Quá trình hình thành giáo trình thiết lập lưu đồ bài toán điều khiển mô hình trong công đoạn chế biến nước tinh lọc p8 pot

Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
64
* Trong phơng pháp điện thì ta phải sử dụng đến các cảm biến chuyên
dụng, cảm biến này chuyển đổi trực tiếp mức thành các tín hiệu điện. Loại này có
những cảm biến nh cảm biến độ dẫn chỉ dùng cho chất lu dẫn điện và không có
tính ăn mòn, không lẫn thể vẩn cách điện. Cảm biến tụ điện có thể dùng cho cả
chất lu dẫn điện hoặc không dẫn điện.
* Phơng pháp bức xạ, u điểm của phơng pháp này là cho phép đo mức mà
không cần tiếp xúc chất lỏng. Ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức chất lu ở
những điều kiện khắc nghiệt nh nhiệt độ cao, áp suất cao hoặc khi chất lu có tính
ăn mòn mạnh. Phơng pháp bức xạ có những loại nh phơng pháp đo bằng hấp
thụ tia gama, phơng pháp đo bằng sóng siêu âm.
* Phơng pháp thủy tĩnh, trong phơng pháp này cảm biến hoạt động không phụ
thuộc vào tính chất điện của chất lu, có thể đo ở chế độ liên tục hoặc gián đoạn.
+ Nếu đo liên tục ta phải kết hợp với một cảm biến khác chẳng hạn nh cảm
biến vị trí để xác định sự thay đổi liên tục của mức chất lu đợc chuyển đổi thành
tín hiệu điện, hoặc cảm biến lực để đo sự thay đổi lực tác động và chuyển đổi sang
tín hiệu điện, hay cảm biến vi sai áp suất đo sự thay đổi áp suất. Cụ thể ta có các
mô hình sau:

Cảm biến Cảm biến lực
vị trí

h
h

a/ Cảm biến phao b/ Cảm biến hình trụ treo

p
0
k

Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
65
h k


c/ Cảm biến áp suất vi sai d/ Cảm biến bao mức rời rạc

+ Đo gián đoạn, phơng pháp này là dùng các vị trí cố định mà ta đã xác
định bằng cách đo và định chiều cao cụ thể trên thành bình chứa. Tại mỗi vị trí đó
ta đặt một công tắc hành trình xác định tín hiệu tác động và dùng tín hiệu đó để
đóng nguồn vào cho đầu vào của PLC để xử lý và đặt quyết định điều khiển đến
các cơ cấu chấp hành. Cấu tạo cụ thể của cảm biến nh sau:
Trong thực tế cảm biến mức của dây chuyền là một cảm biến dựa trên
phơng pháp điện từ kết hợp với phơng pháp cơ có cấu tạo nh sau:





Hình 3.5. Cấu tạo cảm biến mức
**Nguyên lý hoạt động nh sau:
Cảm biến mức này có tên là TF TL 260 hoạt động dựa trên độ dịch chuyển
của chất lỏng dâng lên trong bình chứa. Nó kết hợp với một phao đặt trong bình và
các cảm biến này đợc đặt ở các vị trí mức cần thiết để báo mức. Khi mức nớc

dâng đến nơi thì phao nổi sẽ tác động vào các đầu dò và làm chúng tiếp xúc nhau
làm thay đổi mức từ tính của van từ có trong cấu tạo của cảm biến. Sự thay đổi của
từ tính sẽ chuyển thành tín hiệu điện và đợc đa vào PLC để làm tín hiệu đặt và xử
lý đồng thời đa ra quyết định điều khiển đến các thiết bị chấp hành.
Tuy nhiên trong mô hình của tôi, do điều kiện khách quan nên không thể
thiết kế nh mô hình thực nên chỉ thay các tín hiệu mức bằng việc định thời gian
trong PLC. Cả quá trình hoạt động của một mẻ đợc lập trong một khoảng thời
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
66
gian từ khi động cơ bơm sản phẩm đã đợc gia nhiệt cho đến khi bơm sản phẩm đã
ly tâm vào bình chứa 2. Tổng thời gian một mẻ sẽ là 50 phút, trong đó thời gian
bơm dịch quả từ bình gia nhiệt vào thùng chứa 1 là 15 phút. Thời gian đạt mức 1/3
thùng 1 là 5 phút và đầy là 15 phút. Thời gian bơm sản phẩm từ thùng chứa 1 vào
máy ly tâm là 15 phút, hết mức 1/3 thùng 1 là 10 phút và đến mức cạn là 15 phút.
Thời gian quay ly tâm là 5 phút. Thời gian bơm từ ly tâm vào thùng chứa 2 là 15
phút, thời gian đến mức 1/3 thùng 2 là 5 phút, đến mức đầy thùng 2 là 15 phút. Từ
thời gian phân phối trên ta có thể có lu đồ nh sau ( hình 3.6).

ĐC 2 bơm S
p
sau
khi gia nhiệt
5
p
hút sau mức
1/3 bình 1
15
p
hút sau mức
đầ
y
bình 1
Bật ĐC bơm S
p

vào l
y
tâm

10
p
hút sau hết
mức 1/3 bình 1
5
p
hút sau đến
mức c
ạ
n bình 1
Bật ĐC l
y
tâm
tron
g
5
p
hút
Bật ĐC bơm S
p

l
y
tâm vào bình 2
5
p
hút sau đến
mức 1/3 bình 2
10
p

hút sau mức
đầ
y
bình 2
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
67


Hình 3.6. Lu đồ phân bố thời gian tạo tín hiệu mức thay thế
3.3.3. Mô tả hoạt động và lắp ráp mô hình mô phỏng
3.3.3.1. Mô tả hoạt động mô hình
Nh đã đề cập ở trên sơ đồ dây chuyền gồm các thiết bị sau:
+ Các máy bơm dùng bơm nguyên liệu và quay cánh khuấy, quay máy ly
tâm là các động cơ ĐC 1,2,3,4,5,6,7. Trong đó động cơ quay máy ly tâm đợc điều
khiển bằng máy biến tần để có thể thay đổi tốc độ quay cho phù hợp với từng giai
đoạn của sản phẩm. Tức là ứng với từng loại nớc dịch quả với tỷ lệ thịt quả còn lại
theo yêu cầu khách hàng.
+ Các Tank chứa là các thùng chứa dịch nớc dứa với kết cấu phức tạp, trên
đó gắn các cảm biến mức để đo mức chất lỏng.
+ Van đóng mở nguồn nhiệt. Nguồn nhiệt đợc cung cấp từ bên ngoài, nh
vậy thì cần có một van để đóng mở nguồn nhiệt để nhiệt truyền đi theo đờng ống
lu tới nơi cần cung cấp nhiệt. Van nhiệt có cấu tạo phức tạp với mức tác động
nhanh dựa trên nguyên lý tác động theo sự thay đổi áp suất khi nhiệt độ thay đổi.
+ Máy ly tâm tách dịch quả là loại máy hoạt động theo nguyên lý ly tâm
quay.
+ Thiết bị gia nhiệt ống lồng ống dùng để gia nhiệt sản phẩm. Nó hoạt động
theo nguyên tắc tác động ngợc chiều, dòng sản phẩm và dòng nhiệt sẽ đợc lu
thông ngợc chiều nhau điều này làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.

+ Các cảm biến nhiệt, đo nhiệt độ sản phẩm và cảm biến mức đo mức nớc
dứa trong bình chứa.
Trong thực tế xây dựng mô hình khâu tinh lọc thì chúng tôi không thể làm
nh mô hình thực tế và chỉ xây dựng mô hình với những tín hiệu mô phỏng mà thôi
cụ thể là:
+ Các động cơ bơm hoạt động thì thay bằng tín hiệu hoạt động của các motor nhỏ quay.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
68
+ Các thùng chứa đợc thay bằng các bình nhỏ có tính chất tợng trng để cho
mô hình chạy.
+ Cảm biến mức thay bằng các tín hiệu báo mức do việc định thời gian của
PLC và đợc báo ra các đèn báo mức.
+ Nguồn nhiệt ở đây đợc tạo ra nhờ sức đốt nóng của các đèn sợi đốt. Dới
đây là mô hình nguyên lý hoạt động của mô hình mô phỏng (hình 3.8).
Rơle1 ĐC1
CT1

Rơle2 ĐC2
CT2

Rơle3 ĐC3
CT3

CT4 Rơle4 ĐC4


Rơle5 ĐC5
CT5

Rơle6 ĐC6
CT6

Rơle7 ĐC7
CT7

Rơle8
CT8















PLC
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
69
Nguồn nhiệt

Hình 3.8. Sơ đồ mắc mô hình

** Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Các công tắc ở đây dùng để mô tả tợng trng sự tác động của các đối tợng
trong hệ thống vào đầu vào PLC, tức là có tín hiệu hay không có tín hiệu vào đầu
vào PLC. Trên cơ sở đó PLC thực hiện xử lý theo chơng trình đã đợc viết, cụ thể
nhiệm vụ từng công tắc nh sau:
+ Công tắc 1 (CT1) là công tắc khởi động, khi công tắc đóng tức là có tín
hiệu vào đầu vào PLC. Chơng trình viết lu trong CPU sẽ xử lý và đa ra quyết
định đến đầu ra để đóng rơle ngoài đóng nguồn cho động cơ 1 (ĐC1) và đóng van
nhiệt.
+ Công tắc 2 (CT2) là công tắc dừng hệ thống. Khi công tắc này tác động tức
là có tín hiệu báo dừng hoặc sự cố đợc đa tới đầu vào PLC, khi đó nhờ PLC xử lý
theo chơng trình thì sẽ tác động làm tắt hết các động cơ và dừng hệ thống.
+ Công tắc 3 (CT3) là công tắc báo có tín hiệu mức cạn của thùng chứa1.
Khi dịch quả đợc bơm vào bộ phận ly tâm từ trong thùng 1 hết, lúc đó tín hiệu từ
việc so sánh thời gian trong PLC sẽ tác động, đa tín hiệu vào đầu vào PLC từ đó
PLC đa ra quyết định đến đầu ra để tắt động cơ 3 (ĐC3) và động cơ 4 (ĐC4) bằng
cách ngắt các rơle tơng ứng.
+ Công tắc 4 (CT4) là công tắc báo mức 1/3 thùng 1. Khi dịch quả đợc bơm
từ bộ phận gia nhiệt đến thùng 1, nếu mức dịch đạt mức 1/3, lúc đó tín hiệu từ việc
so sánh thời gian trong PLC sẽ tác động vào đầu vào PLC. Thông qua chơng trình
thì PLC đa ra quyết định đóng rơle3 và tác động đóng động cơ 3 (ĐC3).
+ Công tắc 5 (CT5) là công tắc báo mức đầy thùng 1. Khi dịch quả đợc
bơm đầy vào thùng chứa 1 thì công tắc này tác động tợng tr
ng cho thời gian đặt
của đồng hồ trong PLC đa vào đầu vào PLC để tác động đến đầu ra, tắt động cơ 2
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
70
(ĐC2) và đóng động cơ 4 (ĐC4) và đặt thời gian sau đó đóng động cơ 5 (ĐC5).
Khi động cơ 5 (ĐC5) quay thì lại tắt động cơ 4 (ĐC4) bằng cách ngắt các rơle
tơng ứng.
+ Công tăc 6 (CT6) là công tắc báo sản phẩm đã đợc kiểm tra đạt yêu cầu.
Tức là tuỳ yêu cầu khách hàng thì việc ly tâm sẽ đợc đặt thông số bằng tốc độ và
thời gian quay của động cơ ly tâm thông qua thiết bị điều khiển biến tần sẽ có tín
hiệu tác động, rơle 6 sẽ đợc đóng và đóng động cơ 6 tơng ứng.
+ Công tắc 7 (CT7) là công tắc báo mức 1/3 thùng chứa 2. Khi sản phẩm
đợc bơm từ máy ly tâm vào thùng chứa 2 đạt mức 1/3 thì sẽ có tín hiệu tác động từ
đồng hồ thời gian đặt trong một mẻ, PLC sẽ đóng rơle 7 đồng thời đóng động cơ 7
(ĐC7).
+ Công tắc 8 (CT8) là công tắc báo mức đầy của thùng 2. Khi dịch quả đợc
bơm vào thùng chứa 2 nếu đạt mức đầy thì có tín hiệu từ đồng hồ thời gian đã đặt
theo mẻ tác động đa ra tín hiệu vào PLC và tắt động cơ 6 (ĐC6).
+ Ngoài ra khi tín hiệu từ đầu ra của cảm biến nhiệt sẽ đợc xử lý trong quy
trình cụ thể là:
Theo thông số của nhà sản xuất, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra nh
sau:
V
out
= 0,01xT
0
K
= 2,73 + 0,01xT
0
C
Nh vậy khoảng biến thiên điện áp tơng ứng là 1V với khoảng nhiệt độ từ

0
0
C - 100
0
C. Tức là ứng với sự thay đổi của 1
0
C thì mức điện áp đầu ra biến thiên
một lợng là 0.01V. Do đó yêu cầu của điều kiện nhiệt độ sản phẩm trong quy
trình gia nhiệt cụ thể là từ 60
0
C - 80
0
C thì ứng với sự thay đổi một mức điện áp từ
0.6V - 0.8V, qua khuếch đại là 6 - 8V.
+ Mặt khác trong quy trình công nghệ khâu tinh lọc còn có tín hiệu đặt thời
gian, khi sản phẩm bị quá thời gian tín hiệu sẽ tác động để bật đèn báo kiểm tra
theo quy trình công nghệ nhằm đảm bảo chất lợng sản phẩm.
3.3.3.2. Lắp ráp mô hình
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
71
Việc đóng cắt động cơ đợc thực hiện bằng các rơle thông qua chơng trình
điều khiển của PLC. Sau đây là mạch động lực mắc các động cơ và đèn báo trong
mô hình (hình 3.9).


Các đèn báo l
y
tâm

Các đèn báo
g
ia nhiệt sản
p
hẩm
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
72

Hình 3.9. Mạch động lực của mô hình


3.3.4. Thiết kế bộ nguồn
** Việc đóng cắt đa tín hiệu đầu vào PLC và cung cấp nguồn cho các motor
một chiều chúng tôi dùng nguồn ngoài để đóng cắt, việc thiết kế bộ nguồn nh
sau:
- Bộ chỉnh lu cung cấp nguồn một chiều có điện áp ra 3V cung cấp cho
motor quay chúng tôi dùng mạch chỉnh lu cầu một pha công thức tính toán điện
áp ra nh sau:

U
d
=

u
2
22

Trong đó :

+ u
2
là điện áp cần chỉnh lu (điện áp th cấp của máy biến áp).
+ Chọn máy biến áp có điện áp thứ cấp là 3 V vậy u
2
=3V
do đó U
d
= 2.7V.
Do đó ta chọn Điốt chỉnh lu có các thông số sau I
on
= 450mA, điện áp đặt
U
đn
=16V
- Bộ lọc sử dụng tụ điện có các thông số nh sau:
C
1
= 1000 F/16VDC
Sơ đồ bộ nguồn nh hình dới :