nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống giám sát và điểu khiển từ xa hệ thống bom nước trong công nghiệp

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP2.1.. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP Bướ

Trang 1

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Trần Hồng Hà

Thực hiện đề tài: Ngô Đức Đại Nguyễn Tiến Lợi Đặng Văn Nhân

MCN

Trang 3

Mở đầu

Như chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa Vì thế, tự động hóa đóng vai trò quan trọng, tự động hóa giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất Để có thể thực hiện tự động hóa sản xuất, bên cạnh các thiết bị cơ khí hay điện, các dây chuyển sản xuất, …v.v, cũng cần có các bộ điều khiển để điều khiển chúng Trong các thiết bị hiện đại đưa vào các dây chuyền sản xuất tự động đó không thể không kể đến biến tần và bộ điều khiển khả lập trình PLC.

Dây chuyền sản xuất tự động Mô hình sử dụng PLC, biến tần

Trang 4

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về các loại bơm nước

1.1.1 Khái niệm về hệ thống trạm bơm

Hệ thống công trình trạm bơm là tổ hợp các công trình thủy công và các trang thiết bị cơ điện…Nhằm đảm lấy nước từ nguồn nước,vận chuyển

và bơm nước đến nơi sử dụng hoặc cần tiêu nước thừa ra nơi khác

Hệ thống bơm trong thực tế

Hình 1.2 Hệ thống bơm trong thực tế

Trang 5

Máy bơm nước được sử dụng trong hệ thống bơm nước trong công nghiệp

là bơm ly tâm

Trang 6

1.2 Giới thiệu về biến tần

1.2.1 Khái niệm biến tần

Có thể hiểu đơn giản, biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.

1.2.2 Cấu tạo của biến tần

Trang 7

1.3 Giới thiệu về PLC.

1.3.1 Giới thiệu chung

PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập

trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm.

Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.

1.3.2 Cấu trúc đơn giản của PLC

Trang 8

Chương 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP

2.1 Giới thiệu phần mềm S7-1200

Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC s7-1200 cùng với phần mềm lập

trình Tia Portal V10.5 tích hợp sẵn Step 7 Basic, lập trình cho PLC S7-1200 và Wincc Basic lập trình cho dòng màn hình KTP

Từ khi Siemens cho ra đời phần mềm lập trình Tia Portal V10.5 đến

nay, Siemens không ngừng cải thiện và nâng cấp phần mềm từ Tia Portal V10.5 lên tới Tia Portal V13 Hiện nay, phần mềm Tia Portal không chỉ lập trình cho các bộ Controller mà còn có thể thiết kế giáo diện HMI, SCADA và cấu hình cho Driver của Siemens.

2.2 Tiến hành lập trình PLC để điều khiển bơm bằng TIA V14 Portal 1200

S7-2.2.1 Tạo project mới với chế độ cấu hình chuẩn

Người dùng phải đọc mã CPU, các modul mở… để có thể khai báo cho đúng.

Các bước thực hiện:

Bước 1 : Khởi động chương trình TIA Portal - Start – Create New Project

để bắt đầu quá trình khởi tạo project mới

Bước 2 : Lựa chọn cấu hình CPU cho project

Trang 9

Chương 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP

Bước 3 : Chọn lựa, bổ sung những module cần thiết theo cấu hình phần

cứng của hệ thống: Device configuration – Device view – Hardware catalog,

ở đây người dùng sẽ lựa chọn những module cần thiết và kéo/nhả đưa vào Rail của PLC.

Bước 4 : Thêm các modul phần cứng dùng trong hệ thông giám sát:

Lựa chọn phần cứng giám sát qua màn hình HMI: Trong đề tài, nhóm em sử dụng màn hình HMI của SIEMENS

- Lựa chọn phần cứng giám sát trực tiếp trên máy tính: Trong đề tài, nhóm

em sử dụng phần mềm WINCC của SIEMENS

Bước 5 : Sau khi khai báo xong cấu hình phần cứng cho CPU và các module

mở rộng, module chức năng Chọn biểu tượng “Save project” góc trái màn hình trên thanh công cụ để lưu trữ thông tin phần cứng đã khai báo trong project.

Trang 10

Chương 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP

2.2.2 Tiến hành viết chương trình:

Bước 1: Tạo bảng giá trị tag cần sử dụng trong các network lập trình

Các quy định kí hiệu của SIEMEN:

Biến “I”: Biến ngõ vào (input) trên PLC, nhận tín hiệu điện 24V DC

(I0.0-I0.7)

Biến “M”: Biến nhớ trong PLC

Biến “Q”: Biến ngõ ra (output) trên PLC, xuất tín hiệu điện 24V DC Q0.5)

(Q0.0-Hình 2.5 Bảng các biến Tag trong chương trình

Trang 11

Bước 2: Mở giao diện lập trình ứng dụng đề viết chương trình điều khiển PLC: Project tree – Devices – PLC – Program blocks – Main (OB1) để bắt đầu lập trình ứng dụng theo yêu cầu

Mỗi network tương ứng với 1 hoặc nhiều tín hiệu, tham số, chương trình đầu vào (input) để tạo ra tín hiệu đầu ra (output) thỏa mãn

Network 1: Lập trình chế độ điều khiển bằng tay trên màn hình HMI

Hình 2.7 Network 1: Điều khiển bằng tay

Trang 12

Network 2: Lập trình chế độ điều khiển tự

động, bằng tín hiệu phao nước

Hình 2.8 Network 2: Điều khiển tự động

- Network 3: Lập trình tín hiệu điều khển

bơm

Hình 2.9 Network 3: Điều khiển bơm

Trang 13

Bước 3: Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển trên màn hình HMI

Sau khi đã chọn được cấu hình chuẩn của màn hình HMI, tiến hành kết nối màn hình HMI và PLC đã chọn với PLC và cài đặt thông số hiển thị cho màn hình:

Sau khi hoàn tất cài đặt, tiến hành lập trình cho màn hình

Sử dụng các biến Tag và các Options để tạo các nút nhấn, hình ảnh chạy theo

nguyên lí của chương trình PLC đã lập ở trên.

Hình 2.11 Thiết lập giao diện HMI

Trang 14

Bước 4: Thiết kế hệ thông điều khiển trên máy tính qua phần mềm WINCC tích hợp trong

bộ phần mềm lập trình TIA PORTAL của SIEMENS.

Cấu trúc các bảng, nút và nguyên tắc hoạt động giống với phần màn hình HMI đã trình

bày ở bên dưới.

Tiến hành mô phỏng trên máy tính, kiểm tra lỗi nếu có và sửa lỗi.

Hình 2.12 Thiết lập giao diện WINCC

Chương 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM

SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP

Trang 15

2.2.3 Cài đặt thông số, chế độ làm việc cho biến tần

Các bước cài đặt thông số biến tần

Bước 1 : Khai báo thông số bơm ( bơm 1 pha đã tháo bỏ tụ )

Thực hiện cài lần lượt các thông số như sau:

Bước 2 : Cài đặt chế độ chạy đa cấp độ cho biến tần, với cổng nhận tín hiệu S2, S3, S4 lần lượt từ Q0.0, Q0.1, Q0.2 trên PLC

Hoàn thành cài đặt biến tần chạy đa cấp tốc độ.

2.2.4 Tiến hành liên kết các chương trình và tải xuống thiết bi.

Kết nối giữa các thiết bị phần cứng qua qua giao thức truyền thông Profinet (LAN) Tiến hành dịch lại toàn bộ chương trình, kiểm tra các cảnh báo, sửa lỗi nếu có, sau đó tải chương trình xuống phần cứng thiết bị ( bao gồm PLC và màn hình HMI)

Trang 16

Chương 3 : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC

3.1 Sơ đồ lập trình khối

Mục đích: Điều khiển mức nước và lưu lượng

Trang 17

Chương 3 : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU

KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC

3.2 Các bộ phận dung trong mô hình thực nghiệm

Hình 3.7 Màn hình HMI

Hình 3.6 PLC và các rơle trung gian Hình 3.1 Nguồn 24V OMRON

3.2.1 Bộ phận điều khiển

Trang 18

3.2.2 Bộ phận điều chỉnh

Biến tần dùng trong mô hình

Hình 3.8 Biến tần INVT Solar Pumping Inverter

Tính năng của biến tần.

Hỗ trợ bơm 1 pha và 3 pha (220V).

Tăng hiệu suất 99% MPPT bằng thuật toán điều khiển nâng cao.

Giảm chi phí cho bảng PV (Tối đa 8 miếng) với Mô-đun Boost tích hợp.

Hỗ trợ Mô-đun GPRS để điều khiển, kiểm soát từ xa bằng cách sử dụng APP.

Đạt chuẩn kháng nước IP65 và thiết kế không quạt, với các ưu điểm cài đặt thuận tiện và bảo trì dễ dàng.

Tích hợp nhiều chức năng bảo vệ để kéo dài tuổi thọ, như bảo vệ quá áp, cảnh báo ngược cực PV, tự động chống lại quá nhiệt độ…

Trang 19

Sơ đồ bố trí các cổng kết nối Ký hiệu Tên thiết bị Cổng kết nối

1 L

1 Thiết bị đầu vào AC 2 N

3 PE

2 Thiết bị đầu vào PV- - DC INPUT

3 Thiết bị đầu vào PV+ + DC INPUT

Trang 20

 Máy bơm được sử dụng trong mô hình

Trang 21

3.5 Thử nghiệm hệ thống

3.5.1 Nguyên lí hoạt động của hệ thống

Khi bắt đầu, mức nước trong bể chứa nằm dưới mức 1( mức thấp nhất), cả 3 phao đều trong trạng thái đóng, PLC nhận tín hiệu từ phao, điều chỉnh biến tần giúp bơm chạy với tần số cao nhất (50Hz) nhằm cung cấp lượng nước vào bể nhanh nhất, phục vụ nhu cầu sử dụng.

Khi mức nước dâng lên trên mức 1, phao 1 ngắt điện, hệ thống vẫn bơm với tần số 50Hz

Khi mực nước dâng lên trên mức 2, phao 1 và phao 2 ngắt điện, tín hiệu phao báo về PLC, PLC điều chỉnh biến tần giúp bơm chạy với tần số nhỏ hơn (30Hz) nhằm tránh quá tải cho bơm do hoạt động với cường độ cao trong thời gian dài.

Mức nước dâng lên trên phao 3, lúc này bể đầy, cả 3 phao cùng ngắt điện, hệ thống dừng bơm, khi nước giảm dần trong bể cho quá trình sử dụng, bơm vẫn trong trạng thái dừng và sẽ hoạt động lại chu trình như trên khi mức nước xuống dưới mức 1, điều này tạo khoảng an toàn mực nước, chánh cho bơm phải bật tắt nhiều lần cũng như quá tải.

Trang 22

Trạng thái 2: Khi mực nước dâng lên mức 2, phao

1 và 2 ngắt điện, chỉ còn đèn I0.3 sáng T

r ạ n g

t h á i

3 :

K h i

m ự c

n ư ớ c

d â n g

l ê n

m ứ c

3 ,

b ể

l ú c

n à y

đ ã

đ ầ y ,

c ả 3

p h a o

n g ắ t

t í n

h i ệ u ,

đ è n

b á o

d ừ n g

b ơ m

Trang 23

 Thử nghiệm chế độ làm việc bằng tay (MANUAL) trên màn

hình HMI

o Đầu tiên, bật nguồn cho hệ thống trên màn HMI hoặc màn hình giám sát WIN CC

trên máy tính, sau đó chọn chế độ điều khiển bằng tay (MANUAL), chúng ta có thể

tự do bật/tắt bơm, chọn tần số 30Hz/50Hz tùy theo ý muốn người sử dụng Tuy vậy để đảm bảo cho yếu tố an toàn, chánh ngập hoặc tràn bể, bơm chỉ hoạt động khi mức nước dưới mức 3 (mức tối đa của bể), khi bể đã đạt mức 3 (bể đang đầy), bơm sẽ mất tác dụng, đây không phải là lỗi.

Màn hình WIN CC Tần số bơm 50Hz Màn hình HMI Tần số bơm 30Hz

 Hoàn tất thử nghiệm mô hình điều khiển, giám sát hệ thống trạm bơm

Kết luận về mô hình: Mô hình hoạt động chính xác theo thiết kế, lập trình, có tính ổn định cao.

Trang 24

Kết luận

Sau khi hoàn thành quá trình nghiên cứu và thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bơm, chúng em đã thu được những kết quả như sau:

 Hiểu được các khái niệm, đặc điểm, phân loại, ứng dụng của các thành phần như:

máy bơm, PLC, biến tần, màn hình điều khiển HMI.

 Đã tìm hiểu, thiết kế, viết chương trình và lắp đặt thành công mô hình trạm bơm

nước.

 Mô hình “ Hệ thống giám sát và điều khiển bơm” hoạt động chính xác, ổn định, có

tính ứng dụng cao trong đời sống sinh hoạt, công nghiệp, phù hợp làm mô hình học tập, giảng dạy trong nhà trường.

Trang 25

LOGO MCN

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	2,16 MB