Báo cáo thực tập Tự Động Hóa Xí Nghiệp Mỏ và Dầu Khí tại Viện nghiên cứu công nghệ thông tin

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhi ều sự giúp đ ỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè. Em xin g ửi l ời c ảm
ơn chân thành đến T.S Đặng Văn Chí, Bộ môn Tự Động Hóa Xí Nghiệp Mỏ và
Dầu Khí - trường Đại học Mỏ Địa Chất người đã tận tình hướng dẫn, ch ỉ b ảo em
trong suốt quá trình thực tập và làm đồ án tốt nghiệp
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường nói chung, các
thầy cô trong Bộ môn Tự Động Hóa Xí Nghiệp Mỏ và Dầu Khí nói riêng đã dạy dỗ
cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp
em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều ki ện giúp đỡ em trong su ốt
quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Phòng Kĩ thu ật đi ều khi ển và h ệ th ống
nhúng thuộc Viện nghiên cứu công nghệ thông tin (là nơi em thực tập tốt
nghiệp) đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ em trong suốt quá trình th ực
tập tốt nghiệp.
Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2017
Sinh Viên

Đỗ Văn Đạt


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ



Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ NƠI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
I.Giới thiệu về nơi thực tập tốt nghiệp

Viện nghiên cứu công nghệ thông tin thực hiện chức năng nghiên cứu cơ bản
về khoa học tự nhiên và phát tri ển công nghệ; cung cấp luận cứ khoa h ọc cho
công tác quản lý khoa học, công nghệ và xây dựng chính sách, chiến l ược, quy
hoạch phát triển kinh tế - xã hội; đào tạo nhân lực khoa h ọc, công ngh ệ có trình
độ cao theo quy định của pháp luật.
Nghiên cứu cơ bản về khoa học tự nhiên và phát tri ển công nghệ trong các
lĩnh vực: Toán học; vật lý; hóa học; sinh học; công ngh ệ sinh h ọc; công ngh ệ
thông tin; điện tử, tự động hóa; công nghệ vũ trụ; khoa học vật li ệu; đa d ạng
sinh học và các chất có hoạt tính sinh học; khoa học trái đất; khoa h ọc và công
nghệ biển; môi trường và năng lượng; dự báo, phòng, chống và giảm nhẹ thiên
tai.Đề xuất và chủ trì thực hiện các chương trình khoa h ọc và công ngh ệ tọng
điểm cấp nhà nước theo sự phân công của cơ quan nhà n ước có th ẩm quy ền.Đào
tạo nhân lực khoa học, công nghệ có trình độ cao; tổ chức đào tạo sau đại h ọc v ề
khoa học tự nhiên và công nghệ theo quy định của pháp luật.Báo cáo và cung c ấp
thông tin động đất, cảnh báo sóng thần với cơ quan có thẩm quy ền theo quy
định. Tuyên truyền, phổ biến kiến thức, kết quả nghiên cứu khoa h ọc và phát
triển công nghệ đáp ứng yêu cầu phát triển thị trường khoa học, công nghệ.
Thẩm định, tư vấn và dịch vụ kỹ thuật các đề án, dự án trong lĩnh vực CNTT.
Chế tạo thử nghiệm các sản phẩm CNTT và tự động hóa dựa trên các kết quả
nghiên cứu KHCN của Viện.
Biên soạn giáo trình, đào tạo cán bộ nghiên cứu KHCN về CNTT.
Tổ chức hợp tác quốc tế trong lĩnh vực CNTT.
Một số thành tựu nổi bật của Viện Công nghệ thông tin trong th ời gian g ần
đây:
Kỹ thuật vi xử lý và ứng dụng
Trong giai đoạn đầu thành lập Viện Công nghệ thông tin là nơi đầu tiên đưa

5

kỹ thuật vi xử lý vào Việt Nam, đóng góp to lớn trong việc ứng d ụng và phổ c ập
rộng rãi vi tin học trên khắp cả nước. Các máy tính VT8x đầu tiên trong n ước do
Viện chế tạo đã thử nghiệm ứng dụng quản lý thành công ở xí nghiệp may Sinco,
xí nghiệp điện tử Tân Bình, nhà máy chế tạo công cụ s ố 1 Hà N ội.... Vi ện đã tri ển
khai ứng dụng hiệu quả kỹ thuật vi xử lý tại Nhà máy xi măng Hoàng Th ạch,
trong điều độ lưới điện miền Bắc, giám sát nhiệt độ độ ẩm trong Lăng Bác, trong
một số lĩnh vực an ninh –quốc phòng. Đặc biệt chuỗi sản phẩm các máy l ập và
giải mã tự động LGM-1 do tập thể cán bộ Viện thiết kế chế tạo đã được Gi ải
thưởng Nhà nước về KHCN năm 2007.
Kết nối Internet đầu tiên ở Việt Nam
Năm 1991 Viện tiến hành kết nối thử nghiệm Internet với Trường đại h ọc
Karlshure của Đức và đến năm 1992, nhóm cán bộ của Viện tại Phòng Kỹ thu ật
tính toán đã nghiên cứu tạo account và thử nghiệm chuyển email nửa th ủ công
bằng quay số điện thoại kết nối Viện CNTT (Hà Nội) và Trung tâm tính toán
(CCU) của Đại học Quốc gia Úc nơi có điểm truy cập vào Internet. Vi ện khi đó xây
dựng hệ thống máy chủ email theo tiêu chuẩn Internet đ ể có th ể k ết n ối nh ững
người sử dụng và qua đó đã tiến hành thử nghiệm kết nối Internet đầu tiên ở
Việt nam.
Cơ cấu tổ chức của viện
Các phòng chuyên môn
Nghiên cứu hệ thống và quản lý
- Các hệ chuyên gia và tính toán mềm
- Thống kê - tính toán và ứng dụng
- Công nghệ tự động hoá
- Tin học trong điều khiển học
- Các hệ quản trị dữ liệu
- Tin học quản lý
- Công nghệ phần mềm trong quản lý sở dữ liệu và lập trình
- Các hệ thống phần mềm tích hợp

6


- Hệ thông tin địa lý
- Nhận dạng và Công nghệ tri thức
- Hệ thống mạng và Hạ tầng cơ sở CNTT.
- Tin học viễn thông
- Công nghệ thực tại ảo
Các đơn vị quản lý nghiệp vụ
- Phòng Quản lý tổng hợp
Các trung tâm
- Trung tâm Sáng tạo Microsoft (MIC)
- Trung tâm Công nghệ và Giải pháp phần mềm
Hệ thống điều khiên mức nước thuộc phòng 315 ( kĩ thuật điều khi ển và h ệ
thống nhúng ), phòng chuyên làm các dự án liên quan đến hệ th ống đi ều khi ển
tự động hóa như bãi đỗ xe thông minh, xe robot thông minh (mobile robot), các
dự án ứng dụng PLC trong công nghiệp......
Dấu ấn tiên phong của phòngkĩ thuật điều khi ển và hệ th ống nhúng là đ ưa
máy tính công nghiệp vào tự động hoá sản xuất được đánh dấu bằng thành công
xây dựng hệ thống đo xa và truyền dữ liệu các tham s ố Tu ốc bin - Máy phát nhà
máy thủy điện Hòa Bình và chế tạo thành công hệ điều khi ển số tháp chưng c ất
tinh dầu xuất khẩu tại Xí nghiệp tinh dầu thuộc Trung tâm KHTN&CNQG vào
những năm 1992-1993. Tiếp theo, công nghệ nhúng được phát tri ển m ạnh ở
Viện. Nhiều thiết bị nhúng được Phòng Công nghệ Tự động hóa thi ết kế chế tạo
cho các ứng dụng công nghiệp và đời sống. Nổi bật là h ệ đo m ực n ước từ xa qua
mạng Ethernet, hệ thống kiểm soát xâm thực AC200 (Cúp vàng Techmart 2005
và giải thưởng Quả cầu vàng 2005), thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm và đi ểm sương
THDP-1 từ xa (đạt giải thưởng Grand Prize trong cuộc thi quốc tế về thi ết kế
chip PSOC năm 2004), hệ đo thông số môi trường khí MDA 104S trên n ền DSP và
PC104...

7


Chương 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC
2.1.Giới thiệu tổng quan
Hiện nay sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát tri ển m ạnh
mẽ, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, trong đó có kỹ thuật đi ều khi ển tự đ ộng
cũng góp phần rất lớn tạo điều kiện để nâng cao hiệu quả trong quá trình s ản
xuất. Hiện nay, tự động hoá qúa trình công nghệ đã thực sự phát tri ển và ứng
dụng mạnh mẽ trong công nghiệp cụ thể như công nghiệp l ọc hóa d ầu, công
nghiệp hóa chất, công nghiệp xử lý nước, sản xuất giấy, s ản xuất xi măng... cũng
như trong các lĩnh vực khác của đời sống. Nói chung đ ể nâng cao hi ệu qu ả s ản
xuất , đảm bảo an toàn cho người , máy móc và môi trường trong công nghi ệp
chế biến , khai thác thì vấn đề điều khiển quá trình công nghệ là r ất quan tr ọng.
Trong điều khiển quá trình, bài toán đặt ra là đi ều chỉnh quá trình công ngh ệ
có yêu cầu rất cao về độ tin cậy và tính sẵn sàng. Các đại l ượng c ần đi ều khi ển
như lưu lượng, áp suất, nhiệt độ...cần phải điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu đặt
ra.
Trong công ngiệp hóa lọc dầu, công nghiệp hóa chất, công nghi ệp xử lý n ước,
sản suất điện năng... vấn đề điều khiển mức nước cần đáp ứng v ới độ chính xác
cao để phục vụ quá trình sản xuất hiệu quả tốt hơn.Chính vì v ậy, v ấn đ ề đ ặt ra
trong đề tài là điều khiển lưu lượng dòng chảy để ổn định mức chất l ỏng v ới độ
chính xác cao.Với yêu cầu ứng dụng thực tế như vậy, đề tài nghiên cứu đối tượng
chính ở đây là hệ thống điều khiển mức nước.
2.2 Giới thiệu hệ thống
Hệ thống điều khiển mức nước được hình thành với mô hình điều khiển mức
nước gồm có hai bồn nước: trên và dưới. Máy bơm sẽ bơm nước từ bồn nước
dưới lên trên thông qua 1 van điện từ V( V2) có thể đi ều khi ển đ ộ m ở van. D ưới

đáy bể trên có lắp một cảm biến áp suất và một van xả (V3).
Hệ thống có cảm biến mực nước và bộ điều khiển chuyên dụng, nhờ đó có

8


thể giảm tiết diện ống và tăng vận tốc dòng chảy trong các h ệ th ống đường ống
có áp, khép kín, toàn bộ được quản lý một cách chính xác và hi ệu quả.Các h ệ
thống theo dõi và giám sát làm tăng khả năng cải thi ện cả hi ệu năng và đ ộ tin
cậy.
Bài toán đặt ra là : sử dụng bộ điều khiển S7 300 và thuật toán đi ều khi ển PID
điều khiển độ mở van V(V2) để bể trên luôn giữ ở mức nước yêu cầu.

Hình 2. 1 Mô hình điều khiển mức nước
Với sự phát triển của kỹ thuật hiện nay thì có nhiều cách đ ể đi ều khi ển m ức
nước, nhưng ở đây em sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển.
2.3 Các phần tử trong hệ thống
Cảm biến áp suất VEGABAR14
Van điện từ (Van tỷ lệ) BURKERT2384 ( V2 )

9


Máy bơm nước
PLC S7300
Modun nguồn: PS307 – 5A24VDC
Module xử lý trung tâm CPU 315 –2DP
Module SM 323 DI8/DO8 x DC24V
Module Analog: SM331AI2x12bit
Module Analog SM 332 AO2x12bit

Bể nước dưới
Kích thước : Dài 30 cm
Rộng 23 cm
Cao 17 cm
Bể nước trên
Kích thước : Dài 16,5 cm
Rộng 16,5 cm
Cao 23 cm
Van xả đáy bể nước trên ( V3 )
2.4 Các thiết bị chấp hành
2.4.1 Cảm biến áp suất VEGABAR14
Đây là thiết bị chuyển đổi lực từ sự đo lường của cảm bi ến lực, áp su ất tuy ệt
đối hoặc chân không. Các chất có thể đo được: khí, h ơi nước và các ch ất l ỏng. Ở
đây, sự lệch của áp suất được chuyển đổi thành một tín hiệu đo lường.
Nguyên lý hoạt động:
Phần tử cảm biến là tế bào đo “CERTEC” với màng ngăn g ốm giao nhau (c ắt
nhau). Áp lực quá trình gây ra sự thay đổi điện dung trong tế bào đo của màng
gốm. Sự thay đổi này được chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra thích h ợp và được
xuất ra như giá trị đo.

10


Hình 2. 2 Cảm biến áp suất VEGARBAR 14
Cấu tạo
Hình 2. 3 Cấu tạo cảm biến áp suất
1. Khớp quá trình
2. Hộp thiết bị điện
3. Dây kết nối

dây kết nối:

1. Dây màu nâu (+) là nguồn cung cấp và cũng là đường truyền tínhi ệu
2. Dây màu xanh da trời (-) là nguồn cung cấp và cũng là đ ường truy ền tín
hiệu.
3. Dây nối màn hình.
Hình 2. 4 Các dây kết nối của cảm biến
Chú thích: Hai dây điện tử 4-20mA để cung cấp điện và đo lường truyền giá trị

11


trên cùng một cáp.
2.4.2Van điện từ (Van tỷ lệ) BURKERT2384
Đây là loại van có thể điều khiển độ mở van. B ộ phận đi ều khi ển đi ện t ử
1094 cung cấp một dữ liệu liên tục mở mặt cắt ngang van loại 2834 tỷ l ệ v ới tín
hiệu đầu vào.

Hình 2. 5 Van điện từ

Cấu tạo van 2384:

Hình 2. 6 Cấu tạo thân van

1.

Thân van (làm bằng đồng thau hoặc thép không gỉ).

2.

Pit-tông.

3.

Vòng chữ O.

4.

Vòng Glide.

5.

Lòxo

6.

Bộ phận hãm có tích hợp điều chỉnh vit.

12


7.

Trụcpit-tông.

8.

Cuộn dây (lõi cuộn cảm, cuộn hút).

Cấu tạo bộ phận điều khiển van BURKERT 1094 – PMR

Hình 2. 7 Cấu tạo bộ điều khiển van
Nguyên tắc hoạt động:
-Khi chưa cấp điện cho van, cuộn cảm (cuộn hút) (8) ch ưa có đi ện,
pittong (2) chịu áp lực của lò xo(5) ép lên thành van làm van đóng l ại.

13


-Khi ta cấp điện cho van, cuộn cảm được tích điện gây ra từ trường.
Nếu từ trường đủ lớn để thắng được lực đẩy của lò xo, pittong sẽ được
hút lên, van sẽ mở ra và nước đi qua van.
-Ta có thể điều chỉnh độ mở của van bằng cách điều chỉnh dòng điện.
Dòng điện càng cao thì từ trường càng mạnh van mở càng rộng (nhưng
dòng điện không được vượt quá xa Imax chịu được của van).

14


2.4.3 Van điện từ BURKERT 0211
Đây là van điện từ đóng mở khi có tín hiệu điện. Trong trường hợp này van
dùng để tạo nhiễu cho hệ thống.

Hình 2. 8 Van điện từ BURKETR0211
Điện áp hoạt động: 24VDC
Công suất: 8W

15

2.4.4 Máy bơm nước

Hình 2. 9 Máy bơm
HANNING – EWDSP 25 – 032
Nguồn : 220 – 240 V Tần số : 50H

Công suất : 30W

2.5 Thiết bị điều khiển
2.5.1 PLC S7300
Thiết bị điều khiển logic khả trình là loại thiết bị thực hiện linh ho ạt các
thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay vì th ực hi ện các
thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy, PLC là một bộ đi ều khi ển g ọn, nh ẹ và d ễ
trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (với các PC khác ho ặc máy tính).
Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới d ạng
khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét (scan).

Hình 2. 10 Cấu trúc bên trong của một PLC

16


Để tăng tính mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đ ối
tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào và đầu ra cũng như ch ủng lo ại tín hi ệu
vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thi ết kế không b ị c ứng hóa v ề
cấu hình.
Chúng được chia nhỏ thành các modun. Số modun được sử dụng nhi ều hay ít
tùy thuộc vào từng bài toán, song tối thi ểu bao gi ờ cũng có modun chính (modun
CPU và modun nguồn). Các modun còn lại là những modun truyền nhận tín hi ệu
với các đối tượng điều khiển, chúng được gọi là các modun mở r ộng. T ất c ả các

modun đều được gá trên một thanh RACK.
2.6 Nguyên lý điều khiển
Nếu H_đặt > H _thực tế thì V(V2) mở (từ từ). Để b ơm nước vào bình cho đạt
mức yêu cầu.
Nếu H_đặt = H_thực tế thì V(2) đóng (từ từ).
Nếu H_đặt < H_thực tế thì Vđóng (từ từ). Xả van tay để H_đặt = H_thực tế
Chú ý: Trên thực tế van V(V2) sẽ không đóng hoàn toàn vì b ơm n ước v ẫn ch ạy,
nếu Van(V2) đóng hoàn toàn có thể làm cháy máy bơm. Và trên thực tế thì quá
trình đóng mở van V(V2) không phải là tuyến tính và có đ ộ tr ễ. Đ ặc bi ệt v ới k ết
cấu hệ thống bơm nước, có 1 đường ống dẫn nước trở lại bình dưới nên hệ
thống bơm nước luôn tuần hoàn, nên máy bơm luôn an toàn.

17


2.7 Sơ đồ bố trí thiết bị trên mô hình

Hình 2. 11 Sơ đồ khối hệ thống

18


2.8 Sơ đồ mạch điện

Hình 2. 12 Sơ đồ mạch đấu nguồn

19


Hình 2. 13 Sơ đồ tín hiệu vào ra số

20


Hình 2. 14 Sơ đồ tín hiệu vào ra tương tự

21


CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC

3.1 Mô hình chung của hệ thống

Hình 3. 1 Sơ đồ hệ thống
Yêu cầu bài toán: Khi đặt giá trị mức nước ở đầu vào thì mực nước thực tế thu được
sẽ đúng được như mong muốn nhưng trong thực tế tín hiệu đầu ra sẽ xuất ra và phản
hồi và so sánh với tín hiệu đầu vào và cho ra sai số xác lập đó là e(t), trong quá trình
thực hiện sẽ xuất hiện thêm độ vọt lố và thời xác lập lâu nên qua đó người ta sẽ sử
dụng một bộ điều khiển để điều khiển tín hiệu đầu ra sát nhất với tín hiệu đầu vào
thông qua đối tượng điều khiển van V2. Và biến cần điều khiển ở đây là mức nước
chứa bên trong bể.

22


theo toán tử Laplace.

Hình 3. 2 Biến cần điều khiển ở đây là mức nước

3.2.1 Xây dựng hàm truyền van điện từ
Mối quan hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của van
Dòng điện (I) : 4 – 20mA
Độ mở van (Cv): 0 -100%

23


Hình 3. 3 Mối liên hệ giữa độ mở van và dòng điện
Lập phương trinh đi qua 2 điểm ta có:
0=4a+b (1)
100=20a+b (2)
Từ (1) và (2) ta có phương trình :
y=6.25x-25

Dòng điện (mA)
5.6
7.2

Độ mở van ( Cv)
10
20

24


8.8
10.4
12
13.6

15.2
16.8
18.4
20

30
40
50
60
70
80
90
100
Bảng 3. 1 Dòng điện và độ mở van

Hàm truyền van
+Trong quá trình thực nghiệm đã thu được mối liên hệ giữa thời gian mở van và lưu
lượng
Thời gian quá độ (s)
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5

Thể tich (m3)

Lưu lượng (m3)
0,52121
0,73122
0,84313
0,92143
0.98654
1.04724
1.04974
1.05228
1.05408
1.1

Bảng 3. 2 Thời gian quá độ và lưu lượng Q

T

25