Xây dựng hệ thống điều khiển các thông số bề sơn điện ly ô tô con

06) ♦ Rửa nước thường (TK-105): - Áp lực bơm tuần hoàn : 2 Bar. - Lưu lượng bơm : 78 m3/h - Độ pH : 6 - 8 Đồ án tốt nghiệp 24 - Thể tích nước : 48 m3 - Thời gian nhúng xe : 30 s ♦ Rửa nước khử Ion (TK-106) : - Áp lực bơm tuần hoàn : 2 Bar. - Lưu lượng bơm : 78 m3/h - Độ dẫn điện max : 50 mS - Thể tích nước : 48 m3 - Thời gian nhúng xe: 30 s 2.2.2 Sơn điện ly (Electro Deposision) : Đây là quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sơn Ôtô. Để hoàn tất quá trình này, thân xe phải trải qua 3 công đoạn: ♦ Sơn điện ly. Thân xe sau khi qua quá trình xử lý trước được nhúng chìm trong bể chứa dung dịch sơn điện ly. Dưới tác dụng của dòng điện điện 1 chiều sẽ hình thành 1 lớp sơn bám đều trên bề mặt kim loại của xe. + Mô tả hoạt động của bể sơn điện ly (H.2.6) : - Cũng giống như các bể của hệ thống xử lý trước, dung dich sơn được bơm liên tục bằng 2 bơm ly tâm P-207 và P-207-1. Các bơm này hút sơn từ đáy bể chính và ngăn phụ qua phin lọc thô, sau đó sơn được bơm qua 2 phin lọc tinh, qua bộ trao đổi nhiệt đến các vòi phun đẻ tạo dòng chảy tuần hoàn trong bể. - Nếu độ chênh áp giữa đầu vào và đầu ra của các bộ lọc vượt quá 0.5 bar thì phải vệ sinh hoặc thay thế các bộ lọc này. - Trên bề mặt bể, bố trí các vòi phun dung dịch nước khử Ion và BC để rửa dung dịch sơn bám vào xe sau khi nhúng. - Các thông số như độ pH, độ dẫn điện, hàm lượng Solid, Binder của bể sơn được đo và phân tích hàng ngày để điều chỉnh bằng hoá chất cho phù hợp tiêu chuẩn. Đồ án tốt nghiệp 25 Đồ án tốt nghiệp 26 Hình 2.6 : Sơ đồ công nghệ của bể sơn điện ly - Để dễ dàng cho việc bảo dưỡng và sửa chữa bể, người ta lắp đặt 1 bể chứa phụ (TK-237). Khi bảo dưỡng bể chính thì bơm toàn bộ dung dịch sang bể phụ bằng cách khoá van 207/BU/16 và mở van 207/BU/15. Sau khi sửa chữa bảo dưỡng xong, dùng bơm P-237 bơm dung dịch sơn trở lại bể. ♦ Hệ thống trao đổi nhiệt và máy lạnh (HE-207 & C-207) : Khi làm việc, dung dịch sơn nóng lên, để đảm bảo chất lượng sơn, phải giữ ổn định nhiệt độ ở 28-35oC. Hệ thống trao đổi nhiệt và máy lạnh được lắp đặt. - Dung dịch sơn sẽ được làm mát gián tiếp tại bộ trao đổi nhiệt HE-207 bằng nước lạnh (12-17oC) từ bể nước lạnh qua bơm tuần hoàn P-227. - Để giữ ổn định nhiệt độ bể sơn (28-32oC), sử dụng hệ thống điều tiết lưu lượng nước lạnh (07/NV/01) đến bộ làm mát HE-207. - Để làm lạnh nước trong bể nước lạnh, sử dụng máy lạnh C-207. Máy lạnh này được giải nhiệt bằng 1 tháp làm mát đặt ngoài trời CT-207. - Mức nước trong bể nước lạnh được điều tiết bằng van phao 207/BT/01. - Mức nước trong bể của tháp làm mát được điều tiết bằng van phao 207/BT/02. ♦ Hệ thống dương cực (Anolyte Solution system) Dương cực của bể sơn ED được chế tạo đặc biệt. Chúng gồm những bản cực hình chữ nhật bên trong chứa đầy dung dịch Anolyte. Một lớp vi màng mỏng ngăn không cho dung dịch Anolyte thấm ra ngoài bể sơn ED nhưng không ngăn các Cation chạy vào từ bể sơn khi có dòng điện 1 chiều chạy qua. Đồ án tốt nghiệp 27 - Dung dịch Anolyte chứa trong bể TK-217 được bơm tuần hoàn đến các bản cực bằng bơm P-217. - Mức của bể TK-217 được điều chỉnh bằng hệ thống van tự động 207/SV/01. - Các thông số như độ pH, dẫn điện của dung dịch Anolyte được đo hàng ngày và xử lý bằng hoá chất. - Để tăng hiệu quả của và điều chỉnh chế độ của dương cực, sử dụng hệ thống kiểm soát lưu lượng dung dịch Anolyte 207/FM/01. ♦ Hệ thống điều chỉnh điện áp và chỉnh lưu (IVR và Reetifiev). Để cung cấp nguồn một chiều với dòng điện lớn (1000A, 380V) cho quá trình sơn ED, người ta lắp đặt hệ thống ổn định điện áp (IVR) và chỉnh lưu có điều khiển (Reetifiev). + Ổn định điện áp : Đây là một máy biến áp tự ngẫu tự động điều chỉnh điện áp khi tăng tải để đảm bảo điện áp cấp cho chỉnh lưu là 380-400V. + Chỉnh lưu : Đây là một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha công suất lớn (450KVA) tự động điều chỉnh dòng điều khiển tăng dần từ 0-1000A dưới điện áp 380V. + Thông số kĩ thuật : - Bể sơn ED : + Áp lực bơm tuần hoàn P-207, P-207-1 3 Bar + Lưu lượng bơm P-207, P-207-1 132 m3/hour + Nhiệt độ dung dịch sơn ED 28- 350C + Thể tích bể sơn ED 48m3 + Solid 20 – 23 WT% + Binder 5,0 – 6,2 + Độ pH 5,9 – 6,2 + Độ dẫn điện 1250 – 1650 ms - Hệ thống trao đổi nhiệt : + Năng suất máy lạnh 108000 kcal/h + Nhiệt độ nước lạnh 12 –170C Đồ án tốt nghiệp 28 + Nhiệt độ nước giải nhiệt 25 – 400C + Áp lực bơm P-227, P-227-1 2 Bar + Lưu lượng bơm P-227, P-227-1 30m3/hour + Áp lực bơm P-227-2 2 Bar + Lưu lượng bơm P – 227-2 36m3/hour - Hệ thống Anolyte : + Độ PH 2,8 – 3,5 + Độ dẫn điện 4000-7000 mS + Lưu lượng bơm P – 217 3 m3/hour + Áp lực bơm P – 217 1,2 Bar - Hệ thống ổn định điện áp và chỉnh lưu : + Công suất 450KVA + Dòng điện một chiều max 1000A + Điện áp làm việc 380-400V ♦ Bể rửa và thu hồi sơn ( UF Rinse#1,2, TK – 208 ). Trên thân xe sau khi được sơn ED còn có rất nhiều sơn ED không kết tủa dính ở bên ngoài. Để rửa sạch và thu hồi phần sơn này, người ta nhúng xe vào bể rửa UF. Đồ án tốt nghiệp 29 Hình 2.7 : Sơ đồ công nghệ của bể UF, TK-208 ♦ Mô tả hoạt động của TK –208. - Về cơ bản, bể TK –208 cũng giống như những bể rửa khác, nó chỉ khác về dung dịch trong bể và thiết bị công nghệ của bể. - Dung dịch để rửa lớp sơn ED không kết tủa trên xe gồm hỗn hợp của nước và DI, Binder, BC và nước tách ra từ bể sơn ED. Dung dịch này sẽ có khả năng hoà tan phần sơn không kết tủa còn bám ở trên thân xe. ♦ Thông số kĩ thuật - Độ PH 5,5-6,2 - Độ dẫn điện 800-1300 mS - Áp lực bơm P – 208 1,2 Bar - Lưu lượng bơm 1200m3/h - Thể tích bể 48 m3 - Thời gian nhúng xe 30s ™ Hệ thống thu hồi sơn (Paint Recover System, UF-208). Hệ thống này có tác dụng lọc lại dung dịch sơn trong bể ED 1 lần nữa và cấp nước làm mát cho bạc bơm tuần hoàn sơn ED. Sơn từ bể chính ED được bơm tuần hoàn M – 1 bơm qua bộ lọc tinh ( Micro Filter, MF ) đến bộ tách nước ( Ultra Filter, UF ). Đồ án tốt nghiệp 30 Đây là một hệ thống gồm 6 cột lọc bao gồm các vi màng chỉ cho phép các phần tử nước thấm qua còn các phần tử khác nếu có phân tử lượng lớn hơn phân tử lượng của nước sẽ không đi qua được. Phần dung dịch sơn sau khi đã tách bớt nước sẽ quay trở lại bể sơn. Phần nước được tách ra khỏi sơn được đưa vào 2 bể T1 ( Permeate water tank ) và T2 ( Seal water tank ) rồi chảy về đầu bể TK 208 ( UF Rinse # 1,2 ). Từ cuối bể UF, có 1 đường ống nối thông với bể ED để dẫn phần dung dịch UF tràn đi. Dung dịch trong bể UF liên tục được nước tách từ sơn ED bổ sung làm loãng ra, phần tràn đi sẽ trộn vào bể sơn và lại được tách nước. Nước được tách ra từ dung dịch sơn ED còn được bơm tuần hoàn M- 2 bơm đi làm mát các ổ bạc ( Mechanical Seal ) của bơm tuần hoàn sơn ED. Một phần khác sẽ được bơm đến các vòi phun rửa xe trực tiếp tại bể TK- 208 bằng bơm M-3. Bộ lọc tinh MF sẽ được thay thế nếu độ chênh áp suất giữa đầu vào và đầu ra vượt quá 0,5 bar. Hình 2.8 : Sơ đồ công nghệ của hệ thống thu hồi sơn Đồ án tốt nghiệp 31 Để kiểm soát khả năng tách nước của UF, người ta đặt 1 lưu lượng kế (Flow meter, FM1) để kiểm soát lưu lượng nước tách được. N ếu lưu lượng nước tách từ sơn ED nhỏ hơn 10l/phút thì phải chạy hệ thống ở chế độ thông rửa bộ tách nước UF. Để kiểm soát lưu lượng nước làm mát các bạc bơm người ta cũng đặt 2 lưu lượng kế FM-2 và FM-3, lưu lượng nước làm mát bạc bơm qua FM-2 hoặc FM-3 khoảng 5l/phút. Nếu mức nước trong bể T-2 ( Seal water tank ) giảm đột ngột hệ thống sẽ cảnh báo sự cố tại các bạc của các bơm tuần hoàn. - Thông số kỹ thuật : + Nhiệt độ sơn ED max 400C + Áp lực bơm M-1 2- 3,8 Bar + Lưu lượng bơm M-1 24m3/h + Lưu lượng nước tách ra từ’ UF 10-15 l/phút + Lưu lượng nước làm mát bạc bơm 3-5 l/phút ™ Rửa nước khử Ion (DI Water Rinsse, H.2.9). Sau khi qua bể rửa UF, thân xe được rửa lại một lần cuối cùng bằng nước DI trước khi vào lò sấy. Đồ án tốt nghiệp 32 Hình 2.9 : Sơ đồ công nghệ của bể rửa nước khử Ion Sự hoạt động của bể này tương tự hoạt động của các bể rửa khác. Nước rửa xe sau khi kiểm tra nếu vượt quá các thông số cho phép như độ pH, độ dẫn điện thì sẽ được xả đi và thay bằng nước DI nguyên chất. ™ Thông số kĩ thuật : - Độ PH 6 – 8 - Độ dẫn điện 0,4 – 7 ms - Áp suất bơm P-209 1,2 Bar - Lưu lượng bơm P-209 130m3/h - Thể tích bơm 48m3 - Thời gian nhúng xe 30s 2.2.3 Sấy sơn ED : Thân xe sau khi sơn xong sẽ được đưa vào lò sấy và được sấy với nhiệt độ lên đến 185oC. Dưới tác dụng của luồng gió nóng, lớp sơn ED trên bề mặt kim loại sẽ khô đi và bám vững chắc vào xe. Đến đây mới chính thức kết thúc quá trình sơn điện ly của thân xe ôtô. Đồ án tốt nghiệp 33 Chương 3 KHẢO SÁT VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG THEO DÕI CÁC THÔNG SỐ CỦA BỂ SƠN ĐIỆN LY. 3.1 Lựa chọn các thông số cần giám sát của dây chuyền sơn điện ly (sơn ED ) : Dựa theo các yêu cầu công nghệ và sự hoạt động của dây chuyền như đã mô tả ở chương 2, chúng ta tiến hành khảo sát, phân tích và lựa chọn các thông số cần giám sát cho dây chuyền. Để đảm bảo tính khả thi về mặt kinh tế, những thông số được lựa chọn phải thực sự là cần thiết đối với hoạt động của dây chuyền. Đó là các thông số ở chế độ làm việc bình thường, chế độ sự cố và chế độ bảo dưỡng. Đồ án tốt nghiệp 34 Ở đồ án này chỉ trình bày về việc giám sát các thông số cần thiết của bể sơn ED. Như đã nói ở trên, để giữ cho sơn ED không bị lắng cặn và tăng hiệu quả của quá trình sơn, hai bơm tuần hoàn P-207 và P-207-1 phải làm việc liên tục ngay cả khi không sơn xe. Việc dừng 1 hoặc 2 bơm là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sơn. Do vậy, nếu 1 hoặc 2 bơm này không chạy có thể coi là tín hiệu sự cố. Mặt khác, nếu nhiệt độ bể sơn nằm ngoài phạm vi cho phép cũng được coi là tín hiệu sự cố vì nó cũng gây ảnh hưởng đến chất lượng sơn. Chúng ta lựa chọn các thông số giám sát cho bể sơn ED như sau : ƒ Trạng thái các bơm tuần hoàn : Chạy, dừng. ƒ Sự cố các động cơ điện. ƒ Nhiệt độ bể sơn : 28 – 320C. ƒ Mức bể sơn : cao, thấp, trung bình. ƒ Áp lực 2 bơm tuần hoàn ( P-207 và P-207-1 ) : 3 – 3,5 bar. ƒ Độ chênh áp giữa đầu vào và ra của 2 phin lọc 207/MF/01 và 207/ MF/ 02 . ƒ Độ pH của dung dịch sơn ED. ƒ Thời gian hoạt động của hệ thống. Như vậy, qua các phân tích trên ta thấy để xây dựng hệ thống theo dõi giám sát dây chuyền sơn ED một cách tương đối đầy đủ, chúng ta đã lựa chọn được 1 số thông số cần giám sát sau : • Trạng thái bơm. • Nhiệt độ. • Mức. • Độ pH. • Độ dẫn điện. • Áp suất. Đồ án tốt nghiệp 35 • Độ chênh lệch áp suất. • Lưu lượng. • Sự cố các động cơ diện. • Thời gian làm việc. 3.2 Lựa chọn các thiết bị cảm biến : Kỹ thuật đo lường - điều khiển hiện đại có bước phát triển nhảy vọt, đó là sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết đo lường và điều khiển hện đại ( điều khiển mờ, nơron, tối ưu, thích nghi… ) với công cụ toán học và tin học ( trí tuệ nhân tạo ). Quá trình tích hợp giữa các lĩnh vực này hình thành “ Tin học công nghiệp ”, một lĩnh vực đa ngành trong đó kỹ thuật điện, điện tử, điều khiển, đo lường và tin học hoà trộn và cùng nhau phát triển. Các bộ cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển. Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường là các đại lượng không điện, chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện và truyền các thông tin về hệ thống đo lường điều khiển giúp chúng ta nhận dạng, đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của đối tượng. Có thể ví vai trò của các bộ cảm biến đối với kỹ thuật đo lường và điều khiển giống như các giác quan đối với cơ thể sống. Để phục vụ cho việc điều khiển các thông số của bể sơn điện ly như đã nói ở trên, trong đồ án này em xin trình bày một số loại cảm biến sau : 3.2.1 Thiết bị kiểm soát nhiệt độ (Temperature transmitter): Để đo và tiếp nhận thông tin về nhiệt độ của bể sơn điện ly, chúng ta dùng thiết bị đo nhiệt độ. Thiết bị này bao gồm cảm biến nhiệt và điều khiển nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ (Temperature sensor) : Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt, ở đây lựa chọn loại PT100 bởi vì ưu điểm của loại này là tương đối chính xác và có thể chịu được môi trường hoá chất khắc nghiệt, mặt khác dải biến thiên của nhiệt độ không Đồ án tốt nghiệp 36 lớn. Cảm biến PT100 dùng kim loại Platin tinh khiết (99.999%) làm điện trở, để đo và đưa những thông tin về nhiệt độ của các môi trường đo. Đặc điểm : Do điện trở của cảm biến đươc chế tạo từ từ Platin thuần khiết, có tính chất trơ về mặt hoá học và sự ổn định về cấu trúc cho nên nó đảm bảo sự ổn định của các đặc tính dẫn điện của điện trở, do đó cảm biến hoạt động tốt trong dải nhiệt độ từ 2000C÷10000C. Quan hệ giữa điện trở của cảm biến và nhiệt độ của môi trường cần đo theo biểu thức sau : RT =0.385xT0C +1000C (Ω) (3.1) Ở nhiệt độ 00C điện trở của cảm biến là 100(Ω). Nhiệt độ ở 1000C thì điện trở của cảm biến gấp 1.358 lần điện trở của cảm biến ở 00C. Hình 3.1 : Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của thiết bị đo nhiệt độ Đồ án tốt nghiệp 37 Trong đó: a, b, c - Dây nối của cảm biến 1, 2, 3 - Đầu nối với các bộ điều khiển. L - Điện trở của cảm biến. • Nguyên lý : Khi nhiệt độ tăng điện trở của cảm biến cũng tăng theo biểu thức ( 3.1). Tín hiệu đầu ra của cảm biến được đưa về bộ điều khiển nhiệt độ là tín hiệu dòng điện, tín hiệu này lằm trong dải từ 10mA đến 20mA tương ứng với nhiệt độ từ 00C đến 10000C ♦ Bộ điều khiển nhiệt độ (Temperature control) : • Nhiệm vụ : Bộ điều khiển nhiệt độ có chức năng hiển thị và điều khiển nhiệt độ của các môi trường được đo. Ngoài ra nó còn gửi các tín hiệu tương tự dưới dạng dòng điện (4-20 mA) hoặc điện áp (0-30 V) đến các thiết bị khác. ở đây chúng điều khiển nhiệt độ bằng cách điều khiển các van cấp hơi nước nóng của bể phốt phát và bể tẩy dầu mỡ hoặc điều khiển van cấp nước lạnh của bộ trao đổi nhiệt bể sơn. • Cấu tạo : Bộ điều khiển gồm một cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ của môi trường đo, một hệ thống xử lý tín hiệu nhiệt độ để hiển thị và gửi đến các thiết bị khác, một hệ thống để điều khiển các van cấp hơi. 3.2.2 Thiết bị kiểm soát áp suất (Pressure Transmitter) : Thiết bị kiểm soát áp suất bao gồm cảm biến áp suất và bộ xử lý tín hiệu áp suất. Tuỳ từng ứng dụng mà người ta có thể chế tạo tách rời riêng biệt chúng. Thông thường, 2 phần linh kiện này thường được chế tạo chung trên 1 thiết bị duy nhất (Pressure Transmitter) ♦ Cảm biến áp suất : Do trên thực tế các nhu cầu đo rất đa dạng đòi hỏi các cảm biến đo áp suất phải đáp ứng một cách tốt nhất cho từng trường hợp cụ thể. Chính vì thế, các cảm biến áp suất rất đa dạng. Một nguyên nhân nữa là độ lớn của áp suất cần đo nằm trong một dải khá rộng, từ chân không siêu cao đến áp suất siêu cao. Đồ án tốt nghiệp 38 Độ lớn của áp suất được biểu diễn bằng giá trị tuyệt đối (so với chân không) hoặc giá trị tương đối (so với áp suất khí quyển) hoặc bằng sự khác nhau của 2 áp suất. Biểu thức xác định áp suất chất lưu trong bình chứa như sau : Trong đó dF là vi phân lực tác dụng vuông góc lên vi phân diện tích dS của thành bình. Thương số này không phụ thuộc vào định hướng của bề mặt dS mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của nó. Nói chung các chất lưu không chịu tác dụng của trọng lực, bởi vậy trong trường hợp cột chất lưu chứa một ống hở đặt thẳng đứng, áp suất ở một điểm cách bề mặt tự do có chiều cao h sẽ bằng áp suất khí quyển p0 cộng với trọng lượng của cột chất lưu có chiều cao h tác dụng lên 1 đơn vị bề mặt : p = p0 + ρg.h Trong đó : ρ: Khối lượng riêng của chất lưu. g: gia tốc trọng trường tại điểm đo áp suất. Nếu chất lưu chịu tác động của 1 gia tốc thì cần phải tính thêm ảnh hưởng của lực quán tính đến áp suất cần đo. Để đo áp suất của chất lưu, trong các cảm biến đo áp suất người ta thường sử dụng các vật dụng trung gian như màng mỏng, màng dạng sóng, piston kết hợp lò xo, ống xếp nếp, ống cong kín 1 đầu... Việc lựa chọn những vật trung gian phụ thuộc vào bản chất của áp suất cần đo, độ lớn của nó và phương pháp chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện. Theo phương pháp chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện người ta chế tạo ra 1 số loại cảm biến như sau : - Cảm biến đo áp suất dùng điện trở lực căng. - Cảm biến đo áp suất dùng vật trung gian là màng mỏng. dS dFP = Đồ án tốt nghiệp 39 - Cảm biến đo áp suất dùng chuyển đổi áp điện. - Cảm biến áp suất dùng chuyển đổi điện dung. - Cảm biến áp suất dùng chuyển đổi điện dung vi sai. - Cảm biến biến đổi áp suất thành tần số. - Cảm biến áp trở. ♦ Bộ xử lý tín hiệu áp suất : Tuỳ thuộc vào từng loại cảm biến mà người ta chế tạo các bộ xử lý tín hiệu áp suất khác nhau. Nhiệm vụ chung của chúng là phối hợp với các cảm biến để xử lý các tín hiệu áp suất thành những tín hiệu điện (dòng điện, điện áp). Các tín hiệu điện này có thể dùng để điều khiển cho các thiết bị thứ cấp hoặc gửi đến các thiết bị khác dưới dạng tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số. Mặt khác, bộ xử lý này còn có thể tự hiệu chỉnh được các sai số trong quá trình đo. Sơ đồ khối của thiết bị kiểm soát áp suất. Hình 3.2 : Sơ đồ khối của thiết bị kiểm soát áp suất 3.2.3 Thiết bị kiểm soát độ chênh lệch áp suất (Electronic differential Pressure Transmitter) : Đồ án tốt nghiệp 40 Để kiểm tra tình trạng 1 bộ lọc dung dịch nào đó, dễ dàng nhất là kiểm tra độ chênh lệch áp suất giữa cửa vào và cửa ra của bộ lọc. Nếu độ chênh áp suất này nhỏ hơn giới hạn cho phép thì bộ lọc ở trạng thái bình thường, còn ngược lại, nó ở trạng thái không bình thường ( hư hỏng). Hình 3.3 : Sơ đồ khối của thiết bị kiểm soát độ chênh áp suất Về nguyên lý của thiết bị kiểm soát độ chênh lệch áp suất, nó cũng giống như thiết bị kiểm soát áp suất như đã trình bày ở phần 3.2.2. nó chỉ khác là gồm có 2 cảm biến áp suất đặt ở 2 vị trí cần kiểm tra độ chênh áp. Bộ xử lý sẽ nhận tín hiệu áp suất của 2 cảm biến, so sánh chúng với nhau và chuyển kết quả so sánh thành tín hiệu điện ( dòng điện, điện áp ). Các khâu còn lại hoàn toàn giống như thiết bị kiểm soát áp suất. Một số loại khác 2 tín hiệu áp suất cũng được đưa về bộ xử lý rồi biến đổi thành đại lượng điện trước khi đem so sánh chúng với nhau. Sơ đồ khối của thiết bị này như ( H-3.3 ) 3.2.4 Thiết bị kiểm tra lưu lượng (Flow Transmitter). Đồ án tốt nghiệp 41 Trong hệ thống sơn điện ly, thông số lưu lượng của các bơm tuần hoàn đặc biệt quan trọng. Nếu giá trị của lưu lượng nhỏ hơn giá trị thiết kế thì chất lượng của sản phẩm sẽ không đảm bảo. Chính vì vậy, chúng ta phải kiểm soát được lưu lượng của các bơm này. Dựa theo tính chất của dung dịch trong từng công đoạn để lựa chọn các lưu lượng kế cho phù hợp. Có rất nhiều loại lưu lượng kế được sản suất trên thế giới có thể phù hợp với hệ thống này, ở đây chúng ta khảo sát 1 số loại của hãng Endres + Hauser, Thuỵ sĩ. a. Thiết bị kiểm soát lưu lượng kiểu vi sai áp suất : ƒ Nguyên lý đo : Trên dòng chảy đặt 1 tấm mỏng khoét lỗ. Dòng chảy qua lỗ sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất trước và sau tấm này. Giá trị của độ chênh lêch áp suất sẽ đặc trưng cho lưu lượng của dòng chảy qua lỗ. Người ta chỉ cần kiểm tra độ chênh áp suất này rồi tính toán ra lưu lượng của dòng chảy. Hình 3.4 : Sơ đồ nguyên lý của lưu lượng kế kiểu vi sai áp suất ƒ Ưu điểm : Thời gian đã chứng tỏ rằng biện pháp này rất hiệu quả. Nó có thể đo lưu lượng qua những đường ống lớn. Dễ dàng lắp đặt. Không bị gián đoạn do sự thay đổi của áp suất, ứng dụng cho nhiều loại vật liệu. Làm việc được ở dải nhiệt độ và áp suất rộng. Có thể sử dụng nhiều lần. b. Thiết bị kiểm soát lưu lượng kiểu điện từ : ƒ Nguyên lý đo : Đồ án tốt nghiệp 42 Dựa theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday sức điện động sẽ được tạo ra khi một dây dẫn chuyển động trong trường điện từ. Theo nguyên lý đo điện từ này, dòng chảy chính là dây dẫn chuyển động. Sức điện động tạo ra sẽ tỉ lệ với lưu tốc qua ống và nó được đo rồi khuếch đại băng 2 điện cực. Tín hiệu thu được ở đầu ra có dạng : e = V.D.Bmaxcos(ωt + ϕ) biên độ của suất điện động tỉ lệ với vận tốc và có giá trị cỡ mV. Các chất lưu phải có độ dẫn điện cỡ μS/cm. Sơ đồ của thiết bị này cho ở hình 3.5 ƒ Ưu điểm : Biện pháp đo này không bị ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất hoặc độ nhớt của chất lưu. Do không có quán tính cho nên có thể đo được lưu lượng biến thiên theo thời gian, không bị ảnh hưởng của các sức cản phụ. Nó được sử dụng cho các chất lỏng bẩn, các chất lỏng chứa Solid, dải đo rộng. Hình 3.5 : Sơ đồ nguyên lý của lưu lượng kế kiểu điện từ 3.2.5 Thiết bị đo độ pH : Hầu hết các cảm biến dùng để kiểm tra độ pH đều được chế tạo dựa trên nguyên tắc của chuyển đổi Ganvanics. Nguyên lý làm việc của chuyển đổi này dựa vào sự phụ thuộc của điện thế cực theo nồng độ và thành phần dung dịch. Chuyển đổi này được dùng rộng rãi Đồ án tốt nghiệp 43 để đo hoạt độ của các ion Hydro sau đó xác định được các thành phần và tính chất của dung dịch nước cần nghiên cứu. Sự phân ly của nước diễn ra như sau : H2O ⇔ H+ + OH- Nếu gọi aH+, aOH- là hoạt độ của các ion H+ và OH-, thì K = aH++ aOH- là một hằng số gọi là hằng số phân ly, ở nhiệt độ 250C thì K =10-14. Với nước sạch hoặc dung dịch trung hoà aH++ aOH- = 10-7, với dung dịch axít aH+> aOH- và với dung dịch kiềm aH+< aOH-. Trong thự tế, để tiện cho việc tính toán ghi chép, người ta dùng đơn vị độ pH. pH = -lg aH+ Vì aH+ thay đổi từ 100 đến 1014 nên khoảng thay đổi của độ pH từ 0 đến 14. Chuyển đổi Ganvanics gồm có bán phần tử Calomen 1 và điện cực đo lường thuỷ tinh (H- 3.6). Hình 3.6 : Chuyển đổi Ganvanics Điện cực phần tử Calomel là 1 ống thuỷ ngân, trong đó có dung dịch Calomen bão hoà khó hoà tan ( Hg2Cl2). Sự tiếp xúc của phần tử với dung dịch thí nghiệm được thực Đồ án tốt nghiệp 44 hiện qua dung dịch bão hòa KCl (khoá điện ly) để giảm điện thế khuếch tán, do trên biên dung dịch bão hoà KCl điện thế khuếch tán có trị số nhỏ. Điện cực thuỷ tinh 2 là 1bình thuỷ tinh có thành mỏng (chứa Natri). Khi nhúng bình thuỷ tinh vào dung dịch, các ion natri từ thuỷ tinh đi vào dung dịch, còn các ion hydro đi từ dung dịch vào chiếm chỗ của chúng, do đó bề mặt của lớp thuỷ tinh được làm bão hoà bởi các ion hydro và điện cực thuỷ tinh có tính chất như điện cực hydro. Để lấy điện thế bên trong điện cực thuỷ tinh, bình dược đổ đầy dung dịch mẫu có độ pHm đã biết. Trong bình thuỷ tinh các điện cực làm bằng Bạc ( III ) Clorua( AgCl3). Với độ pHx cần đo, sức điện động E của chuyển đổi Ganvanics có thể biểu diễn dưới dạng : E = E0 + bpH Trong đó E0 là sức điện động của chuyển đổi khi pH = 0 và b là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ, loại điện cực sử dụng. Sai số của chuyển đổi Ganvanics chủ yếu là do ảnh hưởng của môi trường và điện thế biên. Sự thay đổi của nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi của điện thế điện cực và điện trở của chuyển đổi. Để giảm sai số này có thể dùng mạch hiệu chỉnh nhiệt độ. Sai số động của chuyển đổi có điện cực thuỷ tinh phụ thuộc vào chiều dày của bình, với thành rất mỏng ( 0,05 mm ), thế của điện cực thuỷ tinh thay đổi tức thời theo sự thay đổi độ pH của dung dịch. Khắc độ được tiến hành theo dung dịch mẫu có độ pH ổn định và có thể đạt được sai số tuyệt đối ± 0,01 pH. Do tín hiệu ra của chuyển đổi Ganvanics rất nhỏ ( tổng trở ra lớn ) nên mạch đo cần có tổng trở vào lớn (108 ÷ 1012 ) Ω. Khi đo sức điện động của chuyển đổi Ganvanics người ta thường dùng mạch đo kiểu bù có thiét bị tự động hiệu chỉnh sai số. Các thiết bị đo độ pH hiện nay sử dụng trong công nghiệp thuờng tích hợp cả phần đo nhiệt độ và đo độ dẫn điện. Các tín hiệu từ các cảm biến được chuyển đổi chuẩn hoá thành các đại lượng điện sau đó được đưa vào xử lý. 3.2.6 Thiết bị đo độ dẫn điện (Conductivity Meter) : Đồ án tốt nghiệp 45 Về nguyên tắc, việc đo độ dẫn điện của 1 dung dịch chính là đo điện trở của dung dịch đó. Ở đây chúng ta xem xét nguyên tắc đo của thiết bị Mycom CLM 152 do hãng Endress + Hauser sản xuất. ♦ Nguyên tắc tự cảm : Trong thiết bị đo độ dẫn điện cảm ứng, 1 cuộn dây phát ra một từ trường xoay chiều liên tục để tạo ra 1 điện thế trong dung dịch, do đó có một dòng điện chạy trong dung dịch bởi vì dung dịch chứa các các Ion tập trung. Dòng điện sẽ tăng lên nếu mật độ của các Ion trong dung dich là lớn. Sự hoạt động của các Ion tập trung này chính là đặc trưng cho độ dẫn điện. Dòng điện trong dung dịch tạo ra một từ trường xoay chiều trong cuộn nhận. Dòng điện cảm ứng nhận được trong cuộn nhận chính là kết quả của phương pháp đo và được biến đổi thành giá trị của độ dẫn điện. Ưu điểm của phương pháp này là loại trử được các sai số đo nếu dung dịch có độ lắng cặn cao, không có chất dẫn điện nào nối gữa các sensor và dung dịch, và cũng không có sự phân cực giữa các điện cực. ♦ Nguyên tắc độ dẫn : Khi các ion ở trong điện trường hiện tượng điện ly sẽ xảy ra. Các Cation sẽ di chuyển đến dương cực và các Anion đến âm cực. Vận tốc di chuyển của các ion tỷ lệ với cường độ của dòng điện được ghi ở thiết bị đo như là trị số của độ dẫn điện. Bù phân cực (điện dẫn) hiệu ứng phân cực trong lớp biên giữa điện cực và dung dịch đo giới hạn dải đo của cảm biến điện dẫn. Thiết bị Mycom CLM 152 có thể phát hiện và bù hiệu ứng phân cực. Kết quả này rất quan trọng trong việc mở rộng dải đo của sensor. 3.2.7 Thiết bị đo mức (Level Sensor) : Trong hệ thống xử lý trước và sơn điện ly, trạng thái của các bể chỉ cần xác định ở 2 mức là cao và thấp (1, 0). Do vậy chỉ cần lựa chọn loại thiết bị kiểm tra mức đơn giản để sao cho đầu ra chỉ cần đưa ra 2 giá trị là 0 và 1. Ở trong đồ án này em vẫn sử dụng những van phao có sẵn để tiết kiệm chi phí do những van này vẫn còn hoạt động tốt, không cần phải thay thế. Đồ án tốt nghiệp 46 Chương 4 ỨNG DỤNG PLC S7-200 ĐỂ TỰ ĐỘNG HOÁ VIỆC ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ BỂ SƠN ĐIỆN LY. 4.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200 : 4.1.1 Cấu hình cứng : PLC là viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị diều khiển logic lập trình được ( hay khả trình ). S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemen ( CHLB Đức ), có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214. Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của 2 loại CPU này được nhận biết nhờ số đầu vào và ra nguồn cung cấp. - CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng. Đồ án tốt nghiệp 47 - CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng. S7-200 có nhiều loại modul mở rộng khác nhau. 4.1.2 Ưu nhược điểm của PLC : ™ Ưu điểm : - Chuẩn bị vào hoạt động nhanh. Thiết kế modul cho phép thích nghi đơn giản với bất kỳ mọi chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và các phụ kiện đã được lắp ghép, thì bộ PLC vào tư thế sẵn sàng làm việc ngay. - Độ tin cậy ngày càng cao. Do thành phần tuổi thọ của các thiết bị điện tử dài hơn so với các thiết bị cơ điện, việc bảo dưỡng định kỳ đối với PLC được loại bỏ. Trong khi nó lại cần thiết với hệ điều khiển bằng rơle. - Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chương trình mới. Những thay đổi cần thiết ngay cả ở khi bắt đầu khởi động hoặc những bước tiếp theo đều có thể thay đổi được dễ dàng mà không cần thao tác bất kỳ về phần cứng. - Sự đánh giá nhu cầu đơn giản. Nếu biết đúng các con số đầu vào đầu ra cần thiết, thì có thể đánh giá kích cỡ bộ nhớ ( độ dài chương trình ) tối đa là bao nhiêu. Do đó có thể nhanh chóng lựa chọn loại PLC cho phù hợp với yêu cầu đề ra. - Xử lý tự động. Đồ án tốt nghiệp 48 - Tiết kiệm không gian PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển rơle tương đương. - Khả năng tái tạo : Nếu dùng nhiều bộ PLC với quy cách kỹ thuật của bộ điều khiển rơle giống hệt nhau, thì chi phí lao động sẽ thấp hơn so với bộ điều khiển Rơle . Điều đó làm giảm phần lớn chi phí lắp ráp. Hơn nữa khi sử dụng bộ PLC để điều khiển, còn cho phép đáp ứng được nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên, mà người ta có thể cải tiến trong quá trình vận hành . - Sự cải biến thuận lợi. Những bộ điều khiển, nếu chỉ muốn cải biến một phần nào đó, có thể tái tạo một cách đơn giản bằng sao chép, cải biến hoặc thêm vào phần mới. Những phần trong chương trình vẫn sẵn sàng được sử dụng thì vẫn được dùng lại không cần thay thế. So với kĩ thuật Rơle ở đây có thể giảm được một phần đáng kể thời gian lắp ráp bởi vì có thể lập trình các chức năng điều khiển trước hoặc sau khi lắp ráp . - Giá trị kinh tế. Lắp ráp bộ điều khiển PLC đơn giản hơn nhiều so với lắp đặt hệ thống Rơle, với công nghệ điện tử ngày càng hiện đại do đó sản xuất ra các PLC ngày càng có giá thành rẻ. Hơn nữa việc ứng dụng PLC để điều khiển trong mọi lĩnh vực ngày càng nhiều. ™ Nhược điểm : Nếu so sánh giá cả của PLC với hệ điều khiển Role có cùng chức năng thì : - Phần mềm dùng cho mục đích điều khiển PLC là rất đắt tiền. Đồ án tốt nghiệp 49 - Phải dùng đội ngũ nhân viên kỹ thuật lành nghề có kinh nghiệm và hiểu biết tốt về phần mềm để thiết kế lập trình và thao tác PLC. - Nếu trong trường hợp không phải tự mình tạo ra phần mềm thì bắt buộc phải hỏi chính xác, tỉ mỉ và rõ ràng trước lúc bắt đầu. 4.2 Ứng dụng PLC S7-200 để tự động điều chỉnh các thông số bể sơn điện ly : Sau khi khảo sát sơ đồ bể sơn, ta thấy việc sử dụng các van trong sơ đồ là rất nhiều và rất cần thiết. Hiện nay, các van này đều được đóng mở bằng tay tuỳ theo yêu cầu công việc. Việc đóng, mở van bằng tay như vậy sẽ dẫn đến : - Tốn nhân công. - Không chính xác tuyệt đối trong việc điều chỉnh ( đặc biệt đối với những van đặt ở vị trí cần điều khiển chính xác ) Để khắc phục nhược điểm này, trong đồ án này sử dụng các van điều khiển. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các loại van điều khiển khác nhau được thiết kế phù hợp với từng loại đường ống có tiết diện khác nhau. Dưới đây là hình vẽ cấu tạo chung và các thông số kỹ thuật của van điều khiển loại EWN. Đồ án tốt nghiệp 50 B¾t ®Çu qu¸ tr×nh HÖthèngcãsù cè § Kiểu thiết kế Cỡ thân Công suất Chốt van hành trình Đường kính lỗ Inch mm Inch mm EWND - 1 8 x 6 900 5 127 5 – 3/8 136 12 x 8 300, 600 hoặc 900 8 203 7 – 3/4 197 6 – 3/4 172 EWNT - 1 8 x 6 900 5 127 5 – 3/8 136 12 x 8 900 8 203 6 – 3/4 197 12 x 8 7 – 3/4 172 EWNT - 2 12 x 8 300 hoặc 600 8 203 7– 3/4 197 6 – 3/4 172 Đồ án tốt nghiệp 51v ß n g q u Ðt ®iÒu k h iÓn t ù ®é n g S Khëi ®éng hay dõng Ch¹y chu¬ng tr×nh khëi ®éng vµ thùc thi c«ng nghÖ (SBR_5) § Ch¹y chu¬ng tr×nh dõng c«ng nghÖ (SBR_4) Đồ án tốt nghiệp 52 v ß n g q u Ðt d õ n g c « n g n g h Ö Dõng ®éng c¬ trong 10s s §ãng c¸ c van trong 10s ® s Ch¹y chu¬ng tr×nh khëi ®éng do nguêi ®iÒu khiÓn (SBR_6) Khëi ®éng hay dõng § S Đồ án tốt nghiệp 53Van 207/BU/23 vµ 207/BU/24 cã sù cè ® ® Van 207/BU/13 vµ 207/BU/14 cã sù cè Van 207/BU/06 vµ 207/BU/07 cã sù cè Van 207/BU/11 vµ 207/BU/12 cã sù cè ® ® ® Van 207/BU/08 cã sù cè Van 207/BU/03 cã sù cè ® ® Van 207/BU/18 hoÆc 207/BU/22 cã sù cè s Van 207/BU/23 hoÆc 207/BU/24 cã sù cè ® s ® Van 207/BU/11, ...12, ...13, ...14 cã sù cè s ® Van 207/BU/06 cã sù cè ® s s Van 207/BU/03 hoÆc 207/BU/08 cã sù cè ® Khëi ®éng c¸ c ®éng c¬ v ß n g q u Ðt k h ë i ®é n g v µ t h ù c t h i c « n g n g h Ö NhiÖt ®é trong møc cho phÐp s ® Më hÕt c¸ c van trong 10sMµng läc cã sù cè ® s s ® Đồ án tốt nghiệp 54 Các tín hiệuđầu vào điều khiển : Tín hiệu khởi động hoặc dừng hệ thống I0.0 Tín hiệu chọn chế độ điều khiển bằng tay hoặc tự động I0.1 Tín hiệu sự cố van 207/BU/03 I0.2 Tín hiệu sự cố van 207/BU/08 I0.3 Tín hiệu sự cố van 207/BU/06 và 207/BU/07 I0.4 Tín hiệu sự cố van 207/BU/11 và 207/BU/12 I0.5 Tín hiệu sự cố van 207/BU/13 và 207/BU/14 I0.6 Tín hiệu sự cố van 207/BU/23 và 207/BU/24 I0.7 Đồ án tốt nghiệp 55 Tín hiệu sự cố van 207/BU/18 và 207/BU/22 I1.0 Tín hiệu sự cố van 207/BU/21 I1.1 Tín hiệu sự cố van 207/BU/15 và 207/BU/16 I1.2 Tín hiệu sự cố bơm P207 và P207-1 I1.3 Tín hiệu sự cố màng lọc thô 207/MF/03 ( Khi độ chênh áp giữa 2 đầu màng lọc vượt quá 0.5 bar ) AIW0 Tín hiệu sự cố màng lọc tinh 207/MF/01 ( Khi độ chênh áp giữa 2 đầu màng lọc vượt quá 0.5 bar ) AIW2 Tín hiệu sự cố màng lọc tinh 207/MF/02 ( Khi độ chênh áp giữa 2 đầu màng lọc vượt quá 0.5 bar ) AIW4 Tín hiệu sự cố bơm P227 I1.4 Tín hiệu sự cố nhiệt độ ( 280C <t < 320C ) AIW6 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/03 I1.5 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/08 I1.6 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/06 và van 207/BU/07 I1.7 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/11 và van 207/BU/12 I2.0 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/13 và van 207/BU/14 I2.1 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/23 và van 207/BU/24 I2.2 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/18 và van 207/BU/22 I2.3 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/21 I2.4 Tín hiệu điều khiển van P207/BU/15 và van 207/BU/16 I2.5 Tín hiệu điều khiển bơm P207 và bơm P201 -1 I2.6 Tín hiệu điều khiển bơm P227 I2.7 Các tín hiệu đầu ra điều khiển : Điều khiển van 207/BU/08 Q0.0 Điều khiển van 207/BU/03 Q0.1 Đồ án tốt nghiệp 56 Điều khiển van 207/BU/06 và 207/BU/07 Q0.2 Điều khiển van 207/BU/11 và 207/BU/12 Q0.3 Điều khiển van 207/BU/13 và 207/BU/14 Q0.4 Điều khiển van 207/BU/23 và 207/BU/24 Q0.5 Điều khiển van 207/BU/18 và 207/BU/22 Q0.6 Điều khiển van 207/BU/21 Q0.7 Điều khiển van 207/BU/15 và 207/BU/16 Q1.0 Tín hiệu điều khiển bơm P207 và P207-1 Q1.1 Tín hiệu điều khiển bơm P227 Q1.2 Tín hiệu báo nhiệt độ không đạt yêu cầu Q1.3 Tín hiệu báo màng lọc thô 207/MF/03 bẩn ( Độ chênh áp giữa 2 đầu màng lọc vượt quá 0.5 bar ) Q1.5 Tín hiệu báo màng lọc tinh 207/MF/01 bẩn ( Độ chênh áp giữa 2 đầu màng lọc vượt quá 0.5 bar ) Q1.6 Tín hiệu báo màng lọc tinh 207/MF/02 bẩn ( Độ chênh áp giữa 2 đầu màng lọc vượt quá 0.5 bar ) Q1.7 Các bít nhớ : Bít nhớ sự cố van 207/BU/03 M2.0 Bít nhớ sự cố van 207/BU/08 M2.1 Bít nhớ sự cố van 207/BU/06 và 207/BU/07 M2.2 Bít nhớ sự cố van 207/BU/11 và 207/BU/12 M2.3 Bít nhớ sự cố van 207/BU/13 và 207/BU/14 M2.4 Bít nhớ sự cố van 207/BU/23 và 207/BU/24 M2.5 Bít nhớ sự cố van 207/BU/18 và 207/BU/22 M2.6 Bít nhớ sự cố van 207/BU/21 M2.7 Bít nhớ sự cố van 207/BU/15 và 207/BU/16 M3.0 Đồ án tốt nghiệp 57 Bít nhớ sự cố bơm P207 và P207-1 M3.1 Bít nhớ sự cố bơm P227 M3.2 Bít nhớ sự cố màng lọc M3.3 Bít nhớ sự cố chung M3.4 Sau khi chọn các thông số đầu vào và đầu ra ta thấy có tất cả 28 đầu vào ( 24 đầu vào số, 4 đầu vào Analog ) và 15 đầu ra. Từ đó ta chọn CPU 224 Giới thiệu về CPU 224 : • Hiệu năng cao,CPU gọn • Có 14 đầu vào và 10 đầu ra • Có thể ghép tới 7 modul mở rộng Sơ đồ chân thực tế của CPU 224 + Các tính năng kỹ thuật Đồ án tốt nghiệp 58 Loại AC/DC/Rơ le Nguồn Đầu vào Đầu ra Số đầu vào được tích hợp sẵn 14 Cách điện • Trong những nhóm Cách ly quang 6 và 8 `Độ dài cáp • Không có vỏ bọc kim (không dùng cho tín hiệu tốc độ cao) • Có vỏ bọc kim - Đầu vào thường - Bộ đếm tốc độ cao 300m 500m 50m Số đầu ra được tích hợp sẵn 10 (Rơle) Cách điện • Trong những nhóm Rơ le 3,3 và 4 Độ dài cáp • Không có vỏ bọc kim • Có vỏ bọc kim 150m 500m Kích thước(WxHxD) mm 120.5 x 80 x62 Khối lượng (xấp xỉ) 410g Mã hiệu đặt hàng 6ES7 214-1BD22-0XB0 ƒ Các tính năng kỹ thuật chung Bộ nhớ chương trình 8 KB Bộ nhớ dữ liệu 2 KB Card nhớ (tùy chọn) 1 mô dun nhớ loại EEPROM Lưu giữ chương trình Toàn bộ chương trình lưu giữ được tích hợp trong EEPROM Lưu giữ dữ liệu Toàn bộ DB1 được nạp từ PG/PC xuống EEPROM: Dữ liệu của DB1 trong RAM , cờ nhớ, timet, Đồ án tốt nghiệp 59 coutnter… được lưu giữ qua tụ lớn hoặc pin Thời gian lưu giữ 190h (min , 120h ở 40°C) 200 ngày nếu chọn môdun pin Ngôn ngữ lập trình LAD, FBD, STL Tổ chức chương trình 1 OB, 1 DB, 1 SDB chương trình con có/ không truyền tham số Thực hiện chương trình Chu kỳ thay đổi được (OB1) • Điều khiển theo ngắt • Điều khiển theo thời gian (1 tới 255 ms) Số chương trình con tối đa 64 Bảo vệ chương trình 3 cấp độ mật khẩu bảo vệ Thời gian thực hiện lệnh bít 0,37μ s Chu kỳ quét 300 ms, có thể thay đổi Vùng nhớ bít • Khả năng nhớ của vùng này 256 Từ bít 0 tới bít 122 trong EEPROM. Có thể thay đổi chọn được Từ bít 0 tới 256 nhờ sử dụng tụ lớn hoặc pin Bộ đếm • Khả năng nhớ của bộ đếm • Dải đếm 256 256, sử dụng tụ lớn hoặc pin 0 tới 32767 Bộ định thời • Khả năng nhở của bộ định thời • Dải thời gian 256 64, sử dụng tụ lớn hoặc pin 4 timer, 1ms tới 30s 16 timers, 10ms tới 5 min 236 timers, 100ms tới 54 min Các chức năng tốc độ cao Đồ án tốt nghiệp 60 • Đầu vào ngắt • Bộ đếm • Đầu ra xung 4 (4 đầu vào tích cực theo sườn dương và/ hoặc 4 đầu vào tích cực theo sườn âm ) 4 bộ đếm nhanh (30kHz), 32 bít ( bao gồm cả bít dấu) 2 đầu ra nhanh, 20 kHz, có khả năng ngắt Độ rộng và tần số xung có thể điều biến được Giao diện truyền thông 01 cổng RS 485: • Giao diện PP1 với giao thức PP1 cho chức năng lập trình kết nối HMI (TD200, OP) giao tiếp CPU S7-200, tốc độ truyền thông 9.6/19.2/187.5 kbit/s • Hoặc như là MPI slave trao đổi dữk liệu với MPI master ( S7-300/S7-400) S7-200 CPU tốc độ truyền 19.2/187.5 kbit/s • Hoặc giao diện do người lập trình định nghĩa, có khả năng ngắt để trao đổi dữ liệu nối tiếp với thiết bị của hãng khác, giao thức ASCII, tốc độ truyền 0.3/0.6/1.2/2.4/4.8/9.6/19.2/38.4 kbit/s. Ơ tốc độ từ 1.2 đến 38.4 kbit/s cáp PC/PPI có thể sử dụng như bộ thích ứng RS232/RS485. Bus mở rộng • Chỉ môdun mở rộng S7-22x EM có thể sử dụng được Máy tính lập trình SIMATIC PG/PC, PC tiêu chuẩn Số đầu vào / ra sẵn có trên CPU • Đầu nối vào ra có thể tháo rời Có Đồ án tốt nghiệp 61 • Số đầu vào số • Số đầu ra số • Chiết áp tương tự 14 10 2 chiết áp tương tự, độ phân giải 8 bít Số đầu vào / ra lớn nhất: • Đầu vào/ ra số • Đầu vào/ ra tương tự • Giao diện AS-i 94 đầu vào và 74 đầu ra 28 đầu vào và 7 đầu ra EM hoặc 0 đầu vào và 14 đầu ra 31 AS-i slave ( Cp 234-2) Số môdun mở rộng tối đa 7 bộ. Chỉ các môdun mở rộng S7-22x EM mới được sử dụng Cấp bảo vệ IP 20 theo tiêu chuẩn IEC 529 Nhiệt độ môi trường • Khi lắp đặt nằm ngang • Khi lắp đặt theo chiều đứng 0 tới 55°C 0 tới 45°C Độ ẩm tương đối 5 tới 95%;(RH cấp 2 theo tiêu chuẩn IEC 1131-2) Áp suất không khí 860 tới 1080 hPa Sau khi đã chọn CPU 224 ta thấy vẫn thiếu số đầu vào / ra nên ta sẽ chọn thêm 1 module mở rộng số. Trong đồ án này em chọn loại module mở rộng EM223 ( có 16 đầu vào/ 16 đầu ra ) Giới thiệu về Modul đầu vào/ ra số EM 223 : Thông số kỹ thuật 16 vào/ 16 ra Đầu vào 24V DC Đầu ra Rơle Cho kết nối với S7-22x Đầu nối vào / ra có thể tháo rời Có Số đầu vào 16 Điện áp đầu vào + Điện áp định mức 24 V DC Đồ án tốt nghiệp 62 + Tín hiệu “1” + Tín hiệu “0” 15 tới 30 V DC 0 tới 5 V Cách điện + Trong những nhóm Cách ly quang 4 Dòng điện vào + Tín hiệu “1” 4 mA Số đầu ra 16 Điện áp tải định mức L +/L1 + Dải cho phép 24 V DC/24 tới 230 V DC Điện áp đầu ra + Tín hiệu “1” ( nhỏ nhất ) + Tín hiệu “0” ( lớn nhất ) ( Với tải 10 kΩ ) L+/L1 0.1 V DC Dòng điện đầu ra tối đa + Tín hiệu ”1” - Dòng điện nhỏ nhất 2A Dòng điện nhỏ nhất cho một dây dẫn / nhóm 8A Bảo vệ ngắn mạch Cấp từ bên ngoài Độ dài cáp + Không có vỏ bọc kim + Có vỏ bọc kim 150 m 500 m Công suất tiêu thụ 6 W Kích thước ( Wx Hx D ) mm 120.5x 80x 62 + Khối lượng ( xấp xỉ ) 400 g + Mã hiệu đặt hàng 6ES7 223 – 1PL22- 0XA0 Ta sẽ chọn thêm 1 Module Analog EM231 với các đặc tính kỹ thuật sau : Cho kết nối với S – 22x Đầu nối vào / ra có thể tháo rời Không có Số đầu vào 4 Bảo vệ nối nhầm cực Không có Dải đầu vào / trở kháng vào 0 tới 5 V/ 10 MΩ ; tới 10 V/ 10 MΩ ; ± 2.5 V/ 10 MΩ ; ± 5/ 10 MΩ ; 0 tới 20 mA/ 10 MΩ Điện áp đầu vào lớn nhất 30 V Dòng điện đầu vào lớn nhất 32 mA Cách ly Không Thời gian biến đổi tương tự sang số 250 μs Bộ biến đổi 12 bit Đồ án tốt nghiệp 63 Dải giá trị biến đổi + Tín hiệu đơn cực + Tín hiệu hai cực 0 tới 32 000 -32 000 tới 32 000 Dòng điện tiêu thụ + Từ bus nội bộ ( 5 V DC ) + Từ nguồn cung cấp cho sensor hoặc nguồn cung cấp từ bên ngoài ( 24 V DC ) 20 mA 60 mA Công suất tiêu thụ 2 W Kích thước ( W x H x D ) mm 120.5 x 80 x 62 Khối lượng 183 g Mã hiệu hàng 6ES7 231 – 0HC22 – 0 XA0 Chương trình chính NETWORK 1 LD M3.4 // Nếu có sự cố chung CALL SBR_0 // Gọi chương trình xử lý sự cố NETWORK 2 LDN M3.4 // Nếu không có sự cố A I0.1 // Chọn chế độ điều khiển tự động CALL SBR_1 // Gọi chương trình con điều khiển tự động NETWORK 3 LDN M3.4 // Nếu không có sự cố AN I0.1 // Chọn chế độ bằng tay CALL SBR_2 // Gọi chương trình con điều khiển bằng tay NETWORK 4 LD SM0.0 CALL SBR_3 // Gọi chương trình con kiểm tra sự cố NETWORK 5 LD SM0.1 CALL SBR_7 NETWORK 6 Đồ án tốt nghiệp 64 MEND Chương trình xử lý sự cố ( SBR_0 ) NETWORK 1 LD M2.0 // Sự cố van 207/BU/03 O M2.1 // Sự cố van 207/BU/08 CALL SBR_4 // Gọi chương trình dừng công nghệ NETWORK 2 LD M2.2 // Sự cố van 207/BU/06 CALL SBR_4 NETWORK 3 LD M2.3 O M2.4 CALL SBR_4 NETWORK 4 LD M2.5 CALL SBR_4 NETWORK 5 LD M2.6 CALL SBR_4 NETWORK 6 LD M2.7 // Sự cố van 207/BA/21 R Q0.7,1 // Dừng điều khiển van NETWORK 7 LD M3.0 CALL SBR_4 NETWORK 8 Đồ án tốt nghiệp 65 LD M3.1 A M3.2 CALL SBR_4 NETWORK 9 LD M3.3 CALL SBR_4 NETWORK 10 RETI Chương trình điều khiển tự động ( SBR_1) NETWORK 1 LD I0.0 CALL SBR_5 NETWORK 2 LDN I0.0 CALL SBR_4 NETWORK 3 RETI Chương trình điều khiển bằng tay ( SBR_2 ) NETWORK 1 LD I0.0 CALL SBR_6 NETWORK 2 RETI Chương trình con kiểm tra sự cố ( SBR_3 ) NETWORK 1 Đồ án tốt nghiệp 66 LD I0.2 // Tín hiệu sự cố van 207/BU/03 = M2.0 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/03 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 2 LD I0.3 // Tín hiệu sự cố van 207/BU/08 = M2.1 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/08 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 3 LD I0.4 // Tín hiệu sự cố van 207/BU/06 và van 207/BU/07 = M2.2 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/06 và van 207/BU/07 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 4 LD I0.5 // Tín hiệu sự cố van 207/BU/11 và van 207/BU/12 = M2.3 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/11 và van 207/BU/12 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 5 LD I0.6 // Tín hiệu sự cố van 207/BU/13 và van 207/BU/14 = M2.4 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/13 và van 207/BU/14 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 6 LD M2.5 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/23 và van 207/BU/24 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 7 LD I1.0 // Tín hiệu sự cố van 207/BU/18 và van 207/BU/22 = M2.6 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/18 và van 207/BU/22 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 8 LD I1.1 // Tín hiệu sự cố van 207/BU/21 Đồ án tốt nghiệp 67 = M2.7 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/21 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 9 LD I1.2 // Tín hiệu sự cố van 207/BU/15 và van 207/BU/16 = M3.0 // Bit nhớ sự cố van 207/BU/15 và van 207/BU/16 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 10 LD I1.3 // Tín hiệu sự cố bơm P207 và P207-1 = M3.1 // Bit nhớ sự cố bơm P207 và P207-1 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 11 LD I1.4 // Tín hiệu sự cố bơm P227 = M3.2 // Bit nhớ sự cố bơm P227 = M3.4 // Bit nhớ sự cố chung NETWORK 12 LDW >= VW1000,VW2000 // VW1000 chứa giá trị của độ chênh lệch áp suất màng lọc thô. AW >= VW1200,VW2200 // VW1200 chứa giá trị của độ chênh lệch áp suất màng lọc tinh 207/MF/01 AW >= VW1400,VW2400 // VW1400 chứa giá trị của độ chênh lệch áp suất màng lọc tinh 207/MF/2 = M3.3 = M3.4 NETWORK 13 RETI Chương trình dừng công nghệ ( SBR_4 ) Đồ án tốt nghiệp 68 NETWORK 1 LD SM0.0 R Q1.1,2 // Tắt hết các bơm TON T39,+100 // Tính thời gian 10s NETWORK 2 LD T39 R Q0.0,9 // Đóng hết tất cả các van NETWORK 3 RETI Chương trình khởi động và thực thi công nghệ ( SBR_5 ) NETWORK 1 LDW>= VW1600, VW2600 // VW1600 chứa giá trị cổng analog nhiệt độ,VW2600 chứa giá trị nhiệt độ bằng 280C LDW<= VW1600, VW2800 // VW2800 chứa giá trị nhiệt độ bằng 320C AN M3.3 S Q0.0,9 // Mở hết tất cả các van TON T38,+100 NETWORK 2 LD T38 S Q1.1,2 // Khởi động bơm Chương trình khởi động do người điều khiển ( SBR_6 ) NETWORK 1 LD I1.5 // Có tín hiệu điều khiển van 207/BU/03 Đồ án tốt nghiệp 69 S Q0.1,1 NETWORK 2 LD I1.6 //Có tín hiệu điều khiển van 207/BU/08 S Q0.0,1 NETWORK 3 LD I1.7 S Q0.2,1 NETWORK 4 LD I2.0 S Q0.3,1 NETWORK 5 LD I2.1 S Q0.4,1 NETWORK 6 LD I2.2 S Q0.5,1 NETWORK 7 LD I2.3 S Q0.6,1 NETWORK 8 LD I2.4 S Q0.7,1 NETWORK 9 LD I2.5 // Có tín hiệu điều khiển bơm 207/BU/15 và 207/BU/16 S Q1.0,1 NETWORK 10 LD I2.6 // Có tín hiệu điều khiển bơm P207 và P207-1 S Q1.1,1 Đồ án tốt nghiệp 70 NETWORK 11 LD I2.7 // Có tín hiệu điều khiển bơm P227 S Q1.2,1 Chương trình khai báo ngắt ( SBR_7 ) NETWORK 1 LD SM0.0 MOV 30, SMB34 // Cứ 30 ms tạo ra 1 ngắt ENI // Kích hoạt ngắt ATCH 0,10 Chương trình ngắt 0 ( INT_0 ) NETWORK 1 MOV AIW0,VW1000 MOV AIW2,VW1200 MOV AIW4,VW1400 MOV AIW6,VW1600 NETWORK 2 RETI 4.3 Sử dụng TD 200 để hiển thị các Message thông báo : TD 200 là thiết bị hiển thị cho phép hiênt thị các message được đưa tói bởi CPU, bản thân TD 200 không lưu trữ các thông tin về cáu hình cũng như các message mà nó hiển thị. Các thông tin mà TD 200 lưu trữ chỉ có : Đồ án tốt nghiệp 71 - Địa chỉ của bản thân TD 200 - Địa chỉ của CPU - Tốc độ truyền dữ liệu - Vị trí của bộ nhớ tham số trong CPU Các thông tin về cấu hình thiết lập cho TD 200 được lưu trữ trong vùng nhớ V ( V Memory ) của CPU. Sau khi được cấp nguồng, TD 200 sẽ đọc vùng nhớ tham số của CPU. Các thông tin về cấu hình sẽ được kiểm tra. Nếu trong các thông tin đó có thông tin cho phép hoạt động thì TD 200 sẽ chuyển sang chế độ trao đổi dữ liệuthông tin với CPU thao phương pháp hỏi vòng. Khi đó các bit cho phép sẽ được kiểm tra để thực hiện việc hiển thị các message tương ứng. Trong đồ án này, em sẽ lập trình cho hiển thị 2 message là : Báo hệ thống đã khởi động và Thông báo nhiệt độ bể sơn. // //DATA BLOCK COMMENTS // //Press F1 for help and example data block // //BEGIN TD200_BLOCK ---------------------------- VB0 'TD' VB2 16#10 //Set Language to English, set Update to as fast as possible VB3 16#B1 //Set the display to 40 character mode; Up key V3.2; Down key V3.3; VB4 2 //Set the number of messages VB5 0 //Set the Function Keys notification bits to M0.0 - M0.7 VW6 34 //Set the starting address for messages to VW34 VW8 14 //Set the starting address for message enable bits to VW14 VW10 0 //Global Password (if enabled) Đồ án tốt nghiệp 72 VW12 1 //Character Set = Latin 1 //MESSAGE 1 //Message Enable Bit V14.7 VB34 'HE THONG KHOI DO' VB50 16#00 //No Edit;No Acknowledgement;No Password; VB51 16#10 //Signed Word; 0 Digits to the right of the decimal; VW52 16#0000 //Embedded Data Value: Move data for display here. VB54 ' ' //MESSAGE 2 //Message Enable Bit V14.6 VB74 ' ' //END TD200_BLOCK ------------------------------ //BEGIN TD200_BLOCK ---------------------------- VB0 'TD' VB2 16#10 //Set Language to English, set Update to as fast as possible VB3 16#B1 //Set the display to 40 character mode; Up key V3.2; Down key V3.3; VB4 3 //Set the number of messages VB5 0 //Set the Function Keys notification bits to M0.0 - M0.7 VW6 40 //Set the starting address for messages to VW40 VW8 14 //Set the starting address for message enable bits to VW14 VW10 0 //Global Password (if enabled) VW12 2 //Character Set = Latin 1 (Bold) //MESSAGE 1 //Message Enable Bit V14.7 VB40 'HIEN THI NHIET DO BAM F1 TIEP TUC.. ' //MESSAGE 2 //Message Enable Bit V14.6 Đồ án tốt nghiệp 73 VB80 'HT KHOI DONG:' VB93 16#00 //No Edit;No Acknowledgement;No Password; VB94 16#10 //Signed Word; 0 Digits to the right of the decimal; VW95 16#0000 //Embedded Data Value: Move data for display here. VB97 ' ' //MESSAGE 3 //Message Enable Bit V14.5 VB120 'NHIET DO BE SON:' VB136 16#00 //No Edit;No Acknowledgement;No Password; VB137 16#10 //Signed Word; 0 Digits to the right of the decimal; VW138 16#0000 //Embedded Data Value: Move data for display here. VB140 ' ' //END TD200_BLOCK ------------------------------ Đồ án tốt nghiệp 74 KẾT LUẬN Nếu như trước đây công ty sử dụng các rơle, công-tắc-tơ, khởi động từ trong hệ thống các bể sơn thì : - Việc kiểm soát quy trình công nghệ khó. - Tín hiệu hệ thống phải hiển thị ngay tại chỗ dẫn đến việc khó điều khiển. Việc sử dụng thiết bị logic khả trình PLC để thay thế cho các sơ đồ rơle trước đây sẽ giúp cho công ty tự động hoá được dây chuyền công nghệ, giảm sức lao động, chất lượng sản phẩm làm ra đồng đều hơn ( do việc sử dụng PLC để điều khiển sẽ chính xác hơn rất nhiều so với việc điều khiển theo trực quan trước đây), giá thành sản phẩm sẽ hạ, nâng cao sức cạnh tranh của công ty với những đối thủ khác trong cùng lĩnh vực. Đồ án tốt nghiệp 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Văn Doanh – Phạm Thượng Hàn – Nguyễn Văn Hoà - Võ Thạch Sơn - Đào Văn Tân. Các bộ phận cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển ( Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội ). 2. Tự động hoá với Simatic S7 – 200. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2000. 3. Tự động hoá điều khiển các quá trình công nghệ. Nhà xuất bản giáo dục năm 1999.