Thông tin tài liệu
LOGO MCN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM 2018-2019 NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỂU KHIỂN TỪ XA HỆ THỐNG BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Trần Hồng Hà Thực đề tài: Ngô Đức Đại Nguyễn Tiến Lợi Đặng Văn Nhân Nội dung Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP Chương 3: THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC Kết luận Tài liệu tham khảo Mở đầu Dây chuyền sản xuất tự động Mơ hình sử dụng PLC, biến tần Như biết, nước ta q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa Vì thế, tự động hóa đóng vai trị quan trọng, tự động hóa giúp tăng suất, tăng độ xác tăng hiệu q trình sản xuất Để thực tự động hóa sản xuất, bên cạnh thiết bị khí hay điện, dây chuyển sản xuất, …v.v, cần có điều khiển để điều khiển chúng Trong thiết bị đại đưa vào dây chuyền sản xuất tự động khơng thể khơng kể đến biến tần điều khiển khả lập trình PLC Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung loại bơm nước 1.1.1 Khái niệm hệ thống trạm bơm Hệ thống cơng trình trạm bơm tổ hợp cơng trình thủy cơng trang thiết bị điện…Nhằm đảm lấy nước từ nguồn nước,vận chuyển bơm nước đến nơi sử dụng cần tiêu nước thừa nơi khác Hệ thống bơm thực tế Hình 1.2 Hệ thống bơm thực tế Chương TỔNG QUAN 1.2 Máy bơm nước Máy bơm nước sử dụng hệ thống bơm nước công nghiệp bơm ly tâm Máy bơm nước: Bơm ly tâm Cấu trúc bơm Rọ lọc rác Lưỡi gà Ống hút Bánh xe công tác Lỗ mồi nước Ống đẩy Chương TỔNG QUAN 1.2 Giới thiệu biến tần 1.2.1 Khái niệm biến tần Có thể hiểu đơn giản, biến tần thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều tần số thành dòng điện xoay chiều tần số khác điều chỉnh 1.2.2 Cấu tạo biến tần Bộ lọc Chỉnh lưu Bộ lọc DC Nghịch lưu Động Chương TỔNG QUAN 1.3 Giới thiệu PLC 1.3.1 Giới thiệu chung PLC viết tắt Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực linh hoạt giải pháp điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình 1.3.2 Cấu trúc đơn giản PLC Chương TÍNH TỐN 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 với phần mềm lập trình Tia Portal V10.5 tích hợp sẵn Step Basic, lập trình cho PLC S7-1200 Wincc Basic lập trình cho dịng hình KTP Từ Siemens cho đời phần mềm lập trình Tia Portal V10.5 đến nay, Siemens không ngừng cải thiện nâng cấp phần mềm từ Tia Portal V10.5 lên tới Tia Portal V13 Hiện nay, phần mềm Tia Portal không lập trình cho Controller mà cịn thiết kế giáo diện HMI, SCADA cấu hình cho Driver Siemens 2.2 Tiến hành lập trình PLC để điều khiển bơm TIA V14 Portal S71200 2.2.1 Tạo project với chế độ cấu hình chuẩn Người dùng phải đọc mã CPU, modul mở… để khai báo cho Các bước thực hiện: Bước 1: Khởi động chương trình TIA Portal - Start – Create New Project để bắt đầu trình khởi tạo project Bước 2: Lựa chọn cấu hình CPU cho project Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP Bước 3: Chọn lựa, bổ sung module cần thiết theo cấu hình phần cứng hệ thống: Device configuration – Device view – Hardware catalog, người dùng lựa chọn module cần thiết kéo/nhả đưa vào Rail PLC Bước 4: Thêm modul phần cứng dùng hệ thông giám sát: Lựa chọn phần cứng giám sát qua hình HMI: Trong đề tài, nhóm em sử dụng hình HMI SIEMENS - Lựa chọn phần cứng giám sát trực tiếp máy tính: Trong đề tài, nhóm em sử dụng phần mềm WINCC SIEMENS Bước 5: Sau khai báo xong cấu hình phần cứng cho CPU module mở rộng, module chức Chọn biểu tượng “Save project” góc trái hình cơng cụ để lưu trữ thông tin phần cứng khai báo project Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CƠNG NGHIỆP 2.2.2 Tiến hành viết chương trình: Bước 1: Tạo bảng giá trị tag cần sử dụng network lập trình Các quy định kí hiệu SIEMEN: Biến “I”: Biến ngõ vào (input) PLC, nhận tín hiệu điện 24V DC (I0.0I0.7) Biến “M”: Biến nhớ PLC Biến “Q”: Biến ngõ (output) PLC, xuất tín hiệu điện 24V DC (Q0.0Q0.5) Hình 2.5 Bảng biến Tag chương trình Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CƠNG NGHIỆP 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 nhiều tín hiệu, tham số, chương trình đầu vào (input) để tạo tín hiệu đầu (output) thỏa mãn Network 1: Lập trình chế độ điều khiển tay hình HMI Hình 2.7 Network 1: Điều khiển tay Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CƠNG NGHIỆP Network 2: Lập trình chế độ điều khiển tự động, 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 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP Bước 3: Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển hình HMI Sau chọn cấu hình chuẩn hình HMI, tiến hành kết nối hình HMI PLC chọn với PLC cài đặt thông số hiển thị cho hình: Sau hồn tất cài đặt, tiến hành lập trình cho hình Sử dụng biến Tag Options để tạo nút nhấn, hình ảnh chạy theo ngun lí chương trình PLC lập Hình 2.11 Thiết lập giao diện HMI Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP Bước 4: Thiết kế hệ thơng điều khiển máy tính qua phần mềm WINCC tích hợp phần mềm lập trình TIA PORTAL SIEMENS Cấu trúc bảng, nút nguyên tắc hoạt động giống với phần hình HMI trình bày bên Tiến hành mơ máy tính, kiểm tra lỗi có sửa lỗi Hình 2.12 Thiết lập giao diện WINCC Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP 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 pha tháo bỏ tụ ) Thực cài thông số sau: Bước 2: Cài đặt chế độ chạy đa cấp độ cho biến tần, với cổng nhận tín hiệu S2, S3, S4 từ Q0.0, Q0.1, Q0.2 PLC Hoàn thành cài đặt biến tần chạy đa cấp tốc độ 2.2.4 Tiến hành liên kết chương trình tải xuống thiết bi Kết nối thiết bị phần cứng qua qua giao thức truyền thơng Profinet (LAN) Tiến hành dịch lại tồn chương trình, kiểm tra cảnh báo, sửa lỗi có, sau tải chương trình xuống phần cứng thiết bị ( bao gồm PLC hình HMI) Chương : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC 3.1 Sơ đồ lập trình khối Mục đích: Điều khiển mức nước lưu lượng Chương : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC 3.2 Các phận dung mô hình thực nghiệm 3.2.1 Bộ phận điều khiển Hình 3.1 Nguồn 24V OMRON Hình 3.6 PLC rơle trung gian Hình 3.7 Màn hình HMI Chương : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC 3.2.2 Bộ phận điều chỉnh Biến tần dùng mô hình Tính biến tần Hỗ trợ bơm pha pha (220V) Tăng hiệu suất 99% MPPT thuật tốn điều khiển nâng cao Giảm chi phí cho bảng PV (Tối đa miếng) với Mô-đun Boost tích hợp Hỗ trợ Mơ-đun GPRS để điều khiển, kiểm soát từ xa cách sử dụng APP Đạt chuẩn kháng nước IP65 thiết kế không quạt, với ưu điểm cài đặt thuận tiện bảo trì dễ dàng Hình 3.8 Biến tần INVT Solar Pumping Inverter Tích hợp nhiều chức bảo vệ để kéo dài tuổi thọ, bảo vệ áp, cảnh báo ngược cực PV, tự động chống lại nhiệt độ… Chương : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC Sơ đồ bố trí cổng kết nối Ký hiệu Tên thiết bị Cổng kết nối L Thiết bị đầu vào AC N PE Thiết bị đầu vào PV- - DC INPUT Thiết bị đầu vào PV+ + DC INPUT Bàn phím ngồi RJ45 485+ 485- S2 Thiết bị chức S3 COM S4 COM PE V Thiết bị đầu cuối AC W U PE Chương : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC Máy bơm sử dụng mơ hình Hình 3.12 Máy bơm nước Bảng thông số cụ thể máy bơm lý tâm pha Điện áp động 15 220V 50Hz Công suất 370W Tổng chiều cao cột áp 12m/ Lưu lượng nước 33l/p Chương : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC 3.5 Thử nghiệm hệ thống 3.5.1 Nguyên lí hoạt động hệ thống Khi bắt đầu, mức nước bể chứa nằm mức 1( mức thấp nhất), phao trạng thái đóng, PLC nhận tín hiệu từ phao, điều chỉnh biến tần giúp bơm chạy với tần số cao (50Hz) nhằm cung cấp lượng nước vào bể nhanh nhất, phục vụ nhu cầu sử dụng Khi mức nước dâng lên mức 1, phao ngắt điện, hệ thống bơm với tần số 50Hz Khi mực nước dâng lên mức 2, phao phao ngắt điện, tín hiệu phao báo PLC, PLC điều chỉnh biến tần giúp bơm chạy với tần số nhỏ (30Hz) nhằm tránh tải cho bơm hoạt động với cường độ cao thời gian dài Mức nước dâng lên phao 3, lúc bể đầy, phao ngắt điện, hệ thống dừng bơm, nước giảm dần bể cho trình sử dụng, bơm trạng thái dừng hoạt động lại chu trình mức nước xuống mức 1, điều tạo khoảng an toàn mực nước, chánh cho bơm phải bật tắt nhiều lần tải d Chương : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU â KHIỂN TRẠM BƠMn NƯỚC g Thử nghiệm chế độ làm việcl tự động (AUTO) hệ thống ê n m ứ c , Trạng thái 1: b Trạng thái 2: Khi mực nước dâng lên mức 2, phao Khi ểbắt đầu, nước bể mức 1 ngắt điện, đèn I0.3 sáng (mức thấp nhất), phao đóng điện l ú c n y đ ã đ ầ Chương : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC Thử nghiệm chế độ làm việc tay (MANUAL) hình HMI o Đầu tiên, bật nguồn cho hệ thống HMI hình giám sát WIN CC máy tính, sau chọn chế độ điều khiển tay (MANUAL), tự bật/tắt bơm, chọn tần số 30Hz/50Hz tùy theo ý muốn người sử dụng Tuy để đảm bảo cho yếu tố an toàn, chánh ngập tràn bể, bơm hoạt động mức nước mức (mức tối đa bể), bể đạt mức (bể đầy), bơm tác dụng, khơng phải lỗi Màn hình WIN CC Tần số bơm 50Hz Tần số bơm 30Hz Màn hình HMI Hồn tất thử nghiệm mơ hình điều khiển, giám sát hệ thống trạm bơm Kết luận mơ hình: Mơ hình hoạt động xác theo thiết kế, lập trình, có tính ổn định cao Kết luận Sau hồn thành q trình nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển bơm, chúng em thu kết sau: Hiểu khái niệm, đặc điểm, phân loại, ứng dụng thành phần như: máy bơm, PLC, biến tần, hình điều khiển HMI Đã tìm hiểu, thiết kế, viết chương trình lắp đặt thành cơng mơ hình trạm bơm nước Mơ hình “ Hệ thống giám sát điều khiển bơm” hoạt động xác, ổn định, có tính ứng dụng cao đời sống sinh hoạt, công nghiệp, phù hợp làm mô hình học tập, giảng dạy nhà trường LOGO MCN ... Hình 2.9 Network 3: Điều khiển bơm Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP Bước 3: Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển hình HMI Sau chọn... Tổng quan Chương 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CÔNG NGHIỆP Chương 3: THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC Kết luận Tài liệu tham... PLC lập Hình 2.11 Thiết lập giao diện HMI Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG CƠNG NGHIỆP Bước 4: Thiết kế hệ thơng điều khiển máy tính qua phần mềm
Ngày đăng: 19/06/2022, 19:17
Xem thêm:
