Cải thiện đo lường trong nhà máy đường bằng cảm biến công nghiệp

Công nghệ cảm biến đã có nhiều thay đổi lớn trong lĩnh vực điều khiển quy trình, đặc biệt là sự tồn tại của các hệ thống khí nén, mặc dù điều khiển kỹ thuật số đã phát triển mạnh mẽ.

Nhờ có cảm biến thông minh tích hợp với hệ thống chẩn đoán, các van điều khiển khí nén được cải thiện, giúp chúng cạnh tranh tốt hơn với các van điều khiển điện, vốn có khả năng truyền thông tin vượt trội.

Kỹ sư đánh giá cao việc các bộ định vị thông minh giúp cải thiện hiệu suất và dễ dàng bảo trì van khí nén, mang lại lợi ích tiết kiệm chi phí và thuận tiện cho việc quản lý nội bộ. Điều này cho thấy vai trò quan trọng của các công cụ chẩn đoán trong việc giữ cho những công nghệ cũ nhưng vẫn hoạt động tốt.

Những kỹ sư gặp khó khăn với cảm biến trong các môi trường công nghiệp phức tạp sẽ tìm thấy giải pháp thiết thực như tự động hóa các hệ thống nghiền mía và hệ thống đổ mía. Các cấu hình cảm biến mới, như đầu dò nút bấm và công tắc từ, đã giúp khắc phục những vấn đề như đo độ dẫn điện không ổn định và hỏng hóc của công tắc cơ học.

Một kỹ sư chia sẻ trên tạp chí Control Design rằng, anh bắt đầu sự nghiệp trong lĩnh vực thiết bị đo lường từ những năm 1960, khi mà công nghệ khí nén đang rất phổ biến. Sau đó, anh trải qua thời kỳ của công nghệ tương tự (4-20 mA) và cuối cùng là bước vào kỷ nguyên kỹ thuật số. Thật may mắn khi được chứng kiến những thay đổi lớn lao này trong ngành công nghiệp, nhờ đó mà anh có thể nuôi sống gia đình

Nói về khí nén và công nghệ đang phát triển áp dụng cho các van điều khiển quy trình 20-100 kPa, không thể không ngưỡng mộ cách mà các cảm biến thông minh kết hợp với các hệ thống chẩn đoán hiện đại đã giúp những van này vẫn giữ được vị trí trên thị trường. Nếu không có điều này, các van điều khiển bằng điện với khả năng truyền thông tốt hơn có lẽ đã chiếm phần lớn thị trường.

So với các van điện, các hệ thống khí nén đơn giản hơn, dễ bảo trì và hiệu chỉnh tại chỗ, không cần sự can thiệp từ các công ty dịch vụ chuyên biệt. Được trang bị bộ định vị thông minh, cung cấp chẩn đoán bảo trì toàn diện, các van khí nén đã giúp nhiều công ty tiết kiệm chi phí.

"Tôi từng lái xe 300 dặm chỉ để sửa một van điều khiển bị lỗi cho một công ty không có đội ngũ nhân viên đo lường. Tất cả những gì tôi làm chỉ là gắn lại cánh tay phản hồi của bộ định vị vào thân van, giúp hệ thống cấp nước cho nồi hơi hoạt động trở lại. Việc sửa chữa mất chưa đầy 10 phút và người quản lý kỹ thuật của công ty không thể tin rằng giải pháp của tôi đã giải quyết được vấn đề" - anh kỹ sư chia sẻ.

Cũng theo anh kỹ sư, đến năm 1979, khi anh được mời làm kỹ sư đo lường tại một nhà máy đường, các thách thức đó đã tăng lên đáng kể trong hoạt động hàng ngày của nhà máy.

Anh phải đối mặt với một nhà máy cũ kỹ đang rất cần tự động hóa và trong 13 năm đầu tiên ở đó, anh đã từng bước lắp đặt các thiết bị đo lường và điều khiển tương tự hiện đại nhất lúc bấy giờ trên toàn bộ nhà máy.

Một trong những thách thức lớn nhất là việc đo lường và điều khiển hệ thống nghiền mía nhiều tầng chạy bằng tuabin hơi nước. Mía nghiền nhỏ được đưa vào các máng và mức độ mía trong máng cần phải kiểm soát tốc độ của các tuabin. Giải pháp cũ không hiệu quả vì việc đo độ dẫn điện của mía trong máng để xác định chiều cao của nó không đáng tin cậy, gây ra tình trạng cấp liệu thiếu hoặc thừa. Giải pháp anh đưa ra là sử dụng một dải tham chiếu rắn, gắn dọc trên một tấm Perspex, đặt một loạt các đầu dò nút bấm ở một bên của máng và một loạt điện cực được gắn ở phía bên kia.

Hệ thống này đã hoạt động ở một mức độ nhất định, nhưng gặp khó khăn do các tín hiệu bị gián đoạn bởi các túi khí trong khối mía. Anh đã tìm ra giải pháp tối ưu là tích hợp phản hồi tích cực vào hệ thống cổng logic để khi tín hiệu được phát hiện, nó sẽ giữ nguyên trạng thái. Loạt điện cực này cung cấp đầu ra từ 4-20 mA cho bộ điều khiển tốc độ tuabin. Hệ thống này hoạt động hoàn toàn hiệu quả.

Vấn đề lớn thứ hai liên quan đến cảm biến là hệ thống tự động đổ mía, trong đó các xe mía nhỏ được đẩy bằng thủy lực vào một cơ cấu nghiêng quay 270°. Tất cả các cảm biến vị trí sử dụng trong quy trình để định vị xe, khóa nó lại, quay và sau đó mở khóa đều là loại cơ học đơn giản.

Những thiết bị này gặp rất nhiều hỏng hóc do tính chất khắc nghiệt của ứng dụng, khi những cây mía dài chạm vào các công tắc, làm hỏng chúng. Anh đã tìm ra giải pháp đơn giản bằng cách lắp một loạt công tắc từ rất bền. Dây cáp được nối cố định, ngăn chặn nước xâm nhập.

Trước đây, vào những năm 1970, việc theo dõi mực nước trong các nồi hơi của các nhà máy rất vất vả. Những chiếc ống thủy tinh dùng để đo mực nước này thường được lắp đặt ở vị trí cao, khó nhìn thấy. Để tiện theo dõi, người ta phải thả dây xuống để đọc mực nước. Tuy nhiên, cách làm này vẫn còn nhiều bất tiện vì không thể quan sát được tất cả các nồi hơi cùng một lúc.

Để giải quyết vấn đề này, người ta đã nghĩ ra cách lắp đặt camera để quan sát các ống thủy tinh này. Hình ảnh từ các camera sẽ được hiển thị trên một màn hình, giúp người vận hành dễ dàng theo dõi mực nước của nhiều nồi hơi cùng một lúc. Đây là một giải pháp rất hữu ích và được đánh giá cao vào thời điểm đó.

Minh Thành (Theo control design)