Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 1
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐO VÀ TIN HỌC CÔNG NGHIỆP
*****

BÁO CÁO
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
LÒ HƠI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Giáo viên hƣớng dẫn:
ThS Nguyễn Tuấn Ninh
Sinh viên:
Võ Tá Hoàng
SHSV:
20093469
Lớp:
KSCLC - K54 - THCN HÀ NỘI 2013

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NỒI HƠI BẰNG PHẦN MỀM
FREELANCE 11
Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 2
3.1. Lập trình FBD 11
3.1.1. Các khối quan trọng trong chương trình 11
3.1.2. Lắp ghép các khối để có được chương trình điều khiển 13
3.2. Thiết kế giao diện Digivis 16
KẾT LUẬN 17
Tài liệu tham khảo 17

Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 3 MỞ ĐẦU

Ngày nay tự động hóa điều khiển rất được chú trọng trong công nghiệp, cải
thiện hiệu quả cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống điều khiển giám sát giúp
cho việc quản lý, giám sát và vận hành một hệ thống an toàn, đảm bảo chất lượng
đầu ra cũng như giảm chi phí. Trong môn học Hệ thống điều khiển và giám sát,
em đã được học các kiến thức về một hệ thống điều khiển giám sát trong công


1.1. Vị trí nồi hơi trong nhà máy nhiệt điện
Nồi hơi là một thiết bị giúp đưa nhiệt của quá trình đốt cháy cho nước đến
khi nước được đun nóng hoặc thành hơi. Nhiên liệu dùng để đốt trong nồi hơi là
dầu. Nước nóng hoặc hơi nước dưới tác động của áp suất sẽ truyền nhiệt sang một
quy trình khác. Khi nước được chuyển thành hơi, thể tích sẽ tăng lên khoảng 1600
lần, tạo ra một áp lực rất mạnh. Vì vậy nồi hơi cần phải được giám sát và điều
khiển một cách cẩn thận. Hơi nước trong nồi hơi với áp suất cao được sử dụng để
sinh công làm quay tua bin phát điện trong các nhà máy nhiệt điện.
Nồi hơi là thiết bị được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và cuộc sống,
ngoài sử dụng để làm quay tua bin trong nhà máy nhiệt điện, nồi hơi còn được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực khác như:
 Trong các xưởng giặt là của nhà máy may.
 Hệ thống nồi nấu rượu.
 Hệ thống bếp nấu ăn công nghiệp.
 Mạng lưới sưởi ấm trong các tòa nhà lớn, các khách sạn, nhà hàng.
 Hệ thống xông hơi, matxa. Hình 1.1: Sơ đồ về một nhà máy nhiệt điện
Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 5
1.2. Cấu tạo nồi hơi
Hệ thống nồi hơi bao gồm:
 Hệ thống nước cấp: cấp nước cho nồi hơi và tự động điều chỉnh nhằm đáp
ứng nhu cầu nồi hơi.
 Hệ thống hơi: thu gom và kiểm soát hơi do lò hơi sinh ra. Một hệ thống dẫn
hơi tới vị trí cần sử dụng.
 Hệ thống nhiên liệu: gồm các thiết bị tạo ra nhiệt đốt nòng lò hơi.

o Chức năng tự động điều chỉnh áp suất nồi hơi
o Chức năng tự động kiểm tra báo động và bảo vệ nồi hơi

2.1.1. Tự động cấp nƣớc nồi hơi
Nhờ chức năng tự động cấp nước mà mực nước trong nồi hơi luôn giữ ở
một mức độ nhất định, không xảy ra các sự cố như cháy nồi do mức nước trong
nồi hơi quá thấp hoặc bị tràn ra ngoài do mức nước trong nồi hơi quá cao. Để thực
hiện chức năng này cần dùng 2 bơm cấp nước (một bơm làm việc và một bơm dự
trữ). Mức nước trong nồi luôn được giữ ở mức h
min
< h < h
max
.

2.1.2. Tự động đốt lò
 Giai đoạn chuẩn bị đốt
Khi các điều kiện sau đảm bảo thì mới tiến hành đốt:
 Mức nước trong nồi hơi phải đảm bảo đủ do mạch tự động hay cấp nước
bằng tay thực hiên.
 Quạt gió phải đảm bảo không có sự cố
 Toàn bộ các phần tử trong hệ thống phải đảm bảo không có sự cố.
 Giai đoạn đốt
Giai đoạn này được thực hiện theo một chương trình định trước và được quyết
định bởi thiết bị chương trình. Các bước của quá trình đốt lò:
 Phát lệnh đốt : Bằng cách bật công tắc hoặc ấn nút điều khiển tự động để
cấp nguồn cho mạch phía sau, thiết bị chương trình hoạt động.
 Quạt thông gió khoảng 30 giây.
Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 7

 Mức nước trong nồi hơi giảm quá thấp so với h
min
, dẫn tới báo động và
dừng đốt lò.
 Mức nước trong nồi quá cao so với h
max
, báo động và khóa van cấp nước.
 Áp suất nồi hơi quá cao cũng dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
 Quạt gió có sự cố dẫn tới báo động và dừng đốt.
 Mất lửa dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
 Lò đốt không thành công dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
 Các thông số chỉ báo động mà không bảo vệ:
 Mức nước giảm hơi thấp.

Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 8
2.1.5. Thiết lập hệ thống các biến lệnh
Ta thiết lập hệ thống nồi hơi đốt dầu với các biến lệnh dùng trong quá trình
điều khiển:
 Sử dụng biến lệnh đóng mở van để điểu khiển mực nước trong nồi.
 Sử dụng biến lệnh điện áp đặt lên điện trở vào trong lò để điều khiển nhiệt
độ lò.

2.2. Tính toán lựa chọn thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển nồi hơi

 Các thông số trong hệ thống nồi hơi
2.2.1. DI (Digital Input) ON/OFF
o Tín hiệu có lửa hay không có lửa nhằm kiểm tra xem đánh lửa thành công
không.

1×DC732

1×AI723F
Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 9

2.3. Thiết lập hệ thống các biến quá trình
o Áp suất trong lò
o Mực nước trong lò.
Với hệ thống nồi hơi như mô tả, ta thiết lập bộ điều khiển mực nước và áp
suất trong nồi hơi khi nồi đang hoạt động ở chế độ bình thường, đảm bảo mực
nước và áp suất trong nồi hơi luôn ổn định trong giới hạn cho phép ( mặc định nồi
hơi đã hoàn thành quá trình khởi động và đang hoạt động bình thương):
 1 m <= h < = 2,5 m
 8 bar <= P <= 10 bar
Với giả thiết trên ta thiết kế bộ điểu khiển với 2 tín hiệu vào là mực nước và
áp suất trong nồi, tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển là góc mở van và điện áp đặt
lên điện trở sấy.
2.4. Quy trình hoạt động của hệ thống nồi hơi
 Đặc điểm của nồi hơi
Nồi hơi có thể tích 25 m
3
, chiều cao 3 m
 Quy trình hoạt động và ý tƣởng thiết kế
Trong đề tài này chỉ nghiên cứu về giai đoạn điều khiển mức nước bơm vào
bình và áp suất hơi trong bình, bỏ qua các giai đoạn đốt cháy dầu, quạt gió,… Coi
như các giai đoạn đó được thực hiện thành công. Trong bài em có mô phỏng để
kiểm tra xem có lửa trong lò hay không, để đảm bảo an toàn trong lúc vận hành,
nếu không có lửa thì phải tắt ngay cung cấp dầu tránh phun dầu vào mà không

không thuộc trường hợp trên thì đèn báo màu vàng và thông báo “Hệ thống quá
tải”.
- Mực nước ở trong khoảng 100 cm đến 250 cm và áp suất trong mức cho
phép 8 bar < P < 10 bar thì đèn báo màu xanh kèm thông báo “Hệ thống ổn định”.
Khi áp suất quá cao thì hệ thống cũng tự động ngừng phun dầu và tắt lửa.

2.5. Xây dựng luật hợp thành để thiết kế mạch logic

 Với bộ điều khiển mực nƣớc:
1) Nếu h > h
max
thì van đóng
2) Nếu h < h
min
thì van mở
3) Nếu h
min
< h < h
max
mà van đang đóng thì tiếp tục đóng cho đến khi h< h
min
,
đang mở thì tiếp tục mở cho đến khi h > h
max
.

 Với bộ điều khiển áp suất:
1) Nếu P > P
max
thì điện áp là 0, tắt lửa đốt lò.

trong lò hơi.

Hình 3.2: Khối CSTRE

 Khối bộ đếm Analog CT_ANA (Block → Analog → Counter with
analog input): Cộng dồn các giá trị đầu vào IN và đưa ra tại CTC. Nhờ đó dùng
để đo mức nước trong bình hoặc mức áp suất hiện thời.

Hình 3.3: Khối Analog CT_ANA

 Phần tử MUX (Block → Standard → Switcher → MUX ): để chọn 1
trong nhiều luồng dữ liệu. Ở đây dùng để chọn tăng dòng chảy hoặc giảm mức
nước và để chọn tăng giảm áp suất.
Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 12

Hình 3.4: Phần tử MUX

 Khối Flip Flop (Block → Standard → Switcher →Flip flop ): để đảo giá
trị chọn luồng trong phần tử MUX khi mực nước tăng quá cao h > h
max
hoặc mực
nước giảm quá thấp h < h
min
Hình 3.5: Khối Flip flop


Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 14
Hình 3.8.d: Sơ đồ lập trình FBD tạo ngọn lửa tự động
Hình 3.8.e: Sơ đồ lập trình FBD tạo tín hiệu cảnh báo Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 15

Hình 3.8.f: Sơ đồ lập trình FBD tạo khóa vòi nước tự động
Hình 3.8.g: Sơ đồ lập trình FBD tạo nút điều chỉnh chế độ Auto/Manual Hình 3.8.h: Sơ đồ lập trình FBD tạo lửa lò nung
Hệ thống điều khiển giám sát lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

Võ Tá Hoàng – 20093469 – Tin học công nghiệp – KSCLC – K54 Page 16

3.2. Thiết kế giao diện Digivis
Để quan sát và điều khiển hệ thống lò hơi, ta thiết kế một giao diện đồ họa trực
quan như sau:

thuật đo và tin học công nghiệp, em đã tìm hiểu thêm để hoàn thành bài tập lớn
này. Qua đây, em hiểu hơn về quy trình hoạt động của lò hơi trong nhà máy nhiệt
điện nói riêng và quy trình công nghiệp nói chung. Phần nào biết cách thiết kế một
hệ thống điều khiển giám sát theo cách tối ưu nhất và biết sử dụng phần mềm
Freelance của hàng ABB.
Em xin chân thành cảm ơn! Tài liệu tham khảo

[1]. ThS. Nguyễn Tuấn Ninh, Bài giảng Hệ thống điều khiển, giám sát.
[2]. Tài liệu hướng dẫn lập trình bằng phần mềm Freelance của hãng ABB.
[3]. Prof. Dr. H. Kirrmann, SCADA Operator Interface interface homme
machine.
[4]. Một số tài liệu khác trên internet.