THIẾT KẾ VÀ THỊ CÔNG HỆ THÓNG BƠM CÁP NƯỚC VÀ ÔN ĐỊNH ÁP SUÁT DÙNG BIẾN TÀN

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN Z Y KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BƠM CẤP NƯỚC VÀ ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT DÙNG BIẾN TẦN GVHD SVTH LỚP KHÓA : ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU : NGUYỄN VĂN HÒA - 811138D : 08DD3N : 08 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2009 LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn cô Đồng Sĩ Thiên Châu trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu tham khảo tạo điều kiện để em hoàn thành tập luận văn Em xin gởi lời cảm ơn đến tất thầy cô giáo môn Tự Động Điều Khiển, thầy cô giáo khoa Điện - Điện tử thời gian qua truyền đạt trang bị cho em kiến thức quí báu chuẩn bị cho luận văn tốt nghiệp Tuy cố gắng nhiều thời gian có hạn nên tập luận văn khơng tránh sai sót, em xin q thầy độc giả thông cảm bỏ qua Em xin tiếp nhận ý kiến đóng góp Người thực Sinh viên Nguyễn Văn Hoà NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày….tháng….năm 2009 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Ngày… Tháng….năm 2009 Giáo viên Phản Biện Trong trình hình thành sống Trái đất nước mơi trường nước đóng vai trị quan trọng Nước tham gia vào vai trò tái sinh giới hữu ( tham gia trình quang hợp) Trong trình trao đổi chất nước đóng vai trị trung tâm Những phản ứng lý hóa học diễn với tham gia bắt buộc nước Nước dung môi nhiều chất đóng vai trị dẫn đường cho muối vào thể Trong khu dân cư, nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt, nâng cao đời sống tinh thần cho dân ( nhà đại nước khác thể khơng có máu) Nước đóng vai trị quan trọng sản xuất công nghiệp Đối với trồng nước nhu cầu thiết yếu, đồng thời cịn có vai trị điều tiết chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thống khí đất… Vì vậy, em nghiên cứu chọn đề tài:“ Bơm cấp nước ổn định áp suất dùng biến tần” cho kỳ tốt nghiệp Để đáp ứng yêu cầu cấp nước với áp suất không đổi công nghiệp, dân dụng, hệ thống tưới tiêu tiết kiệm nước nơng nghiệp, dịng biến tần thiết kế đặc biệt để ứng dụng hệ thống cấp nước với áp suất ổn định Biến tần tích hợp cơng nghệ điều khiển tốc độ qua tần số, công nghệ PLC điều khiển PID để ứng dụng vào hệ thống điều khiển theo vịng kín Việc ứng dụng biến tần vào hệ thống cấp nước đem lại nhiều lợi có chi phí thấp, mức độ tự động hoá cao, đầy đủ chức bảo vệ, dễ dàng vận hành mang lại hiệu rõ ràng tiết kiệm nước lượng tiêu thụ Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU MỤC LỤC PHẦN .1 CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI .2 1.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: 1.2 VÀI NÉT VỀ ĐỀ TÀI: 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: 1.4 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG: 1.5 HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: .6 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 .8 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 2.1.1 Giới thiệu sơ lược PLC S7-200: 2.1.2 Thiết bị nhập xuất: 10 2.1.3 Cấu trúc vùng nhớ: 11 2.1.4 Nguyên tắc thực chương trình: 12 2.2 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 CPU-224 AC/DC/RELAY: 14 2.2.1 Hình ảnh PLC S7-200 CPU- 224: 14 2.2.2 Giới thiệu module mở rộng: 15 2.3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7_200 18 2.3.1 Phương pháp lập trình: 18 2.3.2 Baûng lệnh s7-200: 19 2.2.3 Lệnh vào/ra: 27 CHƯƠNG 3:TÌM HIỂU S7-200 PC ACCESS .43 3.1 TỔNG QUAN VỀ S7-200 PC ACCESS : 43 3.1.1 Giới thiệu : 43 3.1.2 Những tiện ích PC ACCESS : 43 3.1.3 Khả giao tiếp PC Access : 44 3.1.4 Xác định tốc độ baud địa network : 44 3.1.5 Các giao thức S7-200 PC Access network: 45 3.2 CỬA SỔ LÀM VIỆC CỦA S7-200 PC ACCESS : 47 3.2.1 tree view: 48 SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU 3.2.2 Item view: 49 3.2.3 Test Client view: 50 3.3 Sự giao tiếp Server Client S7-200 PC Access: 51 3.4 VÙNG NHỚ VÀ KIỂU DỮ LIỆU CỦA ITEM: .51 3.5 SỰ GIAO TIẾP GIỮA AUTOMATION CLIENT VỚI S7-200 PC ACCESS: .52 3.5.1 Excel client: .52 3.5.2 Visual Basic Client: 53 3.6 Các bước tạo Tag PC- Access 54 CHƯƠNG 4:TÌM HIỂU PHẦN MỀM WINCC 60 4.1 Giới thiệu WinCC: 60 4.1.1 Control Center hệ thống WinCC: 60 4.1.2 Nội dung Control Center: 61 4.1.3 Soạn thảo: 62 4.1.4 Các bước để tạo Project WinCC: 63 4.1.5 Trình tự tạo Project: 63 4.2 Cách lập trình WinCC: 73 4.3 Cấu hình truyền thông: 76 CHƯƠNG 5: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN 79 5.1 Giới thiệu Biến tần Danfoss: 79 5.2 Hình ảnh Biến tần Danfoss: 80 5.3 Sơ đồ đấu nối Terminal điều khiển: .80 5.4 Chú thích đèn báo LED: 83 PHẦN 2: 90 CHƯƠNG 6:THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 91 BƠM CẤP NƯỚC 91 6.1 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN .91 6.1.1 CPU 224 AC-DC-Relay PLC Siemens S7-200 91 6.1.2 Module Analog EM 235 PLC Siemens S7-200 91 6.1.3 Giới thiệu cảm biến áp suất: 91 6.1.4 Giới thiệu đồng hồ áp lực nước: 92 SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU 6.1.5 Van chiều: 92 6.1.6 Relay: 92 6.1.7 Máy bơm: 93 6.2 SƠ ĐỒ ĐIỆN .94 6.3 QUY ĐỊNH NGÕ RA NGÕ VÀO: .95 6.4 Hình ảnh mơ hình .96 6.5 THIẾT KẾ GIAO DIỆN : 97 6.6 CÁC THÔNG SỐ SỬ DỤNG CHO BIẾN TẦN: 101 6.6.1 Điều khiển biến tần Wicc: 101 6.6.2 Điều khiển biến tần theo ngõ vào analog: .102 6.6.3 Sơ đồ đấu nối bơm pha vào biến tần: 102 6.7 XỬ LÝ PID: .102 6.8 Ngắt xử lý ngắt: 108 6.9 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT: 110 6.10 LẬP TRÌNH PLC: 112 CHƯƠNG 7:TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Trên giới Việt Nam nhu cầu tiêu thụ lượng tăng dần có nhiều cảnh báo tiết kiệm lượng Các ngành cơng nghiệp nói chung ngành cấp nước ngày sử dụng cơng nghệ truyền động khơng thích hợp, điều khiển thụ động không linh hoạt Điều kiểm chứng với nhà máy nước hoạt động điều kiện làm việc khác xa so với thiết kế Chúng ta biết yếu tố cấu thành giá nước chi phí điện bơm nước chiếm tỷ lệ lớn khoảng 30 – 35%.Trước có tồn quan điểm cho việc đầu tư vào tiết kiệm lượng công việc tốn không mang lại hiệu thiết thực Với cơng nghệ biến tần tính tốn việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm lượng cho trạm bơm cấp II có thời gian hoàn vốn đầu tư ngắn làm giảm chi phí cho cơng tác quản lý vận hành thiết bị Máy bơm quạt gió ứng dụng thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm lượng Vì phạm vi đồ án tốt nghiệp đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần điều khiển tốc độ tiết kiệm lượng cho máy bơm nước ổn định áp suất đường ống cấp nước 1.2 VÀI NÉT VỀ ĐỀ TÀI: Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cấp nước vào đường ống chung Áp lực lưu lượng đuờng ống thay đổi hàng theo nhu cầu Bơm thiết bị kèm đường ống van, đài nước thiết kế với lưu lượng nước bơm lớn Vì điều chỉnh lưu lượng nước bơm thực phương pháp sau: _Điều chỉnh cách khép van ống đẩy bơm _Điều chỉnh đóng mở máy bơm hoạt động đồng thời _Điều khiển thay đổi tốc độ quay khớp nối thuỷ lực Điều khiển theo phưong pháp không tiết kiệm lượng điện tiêu thụ mà cịn gây nên hỏng hóc thiết bị đường ống chấn động đóng mở van gây nên, đồng thời máy bơm cung cấp không bám sát chế độ tiêu thụ mạng lưới Để giải vấn đề kể sử dụng phương pháp điều khiển truyền động biến đổi tốc độ thiết bị biến tần.Thiết bị biến tần thiết bị điều chỉnh biến đôỉ tốc độ quay động cách thay đổi tần số dòng điện cung cấp cho động Hiện thiết bị biến tần giới có nhiều nhà cung cấp thiết bị biến tần Danfoss ,Siemen SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA TRANG Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU ,ABB…Không cung cấp thiết bị cho ngành cấp nước mà cho nhiều ngành cơng nghiệp khác • Nguyên tắc điều khiển máy bơm thiết bị biến tần: + Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh cách linh hoạt lưu lượng áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi thiết bị biến tần, vi xử lý biến tần so sánh giá trị truyền với giá trị cài đặt để từ thay đổi tần số dòng điện, điện áp cung cấp cho động làm thay đổi tốc độ quay động để đảm bảo lưu lượng áp lực cấp vào mạng lưới +Sự điều chỉnh linh hoạt máy bơm sử dụng biến tần cụ thể sau: ƒ Điều chỉnh tốc độ quay áp suất thay đổi ƒ Đa dạng phương thức điều khiển máy bơm trạm bơm Một thiết bị biến tần điều khiển đến máy bơm Có ba phương thức điều khiển máy bơm: Điều khiển theo mực nước:Trên sở tín hiệu mực chất lỏng bể hút hồi tiếp biến tần Bộ vi xử lý so sánh tín hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng cài đặt Trên sở kết so sánh biến tần điều khiển đóng mở máy bơm cho phù hợp để mực chất lỏng bể giá trị cài đặt Ngược lại tín hồi tiếp lớn giá trị cài đặt, biến tần điều khỉên cắt bơm để mực chất lỏng đạt ổn định giá trị cài đặt Điều khiển theo hình thức chủ động/ thụ động: Mỗi máy bơm nối với biến tần có biến tần chủ động biến tần khác thụ động Khi tín hiệu hồi tiếp biến tần chủ động vi xử lý biến tần so sánh với tín hiệu cài đặt để từ tác động đến biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay máy bơm cho phù hợp không gây tượng va đập thuỷ lực phản hồi từ hệ thống Phương thức điều khiển linh hoạt nhất, khắc phục khó khăn q trình vận hành bơm khác với thiết kế Phương thức sử dụng cho trường hợp thay đổi lưu lượng áp lực mạng lưới Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển bơm: Một máy bơm điều chỉnh thơng qua thiết bị biến tần, máy bơm cịn lại đóng mở trực tiếp khởi động mềm Khi tín hiệu áp lực lưu lượng mạng lưới hồi tiếp biến tần Bộ vi xử lý so sánh với giá trị cài đặt, điều khiển tốc độ máy bơm chạy với tốc độ phù hợp điều khiển đóng mở máy bơm lại cho phù hợp với nhu cầu mạng lưới đồng thời điều chỉnh tốc độ bơm SVTH: NGUYỄN VĂN HỊA TRANG Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU //1 Nhập giá trị setpoint vào VD104 //2 Nhập giá trị khuếch đại Kc vào VD112 SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA TRANG 105 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU //3 Thiết lập thời gian lấy mẫu Ts //4 Thiết lập thời gian tích phân Ti //5 Khơng thiết lập thời gian vi phân //6 Thời gian ngắt Timer0 100ms // Cho phép ngắt Timer0 //7 Gọi ngắt Timer0 cho phép ngắt timer //8 Thực ngắt Timer Cứ 100ms chương trình tự động nhảy vào thực chương trình ngắt Timer0, ngắt Timer0 xảy chương trình khác dừng PLC thực cơng việc lập trình ngắt Timer, sau thực xong chương trình ngắt quay trở lại nơi mà bị dừng xảy ngắt Trong đề tài chương trình ngắt thực cơng việc đọc tín hiệu analog từ cảm biến áp suất với đầu dịng -20mA Module EM 235 đọc tín hiệu analog ta quan sát thơng qua vùng nhớ AIW0 Vì PLC xử lý số thực nên AIW0 chuyển sang số thực để thực phép tính, scale giá trị từ – để đưa vô giá trị đặt PV (VD100) Sau chương trình ngắt Timer0 sử dụng đề tài này: // Scale giá trị đặt thành số thực //1 Biến đổi I thành DI //2 Biến đổi số DI thành số thực Real SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA TRANG 106 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU //3 Scale giá trị tầm – //4 Lưu vào giá trị đặt PV ( VD100) // Cài đặt vòng lặp cho PID khởi động // Khối để Scale giá trị ngõ Mn thành số nguyên ( I ) Giá trị ngõ phải đơn cực không số âm //1 Ngõ đưa vào cộng //2 Scale giá trị //3 Biến đổi số thực thành số DI //4 Biến đổi số DI thành I //5 Xuất số nguyên ( I ) AQW0 để điều khiển biến tần AQW0 có giá trị từ -10 Vdc Kết luận: Điều khiển PID cho Biến tần để ổn định áp suất đặt, PID điều khiển tín hiệu ngõ bám sát tín hiệu setpoint mà ta có xác tốn điều khiển tự động Tuy nhiên, đề tài giá trị Kc, SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA TRANG 107 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU Kp, Ki… có dị cách thủ cơng, tức ta tăng giảm giá trị cho độ vọt lố, thời gian xác lập nhỏ 6.8 Ngắt xử lý ngắt: Nguyên tắc chế độ ngắt giống việc gọi chương trình con, khác chương trình gọi cách chủ động lệnh CALL, xử lý ngắt gọi bị động tín hiệu báo ngắt, hệ thống tổ chức gọi thực chương trình tương ứng vời tín hiệu báo ngắt đó, hay nói cách khác hệ thống tổ chức xử lý tín hiệu báo ngắt Chương trình gọi chương trình xử lý ngắt Trong CPU 214 có kiểu tín hiệu báo ngắt sau đây: Tám ngắt vào/ra theo sườn lên sườn xuống cổng I0.0÷I0.3 Hai ngắt thời gian Hai ngắt truyền thông nối tiếp ( nhận truyền) Bảy ngắt đếm tốc độ cao (CV=PV HSC0 thay đổi hướng, xóa ngồi, CV=PV HSC1 HSC2) Hai ngắt đầu truyền xung PTO0 PTO1 SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA TRANG 108 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU ™ Các kiểu tín hiệu báo ngắt khác CPU 214 trình bày bảng sau Những tín hiệu báo ngắt có CPU 212 Bảng kiện ngắt: Sự kiện Diễn giải CPU 221 CPU 222 Có CPU 224 Có I0.0 Xung cạnh lên I0.0 Xung cạnh xuống Có Có I0.1 Xung cạnh lên Có Có I0.1 Xung cạnh xuống Có Có I0.2 Xung cạnh lên Có Có I0.2 Xung cạnh xuống Có Có I0.3 Xung cạnh lên Có Có I0.3 Xung cạnh xuống Có Có Port Nhận ký tự Có Có Port Truyền thành cơng Có Có 10 Ngắt Timer SMB34 Có Có 11 Ngắt Timer SMB34 Có Có Cịn số ngắt chưa khai báo Trong đề tài sử dụng ngắt ngắt Timer0 Tín hiệu báo ngắt theo thời gian phát đặn theo chu kỳ thời gian Chu kỳ phát tín hiệu báo ngắt theo thời gian số nguyên khoảng 5ms255ms xác định giá trị SMB34, cho tín hiệu báo ngắt thời gian 0, SMB35 cho tín hiệu báo ngắt thời gian Một tín hiệu báo ngắt theo thời gian kích thời điểm khai báo lệnh ATCH Cũng thời điểm chu kỳ phát tín hiệu báo ngắt bắt đầu với chu kỳ phát quy định SMB34 SMB35 Mọi thay đổi sau nội dung hai ô nhớ đặc biệt không ảnh hưởng tới chu kỳ phát khai báo Muốn thay đổi lại chu kỳ phát tín hiệu báo ngắt, bắt buộc phải khai báo lệnh ATCH SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA TRANG 109 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS ĐỒNG SĨ THIÊN CHÂU 6.9 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT: Chương trình Main: START Gọi chương trình PUMP_1 ON (Biến tần) N VD100=VD104 Y N VD108 =1 Y VD100=VD104 VD100