BÀI TẬP LỚN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BƠM TƯỚI TIÊU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - BÀI TẬP LỚN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA TRẠM BƠM TƯỚI TIÊU Giảng viên hướng dẫn : Vũ Minh Quang Sinh viên thực : Vũ Thị Thu Hương Mã sinh viên : 1851212029 Lớp : 60TĐH1 Hà Nội 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta đường công nghiệp hóa đại hóa đất nước ,là nước phát triển, dần tiếp cận với khoa học kỹ thuật đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng người Cùng với phát triển , Điện – Tự động hóa đóng vai trị quan trọng Ngày công nghiệp, mạch điều khiển người ta thường sử dụng kỹ thuật số với chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số luật điều khiển Nó làm tăng tốc độ tác động tính xác cao cho hệ thống Như làm chuẩn hóa hệ thống truyền động điện điều khiển tự động đại có đặc tính làm việc khác Trong ứng dụng việc ứng dụng hệ thống tưới tiêu tự động ứng dụng rộng dãi mà mang tính tiện lợi đời sống nói chung nơng nghiệp nói riêng Hệ thống tưới tiêu tự động sử dụng PLC không tập tổng hợp bắt buộc sinh viên tự động hóa phải trải qua, mà cịn hội để sinh viên tìm tịi, nghiên cứu ứng dụng với thiết bị thực tế, bên cạnh giúp sinh viên củng cố kiến thức, làm quen nâng cao tính độc lập thiết kế sáng tạo sản phẩm thực tế CHƯƠNG : PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu tổng quan PLC - PLC viết tắc Programmable Logic Controller : thiết bị điều khiển lập trình cho phét thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn 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 - PLC dùng để thay mạch relay thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngơn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC Allen-Bradley, Omron… 1.1.1 Cấu tạo PLC Hình 1.1 cấu tạo PLC - PLC thường cấu tạo thành phần phần nguồn thường 220v 24v - Tiếp theo CPU, loại plc tùy theo ứng dụng có tốc độ xử lý nhớ lưu trữ chương trình, khả mở rộng khác - Phần lại khối ngoại vi bao gồm: in/out, truyền thông, module phát xung, analog - Tùy theo ứng dụng giá thành mà PLC thiết kế theo nhiều hình dạng khác chủ yếu có hình dạng dạng nguyên khối dạng module - Đối với số loại u cầu nhỏ gọn có số loại plc dạng slim( mỏng), loại thường dạng khối gắn ray để bắt lên lắp thiết bị tủ điện 1.2 Giới thiệu chung hệ thống trạm bơm tưới tiêu 1.2.1 Sơ đồ hệ thống Hình 1.2 sơ đồ mơ tả hệ thống 1.2.2 Phân tích hệ thống - Cho hệ thống trạm bơm tưới tiêu, thiết kế giải pháp tự động hóa theo bước Cho a= số cuối MSV, b=mod(a:3) Thức theo chế độ tưới tiêu Nhóm lập trình điều khiển giám sát thu thập liệu từ sensor mức nước, độ mở van, trạm bơm với bơm với PLC S7-1200 theo giải pháp theo bước - Chế độ tự động tưới điều khiển làm việc luân phiên theo mức nước bể xả : +Mức 1: máy bơm làm việc, máy bơm dự phòng luân phiên (100+a) phút với tốc độ lớn ( định mức) +Mức 2: máy bơm làm việc máy bơm dự phòng làm việc luân phiên (120+3b) phút +Mức (đầy bể): bơm dừng - Đo điều khiển, hiển thị HMI hệ thống 1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống - Khi bấm nút khở động cửa G4 cửa G2 đóng lại , đồng thời G1 G3 mở - Ở mức nước bơm bơm hoạt động liên tục (100+a) phút sau mức bơm hoạt động liên tục (120+3b) phút bơm nghỉ luân phiên sau (120+3b) phút bơm tiếp tục bơm đầy ruộng - Khi ruộng dã đầy nước kích hoạt chế độ tiêu , cửa G1 G3 đóng lại G2 ,G4 mở Sau bơm bơm nước từ ruộng quay lại bể nguồn CHƯƠNG : BIỂU ĐỒ CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN 2.1 Tổng quan mạng GRAFCET Mạng grafcet biều đồ hình chức cho phép mơ tả trạng thái làm việc hệ thống biểu diễn trình điều khiển với trạng thái chuyển đổi từ trạng thái sang trạng thái khác Đó đồ hình định hướng xác định phần tử là: tập trạng thái, tập điều kiện chuyển trạng thái Mạng grafcet mô tả thành chuỗi giai đoạn chu trình sản xuất Mạng grafcet cho q trình sản xuất ln ln đồ hình khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối từ trạng thái cuối trạng thái đầu 2.2 Sơ đồ grafcet biểu thị chức điều khiển hệ thống: + Dưới biểu đồ grafcet thể tồn trình tự hoạt động hệ thống Bơm tưới tiêu, giúp dễ dàng đọc hiểu nguyên lý hoạt động đơn giản trình lập trình PLC Hình 2.1 Biểu đồ grafcet hệ thống điều khiển CHƯƠNG : PHÂN TÍCH PLC S71200 3.1 Tổng quan PLC S7 - 1200 - Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay dần cho S7200 So với S7-200 S7-1200 có tính trội: - - - S7-1200 dòng điều khiển logic lập trình (PLC) kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh làm cho có giải pháp hồn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 bao gồm microprocessor, nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào/ra (DI/DO) S7-1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Ngoài bạn dùng module truyền thong mở rộng kết nối RS485 RS232 Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngơn ngữ lập trình FBD, LAD SCL Phần mềm tích hợp ứng dụng TIA Portal Siemens 3.1.1 Các dịng PLC S7-1200 S7-1200 có dịng CPU 1211C, CPU 1212C CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C - PLC S7-1200 CPU 1211C có nhớ làm việc 50KB work memory.(dịng không mở rộng module I/O - PLC S7-1200 CPU 1212C có nhớ làm việc 75KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1214C có nhớ làm việc 100KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1215C có nhớ làm việc 125KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1217C có nhớ làm việc 150KB work memory Trong đó, tiếp tục phân thành phiên bản: Standard, Fail-safe, SIPLUS 3.1.2 giao tiếp S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus kết nối PTP (point to point) Giao tiếp PROFINET với: – Các thiết bị lập trình – Thiết bị HMI – Các điều khiển SIMATIC khác Hỗ trợ giao thức kết nối: – TCP/IP – SIO-on-TCP – Giao tiếp với S7 Hình 3.2 Cấu hình giao tiếp PLC S7 - 1200 3.1.3 Thông số dịng PLC 1214C-AC/DC/ RLY : • • • • • • • • • • • Kích thước vật lý 110 x 100 x 75 14 ngõ vào kỹ thuật số 10 ngõ kỹ thuật số ngõ kiểu tương tự Kích thước tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) 1024 byte ngõ (Q) Bộ nhớ làm việc 50kB, nhớ lưu trữ MB , nhớ giữ lại 2KB Vùng nhớ truy xuất (bit M) 8192 byte Module tín hiệu mở rộng : Module truyền thông (mở rộng bên trái ) Bộ đếm tốc độ cao • Đơn pha 100khz , 30khz • Vng pha 80khz ,3 20khz Ngõ xuất xung tốc độ cao : 10 + Cung cấp điện ~ 30Vdc + Vỏ bảo vệ IP67 + Vật liệu đầu dò: PVDF + Phát tiếng vang sai + Góc chùm: + Khơng bị ảnh hưởng nhiệt độ chất lỏng + Phạm vi tối đa đến 12 mét - Ưu điểm cảm biến sóng siêu âm + Đo mực nước cảm biến siêu âm loại chất lỏng khác với độ xác cao + Thời gian đáp ứng nhanh, hoạt động ổn định + Tín hiệu ngõ chuẩn analog 4-20mA + Có thể cài đặt thang đo cần điều chỉnh khoảng cách cho xác + Giá thành tương đối phù hợp với loại cảm biến mực nước khác + Đo cho chất rắn chất lỏng + Không tiếp xúc với vật cần đo - Nhược điểm cảm biến siêu âm đo mức nước + Cảm biến siêu âm đo mức nước có điểm mù điểm cao cảm biến hay gọi Dead zone + Khoảng cách đo tối đa 12m + Giá thành cao loại cảm biến đo mức nước khác + Khoảng cách đo giảm phân đo cho chất rắn + Nhiệt độ hoạt động 70ºC - Ứng dụng cảm biến siêu âm đo mức nước: + Thiết bị xử lý nước nước thải: máy bơm, kênh, đập giếng 25 + Dầu ăn, nước sốt đồ uống + Hóa chất: sơn, carbon, nước, dầu thô, nhựa epoxy, bùn vôi sáp + Diesel, hóa dầu, rượu, dung mơi… Hình 7.1 cảm biến siêu âm 5.1.2 Van Điện 220VAC - UW-15 Model: UW-15 Điện áp sử dụng: 220VAC Kiểu van: Thường đóng/ thường mở Kiểu kết nối: đầu ren Môi trường làm việc: Gas, dầu, khí nén, nước, nước nóng Chất liệu: Đồng thau, đồng Áp lực tối đa: 10kg/cm2 Kích thước: 6.4x5.5x11cm Khi trạng thái bình thường van ln đóng, cần mở van cấp điện 220V cho van Van điện đnag sử dụng rộng rãi, chúng có nhiều ứng dụng khác nhau: Sử dụng hệ thống tưới tự động, điều khiển từ xa, cơng tắc, Thơng số kỹ thuật • Điện áp sử dụng: 220VAC • Tần số: 50/60Hz • Kiểu van: Thường đóng/ thường mở • Kiểu kết nối: đầu ren • Mơi trường làm việc: Gas, dầu, khí nén, nước, nước nóng • Chất liệu: Đồng thau, đồng • Áp lực tối đa: 10kg/cm2 26 • Kích thước van điện: 6.4x5.5x11cm • Nhiệt độ làm việc: đến 180 độ C • Trọng lượng: 630g Hình 7.2 Van điện từ UW-15 5.1.3 RƠLE Trung gian - Relay trung gian Omron MY2N-GS AC220/240 để đóng, ngắt động bơm,trộn  khả chịu tải 5A  Điện áp AC220/240 V  Thời gian đóng, ngắt: 25ms  Tần số hoạt động: 1800 lần/giờ  Tuổi thọ đóng, ngắt trung bình: 500 nghìn lần  Nhiệt độ mơi trƣờng làm việc: -25oC ~ 70oC  Điện trở cách điện: 100M Ω 27 Hình 7.3 rơle trung gian Omron LY2N DC24 5.1.4 Aptomat -Aptomat loại cầu dao với khả đóng cắt tự động Trong hệ thống điện, Aptomat có chức bảo vệ hệ thống tránh tượng tải ngắn mạch Một số loại có thêm nhiều chức tiên tiến chống rị rỉ điện chống giật -Trong đồ án em chọn MCB LS BKN-b 16A 10kA 3P +Điện áp: 16A +Dịng ngắt mạch: 10kA +Số cực: 3P Hình 7.4 Aptomat MCB LS BKN-b 16A 5.1.5 RƠLE nhiệt 28 Rơ le nhiệt có chức đóng cắt tiếp điểm dòng điện tăng mạnh sinh nhiệt tác động lên kim loại khiến chúng bị giãn nở Nhờ có mặt mà thiết bị điện máy móc hoạt động ổn định khơng bị hư hỏng q tải Chính vậy, rơle nhiệt ứng dụng hầu hết hệ thống điện từ công nghiệp tới dân - Trong đồ án em sử dụng Rơ le nhiệt LS 3P MT-32 +Dải dòng bảo vệ: 0.63-1A; 1-1.6A; 1.6-2.5A; 2.5-4A;4-6A; 5-8A; 6-9A; 710A; 9-13A; 12-18A +Số cực: cực +Tiếp điểm 1NO + 1NC +Hãng sản xuất: LS +Xuất xứ: Korea Hình 7.5 Rơ le nhiệt LS 3P MT-32 5.1.6 Nút nhấn Nút nhấn (nút ấn) loại khí cụ dùng để đóng ngắt từ xa thiết bị điện, máy móc số loại q trình điều khiển.Nút nhấn (nút ấn) thường đặt bảng điều khiển, tủ điện, hộp nút nhấn… Khi thao tác với nút nhấn cần dứt khoát để mở đóng mạch điện.Hầu hết, nút nhấn (nút ấn) nhựa kim loại Hình dạng nút ấn phù hợp với ngón tay bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất phụ thuộc vào thiết kế cá nhân Nút nhấn thường chia làm loại , nút nhấn nhả nút nhấn giữ : • Nút nhấn giữ : Khi nhấn vào đầu nút nhấn tiếp điểm điểm đóng lại mở tùy vào loại thường mở hay thường đóng, tay thả tay 29 cấu tự giữ nút nhấn gài lại nhờ vào mà tiếp điểm giữ trạng thái buông tay Khi muốn thay đổi trạng thái nút nhấn ta tiếp tục nhấn vào nút nhấn thêm lần lúc cấu gài mở lò xo bên bung làm nút nhấn trở vị trí ban đầu • Nút nhấn nhả : Khác với loại tự giữ nhấn vào đầu nút nhấn nhả tiếp điểm đóng lại loại NO mở loại NC, khơng có cấu tự giữ nên ta bng tay lị xo bung nút nhấn trở trạng thái ban đầu Trong đồ án em sử dụng nút nhấn hanyong nux với nút nhấn xanh để khở động động bơm động nút nhấn đỏ đề dừng Hình 7.6 nút nhấn habyong 5.1.7 Công tắc chuyển trạng thái Công tắc chuyển mạch thiết bị để chuyển đổi điện áp dòng điện pha (Volt, Ampe) Ngồi cịn có số loại khác dùng để on/off mạch đảo chiều động Có nhiều loại cơng tắc , có dạng cơng tắc xoay vị trí Cơng tắc vị trí cịn chia làm hai loại là: xoay với góc 90 độ xoay với góc 45 độ Ngồi ra, cơng tắc xoay cịn ưu việt với tính có dạng tự trả vị trí ban đầu (vị trí off) Các dạng tiếp điểm cơng tắc xoay vị trí gồm: 1NO, 1NC, 1NO + 1NC, 2NC, 2NO với dòng định mức 10A Điện áp hoạt động thiết bị lên đến 500V, điện trở nhỏ 50mOhm, vật liệu tiếp điểm hard silver (bạc cứng) Trong hệ thống em Sử dụng cơng tắc chuyển mạch vị trí tương ứng với chức điều khiển bơm hoạt động manual , auto 30 Hình 7.7 Cơng Tắc Xoay Vị Trí LA39X2 5.1.8 Máy Bơm Cơng Nghiệp Máy Bơm Công Nghiệp INTER CM65-125B 7.5HP Thông số kỹ thuật : - Model: INTER CM65-125B-7.5HP - Nguồn điện: 380V-3pha - Công suất: 7.5HP-5.5KW - Cột áp: Max 42 mét - Lưu lượng: 30-120 m3/h - Họng xả: 80-65 mm - Xuất xứ: Liên doanh Italy • Ưu điểm : - Là máy bơm ly tâm mặt bích cơng nghiệp thiết kế sử dụng vật liệu chất lượng cao • - Inter CM 65-125B sản xuất sử dụng công nghệ tiên tiến kiểm soát Plasma Hệ thống kiểm soát chất lượng tổng thể sản xuất Máy bơm nước ly tâm Inter CM 65-125B cho lưu lượng lớn đẩy cao thường dùng nhà máy, khu công nghiệp, hệ thống cứu hỏa, chữa cháy, cấp nước tòa nhà trung cư, hệ thống thủy lợi, hệ thống làm mát…Inter CM 65-125B Với thân máy bề mặt sơn tĩnh điện chống gỉ, trình sản xuất cho sản phẩm tiêu 31 chuẩn, chất lượng hiệu cao Hình 7.8 máy bơm INTER CM65-125B-7.5HP 5.2 sơ đồ mạch điều khiển , sơ đồ nối dây 5.2.1 Sơ đồ nối dây - Ở sơ đồ đấu dây chân L1và N em đấu với cực nguồn 220V - Chân L+, M chân cho nguồn nuôi 24VDC PLC , với Chân 1M gọi chân định kiểu đấu dây ngõ vào em đấu chân 1M với chân 0V , em dùg nguồn dây +DC để kích cho ngõ vào , ni cảm biến với cơng tắc nút nhấn 32 Hình 7.8 sơ đồ đấu dây 33 Hình 7.9 Đầu vào PLC Hình 7.10 đầu PLC 5.2.2 Sơ đồ mạch động lực - Ở sơ đồ mạch động lực em sử dụng Aptomát , rơ lelay relay nhiệt Aptomat sử dụng để bảo vệ dòng điện chống tải,ngắn mạch Relay trung gian sử dụng để đóng ngắt động bơm Relay nhiệt sử dụng để bảo vệ tải , nhiệt 34 Hình 7.9 sơ đồ mạch lực 35 CHƯƠNG : MÔ PHỎNG ,MÔ HÌNH 6.1 Mơ HMI 6.1.1 chế độ auto - Ta chọn chế độ auto nhấn start , sau ta chọn chế độ auto_tưới Khi Cửa G1 G3 mở G2 G4 đống lại Cùng lúc Cảm biến mức kích hoạt Sau Bơm bơm hoạt động luân phiên vòng (100+a) phút = 129 phút -Sau 115 phút cảm biến mức tác động , bơm bơm nước vào ruộng liên tục vòng 120+(3b)phút = 126 phút Đến ruộng đầy nước , cảm biến mức tác động 36 - Khi Nước đầy ta nhấn nút auto_tiêu Hệ thống chuyển sang chế độ tiêu, cổng G1 G3 đóng lại , G4 G2 mở bơm hoạt động hút khỏi ruộng quay lại bể nguồn 6.1.2 Chế độ manual Khi Ta chuyển chế độ sang manual , ta tự mở cổng bơm Tuy nhiên muốn mở bơm cổng G1 G3 phải mở G4 ,G2 đóng 37 Tương tự muốn mở bơm cổng G2 ,G4 mở G1 G3 đóng CHƯƠNG KẾT LUẬN 38 Sau trình học tập tìm hiểu , với hướng dẫn thầy Vũ Minh quang em hoàn thành Bài tập lớn Trạm tưới tiêu tự động sử dụng PLC s71200 Qua trình thực đồ án em biết thêm nhiều PLC , biết cách lập trình , áp dụng kiến thức học tìm hiểu để áp dụng, xây dựng hệ thống điều khiển tự động sử dụng PLC ngồi em cịn tìm hiểu biết cách xây dựng ,thiết kế chương trình giám sát HMI để thuận tiện việc điều khiển giám sát Trong trình thực hiện, dù có nhiều lỗ lực Nhưng lực kiến thức cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót em mong đóng góp ý kiến thầy, em hồn thiện thêm kiến thức cho thân Em xin chân thành cảm ơn! 39