BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa CÔNG NGHỆ ĐIỆN Chuyên ngành KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đề tài ỨNG DỤNG PLC S7 1200 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: CÔNG NGHỆ ĐIỆN Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đề tài: ỨNG DỤNG PLC S7-1200 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHỐNG NGẬP MẶN CHO KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: Lê Hùng Anh 16045181 Lê Văn Dũng 16049321 Vương Khả Phi 16053331 Nguyễn Đức Tài 15072781 Nguyễn Đỗ Thanh Phong 16023581 ThS Nguyễn Anh Tuấn Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Lê Văn Dũng MSSV: 16049321 (2): Lê Hùng Anh MSSV: 16045181 (3): Vương Khả Phi MSSV: 16053331 (4): Nguyễn Đỗ Thanh Phong MSSV : 16023581 (5): Nguyễn Đức Tài MSSV: 15072781 Tên đề tài ỨNG DỤNG PLC S7-1200 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHỐNG NGẬP MẶN CHO KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) - Lập trình PLC điều khiển giám sát hệ thống chống ngập - Thiết kế hệ thống SCADA để điều khiển giám sát hệ thống - Xây dựng mơ hình mơ cho hệ thống thực tế, với tỉ lệ thu nhỏ phù hợp - Thiết kế vẽ 3D hệ thống phần mềm Inventor Solidworks - Thi công lắp ráp thực phần cứng hệ thống, lắp ráp thiết bi - Xây dựng mơ hình tốn cho hệ thống Sử dụng phần mềm Matlab mô so sánh khả đáp ứng điều khiển PID với điều khiển: ONOFF - Hướng phát triển: Điều khiển giám sát qua mạng viễn thông i Kết dự kiến (tóm tắt kết dự kiến đạt được) Loại kết Mô tả Loại I Thực - Thiết bị, máy móc (mơ hình vật lý) - Vật liệu Loại II - Nguyên lý ứng dụng - Phương pháp - Tiêu chuẩn - Chương trình máy tính - Phần mềm máy tính - Bản vẽ thiết kế - Quy trình cơng nghệ - Phân tích dự báo Loại III - Sơ đồ - Số liệu - Báo cáo phân tích - Đề án, quy họach Loại IV - Bài báo - Sách chuyên khảo - Giáo trình ii PLC S7-1200 1212DC/DC/DC Biến tần Mitsubishi E700 Động pha kết hợp giảm tốc Cảm biến siêu âm đo mức ULM-53N02 Nguồn tổ ong 220VAC-24VDC CB 1pha Cơng tắc hành trình Omron Rơle trung gian Máy bơm nước mini DC 12V Nút nhấn Đèn báo Mica Vít me nâng hạ Gỗ ép Vỏ tủ điện Ống dẻo nhựa 14 Dây điện - Tài liệu phục vụ giảng dạy (bài giảng) - Sản phẩm đăng ký sở hữu trí tuệ Khác - (Sinh viên đánh dấu X vào thực hiện, ghi tóm tắt mơ tả cho kết dự kiến mà thực hiện) Tp HCM, ngày tháng 10 năm 2019 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên Lê Văn Dũng Nguyễn Anh Tuấn Lê Hùng Anh Vương Khả Phi Nguyễn Đức Tài Nguyễn Đỗ Thanh Phong Trưởng môn Ngô Thanh Quyền iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN v MỤC LỤC MỤC LỤC .vi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan điều khiển mực nước 1.2 Đối tượng nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ đặt CHƯƠNG THỰC TRẠNG HIỆN NAY 2.1 Thực trạng nạn xâm nhập mặn Đồng Sông Cửu Long 2.2 Các dự án chống mặn thực tế triển khai 2.2.1 Các cơng trình chống mặn Việt Nam .6 2.2.2 Các cơng trình ngăn mặn tiếng giới CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 3.1 Lý thuyết điều khiển PID – PID Tia Portal 13 3.1.1 Lý thuyết điều khiển PID 13 3.1.2 PID Tia Portal 22 3.2 Các thiết bị sử dụng đề tài .27 3.2.1 Nguồn chỉnh lưu 24V 27 3.2.2 Bộ điều khiển lập trình (PLC S7 - 1200) 28 3.2.3 Biến tần Mitsubishi E700 34 3.2.4 Động không đồng pha 37 3.2.5 Cảm biến siêu âm 39 3.3 Tia Portal V15 – Phần mềm lập trình PLC Siemens 41 3.3.1 Giới thiệu phần mềm Tia Portal V15 41 3.3.2 Tổng quan sử dung TIA Portal 42 vi 3.4 MATLAB – Ngơn ngữ tính tốn khoa học 51 3.4.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB 51 3.4.2 Tổng quan Matlab 51 3.5 AutoCAD – Phần mềm vẽ kỹ thuật thông dụng .53 3.5.1 Giới thiệu phần mềm AutoCAD 53 3.5.2 Một số ứng dụng AutoCAD 54 3.5.3 Các môi trường làm việc AutoCAD 2018 54 3.6 Phần mềm vẽ 3D Inventor 56 3.6.1 Giới thiệu Inventor 56 3.6.2 Ứng dụng Inventor 57 CHƯƠNG THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH 59 4.1 Lắp ráp gia cố khung mơ hình .59 4.1.1 Chuẩn bị vật tư và dụng cụ 59 4.1.2 Thiết kế vẽ Mô hình .60 4.1.3 Bản vẽ tủ điện điều khiển 62 4.1.4 Thi công phần cứng 65 4.2 Lắp ráp thiết bị lên khung mơ hình 69 CHƯƠNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 75 5.1 Lưu đồ giải thuật và phương trình tốn .75 5.1.1 Lưu đồ giải thuật 75 5.1.2 Phương trình tốn hệ thống [7] 76 5.2 Phần lập trình 82 5.2.1 Cấu hình thành phần lập trình PLC .82 5.2.2 Bảng tagname và chương trình chi tiết 86 5.2.3 Hệ thống giám sát WinCC 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1: Vùng ngập mặn DBSCL vào năm 2050 (theo Climate Central) Hình 2.2: Tình trạng ngập mặn ĐBSCL năm 2020 [1] Hình 2.3: Cống đập xà lan Cà Mau [1] .6 Hình 2.4: Cống đập Ba Lai Bến Tre (Nguồn: Internet ) Hình 2.5: Âu thuyền Ninh Qưới hồn thành [1] Hình 2.6: Cách thức vận hành cơng trình (Nguồn: Internet) Hình 2.7: Âu ngăn mặn Chittenden Seattle (Hoa Kỳ) (Nguồn: Internet) 10 Hình 2.8: Hệ thống đê biển độc vô nhị Hà Lan (Nguồn: Internet) 10 Hình 2.9: Cổng đóng mở đê biển tiếng Hà Lan (Nguồn: Internet) 11 Hình 2.10: Cống Bến Nghé dự án chống ngập cho TP HCM 11 Hình 2.11: Hình ảnh hồn thiện mơ hình .12 Hình 3.1: Thành phần điều khiển PID [8] .13 Hình 3.2: Ví dụ ngõ khâu P (Nguồn: Wikipedia) 14 Hình 3.3: Ví dụ ngõ khâu I (Nguồn: Wikipedia) 14 Hình 3.4: Ví dụ ngõ khâu D BDK PD (Nguồn: Wikipedia) .15 Hình 3.5: Bộ điều khiển PID (Nguồn: Wikipedia) .16 Hình 3.6: Ví dụ ngõ BDK PID (Nguồn: Wikipedia) 17 Hình 3.7: Cấu trúc điều khiển PID (Nguồn: Wikipedia) .17 Hình 3.8: Đáp ứng hệ hở 19 Hình 3.9: Sơ đồ khối hệ kín 20 Hình 3.10: Đáp ứng hệ thống .20 Hình 3.11: Mơ hình hệ thống sử dụng điều kiển PID (Nguồn: Wikipedia) 22 Hình 3.12: Các bước để tạo khối PID Compact 23 Hình 3.13: Các bước để tạo khối DB 23 Hình 3.14: Chọn chế độ hoạt động cho PID sau khởi động 26 Hình 3.15: Kiểm sốt thơng số vào .26 Hình 3.16: Nguồn chỉnh lưu AC-DC 24V (Nguồn: Internet) 27 Hình 3.17: Thành phần PLC (Nguồn: Internet) 28 viii Hình 3.18: Board truyền thông CB 1241 RS485 32 Hình 3.19: Nguyên lý hoạt động biến tần (Nguồn: Internet) .34 Hình 3.20: Sơ đồ đấu nối phần động lực (Nguồn: Internet) .34 Hình 3.21: Biến tần Mitsubishi E700 (Nguồn:Internet) .35 Hình 3.22: Sơ đồ đấu nối Biến tần (Nguồn: E700 Parameter Catalog) .36 Hình 3.23: Cấu tạo động không đồng (Nguồn: Internet) 37 Hình 3.24: Động 5IK40GN-SM (Nguồn: Internet) .38 Hình 3.25: Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm (Nguồn: Internet) 39 Hình 3.26: Cảm biến siêu âm UA18CAD09PPTI (Nguồn: Internet) 40 Hình 3.27: Phần mềm Tia Portal V15 (Nguồn: Internet) 41 Hình 3.28: Giao diện ban đầu Tia Portal V15 .42 Hình 3.29: Các bước để tạo dự án .42 Hình 3.30: Các lựa chọn sau tạo dự án 43 Hình 3.31: Lựa chọn thiết bị phù hợp .43 Hình 3.32: Giao diện sau sau thiết lập xong phần cứng .44 Hình 3.33: Cấu trúc lập trình Tia Portal (Nguồn: Internet) 45 Hình 3.34: Khối lệnh MB_COMM_LOAD .47 Hình 3.35: Khối lệnh MB_Master 49 Hình 3.36: Phần mềm MATLAB (Nguồn: Internet) 51 Hình 3.37: Giao diện Matlab 52 Hình 3.38: Các mơi trường làm việc AutoCAD 2018 55 Hình 3.39: Phần mềm Inventor 2016 57 Hình 3.40: Ví dụ công dụng Inventer thiết kế tủ điện 58 Hình 4.1: Phần mềm vẽ 3D Inventer 60 Hình 4.2: Bản vẽ 3D thức cùa khung sườn mơ hình 60 Hình 4.3: Bản vẽ 3D mơ hình gắn thêm thiết bị 61 Hình 4.4: Góc nhìn khác vẽ 61 Hình 4.5: Phần mềm Auto CAD 2017 62 Hình 4.6: Bản vẽ tổng thể mặt tủ điện 62 Hình 4.7: Bản vẽ đấu nối ngõ vào PLC 63 Hình 4.8: Bản vẽ đấu nối ngõ PLC 63 Hình 4.9: Bản vẽ đấu nối bơm và động 64 ix ... tài ỨNG DỤNG PLC S7- 1200 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHỐNG NGẬP MẶN CHO KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) - Lập trình PLC điều khiển. .. thiệu Đề tài Ứng dụng PLC S7- 1200 thiết kế Bộ điều khiển PID, điều khiển giám sát hệ thống chống ngập mặn cho khu vực Đồng Sông Cửu Long với mong muốn đóng góp phần tri thức cống hiến cho xã hội,... điều khiển giám sát hệ thống chống ngập - Thiết kế hệ thống SCADA để điều khiển giám sát hệ thống - Xây dựng mơ hình mơ cho hệ thống thực tế, với tỉ lệ thu nhỏ phù hợp - Thiết kế vẽ 3D hệ thống phần