Mô hình giám sát và điều khiển máy nén khí với PLC và biến tần tiết kiệm điện năng

Microsoft Word BÁO CÁO �Ò ÁN TÐT NGHIÆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KHÍ VỚI PLC VÀ BIẾN TẦN TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá Giảng viên hướng dẫn TS Lê Quang Đức Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Bùi Thanh Bình 1711050237 17DTDA2 Vũ Minh Duy 1711300204 17DTDA2 Hồ Hoàng Long 1711050260 17DTDA2 TP Hồ Chí Minh, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KHÍ VỚI PLC VÀ BIẾN TẦN TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hoá Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Quang Đức Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Bùi Thanh Bình 1711050237 17DTDA2 Vũ Minh Duy 1711300204 17DTDA2 Hồ Hoàng Long 1711050260 17DTDA2 TP Hồ Chí Minh, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KHÍ VỚI PLC VÀ BIẾN TẦN TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hoá Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Quang Đức Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Bùi Thanh Bình 1711050237 17DTDA2 Vũ Minh Duy 1711300204 17DTDA2 Hồ Hồng Long 1711050260 17DTDA2 TP Hồ Chí Minh, 2021 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn tới thầy Lê Quang Đức, thầy tận tình hướng dẫn cho nhóm từ vấn đề nhỏ nhặt việc hoàn thành tốt đề tài Bên cạnh nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn thầy cô viện kỹ thuật Hutech tạo điều kiện tốt cho nhóm em hồn thành đề tài Những kiến thức bổ ích mà thầy dạy, áp dụng vào đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp nhiều, từ kiến thức nhỏ nhặt tới học lớn Một lần nhóm em xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô, thầy nhóm khó hồn thành đề tài Nhóm em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 17DTDA2 chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài, lớp học có nhiều kí ức thời sinh viên chúng em Cuối gừi lời cảm ơn đến Cha, Mẹ khơng có hai đấng sinh thành ngày hơm khơng có diện để thực việc muốn, họ tạo điều kiện để giúp hướng tới tương lai tốt đẹp Tuy nhiên, trình thực đề tài, kiến thức chuyên ngành cịn nhiều hạn chế nên nhóm em cịn nhiều thiếu sót tìm hiểu, đánh giá trình bày đề tài Rất mong góp ý, quan quý thầy cô môn để đề tài em hoàn chỉnh đầy đủ Xin chân thành cảm ơn Nhóm thực đề tài: (Ký ghi rõ họ tên) viii MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 Đặt vấn đề: Mục tiêu đề tài: Giới hạn đề tài: CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP VẬN HÀNH MÁY NÉN KHÍ Xác định vấn đề: Tổng quan máy nén khí: 3 Cung cấp xử lí nguồn khí nén nguồn lượng hệ thống khí nén: a) Khí nén: b) Phân phối khí nén: c) Xử lý nguồn khí nén: d) Hệ thống điều khiển máy nén khí: Các loại tín hiệu điều khiển: a) Điều khiển vịng kín: 10 b) Điều khiển vòng hở: 11 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 12 Mô tả hệ thống: 12 a) Mô tơ khởi động: 12 b) Mô tơ vận hành: 12 c) Hệ thống điều khiển điện tử: 13 Công nghệ điều khiển máy nén khí biến tần: 13 Bảo trì - bảo dưỡng máy nén khí: 16 a) Bảo dưỡng hàng ngày: 16 b) Bảo dưỡng hàng tuần: 16 ix c) Bảo dưỡng hàng tháng: 16 Tình cụ thể cách xử lý cố máy nén khí: 17 Mục tiêu mong muốn: 18 Hệ thống điều khiển máy nén khí hồn chỉnh: 19 a) Các cấu chấp hành hệ thống: 19 b) Thiết kế hệ thống nhóm: 20 c) Mô tả hệ thống: 23 Sơ đồ khối hệ thống: 26 Sơ đồ mạch: 28 Lưu đồ giải thuật: 31 Danh sách vật liệu linh kiện: 32 a) PLC Siemens S7-1200: 32 b) Biến tần Mitsubishi E700: 34 c) Cảm biến áp suất: 37 d) Nguồn 24V-5A: 39 e) Máy nén khí Ribbin 1HP: 41 f) CB MPE MP6-C206: 43 g) Màn hình HMI: 44 h) Tủ điện: 46 i) Đèn báo: 47 j) Nút nhấn: 48 k) Cáp kết nối PLC Siemens với hình HMI: 50 l) Module In/Out Analog Siemens: 51 CHƯƠNG 5: THI CÔNG MÔ PHỎNG 52 Mô LabView: 52 x Thiết kế mô đề tài TIA Portal V15.1: 52 Thiết kế hình HMI giám sát: 60 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 62 Phân tích, đánh giá kết quả: 62 a) Những kết đạt được: 62 b) So sánh lượng kết điện tiêu thụ máy nén khí sử dụng biến tần so với máy nén khí thường chạy chế độ Load - Unload (tải - không tải): 63 c) Những mặt hạn chế: 63 Kết luận: 64 xi DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG Hình 1: Máy nén khí trục vít máy nén khí piston (nguồn: Internet) Hình 2: Máy nén khí kiểu piston (nguồn: Internet) Hình 3: Máy nén khí kiểu cánh gạt (nguồn: Internet) Hình 4: Hệ thống phân phối khí nén (nguồn: Internet) Hình 5: Cấu tạo kí hiệu lọc khí (nguồn: Internet) Hình 6: Cấu tạo van lọc khí nén (nguồn: Internet) Hình 7: Van điều chỉnh áp suất (nguồn: Internet) Hình 8: Cấu tạo kí hiệu van tra dầu (nguồn: Internet) Hình 9: Hệ thống điều khiển khí nén (nguồn: Internet) Hình 10: Tín hiệu tương tự (nguồn: Internet) 10 Hình 11: Tín hiệu rời rạc (nguồn: Internet) 10 Hình 12: Hệ thống điều khiển vịng kín vị trí xi-lanh (nguồn: Internet) 10 Hình 13: Hệ thống điều khiển vòng hở tốc độ động (nguồn: Internet) 11 Hình 14: Một hệ thống điều khiển máy nén khí (nguồn: Internet) 12 Hình 15: Điều khiển hệ thống máy nén khí biến tần (nguồn: Internet) 14 Hình 16: Chuyển đổi cơng suất tiết kiệm điện (nguồn: Internet) 15 Hình 17: Màn hình HMI thể thơng số động (nguồn: Internet) 15 Hình 18: Bảng tình cụ thể cách xử lý cố máy nén khí (nguồn: Internet) 18 Hình 19: Sơ đồ điều khiển giám sát hệ thống (nguồn: Internet) 19 Hình 20: Bản vẽ bên tủ điện 20 Hình 21: Bản vẽ bên ngồi tủ điện 20 Hình 22: Phần mềm lập trình PLC Siemens (nguồn: Internet) 21 Hình 23: Phần mềm WinCC để thiết kế giao diện SCADA (nguồn: Internet) 22 xii Hình 24: Bảng cài đặt thông số (nguồn: Internet) 22 Hình 25: Bảng cài đặt chân ngõ (nguồn: Internet) 23 Hình 26: Bảng cài đặt bảo vệ biến tần (nguồn: Internet) 23 Hình 27: Sơ đồ điều khiển PID (nguồn: Internet) 24 Hình 28: Biểu đồ điều khiển tín hiệu PID (nguồn: Internet) 25 Hình 29: Sơ đồ tổng thể hệ thống 26 Hình 30: Sơ đồ mạch điều khiển 28 Hình 31: Sơ đồ mạch động lực 29 Hình 32: Sơ đồ kết nối HMI 30 Hình 33: Lưu đồ giải thuật 31 Hình 34: PLC Siemens S7-1200 (nguồn: Internet) 32 Hình 35:Biến tần Mitsubishi E700 (nguồn: Internet) 34 Hình 36: Sơ đồ chân biến tần Mitsubishi E700 (nguồn: Internet) 34 Hình 37: Cảm biến áp suất (nguồn: Internet) 37 Hình 38: Cấu tạo cảm biến áp suất (nguồn: Internet) 37 Hình 39: Nguồn tổ ong 24VDC (nguồn: Internet) 39 Hình 40: Đấu dây vào nguồn tổ ong (nguồn: Internet) 39 Hình 41: Máy nén khí Ribbin 1HP (nguồn: Internet) 41 Hình 42: Cấu tạo máy nén khí piston (nguồn: Internet) 41 Hình 43: CB MPE MP6-C206 (nguồn: Internet) 43 Hình 44: Cấu tạo CB (nguồn: Internet) 43 Hình 45: Màn hình HMI Weintek (nguồn: Internet) 44 Hình 46: Tủ điện cơng nghiệp nhỏ (nguồn: Internet) 46 Hình 47: Đèn báo cơng nghiệp (nguồn: Internet) 47 Hình 48: Kích thước đèn báo cơng nghiệp (nguồn: Internet) 47 xiii Hình 49: Nút nhấn công nghiệp (nguồn: Internet) 48 Hình 50: Cấu tạo nút nhấnn (nguồn: Internet) 48 Hình 51: Cáp kết nối PLC - Siemens với hình HMI (nguồn: Internet) 50 Hình 52: Module In/Out Analog Siemens (nguồn: Internet) 51 Hình 53: Mơ LabView 52 Hình 54: Chọn PLC s7-1200 modun In/Out Analog 52 Hình 55: Chọn PC-system 53 Hình 56: Kết nối PLC-s7 1200 với PC-system 53 Hình 57: Add new block để lập trình PLC 54 Hình 58: Thiết kế giao diện HMI 54 Hình 59: Chương trình 55 Hình 60: Chương trình Analog Input 56 Hình 61: Chương trình Analog Output 57 Hình 62: Chương trình Auto Off 57 Hình 63: Chương trình PID 58 Hình 64: Bảng địa Data 59 Hình 65: Bảng Địa PLC tag 59 Hình 66: Màn hình giám sát 60 Hình 67: Màn hình liệu đồ thị áp suất PID 61 Hình 68: Biểu đồ so sánh điện tiêu thụ máy nén khí sử dụng biến tần so với máy nén khí thường chạy chế độ Load - Unload (tải - không tải) 63 xiv TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Mơ hình giám sát điều khiển máy nén khí với PLC biến tần, tiết kiệm điện năng” mơ hình tìm hiểu vận hành điều khiển máy nén khí cho tối ưu hố thơng qua SCADA (màn hình HMI theo dõi lưu lượng, áp suất, thời gian,…, điều khiển chế độ auto manual) lập trình PLC ngôn ngữ ladder biến tần để tiết kiệm điện hệ thống Kết thực đề tài hệ thống gặp cố (áp suất đầu không ổn định, motor nhiệt,…) lúc hệ thống tự ổn định lại ngắt, đưa thông số so sánh tiêu thụ điện sử dụng biến tần không sử dụng biến tần Nội dung mà nhóm làm đề tài: - Hiểu thiết bị sử dụng, tính toán lựa chọn thiết bị phù hợp cho mơ hình - Thi cơng mơ hình đảm bảo theo yêu cầu đề bài, chạy ổn định - Lập trình PLC điều khiển chạy theo yêu cầu - Kết nối PLC Siemens S7-1200 biến tần thông qua Module In/Out Analog Siemens xv CHƯƠNG 5: THI CÔNG MÔ PHỎNG Mơ LabView: Hình 53: Mơ LabView Thiết kế mô đề tài TIA Portal V15.1: - Chọn PLC s7-1200 modun In/Out Analog: Hình 54: Chọn PLC s7-1200 modun In/Out Analog 52 - Chọn PC-system: Hình 55: Chọn PC-system - Kết nối PLC-s7 1200 với PC-system: Hình 56: Kết nối PLC-s7 1200 với PC-system 53 - Add new block để lập trình PLC: Hình 57: Add new block để lập trình PLC - Thiết kế giao diện HMI: Hình 58: Thiết kế giao diện HMI 54 - Chương trình chính: Hình 59: Chương trình 55 - Chương trình Analog Input: Hình 60: Chương trình Analog Input 56 - Chương trình Analog Output: Hình 61: Chương trình Analog Output - Chương trình Auto Off: Hình 62: Chương trình Auto Off 57 - Chương trình PID: Hình 63: Chương trình PID 58 - Bảng địa Data: Hình 64: Bảng địa Data - Bảng Địa PLC tag: Hình 65: Bảng Địa PLC tag 59 Thuyết minh chương trình PLC - Khi nhấn start biến tần hoạt động - Gọi chương trình Analog Input + Điều khiển Sensor Simulation tay mô cảm biến áp suất + Xử lý tín hiệu điện áp cảm biến áp sang đơn vị Bar - Gọi chương trình Analog Output + Xử lý tín hiệu Output PER áp sang đơn vị Hz - Gọi hàm PID - Chế độ tự động tắt + Biến tần dừng Sensor Simulation lớn giá trị thiết lập Thiết kế hình HMI giám sát: Hình 66: Màn hình giám sát 60 Hình 67: Màn hình liệu đồ thị áp suất PID Thuyết minh chế hoạt động: - Nhấn start biến tần hoạt động - Ta nhập liệu giá trị set point Bar - Ta điều khiển cột sensor simulation lên số - Khi PID hoạt động xuất giá trị biến tần - Khi sensor simulation vượt mức ngưỡng bar → hệ thống dừng 61 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Phân tích, đánh giá kết quả: a) Những kết đạt được: - Hồn thiện mơ kiểm sốt đầu áp suất máy nén khí theo yêu cầu - Sử dụng phần mềm linh hoạt để mơ thiết kế hình ảnh hệ thống, điều khiển giáp sát Cài đặt giám sát thơng số áp suất, bảo vệ q dịng, cố máy nén khí - Sử dụng biến tần kết hợp PLC để điều khiển máy nén khí tiết kiệm điện, tăng tuổi thọ cho động máy nén khí - Áp dụng PID để ổn định hệ thông làm việc ổn định - Giám sát vận hành hệ thống thơng qua giao diện SCADA - Ngồi nhóm em cịn học tinh thần làm việc nhóm Giúp đỡ lẫn q trình thực để hồn thành đồ án tốt 62 b) So sánh lượng kết điện tiêu thụ máy nén khí sử dụng biến tần so với máy nén khí thường chạy chế độ Load - Unload (tải - khơng tải): Hình 68: Biểu đồ so sánh điện tiêu thụ máy nén khí sử dụng biến tần so với máy nén khí thường chạy chế độ Load - Unload (tải - khơng tải) c) Những mặt hạn chế: Do tình hình dịch Covid-19 nên nhóm có nhiều khó khăn việc mua linh kiện nên chưa thể hoàn thành mơ hình hồn chỉnh Với kiến thức cịn hạn chế, thời gian có hạn chưa có kinh nghiệm nên thiết kế, mơ cịn đơn giản, cấu bảo vệ đơn giản, chưa ứng dụng thực tế kiến thức học 63 Kết luận: Với thời lượng làm đồ án giới hạn hồn kịp tiến độ, nhóm em xin chân thành cảm ơn tới thầy Lê Quang Đức người dẫn dắt, đóng góp ý kiến, bảo chúng em thầy cô Viện kỹ thuật HUTECH, khơng có thầy đề tài chúng em khơng hồn thành Về phần đồ án nhóm em cịn nhiều mặt thiếu sót thiếu sót lớn chưa hồn thành mơ hình, mơ mang tính tương đối, khơng thể triệt để mà thân mong muốn Sau thời gian thực đề tài, em nhận thấy trình tìm hiểu linh kiện đại, đọc tài liệu tiếng Anh điều mẻ sinh viên Vì vậy, em mong muốn nghiên cứu tìm hiểu đề tài thực tế, tích luỹ kinh nghiệm tham gia vào trình sản xuất công nghiệp ngày Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Kỹ thuật HUTECH, đặc biệt thầy Lê Quang Đức, bạn lớp giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho nhóm em để hồn thành đề tài 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ứng dụng cảm biến: https://huphaco.vn/ung-dung-cam-bien-ap-suat/ Tài liệu biến tần Mitsubishi E700: https://www.mitsubishielectric.com/fa/vn_vi/download/manual/pdf/drv/inv001.pdf Tài liệu PLC Siemens: https://plctech.com.vn/tai-lieu-plc-siemens-s7-1200-tieng-viet/ Điều khiển tự động: https://cuuduongthancong.com/sjdt/dieu-khien-tu-dong/huynh-thai-hoang/dh-bach-khoahcm?src=subject Vận hành điều khiển hệ thống điện: https://cuuduongthancong.com/s/van-hanh-va-dieu-khien-he-thong-dien Ứng dụng PID: https://plcvietnam.com.vn/forum/showthread.php/734-T%C3%A0i-li%E1%BB%87uv%E1%BB%81-Gi%E1%BA%A3i-thu%E1%BA%ADt-%C4%91i%E1%BB%81ukhi%E1%BB%83n-PID Lập trình PLC: https://khs247.com/tai-lieu-lap-trinh-plc-s7-200-siemens-tieng-viet-pdf/ An tồn điện: https://www.viendong.edu.vn/uploads/Files/T9_2014/141427_tai-lieu-an-toan-dien.pdf 65 PHỤ LỤC Phiếu giao nhiệm vụ i Lời cam đoan vii Lời cảm ơn viii Mục lục ix Danh mục hình ảnh bảng xii Tóm tắt đề tài xv 66 ... TÀI Đề tài “Mơ hình giám sát điều khiển máy nén khí với PLC biến tần, tiết kiệm điện năng? ?? mơ hình tìm hiểu vận hành điều khiển máy nén khí cho tối ưu hố thơng qua SCADA (màn hình HMI theo dõi... thụ khí nén Các loại máy nén khí phổ biến nay: Hình 1: Máy nén khí trục vít máy nén khí piston (nguồn: Internet) Cung cấp xử lí nguồn khí nén nguồn lượng hệ thống khí nén: a) Khí nén: Máy nén khí. .. thống điều khiển máy nén khí tập hợp thiết bị để điều khiển vận hành máy nén khí Hệ thống điều khiển khí nén bao gồm: Mơ tơ khởi động, mô tơ vận hành hệ thống điều khiển điện tử (PLC, biến tần) Hình