Đề tài 8: Tìm hiểu, phân tích, tính toán hệ thống đo lường cảm biến bến xuất xăng dầu cho xe ôtô Giới hạn điều kiện: Hệ thống có bồn chứa: bồn A92, bồn A95 bồn dầu DO Hệ thống có họng xuất: họng xuất A95, họng xuất A92, họng xuất dầu DO Mức đo từ 0-15m ( sai số 1cm) Nhiệt độ từ 0-50 độ ( sai số độ) Lưu lượng từ đến 80lít/phút ( sai số 1lít/phút) u cầu: Trình bày tổng quan hệ thống xuất hàng tự động bến xuất xăng dầu? Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? Liệt kê các cảm biến có hệ thống? Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống? Trình bày loại cảm biến lựa chọn? ( nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến) Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến tính toán, xử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển? Đánh giá sai số của hệ thống ( giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phục) Yêu cầu chung: 1-Bìa gồm: - Tên đề tài - Danh sách SV nhóm - Tên GV hướng dẫn 2- Đầu có nội dung giao đề tài( Phiếu giao đề tài)- Và hướng dẫn yêu cầu chung Bố cục trình bày 3- Giả sử các hệ thống nối với thiết bị điều khiển PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC (có 14 DI (Digital Input) cởng nhận tín hiệu vào 24V DC, AI (Analog input) cởng nhận tín hiệu vào 0-10VDC, 10 DO tín hiệu 24VDC) Nêu cách thực ghép nối các cảm biến chọn với PLC trên, vẽ sơ đồ nối dây 4- Bố cục trình bày theo hướng dẫn sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống thiết kế Chương 2: Nội dung thực hiện 2.1- Yêu cầu đề tài 2.2- Các hướng giải 2.3- Lý lựa chọn cho thiết kế 2.4- Tính chọn thiết bị Chương 3: Kết luận 3.1- Các kết đạt 3.2- Các hạn chế thực 3.3- Biện pháp khắc phục Mục lục Tài liệu tham khảo 4- Phông chữ sử dụng báo cáo: Times New Roman-14 – Không phép chép coppy tập lớn của bất kì nhóm Hình vẽ ghi tên ký hiệu hình đầy đủ Mỗi nhóm in nộp, in mặt giấy A4 Lớp trưởng tởng hợp file mềm các nhóm nộp cho GV 6- Thời gian nộp : Xem lịch thi qlcl Địa điểm nộp vấn đáp tầng 5-A7 LỜI NÓI ĐẦU Trong kinh tế quốc dân, lượng nhân tố tối quan trọng, có khả trì, động lực để phát triển sản xuất Trong đó, xăng dầu nguồn lượng thiếu các hoạt động sản xuất, giao thơng vận tải, góp phần to lớn vào phát triển kinh tế quốc dân Tự động hoá lĩnh vực hình thành phát triển rộng lớn phạm vi toàn giới, đem lại phần khơng nhỏ cho việc tạo các sản phẩm có chất lượng độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu sống Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá Đảng Nhà nước quan tâm đấu tư lớn, với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch kinh tế theo định hướng công nghiệp hoá - đại hoá đất nước.Khơng ngồi mục đích đó, việc ứng dụng tự động hóa vào việc khai thác, quản lý xuất nhập xăng dầu cần thiết Trên sở đó, chúng em chọn đề tài “ Tìm hiểu, phân tích, tính toán hệ thống đo lường cảm biến bến xuất xăng dầu ô tô ” Sau thời gian hướng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Đăng Hải các thầy cô môn Tự động hoá, báo cáo chúng em hoàn thiện Do thời gian đề tài ngắn khả hạn chế, chắc chắn báo cáo chúng em nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp thầy cô các bạn để báo cáo chúng em đuợc hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Mục lục Chương 1: Tổng quan hệ thống xuất xăng dầu tự động Giới thiệu chung hệ thớng tự đợng hóa bến xuất xăng dầu Giới thiệu tập đoàn xăng dầu Việt Nam Tiền thân Tập đoàn Xăng dầu Việt Nam Tổng công ty Xăng dầu mỡ thành lập theo Nghị định số 09/BTN ngày 12 tháng 01 năm 1956 Bộ Thương nghiệp Lĩnh vực kinh doanh Petrolimex xuất nhập kinh doanh xăng dầu, lọc - hóa dầu… Hoạt động lĩnh vực ngành nghề đặc thù, nặng nhọc, độc hại, đòi hỏi cao an tồn phòng chống cháy nở bảo vệ môi trường Trong nhiều năm qua, hệ thống các cơng trình xăng dầu Tập đồn Xăng dầu Việt Nam liên tục phát triển mở rộng theo định hướng quy mô đại hoá 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- đại hoá, nhằm nâng cao lực hoạt động tăng cường hệ số an tồn vận hành khai thác các cơng trình xăng dầu Việc ứng dụng các tiến kỹ thuật Petrolimex có vai trò đặc biệt quan trọng việc nâng cao hiệu sản xuất kinh doanh, đảm bảo an tồn tuyệt đối các cơng trình xăng dầu, góp phần giải khó khăn, ách tắc sản xuất kinh doanh, nâng cao suất lao động, cải thiện điều kiện làm việc môi trường lao động Các ứng dụng kỹ thuật giúp cho tập thể người lao động nhanh chóng vươn lên tiếp cận làm chủ cơng nghệ, tạo móng vững chắc cho Tập đoàn các đơn vị thành viên hội nhập, mở rộng hợptác với các bạn hàng dầu khí lớn giới Nhằm giảm thiểu các thao tác thủ công, nâng cao suất lao động văn minh thương mại, tăng cường cơng tác an tồn phòng chống cháy nở bảo vệ mơi trường các kho, cảng xăng dầu đồng thời tránh tác động chủ quan khâu xuất hàng các bến xuất xăng dầu, Petrolimex chủ trương áp dụng đồng hệ thống xuất hàng tự động các bến xuất xăng dầu bước tự động hoá, đại hoá công nghệ, đáp ứng tăng trưởng nhu cầu xăng dầu nước 1.1.1 1.1.2 Thời kỳ xuất nhập xăng dầu thủ công Xuất hàng cho cho xe xitéc phải dùng máy bơm qua hệ thống vòi ống mềm, công nhân đứng sàn thao tác cơng nhân đứng khu vực nhà bơm để đóng - mở van, hàng đầy đến cở téc người sàn thao tác báo hiệu, người đóng van lại Thời kỳ bộc lộ nhiều hạn chế, hai công nhân phối hợp không tốt dẫn đến cố tràn dầu Việc đo lường, giao nhận thủ cơng vậy có hiệu thấp, an tồn, khơng xác dễ gây tượng thừa, thiếu hàng lần xuất Do đó, thời gian khu vực bảo vệ ln phải bố trí vài thùng phi, xơ chứa để phận kiểm tra thực rút hoặc thêm hàng vào thấy thừa hoặc thiếu Công đoạn kéo dài gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao động tiềm ẩn nguy cháy nở an tồn Quá trình khai thác vận hành các bến xuất xăng dầu với phương pháp thủ công không đáp ứng nhu cầu cung ứng xăng dầu ngày cao toàn xã hội 1.1.3 Bến xuất xăng dầu tự động tích hợp truyền dẫn Bước sang thời kỳ tiếp theo, Công ty tiến hành đầu tư cải tạo thay hệ thống vòi ống mềm các cần xuất xăng dầu lắp đặt hệ thống khởi động - dừng máy bơm giàn xuất Với công nghệ này, xuất nhập xăng dầu bến xuất cần người vận hành Khi xe xitéc vào vị trí, công nhân vận hành ấn nút khởi động máy bơm để bơm hàng, hàng gần đầy đến mức đóng dần van cần xuất ấn nút dừng máy bơm Về bản, công nghệ khắc phục hạn chế các công nghệ trước, vẫn mang tính bán tự động chưa hiệu quả, suấtlao động thời gian cấp hàng Con số không ngừng tăng lên đòi hỏi lãnh đạo Tập đồn, lãnh đạo Cơng ty phải tiếp tục nghiên cứu cải tiến, ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật vào các bến xuất xăng dầu phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam Tập đồn Cơng ty định, thay sử dụng mức để đo lường, giao nhận hàng hoá sử dụng hệ thống lưu lượng kế kết hợp truyền dẫn số liệu từ các họng xuất xitéc đến nhà bơm phận nghiệp vụ phát hành hóa đơn… Sự kết hợp làm cho quá trình xuất hàng trở nên linh hoạt, thuận tiện xác Đồng thời phương thức đo lường, giao nhận thay đổi từ việc lấy xitéc làm dụng cụ đo lường, giao nhận chuyển sang sử dụng số liệu lưu lượng kế gắn các giàn xuất Quá trình Tập đồn Cơng ty Xăng dầu thử nghiệm, kiểm nghiệm, đánh giá tổng thể, kỹ lưỡng trước đưa vào áp dụng rộng rãi tòanngành Tích hợp thu thập liệu từ hệ thống lưu lượng kế; tính toán xử lý liệu điều khiển trung tâm; truy xuất liệu để điều khiển máy bơm xăng dầu van điện quá trình đồng khép kín tởng thể Cơng nghệ giải hạn chế trước đây, mà nâng cao độ xác suất cấp hàng Trước xuất xe hàng 15-16 (m ) trung bình phải khoảng 40-50( p h ú t / x e ) giảm xuống 20-25 ( p h ú t / x e ) Giờ đây, tồn quá trình cấp hàng từ lập đơn hàng, bơm rót hàng, hồn thiện thủ tục đơn hàng, cho phép phương tiện rời bến hệ thống tự động hoá thực mà khơng có can thiệp người vào các liệu ban đầu Nếu có vấn đề không đồng với liệu lập trình quá trình xuất hàng khơng thể hồn thiện được, vậy, khách hàng hồn tồn n tâm tính xác, tiện lợi minh bạch.Hệ thống đo lường các bến xuất các quan quản lý Nhà nước kiểm tra, kiểm định định kỳ độ xác cấp giấy chứng nhận theo quy định Việc bảo quản sử dụng các thiết bị tuân thủ nghiêm ngặt theo các quy trình nghiệp vụ kỹ tḥt Trong ngành cơng nghiệp nói chung, lĩnh vực xăng dầu nói riêng, tự động hoá, đại hoá quá trình cơng nghệ ln các động lực quan trọng, thúc đẩy công đổi mới, phát triển, tăng cường lực cạnh tranh các doanh nghiệp, các tập đoàn kinh tế, hỗ trợ cho quá trình hội nhập kinh tế quốc tế cải thiện môi trường làm việc người lao động Công nghệ tự động hoá bến xuất xăng dầu Tập đoàn xăng dầu Việt Nam đạt thành định, góp phần nâng cao suất lao động, tăng cường cơng tác an tồn, phòng chống cháy nở, bảo vệ mơi trường minh bạch hoá quá trình giao nhận Trong thời gian tới, Tập đoàn tiếp tục triển khai hoàn thiện chương trình tự động hoá hệ thống cửa hàng bán lẻ xăng dầu, dự án tự động hoá kho bể dự án quản trị nguồn lực ERP nhằm nâng cao khả quản trị toàn hệ thống Petrolimex Quy trình xuất hàng bến Tại phòng Phát hành hóa đơn cơng ty xăng dầu: Khách hàng tài xế đến đăng ký lấy hàng Phòng phát hành hóa đơn cơng ty Nhân viên Phòng phát hành hóa đơn đưa số liệu vào máy tính, sau phát hành lệnh xuất hàng cho các lái xe Tồn thơng tin (mã hợp đồng, mã khách, lượng, loại hàng, số mã xe/mã số người lái xe, v.v.) lưu máy chủ Cơng ty Tại phòng cổng vào/ra: Người lái xe cho xe Xi-téc xếp hàng vào cởng xuất trình lệnh xuất hàng dung tích hợp pháp 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 vào tính hợp pháp các giấy tờ trên, hướng dẫn lái xe đăng ký hoá đơn phương tiện đến nhận hàng theo thứ tự cho mặt hàng (tuân thủ quy định có lệnh xuất hàng trước lấy trước trừ trường hợp cố khác) Căn vào lệnh xuất hàng phương tiện đăng ký, nhân viên bảo vệ tiếp tục kiểm tra các điều kiện an toàn PCCC, chiều cao nhiên liệu chứa bể hướng dẫn lái xe đưa phương tiện vào vị trí nhận hàng đảm bảo liên tục, cân đối các họng xuất mặt hàng Tại Các đường xuất hàng cho xe Xi-téc: Khi xe Xi-téc vào đường xuất, nhân viên vận hành dàn xuất kiểm tra số lượng hàng xuất thứ tự ghi Lệnh xuất hàng với dung tích xe, kiểm tra độ kín, độ phương tiện, thao tác kiểm tra an toàn (đặt họng xuất vào miệng xe, lắp tiếp đất) Nhập mã số lệnh suất vào OP77A, reset đồng hồ số có chứng kiến lái xe, bấm nút Start đồng thời nhân viên vận hành mở van tay quá trình xuất bắt đầu Trong quá trình này, người nhân viên vận hành phải theo dõi số hình hiển thị đến đạt lượng hàng hệ thống tự động ngắt Người nhân viên vận hành khóa van tay đóng van tay, lái xe xác nhận số qua mức giấy kiểm định Khi kết thúc quá trình xuất hàng cho xe xi-téc, người tài xế với Lệnh xuất hàng nhận hóa đơn phòng quản lý xuất hàng, với đầy đủ thông tin yêu cầu Nhân viên cổng kiểm tra thực tế tiến hành đo lại mức xăng dầu ngăn xe so với mức lưỡi gà ghi thêm vào hóa đơn (ở phía sau hoá đơn) Kẹp chì niêm phong xe đồng thời ghi số hiệu chì vào mặt sau hoá đơn Cho phép xe xi téc khỏi kho Hệ thống cơng nghệ Hình 1.1: Hệ thống kho, bể, đường ống xuất nhập xăng dầu 10 Hình IV.5 Cơ cấu truyền động bánh Oval Chú thích : Driven Magnet:Trục nam châm Rotor: Bánh oval Hollow shaft: Trục truyền động rỗng Output Gear: Bánh truyền động ăn khớp Idler gear :Bánh dẫn động Transmission Gear: Bánh dẫn động 5.4 Mợt sớ loại cảm biến dùng hệ thớng A) Cảm biến đo mức dùng sóng âm (Cảm biến tiêm cân siêu năm mức biến phải âm) Cảm biến mức dùng sóng âm có mặt thị trường nhiều coi công nghệ đáng tin cậy dùng để đo thông qua thử thách khắc nghiệt công nghiệp Cảm siêu âm đo mức dạng đo không tiếp xúc giá dùng cho phần lớn các loại bình chứa dạng thẳng đứng Bộ truyền siêu âm hoạt động dựa việc gửi sóng âm, phát từ biến áp điện, đến bề mặt vật liệu cần đo Bộ truyền âm đo thời gian từ lúc gửi tín hiệu nhận tín hiệu phản hồi Thành cơng phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từ vật cần đo Những yếu tố khác : bụi, nước (chất lỏng) dày đặc; độ cản trở bình chứa, nhiễu loạn gây bề mặt; chất tạo bọt thậm chí độ gồ ghề hoặc góc tạo chùm sóng với bề mặt cần 24 đo góp phần tạo thơng tin khơng mong muốn tín hiệuphản hồi Điều cần thiết người sử dụng cần phải cân nhắc điều kiện hoạt động ảnh hưởng tới sóng âm phát Những yếu tố quan trọng khác cần ý dùng truyền âm gồm: - Sóng âm-điều kiện tiên phép đo sóng âm phải qua chất cần đo Thơng thường khơng khí, mơi trường chân không lại không phù hợp chân không, khơng có đủ số phân tử khí làm giảm khả truyền sóng - Điều kiện bề mặt-bọt hạt bụi bẩn bám bề mặt chất lỏng hấp thụ sóng âm làm cản trở sóng phản hồivềđầu phát - Góc tới góc phản xạ-sóng âm cần phát nhận theo đường thẳng, mặt phản xạ cần mặt phẳng Hình IV.6 Sơ đồ bố trí cảm biến siêu âm đo mức - Nhiệt độ hoạt động-những phần mà siêu âm gửi đến để đo thường làm nhựa với nhiệt độ cao cỡ 60°C Dĩ nhiên, việc thay đổi nhiệt độ làm phép đo mức chínhxác -Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường không tiếp xúc với áp suất quá cao; giá trị lớn loại cảm biến chịu 30psi(~2bar) - Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng), mơi trường đọng nước, tạp chất làm thay đởi tốc độ sóng âm qua mơi trường khơng khí ảnh hưởng lớn đến độ xác tín hiệu hồi đáp Để tránh sai số môi trường gây cần gắn cảm biến vào vị trí mơi trường dự đoán trước Lợi ích lớn cơng nghệ đo mức thơng qua mơi trường khí siêu âm, rada laze thiết bị đo không tiếp xúc với vật cần đo (hình IV.6) Chỉ có vài điểm tín hiệu cần tiếp xúc với 25 bề mặt chất cần đo nhằm tạo tín hiệu phản hồi cảm biến Điều giải thích chất lượng khơng khí bề mặt chất lỏng với cảm biến vấn đề chất lượng bề mặt chất lỏng (hoặc bình chứa) cần ln tính đến sản xuất lắp đặt cảm biến nhiễu loạn tín hiệu góp phần vào sai số phép đo Như vậy, cảm biến đo mức dùng siêu âm giải pháp phù hợp cho đối tượng với yêu cầu hình dạng, mơi trường ởn định biết trước Khi lắp đặt không quên phát siêu âm có hiệu cảm biến đón nhận tín hiệu phản hồi  Cảm biến siêu âm SFR05 a) Giới thiệu Hình IV.7.Cảm biến siên âm SFR05 Cảm biến siêu âm có nhiều loại, tùy thuộc theo cơng dụng để nhận biết vật khoảng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác điều kiện hoạt động khác mà người ta chế tạo các loại cảm biến siêu âm khác b) Cảm biến siêu âm nguyên tắc TOF ( Time Of Flight ) Sóng siêu âm truyền khơng khí với vận tốc khoảng 343(m/s) Nếu cảm biến phát sóng siêu âm thu sóng phản xạ đồng thời, đo khoảng thời gian từ lúc tới lúc thu về, máy tính xác định qng đường mà sóng di chuyển khơng gian Qng đường di chuyển sóng lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật tính theo nguyên lý TOF: 26 c) Tầm quét cảm biến siêu âm Cảm biến siêu âm mơ hình hóa thành hình quạt, các điểm dường khơng có chướng ngại vật, các điểm biên dường có chướng ngài vật nằm d) Thơng sốkỹ tḥt số loại cảm biến siêu âm SRF 27 Chú thích : *: Ước tính góc hình nón cảm biến ½ cảm biến **: Số vọng ghi lại cảm biến Đây tiếng vọng ghi từ đọc gần nhất, ghi đè lần khác A: Những cảm biến nhỏ điển hình ( SRF05/04) kích thước B: Phạm vi thời gian điều chỉnh xuống cách điều chỉnh C: Cảm biến bao gồm photocell mặt trước để phát ánh sáng D: Hoạt động tần số 235kHz cao e) Đặc tính kỹ thuật cảm biến siêu âm SFR05 28 SRF05 bước phát triển từ SRF04, thiết kế làm tăng tính linh hoạt, tăng phạm vi, ngồi giảm bớt chi phí SRF05 hồn tồn tương thích với SRF04 Khoảng cách tăng từ - 4m SRF05 cho phép sử dụng chân cho kích hoạt phản hồi ,do tiết kiệm giá trị chân điều khiển.Khi chân chế độ khơng kết nối, SRF05 hoạt động riêng biệt chân kích hoạt chân hồi tiếp SRF04.SRF05 bao gồm thời gian trễ trước xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hẳn điều khiển thời gian Stamps Picaxe để thực các xung lệnh B) Cảm biến nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng khơng liên quan đến điện Chúng ta phải chuyển đại lượng khác (như : điện trở, điện áp ) để phù hợp với các cấu điện tử Nhiệt độ từ môi trường cảm biến hấp thu, tùy theo cấu cảm biến biến đại lượng nhiệt thành đại lượng điện Trong hệ thống, họng xuất có cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ dòng xăng xuất ra, nhiệt độ tăng quá cao ( 60 C) cảnh báo cố cho nguời giám sát công nhân vận hành bến xuất, ngồi tính nhiệt độ trung bình nhằm quy đởi xác thể tích chuẩn 15 C Do dải nhiệt độ đo tuơng đuơng với nhiệt độ môi trường nên ta dùng cảm biến PT100 hợp lý PT100 xác, dễ sử dụng giá thành khá rẻ so với các loại cảm biến khác  Cảm biến nhiệt độ PT100 a) Giới thiệu Nhiệt kế điện trở Plantium cung cấp xác dải nhiệt độ rộng(từ -200˚Cđến 850˚C).Có nhiều loại cảm biến đạt tiêu chuẩn các nhà sản xuất khác chế tạo với các thông số kỹ 29 thuật khác bao bì khác để thích hợp với ứng dụng Khơng giống cặp nhiệt điện, khơng cần dùng cáp đặc biệt để kết nối đến cảm biến Hình IV.8 Cảm biến PT100 b) Thông số kỹ thuật  Hãng sản (Đức)  Kiểu xuất: nhiệt Siemens điện trở Platinum (Pt-100)  Điện trở 0 C 100 Ω  Hệ số nhiệt độ A = 0,00385  Khoảng đo từ ÷ 100 C  Độ xác ≤ 0.14 C Có thể mắc theo sơ đồ 2, hoặc dây c) Nguyên lý hoạt động  Là để đo lường điện trở plantium.Loại thông thường (PT100) điện trở 100 ohms tương ứng với nhiệt độ 0˚C 138 ohms 100˚C Cũng có cảm biến PT1000 mà điện trở 1000 ohms ˚C Mối quan hệ nhiệt độ điện trở xấp xỉ khoảng nhiệt độ Ví dụ, giả sử tuyến tính hóa nhiệt độ khoảng 0˚C đến 100˚C, sai số cho 50˚C 0,4˚C Để có nhiệt độ xác lọai kế nhiệt trở ln có hệ số tuyến tính riêng.Hệ số nhiệt độ phải tuân theo tiêu chuẩn quốc tế 90 (ITS-90).Sự tuyến tính hóa tự động phần mềm, tuyến tính hóa tính : R t = R * (1 + A* t + B*t + C*(t-100)* t3) Trong đó: R t điện trở nhiệt độ thời điểm t R điện trở nhiệt độ 0°C 30 A=3.916×10 - B=-5.775×10 - C=-4.183×10 - (200°C