Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên như băng tuyết để ướp lạnh bảo quản thực phẩm. Từ thế kỉ 19 phương pháp làm lạnh nhân tạo đã ra đời và phát triển đến đỉnh cao của khoa học kỹ thuật hiện đại. Ngày nay kỹ thuật lạnh đã đi sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học như: công nghệ thực phẩm, công nghệ cơ khí chế tạo máy luyện kim, y học và ngay cả kỹ thuật điện tử... Điều này nói lên được tầm quan trọng của kỹ thuật lạnh trong đời sống con người. Trên thị trường đã có một số bộ điều khiển lập trình hệ thống có tính năng ứng dụng cao trong công nghệ nhiệt lạnh. Tuy nhiên, bộ điều khiển Carel PCO5+ vẫn luôn được đánh giá cao về khả năng xử lý và điều khiển trong môi trường công nghiệp. Để hiểu rõ thêm về quy trình cuả hệ thống làm lạnh đá, được sự cho phép của giáo viên hướng dẫn, nhóm em đã ứng dụng bộ điều khiển carel P+500BAA000M0 để thu thập và xử lý tín hiệu. Từ đó phân tích dữ liệu nhằm kiểm soát hệ thống làm lạnh đá một cách chi tiết và rõ ràng.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CAREL P+500BAA000M0 CHO VIỆC THU THẬP, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LẠNH LÀM ĐÁ TRÊN MƠ HÌNH HPE-BRR20 Giáo viên hướng dẫn: THS NGUYỄN ĐĂNG TOÀN Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐỨC THIỆN MSV: 2018601322 NGUYỄN TRUNG NGHĨA MSV: 2018601517 NGUYỄN THANH NHÃ MSV: 2018601019 Hà Nội - 2022 MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan điều khiển Carel P+500BAA000M0 1.1 Các tính điều khiển 1.2 Cấu hình phần cứng điều khiển 10 1.3 Ứng dụng điều khiển 14 1.4 Thông số kỹ thuật điều khiển 16 Chương 2: Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát 17 2.1 Giới thiệu mơ hình 17 2.1.1 Mơ hình mạch động lực 17 2.1.2 Mơ hình mạch điều khiển 17 2.2 Nguyên lý hoạt động mơ hình 18 2.3 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát 18 2.4 Tín hiệu đầu vào 20 2.4.1 Cảm biến nhiệt độ 20 2.4.2 Cảm biến áp suất 21 2.5 Các thiết bị hệ thống lạnh làm đá 22 2.5.1 Máy nén 22 2.5.2 Quạt dàn ngưng 23 2.5.3 Van điện từ 24 2.5.4 Bơm bể dung dịch 26 2.6 Sơ đồ kết nối thiết bị hệ thống 26 2.7 Phần mềm lập trình 1tool 27 2.7.1 Cách tạo chương trình phần mềm 1tool 27 2.7.2 Thanh công cụ phần mềm 30 2.7.3 Thư viện phần mềm 33 2.8 Phần mềm thiết kế giao diện SKTool 35 2.8.1 Giới thiệu phần mềm SKTool 35 2.8.2 Cách tạo giao diện phần mềm SKTool V6.2 37 2.8.3 Thanh công cụ phần mềm 39 2.8.4 Thư viện phần mềm 40 Chương 3: Lập trình điều khiển hệ thống 43 3.1 Xây dựng chương trình điều khiển cho điều khiển Carel 43 3.1.1 Lập bảng địa vào/ 43 3.1.2 Lưu đồ thuật toán 44 3.1.3 Phần mềm hệ thống khối chức 45 3.2 Xây dựng hệ thống giám sát hình Samkoon 49 3.3 Thiết lập thông số cho hệ thống 50 3.3.1 Cảm biến nhiệt độ 50 3.3.2 Cảm biến áp suất cao 50 3.3.3 Cảm biến áp suất thấp 50 Chương 4: Kết đánh giá 52 4.1 Kết đạt 52 4.2 Đánh giá kết 55 4.3 Đề xuất cải tiến hệ thống 55 PHỤ LỤC 56 PHỤ LỤC 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Cấu hình phần cứng điều khiển Carel 11 Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật điều khiển Carel 16 Bảng 3.1: Địa đầu vào 43 Bảng 3.2: Địa đầu 43 Bảng 3.3: Nhóm khối lệnh vào 46 Bảng 3.4: Nhóm khối lệnh chức 47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bộ điều khiển Carel PCO5+ Hình 1.2: Cấu hình phần cứng điều khiển Carel 10 Hình 1.3: Cấp nguồn 24VAC kết nối đầu vào tín hiệu dạng số 12 Hình 1.4: Cấp nguồn 24VDC kết nối đầu vào tín hiệu dạng số 12 Hình 1.5: Kết nối đầu vào tín hiệu dạng tương tự 13 Hình 1.6: Kết nối đầu tín hiệu dạng số 13 Hình 1.7: Kết nối đầu tín hiệu dạng tương tự 14 Hình 1.8: Bộ xử lý khơng khí 14 Hình 1.9: Bộ xử lý bơm nhiệt 15 Hình 2.1: Mơ hình hệ thống lạnh làm đá 17 Hình 2.2: Mơ hình điều khiển giám sát hệ thống 18 Hình 2.3: Cảm biến nhiệt độ âm 20 Hình 2.4: Cảm biến áp suất Carel loại P 21 Hình 2.5: Máy nén mơi chất làm lạnh 23 Hình 2.6: Quạt dàn ngưng tụ 24 Hình 2.7: Van điện từ 25 Hình 2.8: Sơ đồ kết nối thiết bị 26 Hình 2.9: Phần mềm 1Tool 27 Hình 2.10: Thanh cơng cụ phần mềm 30 Hình 2.11: Thư viện Antoms 33 Hình 2.12: Thư viện Macroblocks 34 Hình 2.13: Phần mềm SKTool V6.2 35 Hình 2.14: Thanh công cụ phần mềm SKTool V6.2 39 Hình 2.15: Thư viện thành phần chức 40 Hình 2.16: Thư viện thành phần chức 41 Hình 2.17: Một số thư viện thiết bị phần mềm 42 Hình 3.1: Lưu đồ thuật tốn 44 Hình 3.2: Phần mềm hệ thống 46 Hình 3.3: Giao diện trang chủ hệ thống lạnh làm đá 49 Hình 3.4: Giao diện vận hành hệ thống 49 Hình 3.5: Thiết lập thông số cài đặt 51 Hình 3.6: Hiển thị thông số nhiệt độ 51 Hình 4.1 Mơ hình đấu nối hệ thống 52 Hình 4.2 Hiển thị giao diện hình Samkoon 53 Hình 4.3 Hiển thị giá trị nhiệt độ áp suất đo hình 53 Hình 4.4 Giá trị áp suất trước sau quạt dàn ngưng 54 Hình 4.5 Bộ điều khiển van tiết lưu 54 MỞ ĐẦU Từ lâu người biết tận dụng lạnh thiên nhiên băng tuyết để ướp lạnh bảo quản thực phẩm Từ kỉ 19 phương pháp làm lạnh nhân tạo đời phát triển đến đỉnh cao khoa học kỹ thuật đại Ngày kỹ thuật lạnh sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học như: công nghệ thực phẩm, công nghệ khí chế tạo máy luyện kim, y học kỹ thuật điện tử Điều nói lên tầm quan trọng kỹ thuật lạnh đời sống người Trên thị trường có số điều khiển lập trình hệ thống có tính ứng dụng cao cơng nghệ nhiệt - lạnh Tuy nhiên, điều khiển Carel PCO5+ đánh giá cao khả xử lý điều khiển môi trường công nghiệp Để hiểu rõ thêm quy trình cuả hệ thống làm lạnh đá, cho phép giáo viên hướng dẫn, nhóm em ứng dụng điều khiển carel P+500BAA000M0 để thu thập xử lý tín hiệu Từ phân tích liệu nhằm kiểm sốt hệ thống làm lạnh đá cách chi tiết rõ ràng Do thời gian kiến thức hạn chế, mẻ thiết bị chưa có kinh nghiệm thực tế Vậy nên q trình nghiên cứu khó tránh khỏi việc thiếu sót mặt kiến thức thực hành Nhóm em mong có ý kiến đóng góp, dạy thầy Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đăng Toàn thầy Nguyễn Đức Nam thầy cô khoa Điện trường Đại học Công nghiệp Hà Nội dạy giúp đỡ tận tình để đồ án hồn thành thời hạn Chương 1: Tổng quan điều khiển Carel P+500BAA000M0 Hình 1.1: Bộ điều khiển Carel PCO5+ 1.1 Các tính điều khiển Cùng điều khiển Carel PCO5+ [1] kết nối với thiết bị ngoại vi; Chương trình thơng số lưu vĩnh viễn nhớ flash, ngăn ngừa liệu trường hợp điện (mà không cần pin dự phòng); Bộ điều khiển vi xử lý 32 bit với dung lượng lưu trữ MB đảm bảo hiệu suất cao tốc độ không gian nhớ; Cho phép kết nối tối đa 32 thiết bị với mạng pLAN Mỗi điều khiển trao đổi liệu với điều khiển khác tốc độ cao mà không cần thêm phần cứng; Thiết bị đầu cuối bên tích hợp với bàn phím hiển thị nút LED; sử dụng để tải lên phần mềm vận hành; Tải lên/ tải xuống nhanh phần mềm điều khiển miễn điều khiển trang bị cổng kết nối tương ứng; Kết nối đầu dò chủ động thụ động, đầu vào kỹ thuật số, đầu tương tự PWM Điều mở rộng khả cấu hình đầu vào/ đầu mà không cần phải cài đặt điều khiển lớn hơn; 10 Cho phép sử dụng phần mềm 1Tool (có thể cài đặt máy tính cá nhân) để tạo tùy chỉnh chương trình ứng dụng, thực mô phỏng, giám sát hoạt động thiết lập mạng pLAN; Nhiều chương trình chun dụng có sẵn để kiểm soát nhiều loại HVAC/R; Các loại đầu nối khác (lị xo, ốc vít, v.v.) 1.2 Cấu hình phần cứng điều khiển Hình 1.2: Cấu hình phần cứng điều khiển Carel 44 3.1.2 Lưu đồ thuật tốn Hình 3.1: Lưu đồ thuật tốn Kiểm tra rơle nhiệt tác động hay chưa: Rơle nhiệt tác động (máy nén tải): kết thúc trình; Rơle nhiệt khơng tác động: tiếp tục q trình cách ấn ON - Ấn ON: bắt đầu hệ thống Bơm ON: tạo lưu thơng khí bể dung dịch; Van điện từ ON: giúp môi chất lạnh lưu thông hệ thống - Do van điện từ mở làm cho áp suất tăng đến cảm biến áp suất thấp tác động với điều kiện: Pthực tế > Pmax (ngưỡng cao cảm biến) - Khi cảm biến áp suất thấp tác động ngưỡng cao: Máy nén ON: thực nén môi chất lạnh; Quạt dàn ngưng ON: giảm nhiệt độ môi chất 45 - Do thiết bị hệ thống hoạt động: Nhiệt độ bể dung dịch giảm đến cảm biến nhiệt độ tác động với điều kiện: Tthực tế < Tmin (ngưỡng thấp cảm biến) - Khi cảm biến áp nhiệt độ tác động ngưỡng thấp (bể dung dịch đạt nhiệt độ yêu cầu): Van điện từ OFF: ngăn môi chất lạnh lưu thông hệ thống - Do van điện từ đóng làm cho áp suất giảm đến cảm biến áp suất thấp tác động với điều kiện: Pthực tế < Pmin (ngưỡng thấp cảm biến) - Khi cảm biến áp suất thấp tác động ngưỡng thấp: Máy nén OFF: dừng nén môi chất lạnh; Quạt dàn ngưng OFF: dừng làm giảm nhiệt độ môi chất lạnh - Do thiết bị hệ thống dừng hoạt động: Sau thời gian, nhiệt độ bể dung dịch tăng lên đến cảm biến nhiệt độ tác động với điều kiện: Tthực tế > Tmax (ngưỡng cao cảm biến) - Khi cảm biến nhiệt độ tác động ngưỡng cao (bể dung dịch chưa đạt nhiệt độ theo yêu cầu): Van điện từ ON lại: giúp môi chất lạnh lưu thông hệ thống - Chu trình tiếp tục hoạt động - Ấn OFF: dừng hệ thống Các thiết bị dừng hoạt động 3.1.3 Phần mềm hệ thống khối chức a) Lập trình hệ thống phần mềm 1tool (xem thêm Phụ lục 2) 46 Hình 3.2: Phần mềm hệ thống b) Các khối chức Nhóm khối lệnh vào/ Bảng 3.3: Nhóm khối lệnh vào ST T Kí hiệu Tên khối Ý nghĩa Đầu vào số chuyển đến chân tín hiệu Ch gán cho đầu Val giá trị tương Đầu vào số ứng với trạng thái (Digital Tiếp điểm input) đóng Din = Tiếp điểm mở Din = Đầu vào Đầu vào tương tự xác định chân tương tự tín hiệu Ch gán cho đầu Val giá trị (Analog tương ứng với tín hiệu cung cấp từ input) cảm biến 47 Type: (Carel NTC); (PT1000); (0 ~ 1V); (0 ~ 10V); (0 ~ 20mA, ~ 20mA); (ON/ OFF); (0 ~ 5V) Đầu số Đầu số Val xác định đầu vào Ch (Digital Val = Đầu kích hoạt output) Val = Đầu vơ hiệu hóa Nhóm khối lệnh chức Bảng 3.4: Nhóm khối lệnh chức ST T Kí hiệu Tên khối Ý nghĩa Đầu giá trị phép toán logic AND (và) tín hiệu đầu vào In1 In2 Khối AND (và) tín In1 In2 Out hiệu số 0 0 1 0 1 Đầu giá trị phép tốn logic NOT Tín hiệu logic với đầu vào In NOT giá In Out trị Boolean 0 Tín hiệu logic Out1 kết đầu giá trị đầu vào NOT In1 phép toán logic NOT 48 giá trị Out2 kết đầu giá trị đầu vào Boolean In2 phép toán logic NOT Gán giá trị cho biến số nguyên (integer) Di chuyển giá tương tự (analog) cấp phát cho trị nhớ phụ (bộ nhớ dạng X) Out = In Quản lí đoạn Thường sử dụng điều âm dựa theo khiển nhiệt độ độ ẩm để kích hoạt các giá trị thiết bị làm mát, sưởi ấm, tạo ẩm hút tuyệt đối ẩm (Tạo dung Nếu In ≤ ON Out = sai) Nếu In ≥ OFF Out = Quản lí đoạn Thường sử dụng điều dương theo khiển nhiệt độ độ ẩm để kích hoạt các giá trị thiết bị làm mát, sưởi ấm, tạo ẩm hút tuyệt đối ẩm (Tạo dung Nếu In ≥ ON Out = sai) Nếu In ≤ OFF Out = Sử dụng để chuyển đổi giá trị theo tỷ lệ định Khối tỷ lệ 49 3.2 Xây dựng hệ thống giám sát hình Samkoon Thiết kế giao diện hình Samkoon để thuận tiện cho việc thao tác giám sát hệ thống Hình 3.3: Giao diện trang chủ hệ thống lạnh làm đá Hình 3.4: Giao diện vận hành hệ thống 50 3.3 Thiết lập thông số cho hệ thống 3.3.1 Cảm biến nhiệt độ - Sử dụng khối chức Hyst_Dir_OnOff Nếu In >= On Out = Nếu In = On Out = Nếu In