Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển giám sát trong bến xuất xăng dầu cho xe xi téc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------PHÙNG BÁ THÀNH

PHÙNG BÁ THÀNH

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ
ĐỘNG HÓA

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRONG
BẾN XUẤT XĂNG DẦU CHO XE XI-TÉC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

KHỐ 2015A

Hà Nội – Năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------PHÙNG BÁ THÀNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRONG BẾN
XUẤT XĂNG DẦU CHO XE XI-TÉC

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS.HỒNG SỸ HỒNG

Hà Nội – Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây bài luận văn tốt nghiệp: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ
ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRONG BẾN XUẤT XĂNG DẦU CHO XE XITÉC” do em tự thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Hoàng Sĩ
Hồng. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công
bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ
cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi
rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội
dung luận văn của mình.
Hà Nội, tháng 3 năm 2017
Học viên

Phùng Bá Thành


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ 5
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................................ 6
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẾN XUẤT XĂNG DẦU ............... 9
1.1 Giới thiệu chung về hệ thống bến xuất xăng dầu .............................................. 9
1.1.1 Giới thiệu về tập đoàn xăng dầu Việt Nam ................................................ 9

1.1.2 Giới thiệu về kho xăng dầu và các phương pháp vận chuyển tại kho. ..... 10
1.1.3 Bến xuất xăng dầu tự động và tích hợp truyền dẫn .................................. 12
1.2 Giới thiệu quy trình xuất hàng của các bến xăng dầu ..................................... 13
1.3 Tổng kết chương 1 ........................................................................................... 15
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP TỔNG THỂ HỆ THỐNG16
2.1 Các yêu cầu đặt ra về hệ thống ........................................................................ 16
2.2 Các chỉ tiêu an toàn và phòng chống cháy nổ ................................................. 16
2.3 Mục tiêu của hệ thống điều khiển và giám sát ................................................ 19
2.4 Thiết kế tổng thể hệ điều khiển giám sát sử dụng PLC kết hợp máy tính ...... 19
2.5 Tổng kết chương 2 ........................................................................................... 22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG............................................. 23
3.1 Phân tích lựa chọn thiết bị cấp trường ............................................................. 23
3.1.1 Bơm động lực ........................................................................................... 23
3.1.2 Van điện .................................................................................................... 27
3.1.3 Thiết bị đo lưu lượng Oval ....................................................................... 32

1


3.1.4 Cảm biến nhiệt độ ..................................................................................... 37
3.1.5 Hệ thống bể chứa ...................................................................................... 40
3.1.6 Tổng hợp số lượng đầu vào/ra .................................................................. 42
3.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển giám sát ............................................................. 43
3.2.1 Biến tần ..................................................................................................... 43
3.2.2 Bộ PLC của hãng Siemens ....................................................................... 44
3.2.3 Màn hình KP400 Comfort ........................................................................ 48
3.3 Mạng truyền thông .......................................................................................... 50
3.4 Thiết kế tủ điều khiển ...................................................................................... 50
3.4.1 Thiết kế tủ điều khiển PLC ....................................................................... 50
3.4.2 Thiết kể tủ động lực .................................................................................. 53

3.4.3 Mạng truyền thông trong hệ thống ........................................................... 56
3.5 Tổng kết chương 3 ........................................................................................... 56
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN MỀM............................................... 57
4.1 Tạo lưu đồ thuật tốn ....................................................................................... 57
4.2 Lập trình PLC trên phần mềm của hãng Siemens ........................................... 59
4.2.1 Tổng quan về ngôn ngữ lập trình PLC ..................................................... 59
4.2.2 Lập trình ứng dụng trên PLC S7 300........................................................ 59
4.2.3 Lập trình giao diện HMI ........................................................................... 64
4.3 Lập trình giao diện SCADA ............................................................................ 65
4.3.1 Ngơn ngữ lập trình C# .............................................................................. 65
4.3.2 Kho dữ liệu (datawarehouse) .................................................................... 68
4.3.3 Lập trình phần mềm SCADA ................................................................... 71
4.4 Lập trình WEB SCADA bằng WEB Server của Siemens .............................. 74
4.4.1 Cấu hình Modem Internet ......................................................................... 74
4.4.2 Lập trình Web server trên HTML5 ........................................................... 76

2


4.5 Tổng kết chương 4 ........................................................................................... 77
4.6 Một số kết quả thực tế. .................................................................................... 78
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 81
Kết luận ................................................................................................................. 81
Hướng mở rộng đề tài............................................................................................ 81

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hình thức phân phối xăng dầu của tập đồn Petrolimex. ...........................9
Hình 1.2: Quy trình xuất hàng của các bến xuất xăng dầu. ......................................13
Hình 1.3: Mơ tả q trình xuất hàng của các bến xuất xăng dầu. .............................14
Hình 2.1: Tiêu chuẩn phịng nổ ATEX trong mơi trường làm việc. .........................17

Hình 2.2: Tiêu chuẩn phịng nổ cho các thiết bị. ......................................................17
Hình 2.3: Phân loại khu vực nguy hiểm. ...................................................................18
Hình 2.4: Mơ hình giải pháp hệ thống sử dụng PLC S7-300....................................21
Hình 3.1: Bơm bánh răng Magnus, Canada. .............................................................24
Hình 3.2: Cấu tạo trục bơm bánh răng. .....................................................................25
Hình 3.3 : Nguyên lý hoạt động của bơm. ................................................................26
Hình 3.4: Van Điện Smith Meter. .............................................................................27
Hình 3.5: Cấu tạo của van điện. ................................................................................28
Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động của van điện. ...........................................................30
Hình 3.7: Đồ thị hoạt động của van điện. .................................................................31
Hình 3.8: Thiết bị đo lưu lượng Oval. .......................................................................33
Hình 3.9: Thiết bị đo lưu lượng Oval trong hệ thống. ..............................................35
Hình 3.10: Các vị trí của 2 oval. ...............................................................................36
Hình 3.11: Cơ cấu truyền động của 2 bánh răng oval. ..............................................37

3


Hình 3.12: Cảm biến đo nhiệt độ Rosemount. ..........................................................38
Hình 3.13: Cảm biến nhiệt độ RTD loại 4 dây. ........................................................40
Hình 3.14: Hệ thống bể chứa xăng dầu. ....................................................................40
Hình 3.15: Biến tần Sinamic G120. ..........................................................................43
Hình 3.16: Đồ thị lưu tốc quá trình bơm. ..................................................................44
Hình 3.17: Bộ điều khiển trung tâm CPU 317 2PN/DP............................................45
Hình 3.18: Màn hình KP400 Comfort. .....................................................................48
Hình 3.19: Mơ tả giải pháp trun thơng của hãng Siemens. ...................................50
Hình 3.20: Layout tủ điều khiển PLC cho 4 họng xuất. ..........................................51
Hình 3.21: Mạch điều khiển của 1 họng xuất. ..........................................................52
Hình 3.22: Thu nhận tín hiệu xung ...........................................................................53
Hình 3.23: Thu nhận tín hiệu nhiệt độ ......................................................................53

Hình 3.24: Layout tủ động lực cho 4 họng xuất. ......................................................54
Hình 3.25: Mạch động lực biến tần điều khiển bơm. ................................................55
Hình 3.26: Sơ đồ đấu nối truyền thơng. ....................................................................56
Hình 4.1: Sơ đồ thuật tốn chu trình xuất hàng. .......................................................57
Hình 4.2 : Lưu đồ thuật tốn điều khiển ...................................................................58
Hình 4.3: Giao diện khởi động TIA Portal. ..............................................................60
Hình 4.4: Giao diện tạo mới thiết bị lập trình. ..........................................................60
Hình 4.5: Giao diện thêm mới CPU. .........................................................................61
Hình 4.6: Giao diện thêm mới các Module mở rộng. ...............................................62
Hình 4.7: Thanh cơng cụ và giao diện lập trình. .......................................................63
Hình 4.8: Mơ hình kiến trúc của kho dữ liệu. ...........................................................69
Hình 4.9: Kho dữ liệu cho bến xuất. .........................................................................71
Hình 4.10: Giao diện giám sát SCADA cho 1 họng xuất. ........................................74
Hình 4.11: Giao diện phần mềm truy xuất dữ liệu. ...................................................74
Hình 4.12: Cấu hình DNS trong Modem. .................................................................75
Hình 4.13: Kết nối từ ngồi trỏ đến thiết bị trong hệ thống. .....................................75
Hình 4.14: Giao diện giám sát SCADA ....................................................................79

4


Hình 4.15: Tủ điều khiển PLC ..................................................................................79
Hình 4.16: Các thiết bị trong tủ điều khiển PLC ......................................................80
Hình 4.17: Giao diện màn hình HMI ........................................................................80

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các cấp độ của kho xăng dầu ................................................................... 10
Bảng 1.2: Lượng tiêu thụ trung bình tại kho xăng dầu Đà Nẵng .............................. 11
Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật của máy bơm Magnus ........................................ 24
Bảng 3.2: Bảng thông số kỹ thuật của van điện Smith Meter ................................... 27

Bảng 3.3: Bảng thông số kỹ thuật của lưu lượng kế Oval ........................................ 34
Bảng 3.4: Bảng thông số kỹ thuật lưu lượng kế Oval ............................................... 35
Bảng 3.5: Bảng thông số kỹ thuật lưu lượng kế Oval ............................................... 38
Bảng 3.6: Bảng điểm giám sát vào ra tủ điều khiển PLC cho 4 họng xuất .............. 42
Bảng 3.7: Thông số kĩ thuật bộ điều khiển trung tâm ............................................... 46
Bảng 3.8: Các Module mở rộng cho CPU 317 ......................................................... 46
Bảng 3.9: Thơng số kĩ thuật màn hình HMI KP400 ................................................. 49

5


CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

PLC

Programmable Logic Controller

Thiết bị điều khiển lập trình

HMI

Human Machine Interface

Thiết bị giao tiếp giữa
người và máy móc thiết bị

Supervisory Control And Data

Hệ thống thu thập dữ liệu

Acquisition

và điều khiển giám sát

RTD

Resistance Temperature Detectors

Nhiệt điện trở

VCF

Volume Correction Factor

Hệ số điều chỉnh thể tích

WCF

Weight Correction Factor

Hệ số điều chỉnh khối

SCADA

lượng

OLTP

On-line Transaction Processing

Xử lý giao dịch trực tuyến

OLAP

On-line Analytical Processing

Xử lý phân tích trực tuyến

ETL

Extract, Transform, Load

Thu gom, chuyển đổi, cập
nhật

TCP

Transport Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền
vận

IP

Giao thức Internet

Internet Protocol

CSDL

Cơ sở dữ liệu

PCCC

Phòng cháy chữa cháy

6


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
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 thơng 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 tồn thế giới, nó đem lại một phần khơng 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 hố - hiện đại hố đất nước. Khơng ngồi mục đích đó, việc ứng dụng
tự động hóa vào việc khai thác, quản lý xuất nhập xăng dầu là rất cần thiết.
Đúng từ nhu cầu thực tế đó và cũng xuất phát từ điều kiện công tác tại công
ty cổ phần tin học viễn thơng PETROLIMEX là cơng ty có nhiều dự án trong lĩnh
vực tự động hóa liên quan đến hệ thống xuất hàng trong kho xăng dầu nên em đã
chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trong bến xuất xăng dầu cho xe

ôtô xi-téc”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu và ứng dụng PLC kết hợp máy tính để thiết kế hệ thống điều
khiển giám sát trong bến xuất xăng dầu cho xe xi-téc.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu cấu trúc, tính chất quy trình cơng
nghệ của kho xăng dầu để thiết kế hệ thống điều khiển giám sát các họng
xuất xăng dầu cho xe xi-téc.

-

Phạm vi nghiên cứu:
 Nghiên cứu về qui trình, tiêu chuẩn xuất hàng tại các họng xuất trong
kho xăng dầu.

7


 Nghiên cứu về đặc điểm, yêu cầu công nghệ của hệ điều khiển giám
sát kết hợp PLC và máy tính trong bến xuất xăng dầu cho xe xi-téc.
 Thiết kế áp dụng thực tế hệ thống điều khiển giám sát trong các bến
xuất xăng dầu cho xe xi-téc.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
-

Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu tiêu chuẩn, qui trình xuất hàng tại các
họng xuất xăng dầu và nghiên cứu cấu trúc hoạt động của hệ điều khiển
giám sát PLC kết hợp máy tính trong bến xuất xăng dầu cho xe xi-téc

-

Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài góp phần thiết kế ứng dụng thực tế cho hệ thống
điều khiển giám sát trong bến xuất xăng dầu cho xe xi-téc.

8


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẾN XUẤT XĂNG DẦU
1.1 Giới thiệu chung về hệ thống bến xuất xăng dầu
1.1.1 Giới thiệu về tập đoàn xăng dầu Việt Nam
Hoạt động trong lĩnh vực ngành nghề đặc thù, nặng nhọc, độc hại, địi hỏi cao về an
tồn phịng chống cháy nổ và bảo vệ môi trường, trong nhiều năm qua, hệ thống các
cơng trình xăng dầu của Tập đồn Xăng dầu Việt Nam liên tục được phát triển mở
rộng theo định hướng cả về quy mô và hiện đại hố. Tập đồn ln xác định việc
cải tạo, nâng cấp các cơng trình xăng dầu cũ, mở rộng cơng 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 cơng
trình xăng dầu.
Tập đồn là đầu mối duy nhất tạo nguồn thông qua nhập khẩu trực tiếp hoặc mua
trong nước và sản xuất, khai thác từ các nguồn khác có trách nhiệm tạo nguồn đến
kho của các công ty tuyến 1 và tuyến 2. Các công ty tuyến dưới tiếp nhận xăng dầu
nhập khẩu hoặc mua nguồn trong nước theo quy định của Tập đồn sau đó tạo
nguồn về đến kho trung tâm hoặc di chuyển nguồn về cho công ty tuyến sau phân
phối tới các cửa hàng xăng dầu hoặc các đơn vị như hình 1.1.
Nguồn tập đồn/xăng dầu nhập
khẩu

Kho xăng dầu

Cửa hàng
xăng dầu

Cửa hàng
xăng dầu

Kho xăng dầu

Cửa hàng
xăng dầu

Cửa hàng
xăng dầu

Kho xăng dầu

Cửa hàng
xăng dầu

Cửa hàng
xăng dầu

Hình 1.1: Hình thức phân phối xăng dầu của tập đoàn Petrolimex.
Việc ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật ở Petrolimex có vai trị đặc biệt quan trọng trong
việc nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh, đảm bảo an tồn tuyệt đối các cơng

9

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 cơng nghệ, tạo nền móng vững chắc cho Tập
đoàn và các đơn vị thành viên hội nhập, mở rộng hợp tác 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 cơng tác an tồn phịng 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 nghiên cứu, áp dụng
đồng bộ hệ thống xuất hàng tự động tại các bến xuất xăng dầu từng bước tự động
hố, hiện đại hố cơng nghệ, đáp ứng tăng trưởng nhu cầu xăng dầu trong cả nước.
1.1.2 Giới thiệu về kho xăng dầu và các phương pháp vận chuyển tại kho.
a) Kho xăng dầu
Kho xăng dầu là một hệ thống kiến trúc và các trang thiết bị dùng để nhập – xuất –
tồn chứa – bảo quản xăng dầu.
Theo dung tích (năng lực) kho chia thành 3 cấp như bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các cấp độ của kho xăng dầu
Cấp kho

Dung tích tồn kho (m3)

I
Lớn hơn 50.000 m3
II
10.000 đến 50.000 m3
III
Nhỏ hơn 10.000 m3
Theo nhiệm vụ kho xăng dầu được chia thành 3 loại:
• Kho đầu mối: Là kho tiếp nhận xăng dầu từ cảng nhập khẩu hoặc nhà máy

chế biến.
• Kho trung chuyển: Là loại kho trung gian chuyển tiếp vận chuyển xăng dầu
từ nơi này đến nơi khác

10


• Kho tiếp nhận: Là loại kho tiếp nhận xăng dầu từ kho trung chuyển sau đó
cung ứng cho nơi có nhu cầu xã hội
b) Các phương pháp vận chuyển, giao nhận tại kho

Phương tiện chủ yếu là ôtô Xitec có dạng trụ trịn hoặc hình Elip, mỗi Xitec có một
hoặc nhiều ngăn chứa, mỗi ngăn có cổ Xitec để bơm hàng và tấm mức để phục vụ
cho đo lường, bên trong có các tấm chắn song, ống thơng hơi và van xả. Xitec phải
được cơ quan quản lý đo lường kiểm định trước khi đưa vào sử dụng.
Để nhập hàng vào xe Xitec, tại các kho sử dụng các họng xuất hàng trên giàn xuất.
Trên các họng xuất có van đóng nhanh để dừng cấp hàng. Máy bơm đưa hàng lên
các họng xuất vào các khoang chứa. Trong điều kiện giao hàng theo phương pháp
thủ công, khi lượng hàng cần giao cịn khoảng 500 lít, cơng nhân vận hành đóng
nhỏ dần van đóng nhanh để hạn chế dần lượng hàng qua họng xuất, khi lượng hàng
đạt đến tấm mức trong xe Xitec hoặc đạt số lượng theo số chỉ đồng hồ cơng nhân
vận hành đóng van hồn tồn để dừng cấp hàng. Công nhân giao nhận tiến hành đo
các thông số phục vụ cho giao nhận như : nhiệt độ, tỷ trọng, quy đổi ra số lượng ở
nhiệt độ tiêu chuẩn 150C để ghi vào hóa đơn hoặc phiếu xuất hàng. Q trình xuất
hàng này địi hỏi việc xuất 1 xe hàng 15-16 m3 trung bình phải mất 40-50 phút/xe,
mỗi ngày xuất 8 tiếng được 140m3/họng xuất. Đối với lượng tiêu thụ trung bình như
bảng 1.2 tại kho xăng dầu Đà Nẵng thì các họng xuất khơng này sẽ không đủ và
phải cần mở rộng thêm để kịp thời đáp ứng nhu cầu cung ứng xăng dầu tăng cao.
Bảng 1.2: Lượng tiêu thụ trung bình tại kho xăng dầu Đà Nẵng

E5

Lượng xuất trung bình
(m3/ngày)
200

Số họng xuất
hiện tại
1

Xăng R92

300

2

Xăng R95

400

2

Dầu DO

900

5

Loại hàng

11


Ngoài ra xuất hàng cho cho xe xi téc phải cần một công nhân đứng trên sàn thao tác
và một cơng 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.
Cơng việc đó bộc lộ nhiều hạn chế, nếu hai công nhân phối hợp không tốt sẽ dẫn
đến sự cố “tràn xăng dầu”. Việc đo lường, giao nhận thủ công như vậy có hiệu quả
thấp, mất an tồn, khơng chính xác và dễ gây ra hiện tượng thừa, thiếu hàng trong
mỗi lần xuất. Do đó, ở khu vực bảo vệ ln phải bố trí một vài thùng phi, xơ chứa
để bộ phận kiểm tra thực hiện rút ra hoặc thêm hàng vào nếu thấy thừa hoặc thiếu.
Công đoạn này kéo dài gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao
động và luôn tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ mất an tồn.
Q 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, các bến xuất 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 xi téc 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 suất lao động và thời gian cấp hàng. Con số này khơng
ngừng tăng lên địi hỏi 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 và
việc 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
12


được gắn trên các giàn xuất. Quá trình này được thử nghiệm, kiểm nghiệm, đánh giá
tổng thể, kỹ lưỡng trước khi đưa vào áp dụng rộng rãi trong toàn ngành.
Việc này địi hỏi một hệ thống Tự động hóa tích hợp và thu thập dữ liệu từ hệ thống
lưu lượng kế; tính tốn 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; tự động lấy các thông số về nhiệt
độ, tỷ trọng, số lượng thực tế, số lượng quy đổi ở nhiệt độ 150C và in hóa đơn là q
trình đồng bộ khép kín tổng thể. Công nghệ này không những phải giải quyết được
những hạn chế trước đây, mà cịn nâng cao độ chính xác và năng suất cấp hàng.
1.2 Giới thiệu quy trình xuất hàng của các bến xăng dầu
Qui trình xuất hàng tại bến xuất xăng dầu được thể hiện như hình 1.2.

Khách hàng
đăng ký lấy
hàng ở phịng
hóa đơn

Tịan bộ thơng tin
mua hàng đuợc
lưu vào máy chủ
cơng ty

Khách hàng lái xe
vào cổng,xuất
trình lệnh xuất
hàng

Nhân viên và lái
xe xác nhân chỉ
số

Nhân viên bảo vệ sẽ kiểm
tra các đk an toàn PCCN và
hướng dẫn lái xe vào vị trí
nhận hàng thích hợp

Sau khi đạt đuợc số
luợng cần xuất thì
đóng nhanh van

Khách hàng lái xe
vào đuờng xuất

Nhân viên theo dõi
chỉ số trên đồng hồ
lưu luợng

Nv bán hàng
kiểm tra số luợng
xuất,thứ tự xuất
hàng

Nhân viên vận hành
mở van tay và bắt
đầu xuất hàng

Kết thúc xuất
hàng

Hình 1.2: Quy trình xuất hàng của các bến xuất xăng dầu.

13


Quá trình xuất hàng cho xe xitec được thể hiện như hình 1.3

Hình 1.3: Mơ tả q trình xuất hàng của các bến xuất xăng dầu.
Tại phịng Phát hành hóa đơn tại công ty xăng dầu:
Khách hàng và tài xế đến đăng ký lấy hàng tại Phịng phát hành hóa đơn cơng ty.
Nhân viên Phịng phát hành hóa đơn đưa số liệu vào máy tính, sau đó phát hành
lệnh xuất hàng cho các Lái xe.
Tồn bộ thơng 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).
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.

14


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). Reset đồng hồ cơ khí về số 0 có sự chứng kiến của lái xe. 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 đồng hồ
lưu lượng kế và đến khi đạt lượng hàng theo dự kiến xuất đối với từng ngăn của xe.
Người nhân viên vận hành khóa van tay đóng nhanh khi lượng cần xuất đã đạt
được. Người công nhân vận hành 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 đưa
cho nhân viên thao tác máy tính quản lý hàng hố và in các hố đơn xuất hàng cho
khách hàng, in hoá đơn 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 hố 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.
1.3 Tổng kết chương 1
Như vậy, qua chương 1 ta có thể thấy được đặc điểm, vị trí, qui trình xuất hàng của
kho xăng dầu cũng như tính cấp thiết của việc ứng dụng hệ thống tự động hóa vào
trong các bến xuất xăng dầu.

15


CHƯƠNG 2 :PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP TỔNG THỂ HỆ

THỐNG
2.1 Các yêu cầu đặt ra về hệ thống
Các mục tiêu kinh tế - kỹ thuật mà hệ thống Tự động hố xuất xăng, dầu cho xe ơtơ
phải đạt được là:
• Hệ thống có độ an tồn, tin cậy cao để phục vụ liên tục và ổn định cho q
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 hố 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 cơng tác quản lý chặt chẽ, chính xác, nhanh chóng và thuận tiện.
• Hệ thống tự động hố 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 hố.
2.2 Các chỉ tiêu an tồn và phịng chống cháy nổ
Kèm theo nhưng yêu cầu về kỹ thuật thì các chỉ tiêu an tồn và phịng 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, khơng hịa tan
trong nước, có tỷ trọng nhẹ hơn nước. Hơi xăng dầu nặng hơn khơng 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

16

các thiết bị đuợc chọn trong hệ thống ngoài đáp ứng tốt các u cầu kỹ thuật thì
phải có khả năng phòng chống cháy nổ cao,khả năng xảy ra sự cố là thấp nhất.
Tiêu chuẩn phòng chống cháy nổ ATEX : Tiêu chuẩn về ngăn ngừa sự bắt lửa từ
bề mặt của thiết bị khi gas hay khí cháy nổ bao quanh. Các thiết bị này được thiết kế
sao cho khi hoạt động, nhiệt độ bề mặt của thiết bị sẽ không gây bắt lửa.
Phần vỏ của một thiết bị điện chống cháy nổ thường được làm bằng nhôm đúc hoặc
thép không rỉ, được thiết kế đặc biệt để cô lập tia lửa điện hoặc sự cố cháy nổ bên
trong thiết bị. Để đạt được cấp phòng nổ, phần vỏ thiết bị phải cô lập sự cố cháy nổ
bên trong thiết bị và ngăn không cho nguồn nhiệt, tia lửa điện... bên trong thiết bị
lan tỏa ra vùng khí gas, bụi có khả năng cháy nổ xung quanh
Chỉ thị 1999/92/EC: Áp dụng cho môi trường làm việc, quy định an tồn cho
người lao động tại mơi trường làm việc có nguy cơ dễ nổ.

Hình 2.1: Tiêu chuẩn phịng nổ ATEX trong môi trường làm việc.
Chỉ thị 94/9/EC: Áp dụng cho các thiết bị làm việc, quy định việc lưu hành thiết bị
sau khi đưa ra thị trường

Hình 2.2: Tiêu chuẩn phòng nổ cho các thiết bị.
Phân loại khu vực nguy hiểm: Những nơi nguy hiểm được phân loại dựa trên điều
kiện các vùng trên căn cứ về những tần suất và thời gian sự xuất hiện của một bầu
khơng khí gây nổ.
Các khu vực với các nguy cơ khí dễ cháy được phân loại là Zone 0, Zone 1, Zone 2
Các khu vực hạn chế nguy cơ bụi dễ cháy được phân loại Zone 20, Zone 21, Zone
22

17


Hình 2.3: Phân loại khu vực nguy hiểm.
Ví dụ : trên nhãn thiết bị có ghi

Đạt tiêu chuẩn phịng nổ ATEX 95
Nhóm thiết bị: Nhóm II – hoạt động bề mặt
Mục thiết bị: Mục 3 – sử dụng trong vùng 2 và 22
Vùng 2: Chu kỳ xuất hiện của chất gây cháy, nổ khí: Nếu có thì chỉ xuất hiện 1 thời
gian ngắn
Vùng 22: Chu kỳ xuất hiện của chất gây cháy, nổ bụi: Nếu có thì chỉ xuất hiện một
thời gian ngắn
Giới hạn nhiệt độ bề mặt tối đa trước khí, bụi có thể xâm nhập trong trường hợp
máy bị lỗi: T4 = 1350C
Mức bảo vệ IP67: Kín bụi và có thể ngâm tạm trong nước

18


2.3 Mục tiêu của hệ thống điều khiển và giám sát
Qua phần trên ta có thể thấy được hệ thống điều khiển và giám sát cho bến xuất
xăng dầu cần phải giải quyết các vấn đề chính là đo và điều khiển chính xác lượng
hàng, thu thập và lưu trữ dữ liệu. Ngoài ra tất cả các thiết bị cấp trường đặt tại giàn
xuất đều phải có yêu cầu rất khắt khe về về phòng chống cháy nổ.
Đo và điều khiển được chính xác lượng hàng:
Yêu cầu về đo và điều khiển đóng cắt chính xác lượng hàng với sai số lớn nhất cho
phép đối với:
• Đồng hồ kiểm định xăng dầu có cấp chính xác 0,3 là ± 0,05%
• Đồng hồ kiểm định xăng dầu có cấp chính xác 0,5 là ± 0,1%
• Đồng hồ kiểm định xăng dầu có cấp chính xác 1 là ± 0,2%
Thơng thường đồng hồ kiểm định xăng dầu có cấp chính xác 0,5 sử dụng để đo
lường các thiết bị giao nhận. Để có thể đo chính xác và điều khiển, thiết bị đo lưu
lượng cần có thêm phần đồng hồ cơ để so sánh và van điện điều khiển.
Yêu cầu về đo chính xác nhiệt độ tại thời điểm xuất hàng với sai số lớn nhất cho

phép đối với:
• Nhiệt kế kiểm định xăng dầu có cấp chính xác 0,3 là ± 0,150C
• Nhiệt kế kiểm định xăng dầu có cấp chính xác 0,5 và 1 là ± 0,250C
Thu thập và lưu trữ dữ liệu
Thu thập và lưu trữ được số liệu trong quá trình xuất hàng (lượng thực xuất, nhiệt
độ trung bình ...) và kết nối được với hệ thống thơng tin quản lý giúp cho công tác
quản lý chặt chẽ, chính xác, nhanh chóng và thuận tiện. Ngồi ra cịn tăng năng
suất, giảm tỉ lệ hao hụt, sự cố khi cấp hàng.
2.4 Thiết kế tổng thể hệ điều khiển giám sát sử dụng PLC kết hợp máy tính
Hiện tại có rất nhiều nhà cung cấp về giải pháp tự động hóa như Siemens,
Mitsubishi, Omron, ABB...tại thị trường Việt Nam. Trong đó với các cơng nghệ và
xu thế về tích hợp tự động hóa tồn diện của Siemens giúp các nhà máy, xí nghiệp
có thể ứng dụng tối đa hóa năng suất và hiệu suất hoạt động – hai chỉ số quan trọng

19


với hệ thống xuất hàng trong kho xăng dầu. Công nghệ tích hợp tiên tiến giúp nâng
cao năng suất, tính linh hoạt và tiết kiệm năng lượng trong khi cùng lúc giảm thiểu
các tác động đến môi trường.
Từ những tiêu chí và đặc điểm của hệ thống, giải pháp được lựa chọn là dựa trên
giải pháp của hãng Siemens là một hãng lớn đã có mặt tại Việt Nam lâu đời và có
thương hiệu trong ngành tự động hóa nói chung và lĩnh vực năng lượng nói riêng.
Việc lựa chọn giải pháp này giúp có nhiều lựa chọn, dễ tiếp cận hệ thống và khi có
sự cố xảy ra có thể có nhiều nguồn hàng có sẵn để thay thế do sự cấp thiết của việc
phục vụ liên tục và ổn định trong q trình sản xuất.
Giới thiệu mơ hình sử dụng PLC S7-300 của hãng Siemens:
Đây là hệ điều khiển khá phổ biến và đã được dùng rất rộng rãi trong cơng 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.

Sơ đồ thiết kế tổng quan hệ thống như hình 2.4:
Bộ PLC S7-300 thu nhận thơng 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. Mỗi
họng xuất sẽ có 1 sensor đo nhiệt độ được lắp trên đường ống xuất, sai số đo nhiệt
độ nhỏ hơn ±0,250C. Bộ phát xung của lưu lượng kế phát xung vuông, trên phát
xung phải có sẵn bộ lọc nhiễu điện tử. Tín hiệu phát xung tiêu chuẩn: nhỏ hơn
0,5VDC là giá trị 0, lớn hơn 8 VDC là giá trị 1. Điện áp cung cấp cho phát xung là
10 – 15VDC.
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 15OC, hệ số VCF, WCF, tỷ trọng, v.v..Phát
hành hoá đơn tự động cho khách hàng.

20


P.ĐKTT

KHU CỔNG VÀO/RA

Đăng ký STT,
In Niêm

PHÒNG KD

SQL SVR

FTTM

Máy in

SCADA Tank SCADA

Xuất lệnh/thẻ, hóa đơn

Máy in

Internet

ETHERNET

ETHERNET

ETHERNET

Bộ PLC

NÚT BẤM DSC MÀN HÌNH HMI

BIẾN TẦN

T

VAN ĐIỆN

BỘ ĐO
LƯU LƯỢNG

ĐẦU ĐO
NHIỆT ĐỘ

BƠM
BỘ HIỂN THỊ TẠI CHỖ

XE BỒN

THIẾT BỊ ĐO TANK RADAR

T

THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ
THIẾT BỊ BÁO TRÀN

KHU BẾN XUẤT BỘ

KHU NHÀ BƠM

KHU BỂ CHỨA

Hình 2.4: Mơ hình giải pháp hệ thống sử dụng PLC S7-300.
Công nhân vận hành sẽ nhập mã số lệnh xuất hàng vào bộ màn hình HMI của họng
xuất. Hệ thống tự động hóa 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 tồn
bộ thơng tin về giá trị Lít đặt trước xuống PLC và hiển thị lên bộ HMI 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 HMI, trên dàn xuất cho phép

bắt đầu quá trình xuất hàng.

21


Trong đề tài này đề cập đến phần xuất hàng của kho xăng dầu cho xe xitec nên cũng
không tập trung đến phân hệ đo bể tại khu bể chứa có liên quan trong khâu nhập
hàng.
Yêu cầu thiết kế với an tồn phịng chống cháy nổ:
Ngồi ra u cầu thiết kế, lắp đặt phải phù hợp với các tiêu chí về an tồn phịng
chống cháy nổ như:
• Các trang thiết bị đưa vào lắp đặt phải có tiêu chuẩn an tồn phịng chống
cháy nổ theo quy định.
• Tồn bộ hệ thống cáp phải đặt trong ống thép kín, khơng rị rỉ, đảm bảo
tiêu chuẩn phòng nổ, phần đấu nối nếu có phải đặt trong hộp phịng nổ.
• Trước khi đưa vào chạy thử phải tiến hành đo kiểm tra cách điện tồn bộ
cáp và các thiết bị có sử dụng điện.
2.5 Tổng kết chương 2
Qua chương 2 có thế thấy được một số tiêu chuẩn khắt khe trong kho xăng dầu khi
ứng dụng hệ thống tự động hóa. Dựa vào các tiêu chuẩn, qua đó đề xuất giải pháp
tổng thế thiết kế hệ thống điều khiển giám sát giải quyết các vấn đề chính là đo và
điều khiển chính xác lượng hàng, thu thập và lưu trữ dữ liệu.

22