BAI TAP LON DO LUONG VA CAM BIEN

Đề tài 8:
Tìm hiểu, phân tích, tính toán hệ thống đo lường cảm biến trong bến xuất xăng
dầu cho xe ôtô

Giới hạn điều kiện:
1

Hệ thống có 3 bồn chứa: 1 bồn A92, 1 bồn A95 và 1 bồn dầu DO

2

Hệ thống có 6 họng xuất: 1 họng xuất A95, 3 họng xuất A92, 2 họng xuất
dầu DO

3

Mức đo từ 0-15m ( sai số 1cm)

4

Nhiệt độ từ 0-50 độ ( sai số 1 độ)

5

Lưu lượng từ 0 đến 80lít/phút ( sai số 1lít/phút)

Yêu cầu:
1

Trình bày tổng quan về hệ thống xuất hàng tự động của bến xuất xăng
dầu?

2

Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?

3

Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống?

4

Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?

5

Trình bày về loại cảm biến lựa chọn? ( nguyên lý hoạt động, số lượng
cảm biến)


6

Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán, xử lý, đo tín hiệu đầu ra của
cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?

7

Đánh giá về sai số của hệ thống ( giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc
phục)

2

Yêu cầu chung:
1-Bìa gồm:
- Tên đề tài
- Danh sách SV trong nhóm
- Tên GV hướng dẫn
2- Đầu quyển có nội dung giao đề tài( Phiếu giao đề tài)- Và hướng dẫn về
yêu cầu chung về Bố cục trình bày
3- Giả sử các hệ thống trên đều nối với thiết bị điều khiển là PLC S7-1200
1214C DC/DC/DC. (có 14 DI (Digital Input) cổng nhận tín hiệu vào 24V DC, 2
AI (Analog input) cổng nhận tín hiệu vào 0-10VDC, 10 DO tín hiệu ra 24VDC)
Nêu cách thực hiện ghép nối giữa các cảm biến đã chọn với PLC trên, vẽ sơ đồ
nối dây.
4- Bố cục trình bày theo hướng dẫn sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế
Chương 2: Nội dung thực hiện
2.1- Yêu cầu của đề tài
2.2- Các hướng giải quyết
2.3- Lý do lựa chọn cho thiết kế
2.4- Tính chọn thiết bị
Chương 3: Kết luận
3.1- Các kết quả đạt được.
3.2- Các hạn chế khi thực hiện
3.3- Biện pháp khắc phục.
Mục lục
Tài liệu tham khảo
4- Phông chữ sử dụng trong báo cáo: Times New Roman-14
5 – Không được phép sao chép coppy bài tập lớn của bất kì nhóm nào
3

Hình vẽ ghi tên ký hiệu hình đầy đủ.
Mỗi nhóm in 1 bản nộp, và in 1 mặt trên giấy A4.
Lớp trưởng tổng hợp file mềm của các nhóm và nộp cho GV.
6- Thời gian nộp :
Xem lịch thi trên qlcl.
Địa điểm nộp và vấn đáp tại tầng 5-A7.

4


LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kinh tế quốc dân, năng lượng là một nhân tố tối quan trọng, có
khả năng duy trì, là động lực để phát triển sản xuất. Trong đó, xăng dầu là
nguồn năng lượng không thể thiếu trong các hoạt động sản xuất, giao thông
vận tải, góp phần to lớn vào sự phát triển của nền kinh tế quốc dân.
Tự động hoá là một lĩnh vực đã được hình thành và phát triển rộng lớn trên
phạm vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các
sản phẩm có chất lượng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu trong
cuộc sống. Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được Đảng và Nhà nước quan
tâm và đấu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền
kinh tế theo định hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước.Không
ngoài mục đích đó, việc ứng dụng tự động hóa vào việc khai thác, quản lý
xuất nhập xăng dầu là rất cần thiết.
Trên cơ sở đó, chúng em đã chọn đề tài “ Tìm hiểu, phân tích, tính toán hệ
thống đo lường cảm biến trong bến xuất xăng dầu ô tô ”. Sau một thời
gian được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Đăng Hải và các
thầy cô trong bộ môn Tự động hoá, báo cáo của chúng em đã hoàn thiện. Do
thời gian đề tài ngắn và khả năng còn hạn chế, chắc chắn báo cáo của chúng

em còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy
cô và các bạn để báo cáo của chúng em đuợc hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

5


Mục lục

Chương 1: Tổng quan về hệ thống xuất xăng dầu tự động.
1. Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa bến xuất xăng dầu

Giới thiệu về tập đoàn xăng dầu Việt Nam
Tiền thân của Tập đoàn Xăng dầu Việt Nam là Tổng công ty
Xăng dầu mỡ được thành lập theo Nghị định số 09/BTN ngày 12
tháng 01 năm 1956 của Bộ Thương nghiệp.
Lĩnh vực kinh doanh chính của Petrolimex là xuất nhập khẩu
và kinh doanh xăng dầu, lọc - hóa dầu…
Hoạt động trong lĩnh vực ngành nghề đặc thù, nặng nhọc, độc
hại, đòi hỏi cao về an toàn phòng chống cháy nổ và bảo vệ môi
trường. Trong nhiều năm qua, hệ thống các công trình xăng dầu của
Tập đoàn Xăng dầu Việt Nam liên tục được phát triển mở rộng theo
định hướng cả về quy mô và hiện đại hoá. Tập đoàn luôn xác định
việc cải tạo, nâng cấp các công trình xăng dầu cũ, mở rộng công suất
sức chứa kho bể, áp dụng khoa học công nghệ, trang thiết bị tiên
tiến- hiện đại hoá, nhằm nâng cao năng lực hoạt động và tăng cường
hệ số an toàn trong vận hành khai thác các công trình xăng dầu.
Việc ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật ở Petrolimex có vai trò đặc
biệt quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh,

đảm bảo an toàn tuyệt đối các công trình xăng dầu, góp phần giải
quyết được những khó khăn, ách tắc trong sản xuất kinh doanh, nâng
cao năng suất lao động, cải thiện điều kiện làm việc và môi trường
lao động. Các ứng dụng kỹ thuật này đã giúp cho tập thể người lao
động nhanh chóng vươn lên tiếp cận và làm chủ công nghệ, tạo nền
móng vững chắc cho Tập đoàn và các đơn vị thành viên hội nhập, mở
rộng hợptác với các bạn hàng dầu khí lớn trên thế giới.
Nhằm giảm thiểu các thao tác thủ công, nâng cao năng suất lao động
và văn minh thương mại, tăng cường công tác an toàn phòng chống
cháy nổ và bảo vệ môi trường tại các kho, cảng xăng dầu đồng thời
tránh tác động chủ quan trong khâu xuất hàng tại các bến xuất xăng
dầu, Petrolimex đã chủ trương áp dụng đồng bộ hệ thống xuất hàng
tự động tại các bến xuất xăng dầu từng bước tự động hoá, hiện đại
hoá công nghệ, đáp ứng tăng trưởng nhu cầu xăng dầu trong cả nước.

1.1.1

1.1.2

Thời kỳ xuất nhập xăng dầu thủ công
6


Xuất hàng cho cho xe xitéc phải dùng máy bơm qua hệ thống
vòi ống mềm, một công nhân đứng trên sàn thao tác và một công
nhân đứng trong khu vực nhà bơm để đóng - mở van, khi hàng đầy
đến cổ téc thì người trên sàn thao tác báo hiệu, người kia sẽ đóng van
lại.
Thời kỳ này bộc lộ nhiều hạn chế, nếu hai công nhân phối hợp
không tốt sẽ dẫn đến sự cố tràn dầu . Việc đo lường, giao nhận thủ

công như vậy có hiệu quả thấp, mất an toàn, không chính xác và dễ
gây ra hiện tượng thừa, thiếu hàng trong mỗi lần xuất. Do đó, thời
gian này ở khu vực bảo vệ luôn phải bố trí một vài thùng phi, xô
chứa để bộ phận kiểm tra thực hiện rút ra hoặc thêm hàng vào nếu
thấy thừa hoặc thiếu. Công đoạn này kéo dài sẽ gây ô nhiễm môi
trường, ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao động và luôn tiềm ẩn nguy
cơ cháy nổ mất an toàn. Quá trình khai thác vận hành tại các bến xuất
xăng dầu với phương pháp thủ công đã không đáp ứng được nhu cầu
cung ứng xăng dầu ngày càng cao của toàn xã hội.
1.1.3

Bến xuất xăng dầu tự động và tích hợp truyền dẫn

Bước sang thời kỳ tiếp theo, Công ty tiến hành đầu tư cải tạo
thay thế hệ thống vòi ống mềm bằng các cần xuất xăng dầu và lắp đặt
hệ thống khởi động - dừng máy bơm ở ngay trên giàn xuất. Với công
nghệ này, xuất nhập xăng dầu tại bến xuất chỉ cần một người vận
hành. Khi xe xitéc vào vị trí, công nhân vận hành sẽ ấn nút khởi động
máy bơm để bơm hàng, khi hàng gần đầy đến tấm mức thì đóng dần
van trên cần xuất và ấn nút dừng máy bơm. Về cơ bản, công nghệ này
đã khắc phục được những hạn chế của các công nghệ trước, nhưng
vẫn mang tính bán tự động và chưa hiệu quả, nhất là về năng suấtlao
động và thời gian cấp hàng. Con số này không ngừng tăng lên đòi hỏi
lãnh đạo Tập đoàn, lãnh đạo Công ty phải tiếp tục nghiên cứu cải
tiến, ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào các bến xuất xăng dầu
phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Tập đoàn và Công ty đã
quyết định, thay vì sử dụng tấm mức để đo lường, giao nhận hàng
hoá sẽ sử dụng hệ thống lưu lượng kế kết hợp truyền dẫn số liệu từ
các họng xuất xitéc đến nhà bơm và bộ phận nghiệp vụ phát hành hóa
đơn… Sự kết hợp này đã làm cho quá trình xuất hàng trở nên linh

hoạt, thuận tiện và chính xác hơn.
Đồng thời phương thức đo lường, giao nhận đã được thay đổi từ
việc lấy chính xitéc làm dụng cụ đo lường, giao nhận nay chuyển
sang sử dụng số liệu của lưu lượng kế được gắn trên các giàn xuất.
Quá trình này được Tập đoàn và Công ty Xăng dầu thử nghiệm, kiểm
7


nghiệm, đánh giá tổng thể, kỹ lưỡng trước khi đưa vào áp dụng rộng
rãi trong tòanngành .
Tích hợp và thu thập dữ liệu từ hệ thống lưu lượng kế; tính toán
và xử lý dữ liệu tại bộ điều khiển trung tâm; truy xuất dữ liệu để điều
khiển máy bơm xăng dầu và van điện là quá trình đồng bộ khép kín
tổng thể. Công nghệ này không những giải quyết được những hạn chế
trước đây, mà còn nâng cao độ chính xác và năng suất cấp hàng.
Trước đây khi xuất một xe hàng 15-16 (m 3 ) trung bình phải mất
khoảng 40-50( p h ú t / x e ) nay giảm xuống còn
20-25 ( p h ú t / x e ) . Giờ đây,
toàn bộ quá trình cấp hàng từ lập đơn hàng, bơm rót hàng, hoàn thiện
thủ tục đơn hàng, cho phép phương tiện rời bến đều do hệ thống tự
động hoá thực hiện mà không có bất kỳ sự can thiệp nào của con
người vào các dữ liệu ban đầu. Nếu có vấn đề không đồng bộ với dữ
liệu đã được lập trình thì quá trình xuất hàng sẽ không thể hoàn thiện
được, vì vậy, khách hàng hoàn toàn yên tâm về tính chính xác, tiện
lợi và minh bạch.Hệ thống đo lường tại các bến xuất đều được các cơ
quan quản lý Nhà nước kiểm tra, kiểm định định kỳ về độ chính xác
và cấp giấy chứng nhận theo đúng quy định. Việc bảo quản và sử
dụng các thiết bị này tuân thủ nghiêm ngặt theo các quy trình nghiệp
vụ kỹ thuật. Trong ngành công nghiệp nói chung, lĩnh vực xăng dầu
nói riêng, tự động hoá, hiện đại hoá quá trình công nghệ luôn là một

trong các động lực quan trọng, thúc đẩy công cuộc đổi mới, phát
triển, tăng cường năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp, các tập
đoàn kinh tế, hỗ trợ cho quá trình hội nhập kinh tế quốc tế và cải
thiện môi trường làm việc của người lao động. Công nghệ tự động
hoá bến xuất xăng dầu của Tập đoàn xăng dầu Việt Nam đã đạt được
những thành quả nhất định, góp phần nâng cao năng suất lao động,
tăng cường công tác an toàn, phòng chống cháy nổ, bảo vệ môi
trường và minh bạch hoá quá trình giao nhận. Trong thời gian tới,
Tập đoàn sẽ tiếp tục triển khai và hoàn thiện chương trình tự động
hoá hệ thống cửa hàng bán lẻ xăng dầu, dự án tự động hoá kho bể và
dự án quản trị nguồn lực ERP nhằm nâng cao khả năng quản trị toàn
hệ thống Petrolimex.
2. Quy trình xuất hàng tại bến.

8


Tại phòng Phát hành hóa đơn tại công ty xăng dầu:
Khách hàng và tài xế đến đăng ký lấy hàng tại Phòng phát hành hóa đơn
công ty. Nhân viên Phòng phát hành hóa đơn đưa số liệu vào máy tính, sau
đó phát hành lệnh xuất hàng cho các lái xe.
Toàn bộ thông tin (mã hợp đồng, mã khách, lượng, loại hàng, số mã xe/mã
số người lái xe, v.v.) được lưu tại máy chủ của Công ty.
Tại phòng cổng vào/ra:
Người lái xe cho xe Xi-téc xếp hàng vào cổng xuất trình lệnh xuất hàng
và dung tích hợp pháp của phương tiện, lệnh vận chuyển hoặc sổ theo dõi
xuất hàng để nhân viên bảo vệ kiểm tra.
Nhân viên xếp thứ tự vào lấy hàng căn cứ vào tính hợp pháp của các
giấy tờ trên, hướng dẫn lái xe đăng ký hoá đơn và phương tiện đến nhận
hàng theo thứ tự cho từng mặt hàng (tuân thủ quy định có lệnh xuất hàng

trước lấy trước trừ những trường hợp sự cố khác).
9


Căn cứ vào lệnh xuất hàng và phương tiện đã đăng ký, nhân viên bảo vệ
tiếp tục kiểm tra các điều kiện an toàn PCCC, chiều cao nhiên liệu chứa
trong bể và hướng dẫn lái xe đưa phương tiện vào vị trí nhận hàng đảm bảo
liên tục, cân đối giữa các họng xuất cùng một mặt hàng .
Tại Các đường xuất hàng cho xe Xi-téc:
Khi xe Xi-téc đã vào đường xuất, nhân viên vận hành tại dàn xuất sẽ
kiểm tra số lượng hàng xuất và thứ tự ghi trên Lệnh xuất hàng với dung tích
xe, kiểm tra độ kín, độ sạch của phương tiện, thao tác và kiểm tra an toàn
(đặt họng xuất vào miệng xe, lắp tiếp đất). Nhập mã số lệnh suất vào bộ
OP77A, reset đồng hồ về số 0 có sự chứng kiến của lái xe, bấm nút Start
đồng thời nhân viên vận hành mở van tay và quá trình xuất được bắt đầu.
Trong cả quá trình này, người nhân viên vận hành phải theo dõi chỉ số
trên màn hình hiển thị và đến khi đạt lượng hàng hệ thống tự động ngắt.
Người nhân viên vận hành khóa van tay đóng van tay, cùng lái xe xác nhận
chỉ số qua tấm mức và giấy kiểm định.
Khi kết thúc quá trình xuất hàng cho xe xi-téc, người tài xế với Lệnh
xuất hàng nhận hóa đơn tại phòng quản lý xuất hàng, với đầy đủ thông tin
yêu cầu.
Nhân viên tại cổng kiểm tra thực tế tiến hành đo lại mức xăng dầu trong
từng ngăn xe so với tấm mức lưỡi gà và ghi thêm vào hóa đơn (ở phía sau
hoá đơn). Kẹp chì niêm phong xe đồng thời ghi số hiệu chì vào mặt sau của
hoá đơn.
Cho phép xe xi téc ra khỏi kho.
3. Hệ thống công nghệ.

Hình 1.1: Hệ thống kho, bể, đường ống xuất nhập xăng dầu

10


•
•

•
•
•
•
•
•
•
•

Hệ thống điện động lực, điện điều khiển, điện chiếu sang
Hệ thống tự động hóa điều khiển, thiết bị van, máy bơm, thu nhập số liệu
trong quá trình xuất nhập xăng dầu
4. Khu vực làm việc.
Vị trí để xe chở lấy hàng
Nhà bán hàng và kiểm tra xe trước và sau khi lấy hàng
Khu vực nhà xuất hàng
Khu vực nhà bơm dầu
Khu bể trụ chứa xăng dầu và hệ thống công nghệ xuất nhập xăng dầu
Khu hệ thống công nghệ xuất nhập
Hệ thống cấp thoát nước vệ sinh công nghiệp , hệ thống PCCC
Sơ đồ công nghệ xuất, sơ đồ phân phối điện, phương án phòng cháy chữa
cháy, sơ đồ PCCC có đầy đủ dụng cụ

11

Chương 2: Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế.
1. Các yêu cầu về hệ thống.

Các mục tiêu kinh tế - kỹ thuật mà hệ thống Tự động hoá xuất xăng, dầu cho
xe ôtô phải đạt được là:
•

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

•

Hệ thống có độ chính xác cao trong đo đạc, cấp hàng giảm tỷ lệ hao hụt tới
mức thấp nhất .

•

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

•

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

•

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

•

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

2. Các chỉ tiêu an toàn phòng chống cháy nổ.

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

Việc thi công lắp đặt đường ống và thiết bị không được hàn cắt tại khu vực
giàn xuất và trạm bơm. Gia công ống thép bảo vệ và các tủ điện thực hiện
bên ngoài khu vực nguy hiểm cháy nổ, nếu có hàn cắt phải thực hiện bên
ngoài khu vực kho sau đó làm nguội mới đưa vào lắp đặt.
12

•

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

•

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

•

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

•

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

•

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

•

Đo kiểm tra nồng độ xăng dầu khu vực thi công. Nếu nồng độ xăng dầu vượt

quá quy định cho phép thì không được đục cắt bê tông

•

Bố trí đầy đủ trang thiết bị phòng cháy chữa cháy

3. Các hướng giải quyết.

Để xây dựng một hệ thống bến xuất xăng dầu sẽ có nhiều phương án để
thực hiện. Dưới đây ta phân tích một số phương án khả thi:
3.1.1. Phương pháp điều khiển BatchControler sử dụng thiết bị
Accuload
a) Giới thiệu hệ thống.

13


Hình 2.1 Mô hình hệ thống cho 1 họng xuất
Hệ Thống vận hành hệ thống theo 3 chế độ: Tự động hoàn toàn, bán tự
động khi máy tính chủ dữ liệu hệ thống tự động hóa lỗi, mạng LAN lỗi… khi
đó số liệu tự động hóa sẽ được cập nhật lại vào cơ sở dữ liệu khi hệ thống
vận hành trở lại. Chế độ tại chỗ là việc vận hành bơm tại chỗ, hoàn toàn
không có kết nối PLC với Controllogix, các Batch controller vẫn hoạt động,
các van điều khiển vẫn đóng theo lượng đặt trước.
Đây là công nghệ điều khiển tiên tiến nhất hiện nay cho việc xuất xăng
dầu, công nghệ điều khiển mẻ (Batch controller).
Hệ thống bao gồm:
•

Mỗi bộ Accuload điều khiển 1 cần xuất, nhận thông tin từ đầu đo nhiệt độ,

tín hiệu phát xung từ lưu lượng kế và điều khiển bơm và van tại từng họng
xuất.

•

Mỗi họng xuất sẽ có 1 sensor đo nhiệt độ được lắp trên đường ống xuất, sai
số đo nhiệt độ nhỏ hơn ±0,25 0C. Khoảng cách đi dây giữa Accuload và
sensor đo nhiệt độ nhỏ hơn 100m
Bộ phát xung của lưu lượng kế phát xung vuông 40/60, trên phát xung phải
có sẵn bộ lọc nhiễu điện tử. Tín hiệu phát xung tiêu chuẩn: nhỏ hơn 1V là giá
trị 0, lớn hơn 5V là giá trị 1. Điện áp cung cấp cho phát xung là 12 hoặc
24VDC.
Bộ Batch Controller được điều khiển bởi PLC, việc sử dụng PLC sẽ đảm bảo
việc kết nối với phân hệ trạm bơm và đơn giản cũng như việc mở rộng hệ
thống sau này. Bộ PLC được thiết kế dự phòng nóng (redundant 2 CPU và 2
đường truyền thông Modbus và 2 cổng truyền thông trên Accuload) khi có
sự cố ở 1 bộ PLC thì PLC còn lại sẽ chiếm quyền điều khiển Accuload qua
đường truyền thông còn lại và cổng truyền thông còn lại. Truyền thông giữa
2 bộ PLC bến xuất bộ và trạm bơm cũng được thiết kế dự phòng nóng 2
đường Controlnet, khi bị sự cố 1 đường sẽ truyền trên đường còn lại
Tích hợp thông tin và hiển thị trên máy SCADA.
Đặc điểm tính năng của hệ thống đạt được

•

•

•
b)

Hệ thống có thể xuất hàng ở 3 chế độ: Tự động, bán tự động, và chế độ tại
chỗ.
-

-

Lưu số liệu xuất hàng ở 2 chế độ Tự động và Bán tự động, bao gồm những
thông tin sau: mã lệnh, mã ngăn, mã công tơ (nếu có), lượng đăng ký, lượng
thực xuất, nhiệt độ trung bình.
Dự phòng cổng truyền thông của Batch controller, dự phòng truyền thông
Modbus và dự phòng SCADA nhằm mục đích tăng tính ổn định, giảm thiểu
gián đoạn cho quá trình xuất hàng do có cơ chế dự phòng nhiều cấp.
14


-

-

Thông tin khách hàng và lượng xuất được quản lý trên máy tính hóa đơn,
quá trình xuất hàng được thực hiện qua lệnh xuất hàng, trên lệnh xuất có
thông tin về khách hàng, số xe quá trình được thực lấy, mã khách, mã hàng
hóa, số thứ tự lệnh xuất, mã ngăn. Trong quá trình xuất người công nhân
không thể thay đổi lượng xuất, xuất lại lệnh đã xuất, quá trình xuất kết thúc,
việc hoàn chỉnh hóa đơn qua cơ sở dữ liệu có đầy đủ lượng hàng thực sự
xuất được cũng như nhiệt độ trung bình của ca lô hàng đó. Các thao tác và
hiện tự động tối đa từ khâu trước khi xuất đến khi hoàn chỉnh hóa đơn cho
khách hàng nhằm tránh các tiêu cực, phiền hà cho khách hàng, giảm thiểu
thời gian xuất.
Các thông tin nhập trên Batch hiển thị bằng tiếng việt không dấu, thao tác

xuất hàng đơn giản, các thông tin báo lỗi sự cố hỏng nhiệt độ, xuất quá
lượng đặt, lưu tốc quá cao, quá thấp,… đều được thể hiện rõ ràng trên Batch
controller
3.1.2. Mô hình sử dụng công nghệ điều điều khiển bằng PLC kết hợp
với máy tính
Mô hình sử dụng PLC S7-300 của hãng Siemen
Đây là hệ điều khiển khá phổ biến và đã được dùng rất rộng rãi trong
công nghiệp vì những ưu điểm của nó như tính mềm dẻo, linh hoạt, đáp ứng
được những yêu cầu về thay đổi và mở rộng quy mô sản xuất với chi phí hợp
lý.

a) Tổng quan hệ thống:

Hình 2.2. Mô hình giải pháp hệ thống sử dụng PLC S7-300
15


Bộ PLC S7-300 thu nhận thông tin từ đầu đo nhiệt độ, tín hiệu phát xung
từ lưu lượng kế và điều khiển bơm, tại từng họng xuất,điều khiển đóng mở
van điện. Tại Phòng Điều khiển, với phần mềm điều khiển SCADA, toàn bộ
thông tin về nhiệt độ thực tế, lưu lượng, bơm được chuyền về và hiển thị trên
màn hình máy tính trong thời gian thực.
Máy in để in ra hóa đơn với các thông tin đầy đủ được lưu trữ trong Hệ
thống Điều khiển trung tâm bao gồm: số hóa đơn, mã khách hàng, mã số xe,
loại hàng, lượng thực xuất, nhiệt độ trung bình, lượng lit 15 OC, hệ số VCF,
WCF, tỷ trọng, v.v.Phát hành hoá đơn tự động cho khách hàng.
Công nhân vận hành sẽ nhập mã số lệnh xuất hàng vào bộ OP77A của
họng xuất. Hệ thống TĐH kiểm tra, xác nhận mã lệnh. Nếu mã lệnh hợp lệ
(đã đăng ký lấy hàng, đúng loại hàng hóa và chưa xuất hàng), hệ thống sẽ
chuyển toàn bộ thông tin về giá trị Lít đặt trước xuống PLC S7-300 và hiển

thị lên bộ OP77A để phục vụ xuất hàng cho họng xuất này. Nếu mã lệnh
không hợp lệ, hệ thống không cho phép xuất hàng.
Công nhân vận hành, mở van tay, bấm nút Start trên bộ OP77A, trên dàn
xuất cho phép bắt đầu quá trình xuất hàng.
b) Ưu điểm hệ thống dùng PLC kết hợp với máy tính

Giải quyết những thiếu sót của quy trình xuất hàng cũ, có sự kết hợp chặt
chẽ giữa Hệ thống thông tin quản lý và Hệ thống Tự động hoá, quản lý chặt
chẽ hao hụt, tránh thất thoát và giảm được ảnh hưởng do yếu tố chủ quan của
con người.
Hệ thống TĐH xuất hàng có tính an toàn cao (tiếp đất, các sự cố, các
trạng thái làm việc của các trang thiết bị được kiểm soát chặt chẽ trong quá
trình xuất hàng bởi Hệ thống TĐH, giao nhận chính xác, giảm hao hụt tới
mức thấp nhất; van điện, máy bơm được điều khiển dừng tự động khi lượng
hàng đã bằng lượng hàng cần xuất - Vpreset).
Hệ thống có độ tin cậy cao để phục vụ an toàn, liên tục và ổn định cho
quá trình sản xuất.
Đạt các hiệu quả cao về mặt kinh doanh, điều hành quản lý, năng suất lao
động, an toàn lao động, bảo vệ môi trường và những hiệu quả vô hình trong
sự cạnh tranh trong nền kinh tế thị trường.
4. Lựa chọn phương án

Sau khi tìm hiểu và phân tích được các ưu điểm và nhược điểm
của từng phương án. Chúng em nhận thấy để thiết kế hệ thống tự
động hóa cho bến xuất xăng dầu,có thể dùng 2 phương án đã trình
bày ở mục II là phương pháp điều khiển Bath Controller hoặc dùng
bộ điều khiển khả trình PLC kết hợp với máy tính.

16

Nếu dùng phương án Bath Controller - là công nghệ điều khiển
tiên tiến nhất hiện nay cho việc xuất xăng dầu trên thế giới .Nó có
rất nhiều ưu điểm,hệ thống đạt được độ chính xác cao,nhưng giá
thành của các thiết bị khá đắt,thích hợp cho những bến xuất lớn.
Không những thế, việc tiếp cận và tìm hiểu đối với các thiết bị này
đối với chúng em là rất khó khăn.Vì vậy chúng em quyết định lựa
chọn phương án dùng bộ điều khiển khả trình PLC kết hợp với máy
tính.
Với quy mô của bến xuất xăng dầu vừa phải,có 3 họng xuất hàng,
hệ thống tự động hóa thiết kế cho bến xuất xăng dầu này sử dụng
phương án dùng bộ điều khiển khả trình PLC kết hợp vơí máy tính là
rất hợp lý.Đảm bảo độ tin cậy và chính xác cao, giá thành hợp lý,phù
hợp với quy mô của dự án. Khi cần mở rộng thêm các phân hệ đo
bồn, trạm bơm, thêm hệ thống báo cháy,... việc tích hợp đơn giản.
5. Tính chọn các thiết bị.
5.1. Hệ thống bể chứa:

a) Giới thiệu
Hệ thống có 3 bồn chứa : 1 bồn A92, 1 bồn A95 và 1 bồn dầu DO

Hình 2.3. Bể chứa xăng dầu
b)Cấu tạo bể chứa
•

Đáy bể: bao gồm các tấm thép có chiều dày khác nhau hàn lại với nhau
thường chiều dày lớn dần từ thân bể ra thành bể (chiều dầy có thể từ 5mm
tới 12mm. Đáy bể được đặt trên phần nền móng bể được gia cố để bảo đảm
17

chống lún, sát với tôn đáy bể là lớp nhựa đường nhằm đảm bảo chống nước
và hạn chế sự an mòn từ dưới lên cho tôn đáy bể.
•

Thành bể: bao gồm nhiều tấm thép hàn lại với nhau. Kết cấu chiều dầy thành
bể tăng dần từ trên xuống dưới do sự chịu lực thủy tĩnh tăng theo chiều sâu
của xăng dầu (phía gần đáy bể có thể chiều dày là 12mm, phía trên nóc bể có
thể chỉ 4 - 5mm)

•

Mái bể: có nhiều dạng kết cấu khác nhau như mái bể hình nón, mái bể hình
chỏm cầu. Tác dụng của mái bể là để đảm bảo sự ổn định tương đối của bể
chứa trong quá trình xuất, nhập; tránh đọng nước đồng thời là nơi để bố trí
lắp đặt các thiết bị như van an toàn, lỗ đo tính... Mái bể thường có bề dày 3,5
– 5mm.

•

Lỗ ánh sáng: vị trí nằm ở trên mái bể có kích thước lớn, nó có tác dụng
thông gió và lấy ánh sáng trước khi bảo dưỡng, kiểm tra bể và các thiết bị
trong bể.

•

Lỗ người chui: có tác dụng để người kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa có thể
chui vào để thực hiện nhiệm vụ. Lỗ người chui được đặt ngay tầng tôn thứ
nhất.

•

Lỗ đo dầu: được đặt trên mái bể, tại đây có thể lấy mẫu xăng dầu trong bể,
đo chiều cao, đo nhiệt độ bể. Đối với các bể có mái phao ở trong hoặc thiết
bị đo tự động thì dưới các lỗ đo dầu người ta thường lắp đặt các ống dẫn
hướng cho thiết bị đo và mái phao.

•

Điểm đo dầu: làm điểm đo mốc chiều cao bể, nó thường được hàn vào đáy
bể và gần với thành bể nằm phía dưới theo phương thẳng đứng với lỗ đo dầu.

•

Van thở và bình ngăn lửa: được lắp trên mái bể có tác dụng điều chỉnh áp
suất dương, âm ở trong bể nằm trong phạm vi cho phép mà bể có thể chịu
được trong quá trình nhập, xuất, tồn chứa cũng như các hoạt động khác của
bể chứa. Dưới bộ phận khống chế áp suất dương, âm và tiếp giáp với mái bể
thường lắp bộ phận ngăn tia lửa có tác dụng ngăn tia lửa cháy ngược từ
ngoài vào bên trong bể chứa.

•

Lăng phun bọt chữa cháy cỗ định: thường được lắp ở tâng tôn trên cùng của
thành bể và được nối với hệ thống bơm cố định của tổng kho. Khi xảy ra sự
cố thì dung dịch bọt sẽ được phun vào bên trong bể để phủ kín bề mặt thoáng
của xăng dầu ngăn cản sự cháy.

•

Cầu thang bể: lắp bên ngoài bể bám theo thành bể, dẫn từ đáy bể tới mái bể.
Nó có tác dụng phục vụ cho viẹc đi lại trong quá trình thao tác kiểm tra, giao
nhận, bảo dưỡng...

•

Ống dẫn hướng: được nối từ mái bể xuống gần sát đáy bể có tác dụng đo,
đếm tự động và được làm bằng thép hợp kim.
18


•

Công nghệ xuất nhập: bao gồm các đường ống và các van được gắn vào
thành bể ở tầng tôn cuối cùng và liên kết với các đường ống xuất nhập của
Tổng kho. Kích thước của nó đáp ứng với thông số xuất nhập hoạt động của
bể chứa.

•

Công nghệ hút vét, xả cặn: thường được nối ở phía dưới của tầng tôn cuối
thành bể. Bên trong bể nó được nối với đường ống rà sát vị trí thấp nhất của
đáy bể chứa; bên ngoài nó có các đường ống, van nối với công nghệ hút vét
của Tổng kho.

•

Hệ thống tiếp địa: là hệ thống truyền dẫn từ bể tiếp địa đảm bảo điện trở tiếp
đất nằm trong giới hạn cho phép, nó nối thông mạch với hệ thống các cột thu
lôi trên mái bể.

5.2. Bơm động lực:

a) Giới thiệu
Bơm bánh răng dùng bơm xăng dầu, bơm những chất có độ nhớt cao,
những dễ cháy nổ mà các loại bơm thông thường khác không thể hút được,
những chất lỏng có chứa hạt, bơm thực phẩm,...ta chọn bơm bánh răng ăn
khớp trong hiệu Magnus-Canada
b) Thông số kỹ thuật
Hãng sản xuất: Series 332 hiệu Magnus, Canada
-

Dải lưu lượng: (20 -93) m3/h
Áp suất đầu xả max: (10-13) bar
Vật liệu tiêu chuẩn: Gang đúc, Thép
Vật liệu tùy chọn: Inox
Kiểu làm kín: Phớt cơ khí hoặc hộp chèn
Nhiệt độ chất bơm tiêu chuẩn: 25 oC
Nhiệt độ chất bơm tùy chọn: 132 oC
Độ nhớt: 2500,000SSU
Van an toàn: Tùy chọn
Motor: (7-15)Kw, 3Pha 380V
Số vòng quay: (190-520) vòng/phút
c) Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm bánh răng:
*Cấu tạo

19


Hình 2.4. Cấu tạo trục bơm bánh răng.

Chú thích :
•

Seal: Đệm chèn

•

Driver Gear: Trục phát động

•

Mounting Flange: Bích lắp ráp

•

Pressure Port: Lỗ tạo áp suất

•

Suction Port: Lỗ hút

•

Driver Gear: Bánh răng phát động

•

Idler Gear: Bánh răng dẫn động

•

Bushings: Ống lót ổ trục

•

Case Seal: Vòng để chèn kín
*Nguyên lý hoạt động

Hình 2.5. Nguyên lý hoạt động của bơm
20


Bơm thể tích có cơ cấu chấp hành ở dạng hai bánh răng ăn khớp. Các
buồng làm việc của bơm được tạo nên bằng thành thân bơm và các profin
của răng. Buồng hút nằm bên phía các răng ra khớp, buồng nén nằm bên
phía các răng vào khớp. Thể tích của buồng hút và buồng nén được thay đổi
do các răng ra khớp và vào khớp với nhau thực hiện chu kì hút và nén chất
lỏng. BBR có kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao trong khi vận hành, kích
thước nhỏ gọn, nhẹ. Áp suất dẫn từ 10 đến 100 bar, cá biệt tới 200 bar; hiệu
suất 0,87 - 0,89; hiệu suất thể tích 0,95 - 0,98; hiệu suất cơ khí 0,94; lưu
lượng bơm tới 1.000 l/phút (đối với bơm áp suất thấp). BBR thường được
trang bị van an toàn để chuyển chất lỏng từ buồng nén sang buồng hút khi
đạt tới áp suất tối đa.
5.3. Thiết bị đo lưu lượng:

Có thể sử dụng một số loại thiết bị đo lưu lượng như: Công tơ thể tích
(Oval), công tơ tốc độ (dùng tuabin hướng trục) , lưu kế điện tử (dựa trên định
luật cảm ứng điện từ)
Ta chọn thiết bị đo lưu lượng Oval, vì có độ chính xác cao nhất, cấu tạo đơn

giản, hoạt động bền bỉ trong môi trường dầu nhớt.
a) Các đặc điểm của Công tơ thể tích (Oval).

+ Mức đo có thể mở rộng từ 40 đến 90% so với những mô hình đã đưa ra
trước đây. Điều đó có nghĩa là kích thước vật lý trở nên nhỏ hơn (kích thước
từ 45 đến 70)
+ Giảm tổn thất áp suất 30%,tiết kiệm chi phí năng lượng
+ Thể hiện được tổng mức dòng đã chảy qua, tốc độ dòng tức thời chảy qua,
tổng số lần reset bộ đo lưu lượng
+ Đơn giản hóa thiết kế và vật liệu mới cùng với lớp bọc bên ngoài đã tăng
tuổi thọ của thiết bị
+Có thể giao tiếp với thiết bị đo dễ dàng
+Có khoảng 17 mẫu từ kích cỡ 39 đến 65
Hình 2.6. Thiết bị đo lưu lượng điện từ điều khiển.

21


b) Thông số kỹ thuật

Đây là bảng thông số kỹ thuật của các mẫu Oval có kích cỡ từ 39 đến 65:
Kíc
h cỡ
thiết
bị

Đườn
g kính
ống
mm

39

10

41

10

45

10

50

20

52

25

53

25

55

40

56

50

57

50

58
59
60
61

80
100
100
150

62

200

63

250

64

300

65

350

Sai
số
thiết
bị

Dải
lưu
lượng
đo
m3/h
0,212l/h
1-60
l/h
50,2 420l/
%
h
0,032
0,083,8
0,153,4
0,2614
0,624
1,244
2-50
4-90
5-150
100,5 230
%

15320
20450
30700
501000

Vật liệu cấu tạo

Kết nối

thân

rotor

Bánh
răng

Thép
không
gỉ

Thép
không
gỉ

Thép
cacbo -JIS
n đặc biệt
ANSI/JP
I

Thép
không
gỉ(chi
tiết
đặc
biệt)
Thép
thườn
g

Thép
không
gỉ(chi
tiết
đặc
biệt)
Thép
thườn
g

Thép
cacbo -JIS
n đặc biệt
ANSI/JP
I

Áp suất
cực đại

2,94MPa

1,96MPa

4,51MPa
1,96MPa

Để phù hợp với yêu cầu công nghê, dải lưu lượng bơm tối đa là khoảng 80
l/phút (4,8m3/h) sai số 1l/phút (1,25%) nên ta chọn thiết bị Oval có kích cỡ 55:
22


+ Đường kính ống 40mm
+ Sai số thiết bị là 0,2%
+ Dải đo từ 0,26 đến 14m3/h
+ Áp suất cực đại: 2,94 Mpa
c) Nguyên lý hoạt động:

Hình IV.4. Các vị trí của 2 oval .
Bộ đo lưu lượng Oval đo dòng chất lỏng bằng cách sử dụng một
áp lực chênh lệch yếu để quay đôi bánh răng oval.Hai bánh răng ăn
khớp bịt kín đầu vào và đầu ra nhằm tạo ra độ chênh lệch áp lực.Khi
sự định hướng của căp bánh răng oval như vị trí 1 hình vẽ trên,bánh
răng A nhận momen quay từ sự chênh lêch áp suất,bánh răng B hủy
lực xoắn,và bánh răng A lái bánh răng B như mô tả ở vị trí 2.Khi
bánh răng A quay đến vị trí như hình 3,khi hết momen quay,nhưng
bánh răng B lại nhận được momen và lái bánh răng A.Cách hoạt động
luân chuyển như vậy duy trì việc quay liên hoàn với momen quay gần
như không đổi ngoại trừ điểm chết.Vị trí 4,5,6,7,8 và 9 minh họa
nguyên lý này thông qua 1 vòng tròn kín liên hoàn mang bánh răng A
trở về vị trí ban đầu như vị trí 1.

Với việc quay bánh răng thiết bị có thể đo được chính xác
lượng chất lỏng trong khe hở hình lưỡi liềm hoặc đo trong
khoang.Tổng số lượng chất lỏng cho 1 vòng quay của cặp bánh răng
oval là 4 phần,đó chính là tốc độ quay của bánh răng .
Do độ trượt giữa bánh răng và thành buồng là rất nhỏ,cho nên
việc đo không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi độ nhớt của chất lỏng.
Một trục đầu ra bị quay theo 1 tỷ lệ tới bánh răng oval bởi sức hút
của sự ghép từ tính.Trục đầu ra này lái 1 bộ bánh răng nhằm cung cấp
việc ghi bộ đếm trong bộ phận kỹ thuật theo gallon,lít,hay pound….

23


Hình IV.5. Cơ cấu truyền động của 2 bánh răng Oval
Chú thích :
Driven Magnet:Trục nam châm .
Rotor: Bánh răng oval .
Hollow shaft: Trục truyền động rỗng .
Output Gear: Bánh răng truyền động ăn khớp ra.
Idler gear :Bánh răng dẫn động .
Transmission Gear: Bánh răng dẫn động .
5.4. Một số loại cảm biến có thể dùng trong hệ thống.
A) Cảm biến đo mức dùng sóng âm (Cảm biến tiêm cân siêu

năm
mức
biến
phải

âm)

Cảm biến mức dùng sóng âm đã có mặt trên thị trường nhiều
nay và được coi như một công nghệ đáng tin cậy dùng để đo
thông qua những thử thách khắc nghiệt trong công nghiệp. Cảm
siêu âm đo mức là dạng đầu tiên đo không tiếp xúc và giá cả
chăng dùng cho phần lớn các loại bình chứa dạng thẳng đứng.

Bộ truyền siêu âm hoạt động dựa trên việc gửi một sóng âm,
được phát ra từ bộ biến năng áp điện, đến bề mặt của một vật liệu
cần đo.
Bộ truyền âm đo thời gian từ lúc gửi tín hiệu cho tới khi
nhận được tín hiệu phản hồi.
Thành công của phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từ vật
cần đo. Những yếu tố khác như : bụi, hơi nước (chất lỏng) dày đặc;
độ cản trở bình chứa, nhiễu loạn gây bởi bề mặt; những chất tạo bọt
và thậm chí là độ gồ ghề hoặc góc tạo bởi chùm sóng với bề mặt cần
24


đo đều góp phần tạo những thông tin không mong muốn ở tín
hiệuphản hồi. Điều cần thiết là người sử dụng cần phải cân nhắc điều
kiện hoạt động sẽ ảnh hưởng thế nào tới sóng âm khi phát ra.
Những yếu tố quan trọng khác cần chú ý khi dùng bộ truyền âm
gồm:
- Sóng âm-điều kiện tiên quyết của phép đo là
sóng âm phải đi qua chất cần đo. Thông thường
là không khí, nếu môi trường là chân không lại
không phù hợp do trong chân không, không có
đủ số phân tử khí làm giảm khả năng truyền
sóng
.

- Điều kiện bề mặt-bọt và những hạt bụi bẩn
bám trên bề mặt của chất lỏng có thể hấp thụ
sóng âm và làm cản trở sóng phản hồivềđầu
phát.
- Góc tới và góc phản xạ-sóng âm cần được
phát và nhận theo đường thẳng, mặt phản xạ
cần là mặt phẳng .
.
Hình IV.6. Sơ
đồ bố trí cảm
biến siêu âm
đo mức

- Nhiệt độ hoạt động-những phần mà siêu âm
được gửi đến để đo thường làm bằng nhựa với
nhiệt độ cao nhất cỡ 60°C. Dĩ nhiên, việc thay
đổi nhiệt độ sẽ làm phép đo mức kém chínhxác.
-Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường
không tiếp xúc với áp suất quá cao; giá trị lớn
nhất loại cảm biến này có thể chịu được là
30psi(~2bar)
.
- Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng),
môi trường đọng nước, và tạp chất có thể làm
thay đổi tốc độ của sóng âm qua môi trường
không khí và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính
xác của tín hiệu hồi đáp. Để tránh sai số do môi
trường gây ra cần gắn cảm biến vào những vị
trí và môi trường có thể dự đoán trước.

Lợi ích lớn nhất của công nghệ đo mức thông qua môi trường
khí như siêu âm, rada và laze là những thiết bị đo không tiếp xúc với
vật cần đo (hình IV.6). Chỉ có một vài điểm tín hiệu cần tiếp xúc với
25