xu thế phát

triển tất yếu được lựa chọn sử dụng như dạng nhiên liệu sạch để thay thế một phần nhiên liệu khoáng thạch

Xăng sinh học (gasohol) là gì?

Xăng sinh học là hỗn hợp của xăng không chì truyền thống và cồn sinh học (bio-ethanol), trong đó 95 đến 90% thể tích là xăng không chì truyền thống và 5 đến 10% thể tích là cồn sinh học được sử dụng làm nhiên liệu cho các loại động cơ đốt trong như xe máy, ô tô Xăng sinh học được ký hiệu là “Ex”, trong đó “x” là tỷ lệ

% cồn sinh học biến tính Ví dụ: xăng sinh học E5 tức là nhiên liệu được pha trộn từ

4 ÷ 5% thể tích cồn sinh học biến tính Cồn sinh học để pha trộn thành xăng sinh học bao gồm Bio-methanol, bioethanol, bio-butanol , trong đó bio-ethanol là cồn sinh học biến tính (ethanol biến tính) thông dụng nhất được sử dụng để pha chế xăng sinh học

Cồn sinh học được sản xuất như thế nào?

Cồn sinh học hiện nay được sản xuất ở quy mô công nghiệp từ các nguồn nguyên liệu sẵn có và có khả năng tái tạo được như:

- Nguồn nguyên liệu có chứa đường và tinh bột cao: mía, củ cải đường, ngũ cốc, ngô, sắn ; Tinh bột từ các loại ngũ cốc được chuyển hoá thành đường rồi lên men thành bio-ethanol

- Nguồn nguyên liệu sinh khối (sinh khối xenluloza): nguồn gốc từ các chất thải nông nghiệp (rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu ), chất thải rừng (bột gỗ, gỗ thải loại ), chất thải rắn đô thị (có chứa xenluloza), các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến thực phẩm, các loại cây ngắn ngày có hàm lượng xenluloza cao

- Nguồn nguyên liệu được phát triển nhờ công nghệ sinh học để lựa chọn, cấy ghép và nuôi trồng thực vật theo các cấu trúc tế bào có thể điều chỉnh được (lignin, xenluloza, hemixenluloza), ví dụ nuôi trồng tảo, vi tảo trong nuớc, loài tảo này sẽ cho năng lượng gấp 7-30 lần so với các loại cây trồng khác Các nguồn nguyên liệu trên là những nguồn nguyên liệu thân thiện với môi trường vì các cây trồng nông nghiệp và các nguồn sinh khối khác tiếp nhận và giảm thiểu CO2 trong môi trường không khí thông qua quá trình quang hợp theo chu kỳ sống của mình

Mỗi nguồn nguyên liệu khác nhau để sản xuất cồn sinh học đều có những ưu nhược điểm khác nhau, ví dụ: sản xuất cồn sinh học từ nguồn tinh bột hoặc sản phẩm lương thực được cho là không bền vững do ảnh hưởng tới an ninh lương thực, mặt khác do sự biến đổi khí hậu toàn cầu nên ngành nông nghiệp bị ảnh hưởng bị mất mùa, nguồn cung cho sản xuất không ổn định dẫn tới giá thành sản phẩm cồn sinh học tăng cao Sản xuất cồn sinh học từ các cây trồng công nghiệp được cảnh báo là cây trồng nhiên liệu sinh học có nguy cơ thành cây xâm lấn do cạnh tranh với diện tích đất trồng cây lương thực và gây bất ổn an ninh lương thực Vì vậy cần phải có chính sách hài hoà để phát triển giữa đất canh tác lương thực và đất trồng cho vùng nguyên liệu sản xuất cồn sinh học

Sự khác nhau giữa etanol nhiên liệu và ethanol biến tính

Ethanol (etyl alcohol, etanol): là hợp chất hóa học có công thức C2H5OH, sôi ở 78,3oC, là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước nhưng nặng hơn xăng (khối lượng riêng khoảng 793,7 đến 797,7 kg/m3 ở 15oC), dễ cháy, tan vô hạn trong nước

và là dung môi hữu cơ đa dụng Ethanol được tạo thành sau một chuỗi quá trình chế biến và sản xuất, sản phẩm ethanol thông thường có chứa nước và tạp chất vì vậy độ tinh khiết của ethanol sau sản xuất chỉ đạt tới khoảng 95% (do điểm sôi hỗn hợp ethanol và nước đạt cực đại khoảng 96%) Trong công nghiệp, để tạo ethanol có nồng độ cao hơn (từ 99 – 99,5%) thì có thể sử dụng mộ t số thành phần khác pha vào để phá vỡ điểm sôi hỗn hợp đẳng phí nhằm loại bỏ nước Ethanol nhiên liệu: là etanol có thể có một số ít tạp chất thông thường (bao gồm nước nhưng không bao gồm chất biến tính) Ethanol biến tính: là etanol được sử dụng để pha chế với xăng không chì truyền thống tạo ra xăng sinh học Các chất biến tính phổ biến nhất để sử dụng cho ethanol nhiên liệu là xăng tự nhiên, các thành phần xăng, hoặc xăng không chì có nồng độ từ 1,96% - 5% thể tích ethanol nhiên liệu

Lợi ích của việc sử dụng xăng sinh học:

Giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch: Như đã nói ở trên, khi xu hướng sử dụng năng lượng và nhiên liệu trên thế giới tăng cao trong khi nguồn cung

và nguồn dự trữ ngày càng cạn kiệt đòi hỏi phải tìm kiếm nguồn năng lượng mới,

bên cạnh các nguồn năng lượng như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân thì năng lượng và nhiên liệu sinh học là xu thế tất yếu phát triển Bảo vệ môi trường: Việc phát triển các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu sinh khối khác góp phần thu và giảm thiểu CO2 thông qua quá trình quang hợp theo chu kỳ sống của cây trồng đồng thời thông qua việc mở rộng sản xuất nông nghiệp

sẽ giúp cho tăng cường an ninh lương thực, tạo công ăn việc làm và thu nhập nhiều hơn cho nông dân Mặt khác sử dụng xăng sinh học làm nhiên liệu cho động cơ sẽ cải thiện môi trường khí thải động cơ như: Giảm hàm lượng Hydrocacbon, CO, NOx, CO2, hàm lượng BTX (benzen, toluen, xylen), giảm hàm lượng bụi

Tình hình sản xuất và sử dụng xăng sinh học trên thế giới

Năm 2008, nhiên liệu sinh học (bio-ethanol và biodiesel) được sản xuất trên toàn thế giới đạt 87 gigalitre, tương đương với lượng tiêu thụ của nước Đức vào năm 2008 Theo dự báo của Bộ năng lượng Mỹ thì nhiên liệu tái tạo sẽ chiếm 8,5% năng lượng sử dụng toàn cầu và lượng bio-ethanol được sử dụng sẽ thay thế 20% nhiên liệu truyền thống vào năm 2030 Hiện nay Mỹ và Brazil là các nước đứng đầu thế giới về sản suất bio-ethanol từ ngô và nguyên liệu có đường Tại Mỹ, Bio-ethanol có thể được sử dụng để sản xuất xăng sinh học E85 cho các động cơ đặc biệt (85% bio-ethanol và 15% xăng truyền thống) Dự kiến năm 2012 cung cấp 28,4

tỷ lít bio-ethanol, chiếm khoảng 5% nhu cầu xăng dầu sử dụng Brazil bắt đầu sản xuất bio-ethanol từ 1975, đến năm 1993 Chính phủ đã thông qua luật bắt buộc cung cấp xăng ra thị trường phải pha trộn 20-25% bio-ethanol Hiện nay hơn 80% xe ô tô của Brazil sử dụng nhiện nhiệu linh loạt (tới 30% bio-ethanol) Năm 2004 đã có 32.000 cửa hàng xăng dầu của Brazil cung cấp xăng sinh học Các nước trong khối

EU phấn đấu tới 2010 sử dụng 5,75% nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu truyền thống cho các phương tiện vận tải Pháp có kế hoạch sử dụng 7% nhiên liệu sinh học vào 2010 và 10% vào 2015, Bỉ đã sử dụng 5,75% nhiên liệu sinh học vào 2010 Năm 2008, Uỷ ban Châu âu EU đã có chính sách bắt buộc sử dụng 10% nhiên liệu sinh học và dự kiến đến 2020 sử dụng đến 20% nguồn năng lượng tái tạo Năm

2005, Trung Quốc đã thông qua chính sách sử dụng năng lượng tái tạo, Chính phủ

cam kết đến 2020 sẽ sử dụng 10% năng lượng của quốc gia là từ nguồn năng lượng tái tạo Năm 2012 Thái Lan tiêu thụ 410 triệu lít bio-ethanol E20 tiêu thụ hơn 90 triệu lít, E10 tiêu thụ hơn 660 triệu lít và được bán ở 1.200 cửa hàng xăng dầu Dự báo 2013 bio-ethanol tiêu thụ hơn 450 triệu lít, xuất khẩu gấp 3 lần năm 2011 đạt

167 triệu lít tới các nước khu vực như Philippine, Singapore, Nhật, Australia, Đài Loan, Hàn Quốc

Bảng 1 Tình hình sản xuất bio-ethanol năm 2012 của một số nước

Mục tiêu: Nhằm phát triển nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường Cụ thể như:

❖ Giai đoạn 2010:

+ Hoàn thiện hệ thống cơ chế, chính sách, văn bản quy phạm pháp luật; + Xây dựng lộ trình sử dụng nhiên liệu sinh học để thay thế một phần nhiên liệu khoáng thạch, thí điểm mô hình phân phối nhiên liệu sinh học tại một số tỉnh thành phố;

+ Quy hoạch phát triển vùng nguyên liệu để sản xuất cồn sinh học;

+ Xây dựng và phát triển mô hình sản xuất thử nghiệm và sử dụng nhiên liệu sinh học quy mô 100.000 tấn E5 và 50.000 tấn B5 đảm bảo đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu cả nước

tế trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học

❖ Theo thông báo số 255/TB-VPCP ngày 06/6/2017 ý kiến chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ quyết định từ ngày 1/1/2018 cả nuớc sẽ chính thức chuyển xăng RON 92 sử dụng hoàn toàn bằng xăng sinh học E5

1.3 Hệ thống phối trộn xăng sinh học E5

❖ PHƯƠNG PHÁP PHA CHẾ (PHỐI TRỘN) XĂNG SINH HỌC

Trên thế giới theo nghiên cứu hiện tại có 3 phương pháp phối trộn phổ biến

và được áp dụng rộng dãi Tuy vậy tùy theo điều kiện thực tiễn, hệ thống cơ sở vật chất kỹ thuật của từng kho xăng dầu, phương án sản xuất kinh doanh của từng đơn

vị mà có thể lựa chọn một hoặc phối hợp các phương pháp phối trộn dưới đây:

➢ Phương pháp bơm trộn tuần hoàn kín trong bồn (in-tank recirculation) hoặc dùng máy khuấy trong bồn;

➢ Phương pháp phối trộn nội dòng (xăng – etanol) bằng đoạn ống lòng xoắn (static mixer) tạo xăng sinh học và đưa tới bồn chứa;

➢ Phương pháp phối trộn trên đường ống (in line) xuất trực tiếp xăng sinh học ra phương tiện vận tải

1.3.1 Phương pháp bơm trộn tuần hoàn kín trong bồn:

Hình vẽ dưới đây mô tả phương pháp phối trộn xăng khoáng và E100 tại bồn E100 và xăng khoáng được bơm vào bồn dùng để chứa xăng sinh học ethanol với tỷ lệ thể tích ethanol ấn định trước (5%, 10%) Nếu bơm lần lượt từng thành phần vào bể pha trộn thì sẽ bơm Ethanol vào trước (có khối lượng riêng lớn hơn) sau đó bơm xăng vào (có khối lượng riêng nhỏ hơn) hoặc bơm từng lớp một, sau đó bơm tuần hoàn (bơm quẩn) trong bồn hoặc sử dụng mixer để khuấy trộn tạo sự đồng nhất của sản phẩm pha trộn

Xăng khoáng

Bơm Xăng E5

E100 Bơm Hình 1.5 Mô hình phối trộn bơm tuần hoàn trong bồn kín

1.3.2 Phối trộn bằng đoạn ống xoắn (static mixer)

Phối trộn bằng đoạn ống xoắn thực chất là phối trộn trên đường ống, trong

đó xăng khoáng và etanol nhiên liệu được bơm đồng thời vào cùng một đường ống

(với lượng và tỷ lệ cho trước qua lưu lượng kế) Trên đường ống công nghệ lắp đặt một đoạn ống xoắn để đảm bảo phối trộn tốt hơn giữa các thành phần

Xăng Khoáng

Bơm Lưu lượng kế Xăng sau phối trộn

Static

E100

Bơm Lưu lượng kế

Hình 1.6 Mô hình phối trộn bằng đoạn ống xoắn

Hình 1.7 Thiết bị phối trộn ống xoắn

1.3.3 Phương pháp phối trộn trên đường ống (in-line)

Bộ điều khiển phối trộn

Lưu lượng kế E100

Bơm Van tự động

Xăng Khoáng

Bơm Lưu lượng kế

Hình 1.8 Mô hình phối trộn trực tiếp trên đường ống

Với phương pháp phối trộn này thì trên đường ống của Xăng khoáng và

Etanol E100 sẽ được lắp đặt các lưu lượng kế (01 lưu lượng kế trên một đường ống

với các thông số: lưu lượng, áp suất phù hợp) Hai lưu lượng kế này được tích hợp

điều khiển vào bộ điều khiển phối trộn điện tử (blender controller) Bộ điều khiển

phối trộn điện tử này được cài đặt tỷ lệ pha trộn (5% Etanol và 95% xăng khoáng)

và nhận tín hiệu điều khiển từ các lưu lượng kế để đóng mở van tự động (control

valve) nhằm đảm bảo tỷ lệ pha trộn định trước Đây là phương pháp phối trộn liên

tục, lượng hàng khi được bơm vào xe xitec luôn đạt tỷ lệ phối trộn đã được định

trước

1.4 Các yêu cầu đặt ra về hệ thống phối trộn

Trên cơ sở đặc điểm và sản lượng của sản phẩm E100 được sản xuất tại Việt

Nam, đối chiếu với yêu cầu về chất lượng theo các tiêu chuẩn TCVN 7716:2011 và

TCVN 8063:2009, cùng với việc xem xét hiệu quả của hệ thống nên hướng từng bước định hình được dây chuyền công nghệ pha chế và đã áp dụng tại một số Tổng kho xăng dầu Chọn phương án công nghệ phối trộn và xuất E5 cho ôtô xitec là pha trực tiếp trên đường ống (in-line) tại giàn xuất ô tô xitec Theo đó hệ thống phối trộn và xuất E5 cho ô tô xi tec được nghiên cứu và yêu cầu thiết kế bao gồm:

- Các bể chứa E100 tiếp nhận bằng ô tô xi tec chở từ nơi sản xuất đến, được xem là phụ liệu, phục vụ pha chế

- Các hệ thống công nghệ phối trộn, hệ thống tự động hóa pha chế và quản lý hàng hóa, cùng các hệ thống phụ trợ khác nhằm đảm bảo an toàn PCCC và vệ sinh môi trường

- Hệ thống phối trộn và xuất E5 cho ôtô xitec sẽ pha trực tiếp trên đường ống

(in-line) tại giàn xuất ô tô xitec

1.4.1 Yêu cầu đối với hệ thống đặt ra:

Do có liên quan đến tính lý hóa của xăng sinh học E5 nên yêu cầu bắt buộc của hệ thống là đúng tỷ lệ đặt ra, phối trộn đều; tất cả các quá trình phối trộn đều giám sát và lưu trữ lại các thông số như: Mã lệnh TDH, mã ngăn, số xe, mã hàng hóa, tỷ lệ, tỷ trọng trung bình, nhiệt độ trung bình mẻ, lít thực tế, lượng xăng nền (M92), lương xăng Ethanol (E100)

Hệ thống liên quan đến quá trình giao nhận hàng hóa mang tính chất thương mại nên yêu cầu độ chính xác đong đếm và các thiết bị đều được kiểm chuẩn theo quy chuẩn của các đơn vị thẩm quyền nhà nước

Để đảm bảo chất lượng ổn định của xăng sinh học sau pha chế; yêu cầu các thiết bị có độ chính xác cao bên cạnh các yêu cầu đặc thù về vật liệu, các trang thiết

bị pha chế, vận chuyển, tồn chứa, cấp phát thì xăng sinh học cần phải được bảo đảm

chất lượng Các mục tiêu yêu cầu về kỹ thuật mà hệ thống Tự động hoá phối trộn E5 xuất hàng cho ôtô xitéc cần đạt được là:

➢ Hệ thống có độ an toàn, tin cậy cao để phục vụ liên tục và ổn định cho quá trình xuất hàng

➢ Hệ thống phải đảm bảo việc xuất hàng được nhanh chóng và thuận tiện, giảm tác động chủ quan của con người, nâng cao năng xuất lao động Tăng cường khả năng giám sát quá trình xuất hàng và kiểm tra sự cố

➢ Hệ thống phải lưu trữ được số liệu trong quá trình xuất hàng (lượng thực xuất, nhiệt độ trung bình ) và kết nối được với hệ thống thông tin quản lý giúp cho công tác quản lý chặt chẽ, chính xác, nhanh chóng và thuận tiện

➢ Hệ thống tự động hoá điều khiển động cơ bơm, điều khiển van, đóng hàng tự động một cách chính xác theo lượng hàng đặt trước (Vpreset)

➢ Hệ thống đảm bảo cho việc phát triển hệ thống về sau này được dễ dàng, tiết kiệm Hệ thống không phá vỡ quy hoạch chung của Kho trong quá trình hiện đại hoá

1.4.2 Các chỉ tiêu an toàn và phòng chống cháy nổ [6]

Kèm theo nhưng yêu cầu về kỹ thuật thì các chỉ tiêu an toàn và phòng chống cháy nổ là 1 điều kiện tiên quyết trong các hệ thống dùng trong nền công nghiệp xăng dầu Do xăng dầu là chất lỏng dễ bay hơi, dễ bắt lửa ở nhiệt độ thấp, không hòa tan trong nước, có tỷ trọng nhẹ hơn nước Hơi xăng dầu nặng hơn không khí 5,5 lần, cháy ở thể hơi Xăng dầu có khả năng sinh tĩnh điện khi bơm rót và khi cháy tỏa ra nhiệt lượng lớn, tốc độ lan truyền nhanh và tạo ra sản phẩm cháy độc hại Vì vậy các thiết bị đuợc chọn trong hệ thống ngoài đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật thì phải có khả năng phòng chống cháy nổ cao, khả năng xảy ra sự cố là thấp nhất

Ngoài ra khi thi công lắp đặt thiết bị cho hệ thống cần làm tốt những yêu cầu

về an toàn phòng chống cháy nổ sau:

• Việc thi công lắp đặt đường ống và thiết bị không được hàn cắt tại khu vực giàn xuất và trạm bơm Gia công ống thép bảo vệ và các tủ điện thực hiện bên ngoài khu vực nguy hiểm cháy nổ, nếu có hàn cắt phải thực hiện bên ngoài khu vực kho sau đó làm nguội mới đưa vào lắp đặt

• Khi cắt phá bê tông thường xuyên phải tưới nước xuống nền bê tông để tránh phát sinh tia lửa, ngăn cách khu vực thi công bằng hàng rào di động

• Khi tháo lắp vặn chuyển thiết bị phải nhẹ nhàng tránh va đập mạnh gây phát sinh tia lửa

• Các trang thiết bị đưa vào lắp đặt và toàn bộ hệ thống cáp phải đặt trong ống thép bảo đảm bảo tiêu chuẩn phòng nổ theo quy định

• Trước khi đưa vào chạy thử phải tiến hành đo kiểm tra cách điện toàn bộ cáp và các thiết bị có sử dụng điện

• Trong thời gian thi công, các vật tư dụng cụ phải để gọn gàng không gây ảnh hưởng tới hoạt động sản xuất tại kho và công tác PCCC

• Đo kiểm tra nồng độ xăng dầu khu vực thi công Nếu nồng độ xăng dầu vượt quá quy định cho phép thì không được đục cắt bê tong

• Bố trí đầy đủ trang thiết bị phòng cháy chữa cháy

CHƯƠNG 2:

PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Phân tích yêu cầu điều khiển của hệ thống

Để đưa ra được phương án thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng E5 cùng phần mềm giám sát (SCADA) và quản lý lưu dữ liệu trong quá trình phối trộn xuất hàng tại Tổng kho xăng dầu cần phải hiểu rõ các yêu cầu điều khiển và giám sát từ đó phân tích và đánh giá, sau đó đưa ra phương án thiết kế, thi công [1,2]

Công nghệ phối trộn xuất hàng yêu cầu hệ thống phải đạt được là: phối trộn (kể cả thay đổi tỷ lệ lượng phối trộn) và xuất được loại hàng đơn như xăng nền M92 (M95, Diezen…) khi có thay đổi về công nghệ chuyển đổi loại hàng dễ dàng, thuận tiện Yêu cầu chung về đồng bộ thiết kế và thiết bị tự động hóa và cơ sở dữ liệu theo hiện trạng tại Tổng kho, hệ thống phối trộn hoạt động được ở 2 chế độ: Bán tự động

và tự động

Sau khi tìm hiểu và phân tích được các ưu điểm, nhược điểm của phương pháp phối trộn và căn cứ tình hình đặc điểm hiện trạng cơ sở vật chất, hệ thống bể chứa tại Tổng kho và đặc tính lý hóa của xăng E5 nên đưa ra lựa chọn phương pháp phối trộn trưc tiếp trên đường ống xuất (in-line) Công nghệ pha chế E5 này hiện nay đã được nhiều nước trên thế giới đã áp dụng theo tiêu chuẩn API, được nhiều hãng xăng dầu lớn như Shell, PTT… áp dụng và đã có các qui định cụ thể về công nghệ và các chế độ pha chế

Trong bài toán phối trộn, giám sát và quản lý số liệu việc duy trì phối trộn đều đúng đủ số lượng, chất lượng và quản lý được số liệu trong quá trình phối trộn

là điều tối quan trọng bởi vì sản phẩm hệ thống đầu ra liên quan đến giao nhận thương mại Các thông số yêu cầu giám sát được là trạng thái bơm, thời gian bơm hàng, lưu lượng, nhiệt độ thực tế và nhiệt độ trung bình mẻ, tỷ lệ phối trộn, tỷ trọng trung bình, lượng hàng bơm thực tế và khi kết thúc mẻ hàng tất cả số liệu phải được lưu trong Database

Với quy mô và công nghệ của bến xuất xăng dầu điều kiện tiên quyết là đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ trong môi truờng xăng dầu cho nên hệ thống điều khiển phối trộn cho bến xuất xăng dầu này sử dụng phương án bộ điều khiển Bath Controller nhận tín hiệu từ các thiết bị như lưu lượng kế, đồng hồ nhiệt độ, áp suất đưa ra điều khiển đóng cắt lượng hàng đặt theo yêu cầu và kết nối với PLC qua phần mềm máy tính là rất hợp lý Phương án sử dụng Bath Controller là công nghệ điều khiển tiên tiến nhất hiện nay cho việc xuất xăng dầu trên thế giới, có rất nhiều

ưu điểm, hệ thống đạt được độ chính xác cao, đảm bảo độ tin cậy, giá thành hợp lý thích hợp cho những bến xuất có quy mô và tần suất lớn Đặc biệt phù hợp khi cần

mở rộng thêm các phân hệ khác như: đo bồn, trạm bơm, thêm hệ thống báo cháy, việc tích hợp đơn giản Trong hệ thống dùng bộ điều khiển BathController để thu nhận các thông tin từ các thiết bị, đưa lên PLC lập trình bộ điều khiển khả trình PLC để lấy số liệu và thông tin xuất hàng kết hợp phần mềm SCADA theo dõi và quản lý hệ thống cũng như số liệu xuất hàng

2.2 Thiết kế hệ thống:

Sau khi lựa chọn xong giải pháp điều khiển, giám sát và truyền thông số liệu chúng ta sẽ chọn thiết bị phù hợp với điều kiện thực tế cơ sở vật chất để đáp ứng yêu cầu của hệ thống

2.2.1 Giải pháp hệ thống:

Căn cứ yêu cầu và hiện trạng lựa chọn sử dụng các thiết bị hiện trường đưa các thông tin cần thiết thông qua bộ BathController thu nhận số liệu đưa tín hiệu điều khiển van đóng mở để phối trộn Số liệu trong quá trình phối trộn đưa lên PLC qua truyền thông Ethenet lên máy tính thông qua phần mềm Scada và lưu trữ số liệu

phục vụ cho việc quản lý

PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

SCADA GIÀN XUẤT 01 SCADA GIÀN

XUẤT 02 TDH - KV1 Database

Factory Talk ViewPoint

SWITCH

Hình 2.1 Mô hình tổng quan hệ thống dàn xuất xitec

Dàn xuất 01: ứng với các thiết kế phối trộn xăng E5

Dàn xuất 02: hệ thống xuất hàng đã có của Tổng kho

❖ Đặc điểm, tính năng chung của thiết kế hệ thống:

Hệ thống có thể xuất hàng ở 2 chế độ: Tự động, Bán tự động và chế dộ tự động

• Lưu số liệu xuất hàng ở chế độ tự động bao gồm những thông tin sau: mã lệnh, mã ngăn, thời gian bắt đầu bơm và kết thúc 1 ngăn (mẻ) , lượng đăng ký, lượng thực xuất, nhiệt độ trung bình, tỷ lệ phối trộn, tỷ trọng trung bình, số tổng đầu

và số tổng cuối của mẻ hàng

• Dự phòng cổng truyền thông của Batch controller, dự phòng truyền thông Modbus và dự phòng SCADA nhằm mục đích tăng tính ổn định, giảm thiểu gián đoạn cho quá trình xuất hàng do có cơ chế dự phòng nhiều cấp

• Thông tin khách hàng và lượng xuất được quản lý trên máy chủ, quá trình xuất hàng được thực hiện qua lệnh xuất hàng, trên lệnh xuất có thông tin về khách hàng, số xe quá trình được thực lấy, mã khách, mã hàng hóa, số thứ tự lệnh xuất, mã ngăn Trong quá trình xuất người công nhân không thể thay đổi lượng xuất, xuất lại lệnh đã xuất, quá trình xuất kết thúc, việc hoàn chỉnh hóa đơn qua cơ sở dữ liệu có đầy đủ lượng hàng thực sự xuất được cũng như nhiệt độ trung bình của cả lô hàng

đó và tự động kết nối với phần mềm khác để in hóa đơn cho khách hàng Các thao tác và hiện tự động tối đa từ khâu trước khi xuất đến khi hoàn chỉnh hóa đơn nhằm tránh các tiêu cực đảm bảo độ tin cậy về số liệu, giảm thiểu thời gian xuất (phối trộn) và minh bạch thương mại

• Các thông tin nhập trên Batch Controller hiển thị bằng tiếng việt không dấu, thao tác xuất hàng đơn giản, các thông tin báo lỗi sự cố hỏng nhiệt độ, xuất quá lượng đặt, lưu tốc quá cao, quá thấp,… đều được thể hiện rõ ràng trên Batch controller và đưa về màn hình SCADA thông báo người vận hành

❖ Vai trò chức năng từng thành phần trong hệ thống phối trộn:

Mỗi 01 họng xuất tương ứng với 1 hệ thống phối trộn

- Thiết bị Batch controller (Accuload III.net)

➢ Lắp đặt tại họng xuất, mỗi họng xuất 01 bộ

➢ Đóng vai trò là thiết bị tương tác giữa hệ thống TĐH với người vận hành trực tiếp tại họng xuất

➢ Thu nhận tín hiệu xung từ lưu lượng kế, tín hiệu sensor nhiệt độ

➢ Điều khiển đóng cắt van điện, cùng phối hợp với PLC thực hiện điều khiển bơm đảm bảo xuất hàng theo đúng lượng đặt trước

- Hệ thống thiết bị PLC

➢ Lắp đặt tại tủ điều khiển nhà điều hành trung tâm

➢ Điều khiển truyền thông giữa hệ thống phần mềm trên PC và các thiết bị Batch controller tại họng xuất

➢ Cung cấp các tín hiệu output cho hệ thống đèn trạng thái

➢ Cùng phối hợp với tín hiệu từ bộ điều khiển batch để thực hiện điều khiển bật tắt bơm

- Hệ thống phần mềm được cài đặt trên máy tính SCADA

➢ Cho phép thu nhận và giám sát toàn bộ trạng thái hoạt động của tất cả các họng xuất trong hệ thống

➢ Ghi nhận toàn bộ thông tin xuất hàng qua hệ thống vào cơ sở dữ liệu TĐH phục vụ cho việc hoàn thiện hóa đơn và lưu trữ dữ liệu

2.2.2 Mô hình thiết kế kết nối phần cứng hệ thống TĐH điều khiển phối trộn E5

Hình 2.2 Mô hình hệ thống phối trộn xăng E5 Phương án phối trộn được lựa chọn là side stream blending hay còn gọi là

in-line (trộn trực tiếp trên đường ống)

Sau khi phân tích và lựa chọn giải pháp cho hệ thống điều khiển phối trộn cho bến xuất xitec, căn cứ vào hiện trạng cơ sở tại Tổng kho xăng dầu Đức giang, các thiết bị được lựa chọn trong hệ thống này bao gồm:

- Các bể chứa tổng kho xăng dầu bao gồm bể chứa xăng khoáng (xăng nền)

và cồn sinh học (Ethanol) và công nghệ đường ống dẫn xăng dầu từ các bể đến trạm bơm

- PLC để kết nối thông tin dữ liệu xuất hàng với các thiết bị với máy tính

- Tại mỗi họng xuất là một hệ thống phối trộn có:

+ Một bộ điều khiển trộn: điều khiển quá trình xuất hàng

+ Lưu lượng kế: đong đếm lượng hàng

+ Đồng hồ áp suất: đo áp suất trên đường ống

+ Sensor nhiệt độ: đo nhiệt độ trực tiếp trên đường ống

+ Cơ cấu chấp hành: Van điện đóng theo điều khiển

+ Bơm: bật, tắt theo yêu cầu của bộ điều khiển

2.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống:

Hệ thống phối trộn xăng dầu được đặt ngoài hiện trường trên dàn xuất tiếp xúc trực tiếp với môi trường xăng dầu nên điều kiện đầu tiên là thiết bị đảm bảo PCCN được các cơ sở thẩm quyền chứng nhận Số liệu thu nhận từ thiết bị có liên quan đến giao nhận thương mại nên các thiết bị phải có đăng ký phê duyệt mẫu và được kiểm chuẩn

Hình 2.3 Bể chứa xăng khoáng tại Tổng kho xăng dầu Đức giang

Hình 2.4 Bể chứa xăng khoáng tại Tổng kho xăng dầu Đức giang

Hình 2.5 Hệ thống bể kết nối với cộng nghệ đường ống

2.3.2 Hệ thống sử dụng PLC SLC 5000 của hãng Allen-Bradley

Đây là hệ điều khiển khá phổ biến và đã được dùng rất rộng rãi trong công nghiệp vì những ưu điểm của nó như tính mềm dẻo, linh hoạt, đáp ứng được những yêu cầu về thay đổi và mở rộng quy mô sản xuất với chi phí hợp lý Trong thời gian làm việc cũng như học tại trường được tìm hiểu và trải nghiệm sử dụng qua các hệ thống tự động hóa đã được triển khai nhận thấy PLC SLC 5000 Rockwell Automation của hãng Allen-Bradley có rất nhiều ưu điểm ví dụ như ngôn ngữ lập trình thân thiện với nguời dùng, khả năng kết nối và mở rộng là khá toàn diện, đó cũng là hướng đi mới trong nền công nghiệp tự động hóa

Bộ PLC SLC 5000 thu nhận thông tin số liệu từ bộ Bacth controller bao gồm các thông tin: mã lệnh, mã ngăn, mã số xe, loại hàng, lượng thực xuất, nhiệt độ trung bình, tỷ lệ phối trộn, lượng lit 15OC, hệ số VCF, WCF, tỷ trọng trung bình, lưu lượng và trạng thái điều khiển bơm Tại Phòng Điều khiển, với phần mềm điều khiển SCADA, toàn bộ thông tin trên được hiển thị trên màn hình máy tính trong thời gian thực và lưu lại các thông tin dữ liệu tại máy chủ qua Database SQL

Cấu Tạo Phần Cứng PLC SLC 5000(CompactLogix 1769L32E Của Rockwell

Hình 2.6 CompactLogix 1769 L32E PLC CompactLogix L32E cung cấp phương thức điều khiển, kết nối, các cổng vào ra tiện lợi trong một khối điều khiển nhỏ gọn PLC CompactLogix L32 là

sự lựa chọn hoàn hảo cho các hệ thống nhỏ, các chương trình điều khiển mức, máy móc

- Phần mềm lập trình : RSLogix 5000 Enterprise Series

- Các ngôn ngữ lập trình: Relay ladder, Function block diagram, Structured text, Sequential function block

- Các cổng truyền thông: 1 EtherNet/IP port và 1 RS-232 serial port (DF1 or ASCII)

- Các lựa chọn truyền thông: EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet Ở đồ án này em sủ dụng Ethernet/IP

- Khả năng mở rộng: max là 16 modules 1769

- Cơ chế giao tiếp: hỏi đáp tuần tự

- Tốc độ vòng quét: đối với các module số và tương tự

- CompactLogix L32E có 2 module vào ra:

+ Vào ra số sử dụng tín hiệu một chiều

+ Vào ra tương tự

- Đầu vào số (digital DC Input) sử dụng module 1769-IQ32 có 32 đầu vào, điện áp 24V, dòng điện trạng thái On tối thiểu 2mA, dòng điện trạng thái Off tối đa

d Các module truyền thông

ControlLogix 1769-L32E có các Module truyền thông: Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet, Data highway Plus, Remote I/O, Foundation Fieldbus, Serial, DH-485, Synchlink

e Ethernet/IP

Hình 2.7 Module etherNet/IP network Giao thức Ethernet Công nghiệp (EtherNet/IP) network protocol là một chuẩn mở của mạng công nghiệp, hỗ trợ cả thông điệp I/O thời gian thực và thay đổi thông điệp

f DeviceNet

Hình 2.8 Module DeviceNet Network Mạng DeviceNet là mạng mở, cấp thấp, tạo kết nối giữa các thiết bị công nghiệp cấp trường và các thiết bị cấp cao

g Tìm hiểu bộ nhớ và các task của các bộ điều khiển họ Logix 5000

❖ Bộ nhớ

Bộ nhớ của các bộ điều khiển Logix 5000 được chia làm 2 loại: user memory