Luận văn Khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện trên nền simatic S7-300

u xả giảm thì van xả một lần nữa mở để xả bớt nước ngưng. Từ nguyên tắc thổi bụi trên thì nguyên lý làm việc cơ bản của hệ thống van (hình 2.8) Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 Hình 2.8: Nguyên lý làm việc của hệ thống van Lệnh yêu cầu thổi bụi Mở van xả nước đọng Điều kiện áp suất, nhiệt độ hơi thổi Sự cố Đóng hệ thống van và bảo dưỡng Không có Có Mở van giảm áp cấp hơi cho máy thổi Mở van đầu vào hơi thổi, mở van thổi bụi chính để sấy đường ống vòi thổi được h H ệ thống thổi bụi ở trạng thái chờ làm việc Hơi thổi bụi Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 2.5.2. Thiết kế sơ đồ hệ thống van Trạm van có vai trò giảm áp suất của hơi được lấy từ bao hơi xuống đến áp suất cần thiết phù hợp cho hệ thống thổi bụi. Trong qua trình sử dụng nó có thể điều khiển từ xa để thay đổi tỉ lệ giảm áp đối với áp suất hiện hành của hơi. Trên trạm van còn lắp các sensơ nhiệt và sensơ áp lực, giúp cho hệ thống thổi bụi điều khiển hoàn thiện khi các thông số về nhiệt độ và áp suất vượt quá phạm vi cho phép. Trạm có hệ thống xả đọng để tránh hư hại mỗi khi khởi động chu trình thổi, van an toàn xả áp nhanh khi áp lực tăng nhanh quá mức giới hạn đường ống cho phép. Ở tất cả các chức năng đều có thể điều khiển từ xa và khi có sự cố có thể điều khiển tại chỗ bằng tay. Trong trường hợp có sự cố ở van giảm áp, hệ thống vẫn có thể sử dụng được nhờ đường rẽ nhánh, áp suất được giảm hai lần nhờ hai van trên nhánh này. Các thông số về áp suất, nhiệt độ của hơi sau giảm áp được hiện thị trên Panel điều khiển. Các van điện có thể điều khiển trên Panel điều khiển hoặc tại chỗ bằng tay. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống van 2.3 AS- thấp 2.4 2.7 2.8 AS- thấp 2.7 AS-cao 2.1 2.5 2.6 2.9 2.10 2.11 Hơi đến máy thổi bụi Hơi từ bộ quá nhiệt 2.2 AS-cao Ống gió chèn Ống hơi Máy thổi bụi dài (LBS) Máy thổi bụi ngắn (WB) Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 2.5.3. Chức năng các van Vị trí van Chức năng Trạng thái mở Trạng thái đóng 2.1 Van điện trục chính Đóng đường ống chính khi van giảm áp có sự cố, cho phép sử dụng đường rẽ nhánh qua các van 2.7 và 2.4 - Sau khi các van 2.7 ; 2.8 đã xả nước đọng và được đóng lại. - Khi hệ thống đường ống bắt đầu được sấy nóng và các máy thổi bụi bắt đầu một chu trình làm việc - Sau khi kết thúc một chu trình làm việc của các máy thổi bụi. - Khi van giảm áp có sự cố, phải dùng đường rẽ nhánh thay thế tạm thời. 2.4 Van điện nhánh rẽ Cùng với các van 2.6; 2.7 có tác dụng giảm áp và cung cấp hơi cho các máy thổi bụi khi van giảm áp 2.5 có sự cố. - Khi phải sử dụng đường rẽ nhánh thay thế cho các van giảm áp. - Sau khi các van 2.7 ; 2.8 đã xả nước đọng và được đóng lại. - Khi hệ thống đường ống bắt đầu được sấy nóng và các máy thổi bụi bắt đầu một chu trình làm việc - Sau khi kết thúc một chu trình làm việc của các máy thổi bụi. - Khi van giảm áp hoạt động bình thường. 2.2 Van điện xả đọng áp suất cao – AS cao Xả nước đọng theo chương trình, điều khiển từ xa trên tủ điều khiển và tại chỗ. - Khi xả nước đọng. - Ngay sau khi xả nước đọng. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Vị trí van Chức năng Trạng thái mở Trạng thái đóng 2.3 Van điện xả đọng áp suất thấp – AS thấp Xả nước đọng theo chương trình, điều khiển từ xa trên tủ điều khiển và tại chỗ. - Khi xả nước đọng. - Ngay sau khi xả nước đọng. 2.11 Van an toàn Bảo vệ an toàn cho toàn hệ thống thổi bụi khi áp suất tăng tới mức nguy hiểm. - Xả hơi khi áp suất trong đường ống tăng qua mức đặt trước (40 at) - Trong tất cả các trường hợp áp suất trong đường ống thấp hơn mức xả. 2.5 Van giảm áp , điều chỉnh Giảm áp, có điều chỉnh, có tín hiệu khứ hồi 4 – 20 mA - Trong suốt một chu trình làm việc của các máy thổi bụi. - Khi kết thúc một chu trình làm việc của các máy thổi bụi. 2.6 Van tay trục chính Đóng đường cấp từ bao hơi đến trạm van khi trạm van cần sửa chữa. - Khi trạm van hoạt động không sự cố - Khi trạm van có sự cố cần dừng sửa chữa. - Khi trạm van nghỉ không hoạt động dài hạn. 2.7 Van tay xả đọng áp suất cao – AS cao Xả nước đọng khi van điện 2.2 có sự cố. - Khi van điện 2.2 hoạt động bình thường. - Xả nước đọng khi van điện 2.2 có sự cố - Ngay sau khi xả nước đọng trong lúc van điện 4.2 sự cố. - Trong khi đường ống có hơi. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Vị trí van Chức năng Trạng thái mở Trạng thái đóng 2.7 Van tay nhánh rẽ Cùng với các van 2.6; 2.4 có tác dụng giảm áp và cung cấp hơi cho các máy thổi bụi khi van giảm áp 2.5 có sự cố. - Khi phải sử dụng đường rẽ nhánh thay thế cho van giảm áp. - Sau khi các van 2.7 ; 2.8 đã xả nước đọng và được đóng lại. - Khi hệ thống đường ống bắt đầu được sấy nóng và các máy thổi bụi bắt đầu một chu trình làm việc - Khi van giảm áp hoạt động bình thường. 2.8 Van tay xả đọng áp suất thấp – AS thấp Xả nước đọng khi van điện 2.3 có sự cố. - Khi van điện 2.3 hoạt động bình thường. - Xả nước đọng khi van điện 2.3 có sự cố - Ngay sau khi xả nước đọng trong lúc van điện 2.2 sự cố. - Trong khi đường ống có hơi. 2.9 Sen sơ áp lực Đo áp lực hơi, truyền tín hiệu lên tủ điều khiển 2.10 Sen sơ nhiệt độ Đo nhiệt độ hơi, truyền tín hiệu lên tủ điều khiển 2.5.4. Mô tả nguyên lý vận hành của hệ thống van Hơi có áp suất cao từ bao hơi được đưa vào qua đường ống khi van tay 2.6 mở. Từ đây hơi được điều chỉnh giảm áp suất xuống đến áp suất theo yêu cầu phục vụ cho mục đích thổi bụi bằng một trong hai đường: thứ nhất là qua van chặn 2.1 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 rồi qua van giảm áp 2.5, thứ hai là mở van tay 2.7 rồi qua van 2.4 ở đây van 2.7 có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất. Tuy nhiên đường thứ hai chỉ là đường dự phòng dùng khi đường thứ nhất có một van nào đó gặp sự cố hay khi bảo dưỡng đường ống, van trên đường ống chính. Trên đường ống cấp hơi chính sau khi hơi qua van 2.1 đồng thời xả hâm nóng đường ống qua van 2.2 ( theo một thời gian đặt trước), van điều áp 2.5 mở khi áp suất đạt được giá trị phù hợp, van xả 2.3 đóng lại và khi đó máy thổi có thể bắt đầu làm việc. Các thông số về sự biến đổi của áp suất, nhiệt độ được các cảm biến nhiệt độ và áp suất đưa về tủ điều khiển để xử lý và tiến hành điều chỉnh cho phù hợp để hệ thống có thể làm việc bình thường. Song song với hệ thống hơi còn có hệ thống gió chèn. Gió chèn được lấy từ hệ thống quạt gió cấp của lò qua hệ thống gió chèn đến các máy thổi bụi nhằm mục đích không cho khói lò đi ngược ra ngoài qua các khe hở đảm bảo an toàn cho hệ thống và cho người vận hành. Gió chèn không yêu cầu áp suất cao mà chỉ cần đảm bảo được áp suất của nó lớn hơn áp suất khói lò một lượng khoảng 5Mbar là đủ. 2.6. Bộ điều khiển điện truyền động tuyến tính Modat. - Giới thiệu chung: Các van điện được điều khiển thông qua bộ điều khiển điện truyền động tuyến tính modat. Loại actuator MODACT MT được thiết kế đặc biệt cho điều khiển van và các thiết bị khác phù hợp với tính năng của nó và đặc biệt cho việc chuyển động đảo chiều tuyến tính. Các actuator này có thể được dùng trong các mạch điện điều khiển từ xa. Actuator điều khiển MODACT MT với bộ điều khiển định vị có thể hoạt động trong mạch điện điều khiển tự động. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 Hình 2.10: Hình ảnh actuators modact MT - Thông số kỹ thuật: Điện áp cấp cho động cơ 230V/400V-50Hz (hoặc được ghi trên nhãn mác của động cơ). Cấp bảo vệ của động cơ điện – IP54. Tiếng ồn: mức ồn áp lực tối đa (A) - Mức ồn nguồn điện tối đa (A) 95dB (A). Vị trí vận hành: Loại actuator MODACT MT có thể sử dụng trong mọi điều kiện miễn là trục của động cơ điện phải được đặt theo phương nằm ngang. Trong những trường hợp động cơ điện hướng lên trên, dầu bôi trơn được cho thêm để đảm bảo bánh răng động cơ bôi trơn. Các actuator cần phải được lắp đặt ở nơi có thể dễ dàng với tới được hộp điều khiển, hộp đấu dây và phần điều khiển bằng tay. Miêu tả: Về khía cạnh các kích thước đấu nối cơ bản thì các động cơ được thiết kế để nối trực tiếp với van. Actuator được nối với van bằng các cột theo tiêu chuẩn CSN EN ISO 5210 hoặc bằng các cột và một mặt bích (chỉ với thiết kế phi tiêu chuẩn MT40). Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Việc truyền động từ thanh kéo của actuator tới van, actuator có một khớp nối. Kiểu A (với ren trong) Hoặc kiểu B (với ren ngoài). - Cấu hình Actuator: Động cơ không đồng bộ 3 pha 1 được truyền động qua bánh răng trục đối, bánh răng hành trình của cụm bánh răng vi sai có trong hộp của actuator (truyền động chính) 3 . Ở chế độ truyền động cơ học, bánh răng crown của cụm bánh răng hành trình được giữ ở vị trí chắc chắn bằng bánh răng vít tự hãm. Vô lăng 4 được nối với bánh răng vít, cho phép điều khiển bằng tay ngay cả khi động cơ đang chạy. Trục rỗng đầu ra được nối khớp cố định vào bộ mang bánh răng hành trình. Trục ra của Actuator được kéo dài đến cơ cấu chuyển đổi tuyến tính 11, nó đảo chiều quay của trục thành chuyển động thẳng của thanh kéo. Trục ra nối vào hộp điều khiển 5, trong đó các thiết bị điều khiển của actuator được xếp đặt tập trung, bao gồm các công tắc hành trình. Hình 2.11: Cấu hình của actuator Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Chú thích: 1. – Động cơ không đồng bộ 3 pha 2. – Hộp bánh răng trục giữa 3. – Hệ bánh răng truyền động 4. – Vô lăng 5. – Hộp điều khiển 6. – Vỏ hộp điều khiển 7. – Hộp đấu dây - với thiết kế có hộp đấu dây 8. – Vỏ hộp đấu dây 9. – Hộp đấu dây - với thiết kế có bộ KBNS 10. – Ống kẹp cáp điều khiển 11. – Cơ cấu trượt thẳng 12. – Núm mỡ 13. – Măng xông chống bụi 14. – Hộp đấu dây cho động cơ 15. – Bộ điều khiển tại chỗ 16. - Bộ điều khiển chống khoá 2.7. Cảm biến (Sensor áp và Sensor nhiệt) 2.7.1. Cảm biến áp suất (Sensor áp kiểu DMP 333) Hình 2.12: Đầu cảm biến áp lực Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 - Khái quát: Cảm biến áp lực DMP 333 được thiết kế đặc biệt cho thiết bị thuỷ lực ở các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Các yêu cầu của máy móc, thiết bị của nhà sản xuất đối với sự tin cậy, chắc chắn được đáp ứng tối ưu. - Các thông số kỹ thuật chính STT Đặc tính 1 Áp suất danh nghĩa PN (bar) 0 – 60 2 Quá áp (bar) 140 3 Tín hiệu đầu ra – 2 dây 4 – 20 mA 4 Độ chính xác – theo IEC 60770 Yếu tố ảnh hưởng - Nguồn - Gây tải - Tác động nhiệt, ở nhiệt độ 0…700C ≤ ± 0,35 FSO ≤ ± 0,05 % FSO/10V ≤ ± 0,05 % FSO/kΩ ≤ 1,0% FSO 5 Bảo vệ điện - Điện trở cách điện - Bảo vệ ngắn mạch - Đấu dây nhầm - Bảo vệ quá áp - Tương thích điện từ: sự phát ra theo EN 50081-2, sự đề kháng theo EN 50082-2 - Sai số trọng trường RF 10V/m - Sai số với dòng RF cảm ứng > 100 MΩ Thường xuyên Không gây hỏng -120…150 V DC ≤ ± 0,5% FSO ≤ ± 0,5% FSO 6 Dải nhiệt độ - Môi chất -25…1250C Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 - Điện tử / môi trường - Xếp kho -25…850C -40…1200C 7 Ổn định cơ học - Độ rung - Xốc 10 g PMS (20…2000 Hz) 100/11 ms 8 Đấu nối điện - Quy chuẩn IP 65 - Lựa chọn IP 67 - Lựa chọn IP 68 Phích cắm DIN43650 Sêri 723 Bulgin 9 Đấu nối cơ học - Quy chuẩn - Lựa chọn G 1/2 DIN 3852 G 1/2 DIN EN 837-1/-3 10 Vật liệu - Cổng áp lực - Vỏ - Màng - Gioăng - Phần bị ướt Thép không rỉ 1.4571 Thép không rỉ 1.4305 Thép không rỉ 1.4404 NBR Cổng áp lực, màng gioăng 11 Dòng tiêu thụ < 25 mA 12 Trọng lượng khoảng 140 g 13 Vị trí lắp đặt Bất kỳ 14 Tuổi thọ . 100 x 106 chu kỳ 2.7.2. Cảm biến nhiệt độ (Sensor nhiệt - PT100) • Đầu đo PT100 Với đầu đo PT100 và bộ chuyển đổi: dùng cho việc đo từ xa, ghi nhận và cảnh báo nhiệt độ. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Loại có vỏ bao Loại không có vỏ Hình 2.13: Cảm biến đo nhiệt độ loại PT100 - Thông số kỹ thuật Sensor nhiệt - PT100 Phạm vi đo - 60 ÷ 400 hoặc 6000C Phạm vi đo có bộ chuyển đổi - 40 ÷ 600C , 0 ÷ 1800C , 0 ÷ 4000C, 0 ÷ 6000C Lĩnh vực sử dụng Dùng cho nhiệt độ cao, có bảng đấu dây ở đầu, cho tín hiệu 4 ÷ 20 mA Nhiệt độ đầu A1: -10 ÷ 1500C Nhiệt độ đầu (bằng chất dẻo): -10 ÷ 1300C Đầu có bộ chuyển đổi: -25 ÷ 800C Phụ kiện Vỏ bao E2, miếng đắp, gioăng E3 Độ kín IP54 theo CSN EN 60529 IP54 theo CSN EN 60529 khi có lớp vỏ bao Môi trường Môi trường có chất ăn mòn, khô, ẩm nhiệt đới có sự ăn mòn của khí hậu Điện trở đo 1 x PT100, 2 x PT100 Cấp chính xác A, B theo CSN IEC 751.C Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Gây tải dòng đến 5 mA Thời gian phản hồi nhiệt Khoảng 10 giây trong nước có vỏ bao Khoảng 3 giây trong nước không vỏ bao Đấu dây 4 dây ở sen sơ kép, 2 dây ở sen sơ có bộ chuyển đổi Khả năng chống rung V2 theo CSN 18002, 10 chu kỳ Dùng trong lĩnh vực công nghiệp, năng lượng và giao thông (độ rung dự kiến trên 55 Hz) Vật liệu Đầu kim loại là hợp kim nhôm Đầu chất dẻo là Norylu, vỏ bao từ thép không rỉ 17248 • Bộ chuyển đổi dòng dùng cho sen-sơ PT100 - Đặc tính: Đầu vào: - PT100 với 3 hay 2 đầu dây - Phạm vi đo: -100 ÷ +600 0C - Đầu ra: Tín hiệu dòng 4 ÷ 20 mA Nạp bằng mạch dòng khép kín Hiện thị đứt dây hay đoản mạch dây dẫn Kiểu: - Đặt trong đầu, độ kín IP 00 - Đặt trên giá DIN, độ kín IP20 - Mô tả bộ chuyển đổi dòng Bộ chuyển dòng PT/I dùng như phụ kiện cho sen-sơ nhiệt PT100. Nó được dùng để chuyển các tín hiệu của sen-sơ thành tín hiệu dòng chuẩn 4 ÷ 20 mA, tạo điều kiện cho việc đo nhiệt độ ở khoảng cách xa. Bộ chuyển dùng cho sen-sơ có ba đầu dây, song cũng có thể dùng cho loại hai đầu dây. Sự cố đoạn mạch hay đứt dây được hiện thị bằng giá trị dòng nằm ngoài phạm vi đo. Phạm vi đo của bộ chuyển có thể chỉnh tuỳ ý theo phạm vi đo của sen-sơ PT100. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Bộ chuyển dòng PT/I không yêu cầu nguồn cấp đặc biệt, năng lượng cần thiết lấy từ mạch dòng kín. Nó được đấu vào mạch này mà không bị ảnh hưởng do sự phân cực của điện áp. Thiết bị được cấp được lắp trực tiếp lên đầu của sen-sơ nhiệt (kiểu H) hay lắp trong hộp nhựa trên giá DIN (kiểu L). - Thông số kỹ thuật Đầu vào PT100 với ba đầu dây hoặc hai đầu dây Phạm vi đo Min -100 đến max 600 0C Dòng của sen-sơ 0,8 mA Đầu ra 4 ÷ 20 mA, pasive, unipolare Điện áp 10 ÷ 36 V Độ chính xác 0,1 % Sai số không tuyến tính 0,05 % Phụ thuộc nhiệt 0,04 %/0C Phụ thuộc điện áp 0,02 %/V Ảnh hưởng của điện trở gây tải 0,02 %/100Ω Dòng tối đa trong mạch 34 mA (khi đứt dây) Dòng tối thiểu trong mạch 3,6 mA (khi đoạn mạch) Điều kiện môi trường Nhiệt độ -30 đến +80 0C, độ ẩm ≤ 80% Phương pháp nối dây Cầu nối, cỡ dây 0,32 ÷ 2,5 mm2 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Chương 3: Giới thiệu PLC Simatic S7-300 3.1. Mở đầu Thiết bị điều khiển lôgic khả trình (Programmable Logic Control) viết tắt là PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, mà ta không cần phải thực hiện các thuật toán đó trên các mạch số. Như vậy với việc có chương trình chứa trong mình, PLC đã thực sự là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển đều được ghi trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình như (khối OB, FB hoặc FC). Chương trình được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan). Để PLC có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có khối vi xử lý (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để trao đổi dữ liệu và giao tiếp với các đối tượng điều khiển. Hình 3.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình CPU Bộ nhớ chương trình Bé ®Öm vµo / ra Khèi vi xö lý trung t©m + HÖ ®iÒu hµnh Timer Counte Bit cờ Cæng vµo ra onboard Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Quả lý ghép nối Bus của PLC Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Do đặc trưng của PLC là thiết bị điều khiển lôgic khả trình nên chủ yếu thực hiện các bài toán điều khiển số như vậy sẽ rất hạn chế vì vậy PLC còn được bổ xung thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm thời gian (Timer), bộ đếm (Counter), các cổng vào ra tương tự và những khối hàm chuyên dụng khác. 3.2. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300 3.2.1. Giới thiệu PLC S7-300 S7-300 là PLC cỡ vừa của hãng Siemens , gồm module CPU và các module được sắp xếp trên các thanh ray (rack). Mỗi rack chứa nhiều nhất 8 module (trừ module CPU và module nguồn), mỗi CPU làm việc nhiều nhất với 4 rack. H ình 3.2: Cấu hình cứng của trạm PLC 3.2.2. Giới thiệu các module PLC S7-300 * Module CPU: Module CPU có chứa bộ vi xử lí, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ Timer, Counter, cổng truyền thông RS485 và có thể một cổng vào ra số. Các cổng vào ra số trên module CPU gọi là cổng vào ra OnBoard. Trong PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau, đặt tên theo bộ vi xử lý: CPU 312, 313, 314, 315, 316, 318. CPU có thêm các hàm chức năng được gọi tên IFM (Integrated Function Module), CPU có cổng để nối mạng phân tán gọi là DB. Trong hệ thống sử dụng module CPU 314 có ký hiệu: 6ES7 314-1AE01-0AB0 + Module này có: - Vùng nhớ làm việc :24KB Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 - Thời gian xử lí 1 khối lệnh:0.3ms/KAW - Sử dụng trong nối mạng MPI Hình 3.3: Hình ảnh modul CPU của PLC S7-300 * Module nguồn PS : Module nguồn cho S7 -300 biến đổi tín hiệu đầu vào 220(110)AC thành tín hiệu 24v DC , PS của S7-300 gồm có 3 loại: Hình 3.4: Hình ảnh modul nguồn của PLC S7-300 + PS 307-10A 6ES7 307-1KA00-OAAO Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/10A Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 + PS 307 5A 6ES7 307-1EA00-OAAO Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/5A + PS 307 2A 6ES7 307-1bA00-OAAO Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/2A * Module IM: Module IM (Interface module): Module ghép nối, đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lí chung bởi một module CPU. Các module mở rộng được gắn liền với nhau trên một thanh đỡ Rack. Trên thanh đỡ này gắn được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể CPU và nguồn nuôi). Một module CPU của S7- 300 có thể làm việc trực tiếp với 4 rack còn S7-400 thì có thể làm việc với 8 rack. Module IM của S7-300 bao gồm các loại sau: + IM 360 IMS -6ES7 360-3AA00-0AA0 -6ES7 360-3AA01-0AA0 + IM 361 IMR -6ES7 361-3CA00-0AA0 -6ES7 361-3CA01-0AA0 + IM 365 IMS-R -6ES7 365-0AB80-0AA0 -6ES7 365-0AB81-0AA0 + IM 365 IMS-R -6ES7 365-0AB0-0AA0 -6ES7 365-0AB1-0AA0 * Module mở rộ ng SM của S7 -300: Module SM (signal module):Module mở rộng cổng tín hiệu vào ra: - Module DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số, số các cổng vào có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module. Ta có một số loại module sau: Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 + SM 321 DI16×24VDC 6ES 7321-7BH00-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(24VDC + SM 321 DI16(48 đến 125 VDC 6ES7 321-1CH80-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(48 đến 125 VDC + SM 321 DI16×AC120V 6ES7 321-1EH01-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(120VAC + SM 321 DI16×DC24V 6ES7 321-7BH80-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(24VDC + SM 321 DI8×AC120/230V 6ES7 321-1FF10-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:8(120/230 VDC + SM 321DI4×Manue,Ex 6ES7 321-7RD0-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(24DC Hình 3.5: Hình ảnh module cổng vào số của PLC S7-300 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 - Module DO(Digital Input): Module DO là module mở rộng các cổng ra số, số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module , có các loại DO sau: + SM 322 DO16×AC120V/0.5A 6ES7 322-1EH01-0AB0 Điện áp vào cổng DO là:16(120VAC/0.5A) + SM 322 DO16×RelAC120V 6ES7 322-1HH00-0AB0 Điện áp vào cổng DO là:24VDC/2A,120V/2A + SM 322 DO16×RelAC120V/230V 6ES7 322-1HH01-0AB0 Điện áp vào cổng DO là:16 Rel24VDC/2A,120V/2A,230V/2A + SM 322 DO32×AC 120V/1A 6ES7 322-1EL00-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:32(120VAC/1A Hình 3.6: Hình ảnh module cổng ra số của PLC S7-300 - Module DI/DO: Là loại module mở rộng các cổng vào ra số, số các cổng vào ra số có thể là 8 vào, 8 ra hoặc 16 vào, 16 ra tùy từng loại module. Có các loại sau: Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 + SM 323 DI16/DO16×24V/0.5A 6ES7 323-1BL00-0AB0 Điện áp vào cổng DI/DO là:DI16(24+DO16(24V/0.5A + SM 323 DI8/DO8×24V/0.5A 6ES7 323-1BH00-0AB0 6ES7 323-1BH01-0AB0 6ES7 323-1BH02-0AB0 6ES7 323-1BH80-0AB0 Điện áp vào cổng DI/DO là:DI8(24+DO8(24V/0.5A Hình 3.7: Hình ảnh module cổng vào/ra số của PLC S7-300 - Module AI (Analog Input): Module AI(analog input):là loại module mở rộng các cổng vào tương tự. Nó là những bộ chuyển đổi t ương tự số 12 bit tức là mỗi tín hiệu tơng tự được chuyển thành một tín hiệu số có độ dài 12 bit. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module. - Module AO (Analog output): Module AO là module mở rộng các cổng ra tương tự. Chúng là những bộ chuyển đổi số t ương tự (DA). Số các cổng tương tự có thể là 2 hoặc 4 tùy từng module. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 Module AO bao gồm rất nhiều loại. Ví dụ như: + 6ES7 332-5TB00-0AB0 Analog output module AO2x0/4 to 20mA + 6ES7 332-5HB00-0AB0 Analog output module AO2/12 bits, + 6ES7 332-5HB81-0AB0 Analog output module AO2/12 bits, + 6ES7 332-5HB01-0AB0 Analog output module AO2/12 bits + 6ES7 332-5RD00-0AB0 Analog output module AO4x0/4 to 20mA, 15 bits, [EEx ib] + 6ES7 332-5HD00-0AB0 Analog output module AO4/12 bits + 6ES7 332-5HD01-0AB0 Analog output module AO4/12 bits + 6ES7 332-7ND00-0AB0 Analog output module 4AO/16 bits Hình 3.8: Hình ảnh module cổng ra tương tự của PLC S7-300 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 - Module AI/AO: Là module mở rộng các cổng vào /ra t ương tự. Số các cổng ra tương tự có thể là 4vào/2ra hoặc 4 vào/4ra tùy từng loại module. Module AI/AO bao gồm rất nhiều loại. Ví dụ như: + 6ES7 334-0KE00-0AB0: Analog I/O module AI4/12 bits + 2AO/12 bits + 6ES7 334-0KE80-0AB0: Analog I/O module AI4/12 bits + AO2/12 bits + 6ES7 334-0CE00-0AA0: Analog I/O module AI4/8 bits + 2AO/8 bits, non- isolated, not for configuration with active bus submodules + 6ES7 334-0CE01-0AA0: Analog I/O module AI4/8 bits + AO2/8 bits + 6ES7 335-7HG00-0AB0: Analog I/O module AI4/14 bits + 4AO/12 bits + 6ES7 335-7HG01-0AB0: Analog I/O module AI4/14 bits + AO4/12 bits e. Module chức năng FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vòng kín… Hình 3.9: Hình ảnh module FM của PLC S7-300 g. Module CP (Communication): module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa các PLC với máy tính. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Hình 3.10: Hình ảnh module CP của PLC S7-300 3.2.3. Cấu trúc bộ nhớ CPU Bộ nhớ của S7- 300 được chia làm 3 vùng chính: 1. Vùng chứa chương trình ứng dụng. Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền: - OB (Organisation bok) Miền nhớ chương trình tổ chức - FC (Funtion): Miền nhớ chương trình tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó. - FB (Funtion blok): Miền nhớ chương trình con, được tổ chức thành hàm có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này phải xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data blok) 2. Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm - I (Process image input): Miền các dữ liệu cổng vào số. trước khi bắt đầy thực hiện chương trình, PCL sẽ đọc giá trị logic của các cổng đầu vào và cất giữ trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ nhớ I. - Q (Process image output): Miền bộ nhớ đệm các cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PCL sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 cổng ra số. thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q. - M: miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bits (M), bytes (MB), từ (MW) hay từ kép (MD). - T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước (PV – Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV – Current value) cũng như giá trị logic thời gian của bộ thời gian - C: miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước (PV – Preset value) giá trị đ ếm tức thời (CV – Current value) cũng như giá trị logic thời gian của bộ đếm - PI: Miền địa chỉ cổng vào của các Module tương tự (I/O External intput). Các giá trị tương tự tại cổng vào của Module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng bytes (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từng từ kép (PID). - PQ: Miền địa chỉ ra cho các module tương tự. chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng bytes (PQB), từng từ (PQW) hoặc theo từng từ kép (PQD). 3. Vùng chứa các khối lượng dữ liệu được chia thành 2 loại. - DB (Data blok): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định phù hợp với từng bài toán điều khiển. chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bits(DBX), bytes(DBB), bytes (DBW) hoặc từ kép (DBD). - L (Local data blok) Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu cảu biến hình thức với những khối lượng chương trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này bị xóa khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể truy nhập từ chương trình theo bits (L), bytes (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD). Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 3.3. Phần mềm STEP 7 3.3.1. Chức năng của phần mềm STEP 7 - Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300/400 - Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng nh ư thủ tục truyền thông giữa chúng. - Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm. - Quan sát việc thực hiện ch ương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối chơng trình. Ngoài ra Step 7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp Online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của ngời sử dụng về cách sử dụng Step 7, về cú pháp lệnh trong lập trình về xây dựng cấu hình cứng của một trạm, của một mạng gồm nhiều trạm PLC… 3.3.2. Ngôn ngữ lập trình Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC Step 7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là: - Ngôn ngữ “liệt kê lệnh” -STL Statement list. Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thờng của máy tính. Một chơng trình đợc ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “Tên lệnh” + “toán hạng”. - Ngôn ngữ “hình thang” – LAD (ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những ngời quen thiết kế mạch điều khiển logic. - Ngôn ngữ “hình khối” – FBD (function block diagram). Đây cũng là ngôn ngữ đồ họa dành cho ngời có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. Ngôn ngữ STL bao hàm cả ngôn ngữ LAD và FBD, từ LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL nhưng ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 3.3.3. Các bước thực hiện để viết một chương trình điều khiển - Khai báo phần cứng: Bước 1: Vào SIMATIC manager /File /New(Vào một Project mới ). hoặc vào File/Open( Với trường hợp mở một Project có sẵn). Bước 2: Vào Insert/Station/Simatic 300-Hardware. Bước 3: Kích đúp vào Hardware-Simatic 300(1). + Rack- Rail +Chọn nguồn –PS thích hợp + Chọn CPU +Chọn SM: DI; DO; DI/DO; AI; AO; AI/AO. Trường hợp không muốn khai báo cấu hình cứng mà đi ngay vào chương trình ứng dụng, ta chọn : Insert/ Program/S7 Program. Chương trình cho S7 -300 được lưu trong bộ nhớ c ủa PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau. - Lập trình tuyến tính (linear programming): Kỹ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà toàn bộ ch ương trình ứng dụng sẽ c hỉ nằm trong một khối OB1. Kỹ thuật này có ưu điểm là gọn, rất phù hợp với những bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ. Hình 3.11: Hình mô tả quy trình thực hiện chương trình điều khiển tuyến tính Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Do toàn bộ chương trình điều khiển chỉ nằm trong khối OB1, nên khối OB1 sẽ gần như là được thường trực trong vùng nhớ Work memory, trừ trường hợp khi hệ thống phải xử lý các tín hiệu báo ngắt. Ngoài khối OB1 trong vùng nhớ Work memory còn có miền nhớ địa ph ương( Local Block ) cấp phát cho OB1 và những khối DB được OB1 sử dụng. - Local Block của OB1 : Khi thực hiện khối OB1, hệ điều hành luôn cấp một Local Block có kích thước mặc định là 20 Bytes trong Work memory để OB1 có thể lấy được những dữ liệu từ hệ điều hành. Mặc dù kích thước chỉ là 20 Bytes mặc định, nhưng người sử dụng có thể mở rộng local block để sử dụng thêm các biến nhớ cho chương trình. Tuy nhiên, phải để ý rằng do loacl block được giải phóng ở cuối mỗi vòng quét và được cấp lại ở đầu vòng quét sau, nên các giá trị có trong local block củ a vòng quét trước cũng bị mất khi bắt đầu vòng quét mới. Do đó, tốt nhất chỉ nên sử dụng local block cho việc lưu giữ các biến nháp tạm thời trong tính toán của một vòng quét. Cách sử dụng local block giống với sử dụng vùng biến cờ M( Bit memory) - Lập trình có cấu trúc: Phương pháp lập trình có cấu trúc (Structur e Programming): là phương pháp lập trình mà ở đó toàn bộ chương trình điều khiển được chia thành các khối FC hay FB mang một nhiệm vụ cụ thể riêng và được quản lý chung từ những khối OB (xem hình 3.12). Kiểu lập trình này rất phù hợp cho bài toán điều khiển phức tạp, nhiều nhiệm vụ cũng như cho việc sửa chữa, rỡ rối sau này . PLC S7 –300 có 4 loại khối cơ bản: - Loại khối OB(Organization Block) : là khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển như: OB1, OB35, OB40… - Loại khối FC(Program block ): là khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm như: FC1, FC2… - Loại khối FB( Function block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải đ ược tổ chức thành khối dữ liệu riêng - Data Block: FB1 ,FB2… Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 - Loại khối DB(Data Block ): là khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB như: DB1, DB2… Trong OB1 có các lệnh gọi những khối ch ơng trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra. Một nhiệm vụ điều khiển con có thể được chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ và cụ thể hơn nữa, do đó một khối chương trình con cũng có thể được gọi từ một khối chương trình con khác. Điều cần chú ý là không bao giờ một khối chương trình con lại gọi đến chính nó. Ngoài ra, do có sự hạn chế về ngăn xếp của các module CPU nên không được tổ chức chương trình con gọi lồng nhau quá số lần mà module CPU được sử dụng cho phép.Ví dụ như đối với module CPU 314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8. Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt quá con số giới hạn cho phép , PLC sẽ tự chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi. Hình 3.12: Cấu trúc một chương trình có cấu trúc OB Ogranization Block FB FC FB FB SFB SFC DB DB DB DB Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Chương 4: Thiết kế trạm PLC, cơ cấu chấp hành và mạch lực cho hệ thống thổi bụi 4.1. Thiết lập bài toán điều khiển và trạm PLC. 4.1.1. Nguyên tắc hoạt động và các thành phần chính của hệ thống thổi bụi. + Quá trình điều khiển hoạt động hệ thống thổi bụi theo nguyên tắc sau: - Điều khiển hệ thống van cấp hơi cho máy thổi bụi (được điều khiển bằng tay và điều khiển tự động). - Điều khiển hệ thống máy thổi bụi (được điều khiển bằng tay và điều khiển tự động). + Các thành phần chính của hệ thống van hơi: - Động cơ điều khiển van hơi. - Công tắc giới hạn của van (Sensor giới hạn đầu và giới hạn cuối). - Van hơi điều khiển bằng tay. - Van an toàn. - Cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ của hơi. - Cảm biến áp lực đo áp lực hơi. + Các thành phần chính của hệ thống máy thổi bụi. - Động cơ điều khiển máy thổi bụi. - Công tắc giới hạn của máy thổi (Sensor giới hạn đầu và giới hạn cuối). + Các thành phần chính lắp trên Panel điều khiển. - Nút ấn và công tắc chuyển mạch. - Đèn hiện thị trên panel điều khiển. - CONTACTOR, AC-3 4KW/400V, INC, DC24V 4.1.2. Cấu hình trạm PLC. Từ số lượng các thiết bị trong hệ thống điều khiển thổi bụi ta có cấu hình trạm PLC theo số lượng đầu vào, đầu ra như sau: + Modul nguồn, số lượng 01 + Modul CPU, số lượng 01 + Modul đầu vào số, số lượng 02 + Modul đầu ra số, số lượng 02 + Ngoài ra còn sử dụng bộ nguồn cung cấp cho mạch điều khiển. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Các thiết bị của trạm PLC theo thông số sau: - Modul nguồn loại: PS 307-10A Ký hiệu: 6ES7 307-1KA00-OAAO Thông số kỹ thuật chính:Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/10A - Modul CPU loại: CPU 314 Ký hiệu: 6ES7 314-1AE01-0AB0 Thông số kỹ thuật chính: - Vùng nhớ làm việc :24KB - Thời gian xử lí 1 khối lệnh:0.3ms/KAW - Sử dụng trong nối mạng MPI - Modul vào số DI loại: SM 321 DIxDC24V Ký hiệu: 300 321-1BL00 và theo thông số kỹ thuật sau: - Modul ra số DO loại: SM 322 DO32xDC24V/0,5A Ký hiệu: 300 322-1BL00 và theo thông số kỹ thuật bảng sau: Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Hình 4.1: Thông số kỹ thuật của modul SM 321 DIxDC24V, SM 322 DO32xDC24V/0,5A. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Cấu trúc trạm PLC điều khiển hệ thống thổi bụi lò hơi nhà máy nhiệt điện theo cấu trúc sau: Hình 4.2: Cấu trúc trạm PLC của hệ thống điều khiển thổi bụi 4.2. Khối chấp hành và mạch lực cho hệ thống thổi bụi. 4.2.1. Cơ cấu chấp hành. TT Mô tả Hãng sản xuất Mã số Số lượng 1 SIMATIC S7-300, PS 307 POWER SUPPLY, WIDE RANGE 10A, IN 120/230vAC, OUT 24vDC/10A DC SIEMENS AG 6ES7307- 1KA00 - 0AA0 1 2 SIMATIC S7-300, CPU 314-MPI SIEMENS AG 6ES7 314- 1AE01-0AB0 1 3 SIMATIC S7-300, SM 322, DIGITAL OUTPUT MODULE OPTIC, ISOLATED, 32DO SIEMENS AG 300 322- 1BL00 2 4 SIMATIC S7-300, SM 321, DIGITAL INPUT MODULE OPTIC, ISOLATED, 32DI SIEMENS AG 300 321- 1BL00 2 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 5 SIMATIC S7-300, UR0 RACK SIEMENS AG RAIL 1 6 CONTACTOR, AC-3 4KW/400V, INC, DC24V, 3POLE, SIZE S00, SCREW CONNECTION SIEMENS AG 3RT10161- 1BB42 31 7 ACTUATORS SIEMENS AG MODACT MT 5 8 CIRCUIT BREAKER 0,9... 1,25A N- RELEASE 10A, SIZE S00, MOTOR PROTECTION, CLASS 10, SCREW CONNECTION STANDARD BREAKING CAPACITY SIEMENS AG 3RV1011- 0KA15 15 9 AUXILIARY SWITCH, LATERALLY FIT. 2NO, F, CIRCUIT BREAKER, SIZE SIEMENS AG 3RV1901-1E 5 10 N-TYPE AC/DC MIN CIRC- BREAKER AC 230/400DC 220V, 4,5KA C CHARACTER, SINGLE POLE, 6A SIEMENS AG 5SX51067 2 11 OPERATOR PANEL VIET NAM 1 12 3-P MAIN CTR/EM-STOP SWITCH IU=16, P/AC-23A AT 400V, 7,5KW FRONT MOUTING MAIN HOLE MOUNTING ROTARY ACTUATOR RED/YELLOW SIEMENS AG 3LD2054- 0TK53 1 13 COMPLETE UNIT, ROUND KNOB, I-O-II, MAINTAINED CONTACT BLACK, 1NO SIEMENS AG 3SB3202- 2KA11 1 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 14 COMPLETE UNIT, ROUND PUSH BUTTON WITH FLAT PUSH BUTTON BLACK, NO SIEMENS AG 3SB3201- 0AA11 2 15 AUXILIARY CONTACT F, RETROFIT TG 2NO, FOR 5SX2-5 N-TYPE M.C.B.S SIEMENS AG 5SX9101 1 4.2.2. Mạch lực cho hệ thống thổi bụi (xem phần phục lục). 4.3. Tổng quát quá trình hoạt động và vận hành 4.3.1. Giới thiệu trình tự thổi bụi điển hình trong nhà máy nhiệt điện: 1/ Để chu trình thổi bụi bắt đầu thì các vòi thổi bụi phải ở vị trí được rút ra, người vận hành chọn phương thức vận hành. 2/ Trình tự sấy ấm bắt đầu bằng việc mở các van đầu vào của hơi 3/ Van hơi thổi bụi (chính) mở để hơi bắt đầu sấy ấm đường ống các vòi thổi bụi được chọn. Nước ngưng được xả thông qua đường ống xả tới bình xả lò hơi 4/ Khi nhiệt độ điểm đặt của phần tử đo nhiệt độ TE ở đầu xả đạt được, thì các van đi tắt bẫy xả nước ngưng đóng, và vòi thổi bụi được chọn thứ nhất bắt đầu cài vòi phun vào trong buồng lửa khi đó van hơi của nó mở để hơi tới đầu vòi để ngăn chặn đầu vòi quá nhiệt và sau đó thổi sạch sản phẩm cháy (tro và bụi) từ các ống lò hơi. Nước ngưng được xả qua đường xả nhỏ, ngoại trừ nếu việc tạo thành nước ngưng làm giảm nhiệt độ TE phía đầu xả thì van đi tắt bẫy nước ngưng tự dộng mở lần nữa. Vòi thổi bụi cho phép rút ra tại điểm bất kỳ trong hành trình phía trước của nó. 5/ Sau 1 thời gian trễ, đầu vòi được rút ra, van hơi của nó đóng và vòi thổi bụi thứ 2 bắt đầu làm việc cho đến khi chu trình thổi bụi các vòi thổi bụi được kết thúc. 6/ Khi tất cả các đầu vòi thổ i bụi đã rút ra, van hơi chính đóng, tất cả các van hơi đầu vào đóng, các van đi tắt bẫy nước ngưng mở và hệ thống trở về tới vị trí nghỉ của nó Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 4.3.2. Mô tả quá trình hoạt động và vận hành: * Các điều kiện vận hành cho phép: Áp lực hơi thổi bụi (lò hơi) Kg/cm2 30,6 T0 Hơi thổi bụi (lò hơi) 0C 346 Van giảm áp (an toàn) đường cung cấp hơi thổi bụi đặt. Kg/cm2 39,8 Áp lực quạt gió cho hộp chèn vòi thổi bụi. Kg/cm2 0,95 Áp lực hơi thổi bụi (hơi tự dùng) Kg/cm2 14,1 T0 Hơi thổi bụi (hơi tự dùng) 0C 240 Các liên động của hệ thống sẽ không cho phép vận hành các vòi thổi bụi khi áp lực làm việc thấp hơn các giá trị tương ứng được nêu trong bảng trên. * Vị trí bắt đầu: Vị trí bình thường Khi ấn nút “Star”bộ chọn chức năng : Vị trí bình thường có nghĩa là: - Tất cả các máy thổi bụi ở tại công tắc hành trình "vị trí nghỉ" (rest position) - Van 2.1 ở trạng thái mở - Van 2.4 và 2.5 ở trạng thái đóng - Van xả đọng 2.3 mở. * Mô tả quá trình: Vận hành bằng tay Từ panel ấn chọn chức năng "Manual". Trước khi một máy thổi bụi có thể khởi động, quy trình hâm nóng đường ống phải kết thúc. Việc hâm nóng bao gồm mở van xả đọng 2.2 trong thời gian 2 phút và việc xả đọng của đường ống hơi thông qua van 2.2 sau 2 phút van điều khiển giảm áp phải được mở với áp suất giới hạn được chọn. Sau khi đạt được nhiệt độ yêu cầu, van xả đọng 2.3 phải được đóng. Sau khi đạt được nhiệt độ đã đặt, bất kỳ một máy thổi bụi nào có thể khởi động từ các nút ấn trên panel điều khiển. Một máy thổi bụi tương ứng đi vào lò hơi cho đến vị trí đảo chiều và sau đó quay lại vị trí nghỉ của nó. Nếu áp suất hoặc nhiệt độ chệch ra khỏi giá trị giới hạn, máy thổi bụi sẽ quay trở lại ngay vị trí nghỉ của nó. Sự hoạt động đồng thời nhiều máy thổi bụi (hơn một máy) là không thể được. Những máy thổi bụi tiếp theo chỉ có thể khởi động khi tất cả các máy thổi bụi khác ở vị trí nghỉ. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Nếu không có máy thổi nào sẽ khởi động, van điều khiển giảm áp phải được đóng và van xả đọng 2.3 phải được mở. * Mô tả quá trình: Hoạt động tự động Lựa chọn chức năng được đặt ở chế độ "tự động" (Automatic) thì việc hoạt động tự động có thể được bắt đầu nhờ "Chương trình khởi động tự động tự động". Van xả đọng 2.2 tự động mở trong thời gian 2 phút. Sau 2 phút van xả đọng đóng và van điều khiển giảm áp mở với áp suất giới hạn đã được chọn. Nếu nhiệt độ đạt tới mức tới hạn thì ngay lập tức van xả đọng 2.3 đóng. Ngay sau khi áp suất đặt trên đồng hồ đạt tới mức giới hạn thì máy thổi bụi được chọn đầu tiên sẽ khởi động. Máy thổi này đi vào trong lò hơi cho tới điểm đổi chiều. Và sau đó quay trở lại vị trí nghỉ. Sau khi máy thổi thứ nhất kết thúc quá trình hoạt động của nó máy thổi được chọn thứ hai sẽ bắt đầu quá trình làm sạch của nó. Quá trình này lặp đi lặp lại cho tới khi quá trình hoạt động của máy thổi bụi được chọn cuối cùng kết thúc. Khi máy thổi bụi được chọn cuối cùng tới vị trí nghỉ thì van điều khiển giảm áp tự động đóng và van xả đọng 2.3 được mở. Khi toàn bộ hệ thống đã quay về vị trí nghỉ thì đó là lúc quá trình làm sạch đã kết thúc. Để bắt đầu lại quá trình làm sạch, ấn nút "Chương trình khởi động tự động" (Automatic Program). Có thể rút ngắn quá trình làm sạch tự động bằng cách ấn vào nút "Dừng tự động". Hệ thống máy thổi bụi sẽ quay về vị trí ban đầu. Trong suốt quá trình hoạt động cần theo dõi nhiệt độ và áp suất. Ngay sau khi nhiệt độ và áp suất giảm xuống thấp hơn so với nhiệt độ và áp suấ t hạn định máy thổi bụi ngừng hoạt động và quay trở về vị trí ban đầu. Khi nhiệt và áp suất hạn định lại đạt được giá trị yêu cầu quá trình làm sạch của máy thổi bụi được khởi động lại. Máy thổi bụi hoạt động hiện hành sẽ được chỉ ra bằng đèn báo hiệu trên bảng điều khiển. 4.3.3. Việc kiểm tra thông thường thiết bị làm việc và thiết bị dự phòng. Các vòi thổi bụi trước và trong khi làm việc: - Phải kiểm tra áp lực đầu vào của hơi chính là thoả mãn. - Phải kiểm tra gió chèn là sẵn sàng tới các hộp gió chèn vòi thổi bụi. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 - Trước khi chu trình thổi bụi bắt đầu, phải kiểm tra rằng các van xả và van hơi thổi được chọn là mở và hệ thống ống đang được sấy ấm. - Phải kiểm tra trình tự thổi bụi là như yêu cầu và phải kiểm tra rằng không có vòi thổi bụi nào đã được lập trình vào trong chu trình mà bị nhảy. - Trong khi vận hành phải kiểm tra rằng các bích của các vòi thổi bụi riêng là không rò rỉ. - Phải kiểm tra van an toàn đường cấp hơi là không bị lậu. - Phải kiểm tra tất cả các bích van đo lường là không rò rỉ. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 4.3.4. Các sự cố có thể xẩy ra trong hệ thống thổi bụi - Tình huống, nguyên nhân, tín hiệu liên động - bảo vệ, xử lý của người vận hành. TT Tình huống Nguyên nhân Tín hiệu-liên động-bảo vệ Xử lý của người vận hành 1 Ngừng hệ thống thổi bụi. Ngắt nhiên liệu chính. Rút vòi thổi bụi ra và ngừng hệ thống thổi bụi. Phải đảm bảo rằng các vòi thổi bụi được rút ra và hệ thống ngừng. 2 Áp lực hơi thổi bụi cao (>32Kg/c m2). Sự cố mạch điều khiển áp lực. Báo tín hiệu. Chuyển bộ điều khiển bị lỗi sang điều khiển bằng tay. Đóng từ từ van giảm áp lực để giảm áp lực hơi thổi bụi. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục 3 Áp lực hơi thổi bụi thấp (<25Kg/c m2). - Sự cố mạch điều khiển áp lực. - Ống mềm bị rò (lớn). Báo tín hiệu. Chuyển bộ điều khiển bị lỗi sang điều khiển bằng tay. Mở từ từ van giảm áp lực để tăng áp lực hơi thổi bụi. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục 4 Nhiệt độ hơi thổi bụi cao (>350C). Sự cố mạch điều khiển nhiệt độ. Báo tín hiệu. Chuyển bộ điều khiển bị lỗi sang điều khiển b ằng tay. Mở từ từ van nước giảm ôn để giảm nhiệt độ hơi thổi bụi. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục 5 Nhiệt độ hơi thổi bụi thấp Sự cố mạch điều khiển nhiệt độ. Báo tín hiệu. Chuyển bộ điều khiển bị lỗi sang điều khiển bằng tay. Đóng từ từ van nước giảm Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 (<335C). ôn để tăng nhiệt độ hơi thổi bụi. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục. 6 Áp lực gió chèn vòi thổi bụi thấp (<0,95Kg/ cm2). - Đầu hút của quạt bị tắc. - Quạt bị sự cố. Khi quạt A/B bị sự cố gây nên khởi động quạt dự phòng B/A. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục. 7 Nhảy quạt gió chèn vòi thổi bụi A/B. Nhảy bảo vệ cơ cấu đóng cắt quạt gió chèn vòi thổi bụi A/B Quạt gió chèn vòi thổi bụi A/B bị lỗi gây nên khởi động quạt dự phòng B/A. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra nhảy quạt gió chèn vòi thổi bụi và khắc phục. 4.3.5. Các biện pháp an toàn khi thổi bụi các bề mặt trao đổi nhiệt lò hơi. Để đảm bảo việc vận hành hệ thống thổi bụi được an toàn, hiệu quả, lâu dài nhằm tránh các sự cố rủi ro cho người và thiết bị nhân viên vận hành phải hiểu và thực hiện nghiêm túc các quy định về an toàn sau đây: - Trước khi thổi bụi phải báo cáo với lò trưỏng, trưởng kíp biết và công việc thổi bụi phải được thực hiện khi buồng đốt đang cháy ổn định. - Trong thời gian các vòi thổi bụi đang làm việc, cấm đứng gần sàn phục vụ của các máy thổi bụi. - Chỉ được xem xét buồng lửa để kiểm tra xỉ bám vào ống và đánh giá hiệu quả thổi bụi qua các của kểm tra trước và sau khi đã thổi bụi xong. Khi kiểm tra phải áp dụng các biện pháp an toàn đặc biệt. Người quan sát phải đeo kính kính bảo hộ, thao tác mở cửa phải từ từ và đứng lệch sang một bên để tránh bị bỏng khi ngọn lửa phụt ra. - Khi lò bị sự cố phải đình chỉ thổi bụi ngay lập tức. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 - Mọi công việc sửa chữa, bảo dưỡng đều phải có phiếu công tác và phải được sự đồng ý của trưởng ca. - Trước khi bắt đầu một công việc nào trên quạt hay động cơ phải đảm bảo rằng nguồn điện đã được ngắt và cầu chì dòng điện mô tơ đã được tháo. - Khi sửa chữa phải có treo biển báo, biển cấm thao tác,... 4.4. Chương trình điều khiển hệ thống bằng phần mềm Step 7 (xem phần phục lục) Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 KẾT LUẬN Qua một thời gian được làm việc, nghiên cứu cùng thiết bị thực tế với công nghệ hiện đại, tôi đã học hỏi và tiếp thu được nhiều kiến thức khá bổ ích, đồng thời qua đó hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp này. Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành tốt nhưng do tiếp cận với công nghệ mới, tương đối phức tạp và kiến thức, khả năng còn hạn chế nên bản luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tuy nhiên tôi đã nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Doãn Phước, đồng thời được sự quan tâm của các thầy cô trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp mà tôi đã hoàn thành bản luận văn này nên tôi rất tự tin khi làm việc với những thiết bị còn khá mới mẻ. Luận văn bao gồm các nội dung sau: Chương 1: Những vấn đề cơ bản của lò hơi Chương 2: Máy thổi bụi Chương 3: Giới thiệu PLC Simatic S7-300 Chương 4: Thiết kế trạm PLC, mạch lực và chương trình điều khiển cho hệ thống thổi bụi Tôi hy vọng nhận được thêm sự hướng dẫn của các thầy cô giáo và những người quan tâm để luận văn đạt kết quả cao, nhưng trên hết tôi hy vọng đề tài này tiếp tục được phát triển với những sáng kiến mới nhằm nâng cao hiệu quả làm việc thiết bị, giảm chi phí sản xuất và tương thích thiết bị với mọi điều kiện làm việc. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng tập 1, tập 2 - Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Duy Bình - Phạm Quang Đăng - Phạm Hồng Sơn [2] Tự động hoá với SIMATIC S7 – 300 - Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh - Vũ Vân Hà. [3] Tài liệu về hệ thống thổi bụi của nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Cẩm Phả [4] Tài liệu về hệ thống thổi bụi của Rosink – (WWW.Rosink. pappert.de...) [5] Siemens AG: Simatic S7-300 [6] WWW.ZPA.PECKY.CZ : Electric Multil – Turn Actuators. MODACT MON, Mounting Instructions. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 PH ỤC L ỤC - Mạch điều khiển - mạch lực cho hệ thống thổi bụi. - Chương trình điều khiển hệ thống thổi bụi bằng phần mềm Step 7.