Bài viết đưa ra giải pháp kỹ thuật để thực hiện hiển thi liên tục mức chất lỏng trong bồn bể công nghiệp trên màn hình điều khiển và giám sát mà không cần sử dụng cảm biến mức chất lỏng với tín hiệu ra “Analog” 4-20mA.

Qua thực tế giảng dậy, nghiên cứu và công tác thiết kế, xây lắp các công trình công nghiệp có sử dụng Hệ thống SCADA. Người viết bài nhận thấy:
- Các học viên ngành Tự động hóa thường rất bối rối trong học tập và làm luận án có liên quan đến mô phỏng mức chất lỏng trong bồn bể trên màn hình điều khiển – giám sát khi sử dụng S7 và WinCC;
- Các hệ thống bồn bể thực tế trong công nghiệp: khi cần giám sát liên tục mức chất lỏng trong đó, thường được các nhà thiết kế sử dụng các cảm biến điện cực để đo mức chất lỏng. Với những bồn bể công nghiệp có kích thước lớn và chất lỏng trong đó có tính hóa lý cao thì việc sử dụng loại cảm biến này tương đối phức tạp trong lắp, kết nối, lập trình,  mô phỏng và độ bền sử dụng. Ngoài ra, giá thành lại cao, bảo dưỡng, bảo trì,… khó khăn.
Một trong những giải pháp kỹ thuật để khắc phục phần nào hai vấn đề trên là đo và hiển thị mức chất lỏng trong bồn bể công nghiệp bằng phương pháp gián tiếp. Phương pháp này dựa trên các yếu tố sau:
- Bất kỳ bồn bể công nghiệp chứa chất lỏng đều phải có cảm biến mức ở cận trên/dưới (đầy-H; quá đầy-HH; cạn-L; quá cạn-LL) để tạo các tín hiệu: khởi động, dừng bình thường, dừng khẩn cấp,… cho hệ thống các bơm hoặc van. Thông thường, các cảm biến được dùng là loại đơn giản kiểu công tắc. Việc dùng bao nhiêu cảm biến mức nêu trên là tùy theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể của từng hệ thống;
- Thời gian cho việc bơm đầy bồn bể (từ mức “L” đến mức “H”) và tháo cạn bồn bể theo công suất bơm (lưu lượng) hoặc Van điện là hoàn toàn đo đếm được;
- PLC và WinCC có đủ các tính năng, thuộc tính cho người thiết kế sử dụng để lập trình tạo các “Network” đáp ứng yêu cầu hiển thị liên tục mức chất lỏng dưới dạng số thập phân và độ cao mảng màu trong cửa sổ hiển thị của bồn bể trên WinCC-Runtime.
Trong quá trình thiết kế hệ thống SCADA hiện nay, phổ biến là người thiết kế sử dụng S7 và WinnCC của Siemens để thiết lập cấu hình, lập trình và mô phỏng. Với bồn bể (Tanks) có thuộc tính động gán Tag để hiển thị thì trong “Library\PlantElements\Tanks” của Siemens chỉ có 4 dạng như hình 1.

Dựa trên các yếu tố như đã nêu, hoàn toàn có thể lập trình, tạo “Tags” để thực hiện việc hiển thị tức thời mức chất lỏng trong bồn bể theo cấu trúc như hình 2.

Trong đó:
- Tín hiệu kích hoạt, nên sử dụng các “Cờ” có liên quan đến Khởi động động cơ bơm hoặc liên quan đến Mở van;
- Tín hiệu dừng, nên sử dụng các “Cờ” có liên quan đến sự đóng-cắt các cặp tiếp điểm của cảm biến mức. Có thể tùy chọn các mức Cao (H), quá Cao (HH), Thấp (L) hoặc quá Thấp (LL) theo từng yêu cầu cụ thể thực tế;
- Khối tạo xung đếm lên (Up) và khối tạo xung đếm xuống (Down) được tạo ra trong chương trình Điều khiển – Giám sát của PLC. Chu kỳ xung được tính trong quá trình lập trình dựa trên thể tích bồn bể, lưu lượng chất lỏng được đưa vào và đưa ra bồn hoặc bể. Sau đó, phải hiệu chỉnh trong thực tế. Để tạo ra các mạch tạo xung đếm lên và đếm xuống, cần sử dụng các “Timer” có sẵn trong LAD/STL/FBD -… của SIMATIC Manager;
Các “Network” thể hiện kích hoạt, dừng và tạo Cờ xung đếm Lên/Xuống được ví dụ như hình 3.

- Khối đếm Lên/Xuống (Up/Down) được tạo ra bằng cách sử dụng các “Counter” có sẵn trong LAD/STL/FBD -… của SIMATIC Manager. “Network” của khối này như hình 4.

Sau khi lập trình xong, tiến hành mô phỏng bởi S7-PLCSIM-… để kiểm tra sự hiển thị mức chất lỏng bằng số thập phân trên các C và độ chính xác của việc tính sơ bộ chu kỳ xung đếm Lên/Xuống.
Việc thiết kế mô hình, tạo và gán “ Tags” cho các đối tượng đã có nhiều tài liệu mô tả chi tiết nên không cần đề câp ở bài viết này. Chỉ lưu ý, cần phải gán “Tags” cho cả I/O Field và bồn bể đã chọn để việc hiển thị được sinh động (cả số thập phân và mực chất lỏng Lên/Xuống trên cửa sổ bồn bể).
Việc dùng giải pháp nêu trên rất thích hợp trong thực tế và học tập, nghiên cứu với chỉ một Laptop. Hình ảnh sinh động và độ chính xác tương đối cao của việc hiển thị liên tục mức chất lỏng trong bồn bể công nghiệp được minh họa bởi hình ảnh của trang WinCC-Runtime cho một dây chuyền sản xuất công nghiệp-Hình 5.