Đồ án Tự động hoá hệ thống bơm thoát nước mức - 155 công ty than Mạo Khê bằng PLC S7 – 300

việc. 2.2.1.3 Một số hư hỏng thường gặp và cách khắc phục - Phớt bơm bị mòn hoặc rách, khắc phục bằng cách thay phớt mới. - Kẹt van điều chỉnh và van một chiều, khắc phục bằng cách tháo van ra và bảo dưỡng lại van. - Vòng bi gối đỡ bị hư hỏng, khắc phục bằng cách thay vòng bi mới. - Chõ bơm có thể bị tắc, khắc phục bằng cách tháo chõ bơm bảo dưỡng lại. - Đường ống đẩy có thể bị rò rỉ, khắc phục bằng cách xiết chặt lại các bu lông bắt giữ mặt bích. Sơ đồ bố trí thiêt bị bơm của công ty : Sơ đồ bố trí thiêt bị bơm của Công Ty được thể hiện trên hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thiêt bị bơm của Công Ty Công nghệ bơm thoát nước mức -155 . Các thông số kỹ thuật của động cơ bơm : Thông số kỹ thuật của động cơ. Thông số kỹ thuật của động cơ được thể hiên trong bảng 1.1 Bảng 1.1 Mã hiệu P (kW) U (V) I (A) Cosj ỗ% Tốc độ (Vòng/Phút) Khối lượng ( kg) AF 354S-AT 140 380 250 0,85 84 2985 1020 Thông số kỹ thuật của bơm. Thông số kỹ thuật của bơm thể hiện trong bảng 1.2 Bảng 1.2 Mã hiệu Q (m/h) H ( m ) H ( m ) Khối lượng (kg) IFSM-300x105 300 105 4,3 65 Hệ thống truyền động điện của máy bơm : Động cơ dẫn động cho máy bơm là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc, việc điều khiển chế độ làm việc của động cơ là khởi động từ ẽÂẩ-320A. Sơ đồ nguyên lý của khởi động từ được thể hiện trên hình 1.2 Nguyên lý làm việc của khởi động từ như sau : *Khi đóng cầu dao cách ly P trong khởi động từ thì máy biến áp T3 có điện, biến áp điều khiển T4 có điện. - Khi muốn điều khiển từ xa khởi động từ để đóng điện cung cấp điện cho động cơ làm việc. Ta ấn nút khởi động M mạch điện đi như sau : Từ đầu a máy biến áp T4 → K52 → E → 39 → 26 → 1 → M → D → Đi ốt → 3 → đầu b của máy biến áp. Cuộn K4 kín mạch, K4 làm việc đóng tiếp điểm K41 làm kín mạch cho cuộn K1, mạch điện đi như sau : Từ pha A → P → K41 → C → K1 → 13 → Ä → K22 → E pha C . - Cuộn K1 làm việc đóng tiếp điểm mạch lực K12 cung cấp điện cho động cơ làm việc. Mở tiếp điểm K14 cắt nguồn cung cấp điện cho cuộn K5 không cho bộ rò điện làm việc, đóng tiếp điểm K16 để duy trì mạch điện khi ta buông tay khỏi nút khởi động M. Mạch duy trì sẽ đi như sau : Từ đầu a máy biến áp T4 → K52 → E → 39 → 26 → K16 ( được đóng lại khi K1 làm việc) → 2 → D → Đi ốt → 3 đến đầu b của máy biến áp. - Cuộn K1 làm việc đóng tiếp điểm K15 làm kín mạch cho cuộn K3. Mạch đi như sau : Từ đầu 11 máy biến áp → K15 ( được đóng lại khi K1 làm việc) → H → Đi ốt →K3 → M → 32 → 18 ( đầu kia máy biến áp ). Cuộn K3 làm việc mở tiếp điểm K32 cắt mạch điện cung cấp cho cuộn K5 để đảm bảo an toàn khi có nhỡ tay ấn phải nút S hoặc khi ta thử kiểm tra rò mà buông tay ra nút không trả lại vị trí ban đầu. Trong khởi động từ có trang bị bảo vệ rò điện, bảo vệ cực đại, bảo vệ mất pha. Nguyên lý bảo vệ như sau : * Nguyên lý bảo vệ rò điện : Rơ le rò điện trong khởi động từ chỉ làm việc khi động cơ chưa làm việc, còn khi động cơ đã làm việc thì tiếp điểm K14 và K32 đã mở ra cắt điện của cuộn K5. Khi đóng cầu dao P, giả sử trong khởi động từ có hiện tượng rò điện thì sẽ có nguồn điện làm kín mạch cho cuộn K5. Mạch đi như sau : Từ K (đất) → bộ cầu đi ốt → K5 → K32 → T → 29 → K14 → 28 → S→ . Cuộn K5 kín mạch làm việc sẽ bật tiếp điểm K52 (đã được bật sang) → B → 40 → H1 → 3 → đầu b của máy biến áp. Đèn sáng báo hiệu có nguồn điện rò. Đồng thời tiếp điểm K52 đã mở ra cắt nguồn điện cho mạch điều khiển. * Nguyên lý bảo vệ cực đại : Giả sử khi mạch lực phía sau khởi động từ bị ngắn mạch hoặc quá tải thì dòng điện đi qua 2 pha A và C tăng vượt dòng chỉnh định cho phép, biến dòng T1 và T2 vượt quá định mức dẫn đến R3 và R6 vượt quá định mức → biến trở thành chỉnh định dòng bảo vệ lớn hơn dòng chỉnh định dòng tác động qua bộ chỉnh lưu cầu V3 và V4 khiến rơ le cường độ cực đại K2 sinh ra một lực điện từ đủ mạnh hút lõi thép tác động mở tiếp điểm thường đóng K22 trên mạch điện của cuộn K1. Cuộn K1 mất điện ngừng làm việc sẽ mở tiếp điểm mạch lực K12 cắt điện không cung cấp điện cho động cơ và cáp phía sau khởi động từ. Đồng thời đóng tiếp điểm K23 làm kín mạch cho đèn H2, mạch đi như sau : Từ một đầu máy biến áp T3 → 18 → 32 → X → K23 (đã được đóng lại) → ẩ → 35 → Đèn →19 →đầu kia của máy biến áp. Đèn sáng có mầu đỏ báo hiệu sự tác động của rơ le cường độ cực đại. Muốn điều khiển khởi động từ làm việc trở lại ta phải ấn nút phục hồi của rơ le. Nhận xet . ( đưa ra phương án cải tạo ) : Nhân xet : Công ty TNHH một thành viên than Mạo Khê là công ty khai thác than hầm lò lớn nhất Tập đoàn công nghiệp than-khoáng sản Việt Nam, sản lượng khai thác càng ngày càng tăng, năm sau cao hơn năm trước. Hiện nay khu khai thác chủ yếu ở mức -25 đến mức -155, do đó đòi hỏi công tác thông gió, bơm nước là hết sức quan trọng. Do khu vực khai thác rộng đến hàng trục km đường lò nên lượng nước thẩm thấu là rất lớn đặc biệt về mùa mưa đòi hỏi phải có hệ thống bơm thoát nước thật tốt, để đáp ứng được việc thoát nước trong hầm lò. Tuy nhiên, hầu hết các trạm bơm ở trong mỏ hiện nay mức độ tự động hoá chưa có, hầu hết vận hành các bơm nước đều do con người vận hành một cách thủ công. Đóng cắt điện bằng tay, mồi bơm bằng van, đóng mở van điều chỉnh lưu lượng đều bằng tay Phương án cải tạo hệ thống bơm. 2.2.5.1 Chọn hệ thống van. Để đáp ứng yêu cầu tự động hoá hệ thống bơm giếng chính mức -155, từ hệ thống bơm hiện tại ta cần thay đổi một số thiết bị cho phù hợp với công nghệ mới. - Các van một chiều V1,V2,V3 có đường kính D =200mm được giữ nguyên. - Các van mồi VM1,VM2,VM3. Van xoay VX1,VX2,VX3,VX4,VX5,VX6, VX7,VX8 được thay thế bằng các van điều chỉnh đóng mở, được dẫn động bằng động cơ. Với van mồi D = 50mm, với van xoay D = 150mm. 2.2.5.2 Tính toán lưu lượng. Căn cứ vào bảng quan trắc thống kê lưu lượng nước hầm lò, lộ vỉa năm 2007 của công ty than Mạo Khê lưu lượng nước của mức -150 chảy về hố chứa nước trạm bơm giếng chính mức -155. - Tháng cao nhất lưu lương chảy về hố chứa nước là 116436m3 đạt 160m3/h - Tháng thấp nhất lưu lượng chảy về hố chứa nước là 56184m3 đạt 78m3/h Dựa trên lưu lượng nước thực tế của mức -150 chảy về hố chứa mức -155, ta có phương án cải tạo công nghệ vận hành bơm. 2.2.5.3 công nghệ vận hành. .1. Chế độ vận hành một bơm. Hình 1.3 Sơ đồ các mức của bể chứa nước Chế độ khởi động một bơm được thực hiện khi mức nước trong bể chứa đạt mức H >=H2, sau khi mức nước giảm xuống mức H< H1 thì dừng bơm. Điều khiển hệ thống bơm B1 trong trường hợp này theo trình tự sau : - Mở van mồi VM1 và van xoay VX1. - Sau khi mồi đủ lượng nước thì đóng hai van VM1 và VX1 lại. - Khởi động bơm B1. - Khi áp suất trong buồng bơm B1 đạt áp suất cho phép ta thực hiện mở van xoay VX1. Việc điều khiển khởi động hệ thống bơm kết thúc, trong quá trình bơm nếu nước trong bể giảm xuống mức nước cạn H < H1 thì thực hiện quá trình dừng bơm theo trình tự sau : - Đóng van xoay VX1. - Sau khi van xoay VX1 đóng hết thì dừng bơm B1. .2. Chế độ vận hành nhóm bơm thứ nhất (NB1) gồm hai bơm(B1),(B3). Chế độ vận hành 2 bơm thực hiện khi mức nước trong bể đạt mức nước H >= H2, thực hiện điều khiển hệ thống bơm (B3) theo trình tự sau : - Mở van mồi VM2 và van xoay VX3. - Sau khi mồi đủ lượng nước thì đóng van mồi VM2 và đóng van xoay VX3. - Khởi động bơm B3. - Khi áp suất trong buồng bơm đạt áp suất cho phép thì mở từ từ van VX3. - Khởi động bơm (B1) tương tự mục 3.2.3.1 Sau khi mức nước gảm xuống mức nước cạn H<H1 thì tiến hành dừng hai bơm B1 và B3 theo trình tự sau: - Đóng van xoay VX1 và VX3. - Khi van xoay đóng hết thì dừng bơm B1 và bơm B3. .3. Chế độ vận hành nhóm bơm thứ hai (NB2) gồm bơm (B2),(B3). Khi mức nước trong bể đạt đến mức cần bơm H>=H2 thì cho hệ thống nhóm bơm thứ hai vào hoạt động, trình tự khởi động bơm (B2) như sau. - mở van mồi(VM1),mở van xoay(VX2) - Sau khi mồi đủ lượng nước thì đóng các van (VM1),(VX2) lại. - Khởi độngbơm B2. - Khi áp suất trong buồng bơm đạt áp suất cho phép thì mở từ từ van VX2. - Khởi động B3 tương tự mục 3.2.3.2. Sau khi mức nước giảm xuống mức H<H1 thì tiến hành dừng bơm B2,B3 theo trình tự sau - Đóng van xoayVX2,VX3. - Khi van xoay dóng hết thì dừng bơm B2,B3. .4. Chế độ vận hành bơm về mùa khô. Về mùa khô lượng nước ngưng tụ ở khu vực mức -150 giảm xuống chỉ bằng 1/3 mùa mưa, do đó các bơm được thực hiện bơm luân phiên, nhăm duy trì điện trở cách điện cho động cơ. - Nếu mức nước đạt mức H>=H2 cho bơm B1 vào hoạt động. Sau khi bơm mức nước giảm xuống mức H<H1 thì dừng bơm B1. - Sau đó nếu mức nước lại tăng lên đến mức H>=H2 thì cho bơm B2 vào hoạt động, khi mức nước giảm xuống mức H<H1 thì dừng bơm B2. - Sau đó nếu mức nước lại tăng lên đến mức H>=H2 thì cho bơm B3 vào hoạt động, khi nước giảm xuống mức H<H1 thì dừng bơm B3. Bơm B4 được sử dụng làm bơm dự phòng. Các van điều chỉnh lưu lượng được mở 100%. . 5. Chế độ vận hành bơm về mùa mưa. Về mùa mưa lưu lượng nước chảy về hố chứa nước trạm bơm giếng chính mức -155 nhiều,nên chế độ vậnh hành được áp dụng là hai nhóm bơm luân phiên. - Nếu mức nước đạt tới mức H>=H2 cho nhóm bơm thứ nhất (NB1) vào hoạt động, sau khi bơm mức nước giảm xuống mức H<H1 thì dừng nhóm bơm thứ nhất (NB1). - Nếu mức nước lại tăng lên mức H>=H2 cho nhóm bơm thứ hai(NB2) vào hoạt động, khi mức nước giảm xuống mức H<H1 thì dừng nhóm bơm thứ hai(NB2). Việc thực hiện chế độ bơm theo nhóm với góc mở của các van xoay VX1,VX2,VX3 bằng 100%. .6. Chế độ sự cố bơm. * Chế độ sự cố bơm Trong chế độ vận hành vào mùa khô nếu hệ thống bơm nào đang hoạt động bị sự cố cần dừng ngay hệ thống bơm đó và đưa hệ thống bơm khác vào hoạt động. - Nếu bơm B1 bị sự cố thì đưa bơm B2 vào hoạt động - Nếu bơm B2 bị sự cố thì đưa bơm B3 vào hoạt động - Nếu bơm B3 bị sự cố thì đưa bơm B4 vào hoạt động - Nếu bơm B4 bị sự cố thì đưa bơm B1 vào hoạt động Trong chế độ vận hành vào mùa mưa nếu nhóm bơm NB1đang hoạt động bị sự cố thì dừng ngay nhóm bơm đó và đưa nhóm bơm NB2 vào hoạt động. - Trong nhóm bơm NB1 nếu B1 hoặc B3 đang hoạt động mà bị sự cố thì dừng bơm B1 hoặc B3 và đưa bơm B4 vào hoạt động. - Trong nhóm bơm NB2 nếu B2 hoặc B3 đang hoạt động mà bị sự cố thì dừng bơm B2 hoặc B3 và đưa bơm B4 vào hoạt động. - Nếu bơm B4 bị sự cố thì dừng bơm B4 và giữ nguyên hệ thống bơm đang hoạt động. * Chế độ sự cố ngập nước Nếu 3 bơm B1, B2, B3 bị ngập nước thì cho bơm B4 vào làm việc cùng với giá di động. Chương 3 Lựa chọn thiêt bị cho hệ thống bơm thoát nước mức -155 3.1 Thiết bị điều khiển : 3.1.1 Giới thiệu về PLC S7-300 PLC viết tắt của Progammable Logic Control , là thiết bị điều khiển logic lập trình được hay khả trình . Cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Kỹ thuật điều khiển khả lập trình đã và đang phát triển một cách mạnh mẽ , ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nhất là trong ngành công nghiệp nặng . Nó không những thay thế cho kỹ thuật điều khiển bằng cơ khí hay điều khiển bằng hệ thống rơle, mà còn thực hiện được rât nhiều chức năng điều khiển tự động hoá kiểm soát trạng tháI và các thông số điều khiển hệ thống . Kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình phát triển trên cơ sở tin học . Quy trình lập trình ban đầu được trang bị cho các cơ sở sản xuất điện tử nơi trang bị kỹ thuật cao . Đến nay các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức người sử dụng chỉ cần nắm vững công nghệ để lựa chọn các thiết bị là có thể lập trình được. S7 – 300 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens ( CHLB Đức ) , có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng . Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau . Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU212 và CPU214 . Sự khác nhau của hai CPU này là số đầu vào/ra và nguồn cung cấp . CPU 212 có 8 đầu vào và 6 đầu ra . Có khả năng mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng. CPU 214 có 14 đầu vào và 10 đầu ra . Có khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng. 3.1.2.Lựa chọn thiết bị điều khiển: 3.1.2.1.CPU212 Hình 3.1 : Hình dáng PLCS7-200 CPU212 Bao gồm : 512 từ đơn, tức là 1K byte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi được và không bị mất giữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM.Gọi là vùng nhớ non-volatile. 512 từ đơn để lưu dữ liệu , trong đó có 100 từ nhớ đọc/ghi thuộc vùng nhớ non-volatile. 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic. Có thể ghép nối thêm 2 modul mở rộng số cổng vào ra, bao gồm cả modul tương tự. Tổng số cổng logic vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. 64 bộ tạo rời gian trễ, trong đó 2 Timet có độ phân giải 1ms, 8 Timet có độ phân giải 10ms và 54 Timer có độ phân giải 100ms. 64 bộ đếm, chia làm 2 loại : loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi. 368 bít nhớ đặc biệt, sử dụng làm các bít trạng thái hoặc các bít đặt chế độ làm việc. Các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2KHz). Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. 3.1.2.2.CPU214 Hình 3.2 Hình dáng PLCS7-200 CPU 214 Bao gồm: 2048 từ đơn ( 4K byte ) thuộc miền nhớ đọc/ghi non-volatile để lưu chương trình ( vùng nhớ có giao diện với EEPROM). 2048 từ đơn ( 4K byte ) kiểu đọc/ghi để lưu giữ liệu, trong đó 512 từ đầu thuộc miền non-volatile. 14 cổng vào và 10 cổng ra logic. Có 7 modul để mở rộng thêm cổng vào/ra bao gồm cả modul tương tự. Tổng số cổng vào/ra cực đại là 64 cổng vào, 64 cổng ra. 128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer 1ms, 16 Timer 10ms và 108 Timer 100ms. 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi. 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. Các chế độ ngắt và xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz và 7KHz. 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM. 2 bộ điều khiển tương tự. Toàn bộ vùng nhớ không bị mất giữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. 3.1.3.Modul mở rộng: 3.1.3.1.Modul mở rộng tương tự EM235 Hình 3.3 : Hình dáng modul EM235 Bảng thông số Modul EM235 Đầu nối vào ra có thể tháo rời Không có Số đầu vào 4 Điện áp đầu vào lớn nhất 30V Dòng điện đầu vào lớn nhất 32mA Độ biến đổi 12 bít Thời gian biến đổi tương tự sang số <250às Số đầu ra 1 Bảo vệ đấu nhầm cực Không Cách ly về về điện Không Dải đầu ra Điện áp Dòng điện -10V tới + 10V 0 tới 20mS Điện trở tải Với đầu ra điện áp nhỏ nhất Với đầu ra dòng điện lớn nhất 5Ù 0,5Ù Độ phân giải Cho đầu ra điện áp Cho đầu ra dòng điện 12bít 11bít Dải giá trị biến đổi Tín hiệu đơn cực Tín hiệu hai cực 0 tới 32000 -32000 tới +32000 Dòng điện tiêu thụ Từ bus nội bộ (5VDC) Từ nguồn cung cấp cho sensor hoặc nguồn cấp từ ngoài 30mA 60mA Công suất tiêu thụ 2.0W Kích thước ( WHD) 120.5nhân80nhân62 Khối lượng 3.1.3.2.Modul mở rộng số EM221 Hình 3.4 Hình dáng modul EM221 Bảng thông số modul EM221 Thông số kỹ thuật Loại dùng nguồn DC Loại dùng nguồn AC Đầu nối vào/ra có thể tháo rời Có Có Số đầu vào 8 8 Điện áp vào Điện áp định mức Tín hiệu ‘‘1’’ Tín hiệu “0” 24 V DC 15 tới 30V 0 tới 5V AC220/230V(47 tới 63HZ) AC79V (ở 2.5mA min) AC20V hoặc AC 1mA max Cách điện Trong những nhóm Cách ly quang 4 Cách ly quang 1 (8 nhóm) Dòng điện vào (t/h vào “1” 4mA Nhỏ nhất 2.5mA Thời gian trễ đầu vào:với điện áp định mức 4,5ms 15ms Độ dài cáp Không có vỏ Có vỏ 300m 300m 300m 500m Công suất tiêu thụ 2W 3W Kích thước (W.H.D) mm 46x80x62 71.2x80x62 Khối lượng 150g 160g 3.2. Các thiêt bị cảm biến : 3.2.1. Cảm biến đo mức kiểu phao. Đo mức kiểu phao là biện pháp đơn giản nhất. Chọn cảm biên đo mức kiêu phao phạm vi rộng ( giới hạn từ 0,5 ¸ 20 m), được thể hiện trên hình 4.1 gồm phao 1 nối với đối trọng 4 bằng dây mềm 2. Phía dưới của đối trọng có gắn kim chỉ thị giá trị mức chất lỏng theo thang chia vạch 3. Hình 3.1 Sơ đồ đo mức bằng phao. Nâng mức chất lỏng sẽ làm thay đổi chiều sâu nhúng chìm của phao do tác dụng thêm của lực đẩy acsimet làm cho biểu thức: Gr= Gph -S.h1.pL. g không cân bằng. Trong đó: Gr là trọng lượng của đối trọng, Gph là trọng lượng của phao, S là diện tích phao, h1 là chiều sâu nhúng chìm của phao, pl là tỷ trọng của chất lỏng). Đối trọng hạ xuống cho đến khi chiều sâu nhúng chìm của phao bằng h1. Khi mức chất lỏng hạ thấp cuống, sức đẩy lên phao giảm và phao đi xuống cho đến khi chiều sâu nhúng chìm của phao bằng h1. Để truyền thông tin mức chất lỏng trong bể người ra dùng hệ thống xenxin, bình thường trục của xenxin phát có nối với tang quay và được nối với hệ thống dây dẫn, còn trục của xenxin thu được gắn vào bộ phận đếm. 3.2.2 Cảm biến áp suất chất lưu. áp suất là một đại lượng cơ bản để xác định trạng thái nhiệt động học của các chất. Sự vận hành của các quá trình công nghệ và chế độ vận hành của chúng được xác định bằng áp suất theo nhiều cách khác nhau, đo áp suất được thực hiện khi đo một vài tham số công nghệ ví dụ lưu lượng khí hay hơi, mức chất lỏng ... Dưới đây sẽ giới thiệu một loại cảm biến áp suất mà thực chất của nó là một bộ biến đổi áp suất thành tín hiệu điện bằng biến áp vi sai mà trong đó bao gồm một cảm biến dạng 1 và phần tử biến đổi 2, được thể hiện trên hình 4.2 Hình 3.2 Bộ biến đổi đo áp suất thành tín hiệu điện bằng biến áp vi sai. Phần tử biến đổi la một khung cách điện, trên đó có quấn một cuộn dây sơ cấp 7, còn cuộn dây thứ cấp gồm hai cuộn dây 4 và 5 đấu ngược chiều nhau. Trong rãnh của cuộn dây có đặt một lõi thép động 6 nối với lò xo 1 và dây kéo căng 3. Cửa ra của cuộn dây thứ cấp đấu với điện trở R1. Tín hiệu đo ở cửa ra của bộ biến đổi được hình thành như sau: Khi có dòng I1 chạy qua cuộn sơ cấp sẽ tạo ra từ thông trong hi nửa của cuộn dây thứ cấp và do đó trong hai nửa cuộn dây thứ cấp sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng e1 và e2. Độ lớn của chúng phụ thuộc vào hỗ cảm giữa cuộn dây sơ cấp M1, M2 đối với mỗi nửa cuộn dây. Với mỗi nửa cuộn dây ta có: e1 = 2. pf.I1.M1 ; e2 = 2 pf.I1.M2 Trường hợp hai nửa cuộn dây đấu ngược chiều nhau, sức điện động tổng khi đó: E = e1 - e2 = 2pf.I1. (M1 - M2) ở đây M là hỗ cảm giữa hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Đối với phần tử biến đổi chuẩn có điện trở cửa ra R1, R2 thì điện áp ra của bộ biến đổi được tính theo công thức: Ura = 2 p. f. I1 . Mra Giá trị Mra phụ thuộc vào độ dịch chuyển d của lõi thép 6: ở đây giá trị Mmax là giá trị hỗ cảm lớn nhất của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tương ứng với độ dịch chuyển lớn nhất dmax của lõi thép. Giải các phương trình trên sẽ tìm được điện áp ra của bộ biến đổi: Hiện nay các bộ cảm biến có lõi với chiều dài toàn phần của lõi từ 1,6 ¸ 2,5 và 4 mm. Tín hiệu điện áp xoay chiều ở cửa ra thay đổi từ -1V ¸ + 1V với dấu trừ chỉ sự thay đổi hỗ cảm của cảm biến từ ( -10) ¸ ( + 10) mH. Việc biến đổi áp suất đo thành tín hiệu Ura được thực hiện bằng cách biến đổi áp suất thành sự biến dạng của phần tử cảm ứng gắn với lõi thép ( 6), sau đó biến đổi sự dịch chuyển của lõi thép ( 6) thành tín hiệu điện. Đặc tính tĩnh của cảm biến áp duất là nghiệm của phương trình: và phương trình d = k . P Trong đó: d: Là độ biến dạng của lò xo k: Là hệ số biến đổi . Cấp chính xác của bộ cảm biến từ 1 ¸ 1,5. 3.2.3 Cảm biến lưu lượng kế kiểu cơ khí. Một chi tiết thí nghiệm được đặt trong thiết bị đo cho phép một phần chất lỏng di chuyển với thuỷ lực sẽ tạo nên sự chuyển động turbine (rotor turbine) hoặc sự dịch chuyển (phao nổi của ro ta metre, Plattette). Một cảm biến thích hợp là cảm biến đo tốc độ quay trong trường hợp đầu cảm biến đo vị trí trong trường hợp thứ 2 sẽ tạo ra tín hiệu tỷ lệ với lưu lượng. Lưu lượng kế Plalette được giới thiệu trên hình 3.3 Hình 3.3 Lưu lượng kế Plalette: Có thể mô tả sự làm việc của lưu lượng kế Plalette như sau: Dưới tác động của dòng chảy sẽ đẩy Plalette đi lên, xuống tuỳ thuộc vào lưu lượng, ngoài ra Plalette còn chịu tác động của trọng lượng và phản lực của lò xo. Vị trí cân bằng của Plalette phụ thuộc vào lưu lượng và sự biến đổi ra tín hiệu điện nhờ 1 biến trở có trục quay gắn chặt với Plalette. Đáp ứng có thể tuyến tính hay không tuyến tính còn phụ thuộc vào dạng đưa vào mạch đo. Ưu điểm của loại cảm biến này là chắc chắn, cấu tạo đơn giản và rẻ tiền. 3.2.4 Van điện từ : Van điều khiển số là một thiết bị chuyên dụng được dùng để điều khiển chính xác dòng chảy trong hệ thống điều khiển . Một lợi thế của van điều khiển số là có khả năng điều khiển lưu lượng hoạt động có điều khiển của nó .Thông thường chât lỏng chảy qua van được sử dụng để điều khiển hoạt động của nó, tuy nhiên một vài van được điều khiển bằng khí nén . Nguyên lý hoạt động : Hoạt động của van dựa trên nguyên lý cân bằng piston . Khi áp suât tại hai đầu của van chính cân bằng , một lò xo gắn ở đầu piston hoạt động như một lực vi sai và đóng piston van chính .Khi áp lực tác động vào đáy của Piston tăng lên và vượt qua áp lực lò xo , áp lực sẽ bị vượt qua và van mở .Cuộn dây điều khiển sẽ được điều khiển kỹ thuật để đóng hoặc mở hoàn toàn và để xác định vị trí của Piston van chính theo yêu cầu điều khiển dòng chảy .Tât cả hoạt động của cuộn dây điều khiển đều được kiểm soat bởi bộ điều khiển đặt trước BCU.Các trạng thái hoạt động của van như sau : + Khi van ở trạng thái đóng như hình sau .Cả hai cuộn dây đều không được kích hoạt , cuộn dây thường đóng sẽ đóng ,cuộn dây thường mở sẽ mở .Đầu Y (có áp suất P3) tới đầu Z (có áp suất P2) sẽ bị đóng ,và khi đó áp suất P1 tại đàu X và áp suất P3 tại đầu Y là cân bằng .Lò xo van chính chịu một lực vi sai và nó giữ cho Piston được ở trạng thái đóng . + Khi van ở trạng thái mở như hình vẽ sau. Cả hai cuộn dây đều được kích hoạt,cuộn dây thường đóng sẽ mở thông với đầu Z (có áp suất P2) và đầu Y tới đầu X (có áp suất P1) sẽ bị đóng bởi cuộn dây thường mở .Khi đó áp suất P1 tại đầu của Piston sẽ lớn hơn áp suất P3 cộng với lực lò xo, P1 trừ P2 lớn hơn lực lò xo do áp suất P1 đẩy Piston mở. + Khi van ở trạng thái điều khiển ,cả hai cuộn dây thường đóng và thường mở đều đóng lại . Đầu Y tới đầu Z bị đóng ,đầu X tới đầu Y cũng bị đóng . + Khi cả hai cuộn dây được kich hoạt thì van băt đầu mở.Nó sẽ mở theo lưu lượng được lập trình đặt trước tại bộ điều khiển BCU.Thông thường thì bộ điều khiển BCU được lập trình điều khiển sao cho lưu lượng thấp lúc khởi động sau đó tăng dần và đạt tối đa, cuối cùng là giảm dần trước khi đóng van.Bộ điều khiển sẽ kích hoạt hoặc ngăt các cuộn dây một cách tự động theo vị trí của van và lưu lượng tối đa.Khi đã đạt tới giá trị lưu lượng yêu cầu ,van sẽ giữ nguyên vị trí .Tât cả mọi trạng thái của van được thực hiện bằng cách điều khiển kỹ thuật số . CHƯƠNG 4 ĐIềU KHIểN Và GIáM SáT Hệ ThốNG BƠM THOáT Nước mức -155 công ty than mạo khê 4.1 Các yêu cầu đối với hệ thống TĐH bơm thoát nước công ty than Mạo Khê : Xuất phát từ tình hình thực tế và những bất cập vận hành của hệ thống bơm hiện nay của công ty , em tiến hành cải tạo hệ thống theo hướng tự động hoá cho hệ thống .Để điều khiển tự động hoá cho hệ thống thì hệ thống cần được đảm bảo các yêu cầu : - Hệ thống cần đảm bảo an toàn về phòng nổ cho các thiết bị trong mỏ . Đây là yêu cầu cực kỳ quan trọng đối với hệ thống bơm thoát nước của công ty . Vì trong mỏ hầm lò như công ty than Mạo Khê thì nguy cơ cháy nổ khí và bụi mỏ là rât cao. - Hệ thống phải làm việc tin cậy , đảm bảo an toàn cho người và trang thiết bị đang được sử dụng trong công tác khai thác mỏ . - Đảm bảo điều khiển tự động theo quy trình thoát nước mỏ . - Hệ thống phải được trang bị đầy đủ thiết bị thông tin tín hiệu khi hệ thống đang làm việc bình thường cũng như khi có sự cố xảy ra . - Tự động đưa hệ thống bơm vào hoạt động hoặc dừng bơm theo mức nước . - Tự động đưa bơm dự phòng vào hoạt động thay cho bơm đang hoạt động bị sự cố - Tự động bảo vệ cho động cơ bơm và bơm xảy ra sự cố khi đang làm việc như : sự cố quá tải , sự cố ngắn mạch động cơ không đạt tốc độ định mức , sự cố chạm đất , mât pha . - Tự động đưa bơm vào hoạt động theo chế độ tự động hoặc độc lập . + Chế độ hoạt động theo cộng nghệ điều khiển tự động + Chế độ hoạt động theo công nghệ điều khiển bán tự động , điều khiển bằng tay. Mục đích phục vụ cho việc sửa chữa , chạy thử bơm , hoặc hiệu chỉnh các thông số. Tuy nhiên khi tiến hành cải tạo hệ thống theo hướng điều khiển tự động chúng ta cũng cần quan tâm tới : - Giá thành lắp đặt thiết bị - Điều kiện làm việc của thiết bị điều khiển : Thiết bị phải có khả năng phòng nổ , làm việc ở môi trường khắc nghiệt như môi trường trong mỏ hầm lò ... - Yêu cầu vận hành phải nắm vững công nghệ . Đây là một yêu cầu tương đối cao đối với tình hình hiện nay . 4.2 Công nghệ điều khiển hệ thống bơm thoát nước : 4.2.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống : .1. Chế độ vận hành một bơm. Hình 4.1 Sơ đồ các mức của bể chứa nước Chế độ khởi động một bơm được thực hiện khi mức nước trong bể chứa đạt mức H >=H2, sau khi mức nước giảm xuống mức H< H1 thì dừng bơm. Điều khiển hệ thống bơm B1 trong trường hợp này theo trình tự sau : - Mở van mồi VM1 và van xoay VX1. - Sau khi mồi đủ lượng nước thì đóng hai van VM1 và VX1 lại. - Khởi động bơm B1. - Khi áp suất trong buồng bơm B1 đạt áp suất cho phép ta thực hiện mở van xoay VX1. Việc điều khiển khởi động hệ thống bơm kết thúc, trong quá trình bơm nếu nước trong bể giảm xuống mức nước cạn H < H1 thì thực hiện quá trình dừng bơm theo trình tự sau : - Đóng van xoay VX1. - Sau khi van xoay VX1 đóng hết thì dừng bơm B1. .2. Chế độ vận hành nhóm bơm thứ nhất (NB1) gồm hai bơm(B1),(B3). Chế độ vận hành 2 bơm thực hiện khi mức nước trong bể đạt mức nước H >= H2, thực hiện điều khiển hệ thống bơm (B3) theo trình tự sau : - Mở van mồi VM2 và van xoay VX3. - Sau khi mồi đủ lượng nước thì đóng van mồi VM2 và đóng van xoay VX3. - Khởi động bơm B3. - Khi áp suất trong buồng bơm đạt áp suất cho phép thì mở từ từ van VX3. - Khởi động bơm (B1) tương tự mục 3.2.3.1 Sau khi mức nước gảm xuống mức nước cạn H<H1 thì tiến hành dừng hai bơm B1 và B3 theo trình tự sau: - Đóng van xoay VX1 và VX3. - Khi van xoay đóng hết thì dừng bơm B1 và bơm B3. .3. Chế độ vận hành nhóm bơm thứ hai (NB2) gồm bơm (B2),(B3). Khi mức nước trong bể đạt đến mức cần bơm H>=H2 thì cho hệ thống nhóm bơm thứ hai vào hoạt động, trình tự khởi động bơm (B2) như sau. - mở van mồi(VM1),mở van xoay(VX2) - Sau khi mồi đủ lượng nước thì đóng các van (VM1),(VX2) lại. - Khởi độngbơm B2. - Khi áp suất trong buồng bơm đạt áp suất cho phép thì mở từ từ van VX2. - Khởi động B3 tương tự mục 3.2.3.2. Sau khi mức nước giảm xuống mức H<H1 thì tiến hành dừng bơm B2,B3 theo trình tự sau - Đóng van xoayVX2,VX3. - Khi van xoay dóng hết thì dừng bơm B2,B3. 4.2.2 Các sự cố : Hệ thống đang hoạt động , nếu một trong các bơm gặp sự cố thì phải tự động dừng hệ thống và đưa bơm khác vào hoạt động . 4.3 Quy định tín hiệu vào ra của PLC 4.3.1 Các tín hiệu vào của PLC. 01 - Tín hiệu từ cảm biến báo mức H1 I 0.0 02 - Tín hiệu từ cảm biến báo mức H2 I 0.1 03 - Tín hiệu từ cảm biến báo mồi đủ B1 I 0.2 04 - Tín hiệu từ cảm biến báo mồi đủ B2 I 0.3 05 - Tín hiệu từ cảm biến báo mồi đủ B3 I 0.4 06 - Tín hiệu từ cảm biến báo mồi đủ B4 I 0.5 07 - Tín hiệu từ cảm biến báo áp suất B1 I 0.6 08 - Tín hiệu từ cảm biến báo áp suất B2 I 0.7 09 - Tín hiệu từ cảm biến báo áp suất B3 I 1.0 10 - Tín hiệu từ cảm biến báo áp suất B4 I 1.1 11 - Tín hiệu từ cảm biến báo sự cố hệ thống B1 I 1.2 12 - Tín hiệu từ cảm biến báo sự cố hệ thống B2 I 1.3 13 - Tín hiệu từ cảm biến báo sự cố hệ thống B3 I 1.4 14 - Tín hiệu từ cảm biến báo sự cố hệ thống B4 I 1.5 15 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VM1 I 1.6 16 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VM1 I 1.7 17 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VM2 I 2.0 18 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VM2 I 2.1 19 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VM3 I 2.2 20 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VM3 I 2.3 21 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VX1 I 2.4 22 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VX1 I 2.5 23 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VX2 I 2.6 24 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VX2 I 2.7 25 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VX3 I 3.0 26 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VX3 I 3.1 27 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hêt VX4 I 3.2 28 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VX4 I 3.3 29 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VX5 I 3.4 30 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VX5 I 3.5 31 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VX6 I 3.6 32 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VX6 I 3.7 33 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VX7 I 4.0 34 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VX7 I 4.1 35 - Tín hiệu từ cảm biến báo mở hết VX8 I 4.2 36 - Tín hiệu từ cảm biến báo đóng hết VX8 I 4.3 37 - Tín hiệu chọn chế độ theo mùa I 4.4 38 - Tín hiệu chọn chế độ điều khiển tự động hoặc chế độ độc lập I 4.5 4.3.2 Các tín hiệu ra của PLC. 01- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VM1 Q 0.0 02- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóngvan VM1 Q 0.1 03- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VM2 Q 0.2 04- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VM2 Q 0.3 05- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VM3 Q 0.4 06- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VM3 Q 0.5 07- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VX1 Q 0.6 08- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VX1 Q 0.7 09- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VX2 Q 1.0 10- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VX2 Q 1.1 11- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VX3 Q 1.2 12- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VX3 Q 1.3 13- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VX4 Q 1.4 14- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VX4 Q 1.5 15- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VX5 Q 1.6 16- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VX5 Q 1.7 17- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VX6 Q 2.0 18- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VX6 Q 2.1 19- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VX7 Q 2.2 20- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VX7 Q 2.3 21- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt mở van VX8 Q 2.4 22- Tín hiệu điều khiển bộ đóng ngắt đóng van VX8 Q 2.5 23- Tín hiệu điều khiển khởi động từ của B1 Q 2.6 24-Tín hiệu điều khiển khởi động từ của B2 Q 2.7 25- Tín hiệu điều khiển khởi động từ của B3 Q 3.0 26- Tín hiệu điều khiển khởi động từ của B4 Q 3.1 Tổng số tín hiệu đầu vào PLC là 38, tổng số tín hiệu đầu ra là 26, dựa trên các yêu cầu điều khiển các van và khởi động từ chọn loại CPU 216 và hai mô đun mở rộng E221. 4.4 Đặc Tính chuyển đổi của cảm biến : Căn cứ vào chiều cao moong chứa nước và tín hiệu của cảm biến mức LT – 320 ta xây dựng được đặc tính chuyển đổi của cảm biến như sau 4.6 Chương trình điều khiển hệ thống bơm thoát nước : 4.6.1 Lưu đồ thuật toán : 4.6.1.1 Sơ đồ vòng quét điều khiển hệ thống. Dựa trên công nghệ vận hành của phương án cải tạo thành lập sơ đồ vòng quét điều khiển hệ thống bơm mức -155 thể hiện trên hình 4.2 Hình 4.2 Sơ đồ vòng quét điều khiển hệ thống bơm mức -155 Trong sơ đồ vòng quét có các khối điều khiển: - Khối xử lý sự cố điều khiển bơm dự phòng hoạt đông khi bơm đang làm việc bị sự cố. - Khối điều khiển 3 bơm luân phiên, điều khiển 3 bơm hoạt động vào mùa khô. - Khối điều khiển 2 nhóm bơm làm việc luân phiên, điều khiển 2 nhóm bơm hoạt động vào mùa mưa. - Khối điều khiển độc lập, điều khiển độc lập từng bơm để kiểm tra và hiệu chỉnh. 4.6.1.2 Khối điều khiển 3 bơm hoạt động luân phiên ở chế độ vận hành về mùa khô muốn điều khiển 3 bơm hoạt động luân phiên theo mức nước thì quá trình điều khiển được thể hiện trên hình 4.3 . Hình 4.3 Sơ đồ khối điều khiển 3 bơm làm việc luân phiên 4.6.1.3 Khối điều khiển 2 nhóm bơm luân phiên. ở chế độ mùa mưa muốn điều khiển 2 nhóm bơm luân phiên theo mức nước thì quá trình điều khiển thể hiện trên hình 4.4 H>= H2 Chọn nhúm bơm; M = 1 N =1 Bơm B1,B3 Hoạt động Bơm B2,B3 Hoạt động H < H1 Dừng bơm B1, B3; M = 2 H < H1 Dừng bơm B1, B2; M =1 Giữ nguyờn Trạng thỏi M =1 S Đ S Đ S S Đ Đ Hình 4.4 Sơ đồ khối điều khiển 2 nhóm bơm hoạt động luân phiên Chương trỡnh con điều khiển ba bơm làm việc luân phiên(SBR_1) Trên cơ sở sơ đồ khối điều khiển ba bơm làm việc luân phiên và địa chỉ các tín hiệu vào ra thành lập được chương trỡnh điều khiển chế độ ba bơm làm việc luân phiên như sau: NETWORK 1 LD I0.1 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MUC H>=H2 A M0.0 //BIT NHO CHON BOM B1 CALL SBR_1 //CHUONG TRINH CON BOM B1 HOAT DONG VA DUNG NETWORK 2 LD I0.1 // TIN HIEU CAM BIEN BAO MUC H>=H2 A M0.1 // BIT NHO CHON BOM B2 CALL SBR_2 // CHUONG TRINH CON BOM B2 HOAT DONG VA DUNG NETWORK 3 LD I0.1 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MUC H>=H2 A M0.2 // BIT NHO CHON BOM B3 CALL SBR_3 // CHUONG TRINH CON BOM B3 HOAT DONG VA DUNG 4.3.7 Chương trình con khởi động bơm B1(SBR_2) NETWORK 1 LD SM0.0 S Q0.0,1 //TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN MOI VM1 S Q0.6,1 // TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX1 S Q2.4,1 // TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX8 NETWORK 2 LD I1.6 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN MOI VM1 EU R Q0.0,1 //DUNG MO VAN MOI VM1 NETWORK 3 LD I2.4 //TIN HIEU BAO MO HET VAN XOAY VX1 EU R Q0.6,1 //DUNG MO VAN XOAY VX1 NETWORK 4 LD I4.2 // TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN XOAY VX8 R Q2.4,1 // DUNG MO VAN XOAY VX8 NETWORK 5 LD I0.2 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MOI DU BOM B1 EU S Q0.1,1 //TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN MOI VM1 S Q0.7,1 // TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN VX1 NETWORK 6 LD I1.7 //TIN HIEU CAM BIEN BAO DONG HET VAN MOI VM1 EU R Q0.1,1 // DUNG DONG VAN MOI VM1 NETWORK 7 LD I2.5 //TIN HIEU CAM BIEN BAO DONG HET VAN XOAY VX1 EU R Q0.7,1 // DUNG DONG VAN VOAY VX1 S Q2.6,1 //TIN HIEU DIEU KHIEN KHOI DONG TU BOM B1 NETWORK 7 LD I0.6 // TIN HIEU TU CAM BIEN AP SUAT BOM B1 EU S Q0.6,1 //TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX1 NETWORK 8 LD I2.4 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN XOAY VX1 EU R Q0.6,1 // DUNG MO VAN XOAY VX1 4.3.8 Chương trình con dừng bơm B1(SBR_3) NETWORK 1 LD I0.0 //TIN HIEU TU CAM BIEN BAO MUC H <H1 EU S Q0.7,1 //TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN XOAY VX1 NETWORK 2 LD I2.5 //TIN HIEU CAM BIEN BAO DONG HET VAN XOAY VX1 EU R Q0.7,1 // TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN XOAY VX1 R Q2.6,1 //DUNG BOM B1 R M0.0,1 //XOA BIT NHO CHON BOM B1 S M0.1,1 //GHI NHO CHON BOM B2 4.3.9Chương trình con khởi động bơm B2(SBR_4) NETWORK 1 LD SM0.1 S Q0.0,2 //TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN MOI VM1 S Q1.0,2 // TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX2 S Q2.4,2 // TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX8 NETWORK 2 LD I1.6 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN MOI VM1 EU R Q0.0,2 //DUNG MO VAN MOI VM1 NETWORK 3 LD I2.6 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN XOAY VX2 EU R Q1.0,2 //DUNG MO VAN XOAY VX2 NETWORK 4 LD I4.2 // TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN XOAY VX8 R Q2.4,1 // DUNG MO VAN XOAY VX8 NETWORK 5 LD I0.3 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MOI DU BOM B2 EU S Q0.1,2 //TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN MOI VM1 S Q1.1,2 // TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN VX2 NETWORK 6 LD I1.7 //TIN HIEU BAO DONG HET VAN MOI VM1 EU R Q0.1,2 // DUNG DONG VAN MOI VM1 NETWORK 7 LD I2.7 //TIN HIEU CAM BIEN BAO DONG HET VAN XOAY VX2 EU R Q1.1,2 // DUNG DONG VAN VOAY VX2 S Q2.7,2 //TIN HIEU DIEU KHIEN KHOI DONG TU BOM B2 NETWORK 7 LD I0.7 // TIN HIEU TU CAM BIEN AP SUAT BOM B2 EU S Q1.0,2 //TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX2 NETWORK 8 LD I2.6 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN XOAY VX2 EU R Q1.0,2 // DUNG MO VAN XOAY VX2 4.3.10 Chương trình con dừng bơm B2(SBR_5) NETWORK 1 LD I0.0 //TIN HIEU TU CAM BIEN BAO MUC H<H1 EU S Q1.1,2 //TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN XOAY VX2 NETWORK 2 LD I2.7 //TIN HIEU CAM BIEN BAO DONG HET VAN XOAY VX2 EU R Q1.1,2 // TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN XOAY VX2 R Q2.7,2 //DUNG BOM B2 R M0.1,2 //XOA BIT NHO CHON BOM B2 S M0.2,2 //GHI NHO CHON BOM B3 11Chương trình con khởi động bơm B3(SBR_6) NETWORK 1 LD SM0.2 S Q0.2,3 //TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN MOI VM2 S Q1.2,3 // TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX3 S Q1.6,3 // TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX5 NETWORK 2 LD I2.0 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN MOI VM2 EU R Q0.2,3 //DUNG MO VAN MOI VM2 NETWORK 3 LD I3.0 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN XOAY VX3 EU R Q1.2,3 //DUNG MO VAN XOAY VX3 NETWORK 4 LD I3.4 // TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN XOAY VX5 R Q1.6,3 // DUNG MO VAN XOAY VX5 NETWORK 5 LD I0.4 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MOI DU BOM B3 EU S Q1.1,3 //TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN MOI VM2 S Q1.3,3 // TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN VX3 NETWORK 6 LD I2.1 //TIN HIEU CAM BIEN BAO DONG HET VAN MOI VM2 EU R Q0.3,3 // DUNG DONG VAN MOI VM2 NETWORK 7 LD I3.1 //TIN HIEU CAM BIEN BAO DONG HET VAN XOAY VX3 EU R Q1.3,3 // DUNG DONG VAN VOAY VX3 S Q3.0,3 //TIN HIEU DIEU KHIEN KHOI DONG TU BOM B3 NETWORK 7 LD I1.0 // TIN HIEU TU CAM BIEN AP SUAT BOM B3 EU S Q1.2,3 //TIN HIEU DIEU KHIEN MO VAN XOAY VX3 NETWORK 8 LD I3.0 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MO HET VAN XOAY VX3 EU R Q1.2,3 // DUNG MO VAN XOAY VX3 4.3.12 Chương trình con dừng bơm B3(SBR_7) NETWORK 1 LD I0.0 //TIN HIEU TU CAM BIEN BAO MUC H<H1 EU S Q1.3,3 //TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN XOAY VX3 NETWORK 2 LD I3.1 //TIN HIEU CAM BIEN BAO DONG HET VAN XOAY VX3 EU R Q1.3,3 // TIN HIEU DIEU KHIEN DONG VAN XOAY VX3 R Q3.0,3 //DUNG BOM B3 R M0.2,3 //XOA BIT NHO CHON BOM B3 S M0.0,3 //GHI NHO CHON BOM B1 4.3.13Chương trỡnh con điều khiển 2 nhóm bơm làm việc luân phiờn(SBR_8) NETWORK 1 LD SM0.3 A SM0.4 MOVW +1,VW106 MOVW +2,VW108 NETWORK 2 MOVW 1,VW106 //DUA NHOM BOM NB1 VAO HOAT DONG NETWORK 3 MOVW 2,VW108 //DUA NHOM BOM NB2 VAO HOAT DONG NETWORK 4 LDW=VW100,VW104 LD I0.1 //TIN HIEU CAM BIEN BAO MUC H>=H2 CALL SBR_2 //CHUONG TRINH KHOI DONG BOM B1 CALL SBR_6 //CHUONG TRINH KHOI DONG BOM B3 NETWORK 5 LDN I0.0 //TIN HIEU TU CAM BIEN BAO MUC H1 CALL SBR_3 //CHUONG TRINH DUNG BOM B1 CALL SBR_7 //CHUONG TRINH DUNG BOM B3 R M0.3,1 //XOA BIT NHO NHOM BOM MOT NB1 S M0.4,1 //GHI NHO CHON NHOM BOM HAI NB2 NETWORK 8 LDW=VW102,VW104 LD I0.1 // TIN HIEU TU CAM BIEN BAO MUC H>=H2 CALL SBR_4 //CHUONG TRINH KHOI DONG BOM B2 CALL SBR_7 // CHUONG TRINH KHOI DONG BOM B3 NETWORK 9 LDN I0.0 // TIN HIEU TU CAM BIEN BAO MUC H1 CALL SBR_5 // CHUONG TRINH DUNG BOM B2 CALL SBR_7 //CHUONG TRINH DUNG BOM B3 R M0.4,1 // XOA BIT NHO NHOM BOM MOT NB2 S M0.3,1 // GHI NHO CHON NHOM BOM HAI NB1 4.4 Nhận xét - Chương trình chính thực hiện điều khiển hệ thống bơm theo đúng các yêu cầu đã đề ra. - Chương trình con điều khiển 3 bơm làm việc luân phiên đảm bảo việc điều khiển lần lượt 3 bơm hoạt động theo mức và luân phiên theo thứ tự 1,2,3,1,2... - Chương trình 2 nhóm bơm làm việc luân phiên đảm bảo việc điều khiển 2 nhóm bơm làm việc luân phiên lần lượt theo thứ tự 1,2,1,2... 4.5 Điều khiển và giám sát hệ thống với Protool : 4.5.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm SIMATIC ProTool pro Phần mềm SIMATIC ProTool pro được phát triển bởi tập đoàn SIEMENS AG được ứng dụng để thiết kế các giao diện đo lường điều khiển, giám sát và chuẩn đoán quá trình, thu thập và lưu trữ dữ liệu dựa trên các công cụ như text displays, operator panels, touch panels và Windows-based systems SIMATIC ProTool pro được cấu thành bởi hai thành phần là ProTool/Pro CS (Configuration System) configuration software và ProTool/Pro RT (Runtime) process visualization software. Cả hai hệ thống này có thể chạy trên nền Windows 95, Windows 98, Windows 2000 và Windows NT 4.0 . Với ProTool/Pro CS được dùng để thiết kế giao diện trên cấu hình của máy (PU hoặc PC) trong Windows (dùng để chạy ứng dụng khi kết nối giao diện trên PC hoặc PU với thiết bị điều khiển PLC). Còn ProTool/Pro RT là một chương trình được chạy ở chế độ Demo trong Windows hoặc trong các Panel PC (dùng chủ yếu để mô phỏng các quá trình ảo). SIMATIC ProTool/Pro RT được chạy trên nền của Windows với các công cụ như: - Máy tính Standard PC. - SIMATIC Panel PC, ví dụ như FI25, FI45, PC670, PC670 TOUCH. - Các panel chuyên dụng cho hệ thống SCADA: Operator Panel OP37/Pro. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển giám sát (SCADA) ứng dụng ProTool/Pro RT được ta mô tả như hình 1. Hình 1. Hệ thống SCADA sử dụng ProTool/Pro RT với Panel. Khả năng thiết kế đồ họa một cách linh hoạt, tạo biểu tượng phong phú và sinh động trên giao diện của ProTool/Pro CS. Đồng thời chúng được tạo ra dễ dàng bằng các thao tác kích chuột đã làm cho ProTool/Pro có một số đặc điểm nổi bật sau: - Giúp người thiết kế có thể trình bày giao diện đẹp, thân thiện với người dùng. - Thuận tiện cho các chương trình Demo với các công cụ được chuẩn hoá input/output fields, bar graphs, trend graphics, raster and vector graphics và attributes với dynamic capability - Khả năng tích hợp các hệ thống message. - Xử lý và lưu trữ những dữ liệu đo nếu cần. - Lưu trữ các biến của các quá trình và các messages. - Sử dụng các hàm được viết bằng Visual Basic Script. - Kết nối truyền thông với các PLC SIMATIC S5, SIMATIC S7, SIMATIC 505, SIMATIC WinAC, OPC network và các PLC của các hãng chế tạo khác như: + Allen-Bradley (PLC-5, SLC 500). + LG GLOFA-GM. + MITSUBISHI FX. + Modicon (Modbus). + Telemecanique (TSX Adjust, Uni-Telway). 4.5.2 Truyền thông giữa Protool với PLC : Trong phần này giới thiệu kết nối và khai báo truyền thông giữa PC với PLC S7_200, còn đối với các Operator Panel khác được làm tương tự. 1/.Cài chương trình điều khiển cho PLC S7_200. Viết một chương trình điều khiển (project) cho hệ thống bằng phần mềm Step7-Micro/Win 32. Sau đó thực hiện download project này cho thiết bị PLC S7_200, Truyền thông giữa PC với PLC dùng cáp PC/PPI cable(PPI). Khi đó khai báo các tham số truyền như sau: Mở Control Panel -> Set PG/PC Interface->Khai báo như hình 2 và hình 3. Hình 2. Khai báo truyền thông cho PC/PPI cable Hình 3. Đặt thuộc tính cho PC/PPI cable. Trong cửa sổ của màn hình soạn thảo của Step7-Micro/Win32 ta khai báo các tham số truyền thông như sau: Mở View->Communications->Khai báo như hình 4. Hình 4. Khai báo truyền thông cửa sổ Step7-Micro/Win 32 2/.Truyền thông giữa ProTool pro CS trên PC với thiết bị điều khiển PLC. Chương trình điều khiển sau khi đã được download tới PLC và được đặt ở chế độ RUN. Trong quá trình chạy một project nó vẫn bắt tay với giao diện của Protool trên PC thông qua PC/PPI cable (PPI).Tuy nhiên để giao tiếp được với Protool pro CS liên tục ở chế độ ONLINE thì ta cần đặt lại tham số trong Control Panel như sau: Mở Control Panel -> Set PG/PC Interface-> đặt tham số như hình 5, hình 6. Hình 5. Tham số truyền thông ở chế độ S7_ONLINE Hình 6. Thuộc tính cho cáp PC/PPI cable ở chế độ S7_ONLINE 4.7.3 Giao diện điều khiển giám sát : Hình 4.7.1 : Bơm 1 hoạt động Hình 4.7.2 : Bơm 2 hoạt động Hình 4.7.3 : Bơm 3 hoạt động Sử dụng phần mềm Protool ta có thể điều khiển và giám sát hệ thống bơm một cách độc lập. Bằng cách sử dụng các nút bấm kết nối trực tiếp tới máy bơm , ta có thể khởi động hoặc dừng các bơm độc lập với nhau như các hình vẽ mô phỏng ở trên . - Hình 4.5.1 : Mô phỏng quá trình hoạt động của bơm B 1 - Hình 4.5.2 : Mô phỏng quá trình hoạt động của bơm B 2 - Hình 4.5.3 : Mô phỏng quá trình hoạt động của bơm B 3 4.5.4 Chương trình lưu dữ liệu ( áp suất, mức nước ) : Saukhi chạy xong chương trình ta có các file lưu trữ dữ liệu của áp suất và mức nước của hệ thống bơm . Bảng ghi số liệu và áp suất bơm 1 : VarName TimeString VarValue Validity Time_ms apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 36 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 45 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 45 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 45 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 45 1 3.96E+10 apsuatB1 6/8/2009 0:08 45 1 3.96E+10 Bảng ghi dữ liệu áp suất bơm 2: VarName TimeString VarValue Validity Time_ms apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 35 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 35 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 35 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 35 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 35 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 35 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 35 1 3.96E+10 apsuatB2 6/8/2009 0:08 35 1 3.96E+10 Bảng ghi dữ liệu áp suất bơm 3: VarName TimeString VarValue Validity Time_ms apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 15 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 apsuatB3 6/8/2009 0:08 25 1 3.96E+10 Bảng ghi dữ liệu mức nước của hệ thống : VarName TimeString VarValue Validity Time_ms Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 0 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 50 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 80 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 80 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 80 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 80 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 80 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 80 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 80 1 3.96E+10 Mucnuoc 6/8/2009 0:08 80 1 3.96E+10 Sử dụng phần mềm Protol làm giao diện giám sát và điều khiển hệ thống ta còn có thể lưu trữ lại được những số liệu trong quá trình hệ thống hoạt động. Những file lưu trữ này sẽ giúp người kiểm tra được dễ dàng quá trình hoạt động của hệ thống sau một ca hay sau một ngày làm việc . Vì trong quá trình hoạt động thì mức nước và áp suất trong đường ống các bơm có sự thay đổi liên tục . Đây cũng chính là một ưu điểm rất lớn của phần mềm Protool .Trên đây là bảng lưu trữ các số liệu về mức nước và áp suất . KếT Luận Sau thời gian , dưới sự hướng dẫn tận tình của GV. Th.S Phạm Thị Thanh Loan cùng với các thầy cô giáo trong bộ môn đến nay đồ án của em đã được hoàn thành . Trong thời gian làm đồ án với đề tài “Tự động hoá hệ thống bơm thoát nước mức -155 công ty than Mạo Khê bằng PLC S7 – 200” em đã học thêm được rất nhiều kiến thức. Việc sử dụng PLC để điều khiển với việc lập trình theo ngôn ngữ đã mang lại điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển và vận hành , tính khả thi cao , linh kiện gọn nhẹ . Cùng với việc sử dụng phần mềm Protool để làm giao diện giám sát và điều khiển đã đáp ứng được nhiều yêu cầu thực tế nhất là môi trường làm việc khác nghiệt như là môi trường hầm mỏ . Tuy nhiên việc điều khiển hệ thống cũng có những vấn đề phức tạp cùng với trình độ có hạn của mình do đó đồ án của em vẫn còn nhiều sai sot và có những vấn đề chưa được đề cập tới sâu . Em mong được sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn . Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn GV. Th.S Phạm Thị Thanh Loan và các thầy cô giáo trong bộ môn cùng các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án của mình . Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện Nguyễn Hoàng Phương Tài liệu tham khảo 1, Cơ sở Truyền Động Điện – PGS.TS Thái Duy Thức - Đại Học Mỏ Địa Chất. 2, Thiết kế Truyền Động Điện – PGS.TS TháI Duy Thức - Đại Học Mỏ Địa Chất . 3, Tự Động Hoá Với Simatic S7-200 – Nguyễn Doãn Phước , Phan Xuân Minh – NXB NN . 4, Bài Giảng Protool – TH.S Đặng Văn Chí - Đại Học Mỏ Địa Chất .