Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh Báo cáo thí nghiệm môn: Hệ thống điều khiển trình nhiệt-lạnh Họ tên: Nguyễn Quang Huy Lớp : Máy thiết bị K55 MSSV : 20100339 Nội dung báo cáo 1.1 Mô tả nguyên lý hoạt động vận hành nhà máy điện mini 1.2 Cấu trúc hệ thống DCS thao tác vận hành 1.3 Thuyết minh chi tiết sơ đồ vòng điều chỉnh mức nước bao 1.4 Nguyên lý đo lường /hoạt động cảm biến cấu chấp hành sơ đồ P&ID Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh Mô tả nguyên lý hoạt động vận hành nhà máy điện mini 1.1.1 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt mini: Nước xử lý hóa học chứa thùng cấp, sau bơm đưa vào lò hơi.Nước cấp qua hâm nước vào bao lò Nước bao cấp xuống dàn ống sinh xung quanh lò, trao đổi nhận nhiệt lò, biến thành có thông số cao dẫn tới Turbine Tại giãn nở sinh công làm quay Turbine, máy phát Máy phát điện biến công suất trục Turbine thành công suất điện Hơi sau sinh công có thông số thấp thoát bình ngưng.Trong bình ngưng nước đọng thành nước nhờ hệ thống nước làm mát tuần hoàn Nước ngưng từ bình ngưng vào bình chứa nước nóng Tại có ejector lấy phần từ vào turbine phun nhằm hút hết khí không ngưng khỏi bình chứa nước nóng Nước từ bơm ngưng bơm thùng nước cấp Chu trình tiếp tục lặp lại 1.1.2 Vận hành nhà máy nhiệt điện mini a) Khởi động lò Bật công tắc bơm ngưng bảng điều khiển Bật công tắc lò bảng điều khiển Bật công tắc bảng điều khiển lò Đèn tín hiệu bảo vệ lưu lượng nước thấp phải sang Đặt công tắc đa vị trí bảng điều khiển vị trí (vị trí bơm) Đèn báo tín hiệu lưu lượng nước phải tắt Đợi đến tận thấy nước tràn đường xả nước tách nước Sau đặt công tắc đa vị trí bảng điều khiển lò vị trí (vị trí chuẩn bị đốt) Bơm cấp nước ngừng Đèn tín hiệu màu xanh thị lò không hoạt động phát sang Ấn nút “Reset” Bơm lại làm việc lại mức công suất “1” vòi đốt đánh lửa Nếu vòi đốt không đánh lửa không nên làm lần việc ấn nút “Reset” Tìm nguyên nhân vòi đốt không làm việc Có thể đường nhiên liệu chưa sẵn sàng nguyên nhân khác Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh 10 11 12 b) Vòi đốt khởi động mức công suất “1” (mức tải phần) sau khoảng 10 giây tự đông bật mức công suất “2” (mức đầy tải) Nhiệt kế đo nhiệt độ số nhiệt độ tăng dần Sau khoảng phút, thoát khỏi van xả Đóng van lại Áp kế áp suất tăng lên nhanh Mở van để gia nhiệt cho nước cấp bể chứa nước cấp Chú ý nhiệt độ áp kế bể nước cấp Khi nhiệt độ đạt khoảng 70 ÷ 80°C van tự động đóng, ngừng việc gia nhiệt cho nước cấp Điều chỉnh van để trì áp suất khoảng ÷ bar Kiểm tra làm việc bẫy Kiểm tra làm việc bơm ngưng Chú ý: Đối với bình ngưng: hệ thống làm mát phải làm việc Đường thông với khí phải mở Van van xả nước tách nước phải mở Bộ nhiệt phải đóng Khởi động nhiệt Đặt nhiệt độ nhiệt điều chỉnh nhiệt độ bảng điều khiển giá trị thích hợp (170 ÷ 180°C) Bật công tắc bảng điều khiển cho nhiệt làm việc Khi nhiệt độ nhiệt >240°C nhiệt tự ngừng làm việc Chú ý: Bộ nhiệt cho phép đóng công tắc làm việc lò làm việc có c) Khởi động turbine Kiểm tra van stop tác động nhanh có vị trí làm việc không (cần tác động có mắc vị trí đóng van chưa?) Kiểm tra tay khả quay roto tuabin Kiểm tra tất đường xả tuabin mở chưa Mở van cách tác động vào nút điều khiển áp suất Bộ điều chỉnh sau nên đặt chế độ tác động tay Tuabin chưa quay, hỗn hợp nước thoát ba đường xả Mở van chen để gia nhiệt đường ống chén Hỗn hợp nước thoát bốn đường xả Khi toàn van stop tác động nhanh hệ thống van điều chỉnh lưu lượng nóng tới khoảng 80 ÷ 100°C đóng hai van xả lại Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh Tuabin sấy nóng quay với tốc độ 500 ÷ 1000 vòng/phút không tải vài phút Cấu trúc hệ thống DCS thao tác vận hành 2.1.1 Cấu trúc hệ thống DCS Hình 1-1: Sơ đồ DCS Hệ thống điều khiển phân tán DCS hệ thống điều khiển giám sát mà chức điều khiển phân tán triệt để xuống điều khiển cấp (Các trạm điều khiển cục bộ, gần với đối tượng công nghệ) Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh Hệ thống điều khiển phân tán DCS có cấu trúc gồm phần: phần cứng phần mềm Phần cứng: • Cấp quản lý, giám sát SUPERVISORS PC: Giám sát chung HISTORIAN: Là máy tính có dung lượng lớn dùng để lưu trữ thông tin vận hành EWS (Engineering work station): Trạm kỹ thuật, phân quyền, cấu hình, lập trình Máy chủ OPC-OPC SERVER: Quản lý truyền liệu qua giao thức mạng khác • Cấp giao diện vận hành HIS (Human Interface station): Là máy tính thiết kế riêng để điều khiển nhà máy • Cấp điều khiển Trạm điều khiển LFCS PFCS FCS (Field control station): trạm điều khiển chỗ • Cấp chấp hành Hệ thống điều khiển Mark V Các trạm điều khiển PLC Các trạm điều khiển chỗ • Ngoài hệ thống gôm có mạng: Vnet: kết nối trạm điều khiển với LAN/Ethernet: kết nối máy tính vận hành hệ thống mạng nội nhà máy Phần mềm: Bao gồm hệ điều hành, thường sử dụng hệ điều hành windowns phần mềm ứng dụng khác như: Composer, Nsvigator, Configure Server Acrobat, Excel… Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh 2.1.2 Thao tác vận hành Một Motor điện áp thấp lấy làm ví dụ giải thích cách thực chi tiết, tất điều khiển khác có cách hoạt động phù hợp với • • • Biểu tượng làm sinh động vị trí bơm, hình điều khiển ngừng “Read Before Operate” chữ xác định trước sử dụng để trì cho người vận hành, chữ đánh dấu đặt tới 2, nghĩa “Đọc trước vận hành” “NHLT” chữ hướng dẫn vận hành Trong hình này, điều khiển không sẵn sàng Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh • • • • Nháy đúp trái chuột lên đối tượng mở Faceplate điều khiển Có ba lựa chọn với Faceplate điều khiển tự động/bằng tay sử dụng cho điều khiển Trong hình điều khiển lựa chọn “Manual” (bằng tay) Khối phản hồi hiển thị thiết bị ngừng Người vận hành lựa chọn chế độ Station (Auto/Manual) Trong chế độ Manual cho phép người vận hành lệnh ON/OFF Chuột phải lên đối tượng mở Menu, sau nháy lên “local/Remote” mở Faceplate để lựa chọn local/Remote Lựa chọn đôi điều khiển Auto/Man sử dụng cho lựa chọn Local/Remote Người vận hành lựa chọn vị trí vận hành sử dụng Faceplate Lựa chọn “Local” sec phép lệnh đầu điều khiển từ DCS Khi lựa chọn “Remote” cho phép vận hành từ DCS Tương tự ta ấn chuột phải nên đối tượng chọn mục… Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh Thuyết minh chi tiết sơ đồ vòng điều chỉnh mức nước bao Hình 1-2: Lưu đồ P&ID vòng điều chỉnh mức nước bao Đây sơ đồ điều chỉnh xung lượng: • • • Mức nước bao Lưu lượng nước cấp Lưu lượng 3.1.1 Danh mục thiết bị trường • LT-104 level boiler hãng Yokogawa EJA 110A-FMA4B-97DB/D3 Field bus communication Calib range :0-600mm H2O Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh • FT-104 Flow softtended water to boiler hãng Yokogawa AXF025G-PNAL1L-BA11-ONB/EG/L4/Z Field bus communication Calib range : 0-10 m3/h • FT-103 Flow steam to turbine hãng Yokogawwa DY040-FBLBA1-2D Field bus communication Calib range : 0-200 m3/h 3.1.2 Sơ đồ điều chỉnh xung lượng Nguyễn Quang Huy 20100339 Page Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh 3.1.3 Sơ đồ P&ID 3.1.4 Vòng điều chỉnh mức nước bao Tín hiệu mức nước tín hiệu phản hồi, tín hiệu lưu lượng tín hiệu tiền định phản ánh trạng thái phụ tải Khi lưu lượng thay đổi tín hiệu truyền vào điều chỉnh nước cấp trước mức nước thay đổi điều chỉnh nước cấp thay đổi lượng nước cấp vào lò để cân với sản lượng Hoạt động vòng điều chỉnh: • Bình thường lưu lượng cần sản xuất không đổi (phụ tải không đổi), đố đầu vào điều chỉnh lưu lượng không thay dổi lượng nước cấp vào lò không đổi Nguyễn Quang Huy 20100339 Page 10 Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh • • Khi lưu lượng sản xuất giảm (phụ tải giảm xuống) mức nước bao tăng lên, đầu vào điều chỉnh mức nước giảm, đầu vào điều chỉnh giảm theo, tín hiệu điều chỉnh độ mở van cấp giảm, lưu lượng nước cấp vào bao giảm mức nước bao giảm xuống trở trạng thái ổn định Khi lưu lượng sản xuất tăng lên (phụ tải tăng) mức nước bao bị gimm xuống, tín hiệu vào điều chỉnh mức nước tăng lên, tín hiệu vào điều chỉnh lưu lượng theo tăng lên, độ mở van tăng làm cho lượng nước cấp vào lò nhiều hơn, mà mức nước lại tăng lên trở mức ổn định Nguyên lý đo lường /hoạt động cảm biến cấu chấp hành 4.1.1 Thiết bị đo áp suất a) b) Phân loại cảm biến áp suất Cảm biến áp suất kiểu tụ Cảm biến áp suất kiểu cộng hưởng Cảm biến áp suất kiểu áp điện Cảm biến áp suất kiểu áp trở Trong trường hợp đo áp suất bao ta dùng cảm biến kiểu áp trở Cảm biến áp suất kiểu áp trở • Nguyên lý Nguyên lý làm việc chung vi cảm biến loại dựa thay đổi độ biến dạng cấu trúc màng (các phần tử nhạy cơ) chuyển thành tín hiệu điện tương ứng nhờ áp điện trở cấy phần tử nhạy Khi phần tử nhạy vi cảm biến bị uốn cong, áp điện trở thay đổi giá trị Độ nhạy vùng làm việc tuyến tính vi cảm biến phụ thuộc nhiều vào kích thước cấu trúc cơ, dạng kích thước áp điện trở, vị trị áp điện trở phần tử nhạy • Cấu tạo Cảm biến chế tạo đế Silic loại n có định hướng bề mặt, phương pháp ăn mòn điện hóa, màng Silic tạo với kích thước bề dày để nhạy với tín hiệu áp suất Sau bốn điện trở đặt lên màng silicon trung tâm cạnh hình vuông phương pháp khuếch tán Boron từ nguồn tạp Nguyễn Quang Huy 20100339 Page 11 Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh phương pháp cấy ion tạo thành cầu Wheatstone Hai điện trở đặt song song với cạnh màng, hai điện trở lại đặt vuông góc với cạnh màng, cạnh màng theo định hướng Cảm biến cấu tạo hai thành phần thành phần màng thành phần áp trở Màng cảm biến có nhiều hình dạng khác hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật… Tùy theo yêu cầu dải áp suất, yêu cầu độ nhạy mà có kích thước độ dày khác Hình 1-3:Mặt cắt ngang cách bố trí áp trở màng cảm biến Áp trở tạo phương pháp khuếch tán hay phương pháp cấy ion Áp trở có nhiều hình dạng khác nhau, đơn giản dạng chữ nhật điện trở uốn khúc để tăng độ nhạy cho cảm biến 4.1.2 Thiết bị đo lưu lượng Trong công nghiệp thiết bị đo lưu lượng tiết lưu dùng phổ biến Kiểu cảm biến dựa vào phép đo áp suất rơi đoạn ống thu hẹp Các ống venturi, orfice nozzle ví dụ thiết bị giảm thường đặt đường ống trình để đo lưu lượng Cả ba tạo nên chênh lệch áp suất mà dễ dàng đo từ tính lưu lượng thể tích Một số ưu điểm phương pháp này: • Giá thành tương đối thấp • Dễ lắp đặt thay • Không có phận chuyển động • Thích hợp với nhiều loại vật liệu, dải nhiệt độ áp suất hoạt động rộng Các cảm biến hoạt động dựa vào giới hạn sử dụng yếu tố đố dòng môi chất có lưu lượng thể tích không đổi bị buộc qua vùng giới hạn, vận tốc Nguyễn Quang Huy 20100339 Page 12 Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh dòng chảy tăng lên để đảm bảo lượng môi chất chảy qua khoảng thời gian Sự thay đổi vận tốc làm giảm áp suất tĩnh nơi mà dòng chảy tăng tốc Độ thay đổi áp suất đo lại, quan hệ áp suất lưu lượng hàm bậc hai Hình 1-4: Cấu tạo thiết bị đo lưu lượng 4.1.3 Thiết bị đo nhiệt độ Hiện cặp nhiệt sử dụng để đo nhiệt độ công nghiệp phổ biến • Nguyên lý làm việc: Phương pháp đo nhiệt độ cặp nhiệt phương pháp phổ biến thuận lợi Phương pháp đo nhiệt độ dựa hiệu ứng nhiệt điện • Cấu tạo: Cặp nhiệt cấu tạo hai dây dẫn khác loại hàn với đầu gọi điểm nóng điểm làm việc đặt nơi cần đo nhiệt độ, đầu không hàn nối vào thiết bị đo gọi điểm lạnh hay điểm nguội Cặp nhiệt có tên pin nhiệt điện nguồn phát sức điện động Sức điện động phát từ cặp nhiệt đo thiết bị đo điện áp nhỏ ví dụ Milivolmet 4.1.4 Van điều chỉnh Van điều chỉnh sử dụng nhà máy nhiệt điện mini kiểu khí nén • Cấu tạo: Nguyễn Quang Huy 20100339 Page 13 Báo cáo thí nghiệm môn hệ thống điều khiển trình nhiệt lạnh Hình 1-5: Cấu tạo van điều chỉnh • Nguyên lý truyền động: Áp suất điều khiển qua cấu truyền động khí nén điều chỉnh độ mở van Nguyễn Quang Huy 20100339 Page 14