ĐO LƯỜNG và điều KHIỂN hệ THỐNG GIAO THÔNG đề tài điều khiển và giám sát hệ thống báo cháy sử dụng mạng truyền thông AS i

z  BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ~~~~~~*~~~~~~ BÁO CÁO TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG GIAO THÔNG Đề tài: Điều khiển giám sát hệ thống báo cháy sử dụng mạng truyền thông AS-i Giảng viên hướng dẫn: TS LƯU HỒNG MINH Nhóm thực hiện: 01 Trần Quốc Khải Đoàn Quốc Trung Lâm Hồng Khương TP Hồ Chí Minh, 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1.Đầu báo khói quang địa SIGA – PS 1.2.Nút ấn báo cháy trực tiếp SIGA – 271 1.2.1 Cấu tạo, chức nhiệm vụ 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 1.3.Chuông đèn báo cháy 1.3.1 Chuông báo cháy 323D – 10AW 1.3.2 Đèn báo cháy 1.3.3 Chuông đèn báo cháy kết hợp G1-HDVM 1.4.Truyền thông AS - Interface 1.4.1 PLC S7 – 1200 1.4.2 Master CM 1243 – 1.4.3 Salve 3RK1400 1.4.4 Cáp truyền mạng AS – Interface CHƯƠNG CẤU TRÚC VẬN HÀNH HỆ THỐNG 2.1.Sơ đồ ghép nối phần cứng hệ thống 2.2.Lưu đồ thuật toán 2.3.Lưu đồ Grafect hệ thống 2.3.1 Grafect I 2.3.2 Grafect II 2.4.Các biến đầu 2.5.Nguyên lý hoạt động hệ thống KẾT LUẬN PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đầu báo khói quang địa SIGA – PS Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo nút ấn báo cháy trực tiếp Hình 1.3 Nút ấn báo cháy trực tiếp Hình 1.4 Chuông báo cháy 323D – 10AW Hình 1.5 Đèn báo cháy Hình 1.6 Biển báo lối thoát hiểm Hình 1.7 Sơ đồ đấu nối hệ thống chuông đèn Hình 1.8 Chng đèn báo cháy kết hợp G1-HDVM Hình 1.9 Sơ đồ kết nối mạng AS – Interface Hình 1.10 Các dòng PLC S7 – 1200 Hình 1.11 CPU 1214C DC/DC/DC Hình 1.12 Module truyền thơng CM 1243 – Master(3RK7243-2AA30-0XB0) 10 Hình 1.13 Salve 3RK1400-1BQ00-0AA3 11 Hình 1.14 Cáp truyền AS-i (3RX9012-0AA00) 12 Hình 2.1 Sơ đồ ghép nối hệ thống 13 Hình 2.2 Lưu đồ thuật toán hệ thống 14 Hình 2.3 Lưu đồ Grafect I hệ thống 15 Hình 2.4 Lưu đồ Grafect II hệ thống 16 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật đầu báo cháy khói quang địa SIGA – PS Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật nút ấn báo cháy trực tiếp SIGI – 271 Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật chuông báo cháy 323D – 10AW Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật chuông đèn báo cháy kết hợp G1 – HDVM Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật 3RK7243-2AA30-0XB0 10 Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật 3RK1400-1BQ00-0AA3 11 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện LỜI MỞ ĐẦU Trong sống hệ thống nhà xưởng, nhà ga, khu vực bảo trì,…ln tồn khu vực dễ cháy, nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng lớn sinh hoạt sản xuất Nó giúp phát nhanh chóng chữa cháy kịp thời kỳ đầu vụ cháy đem lại an toàn chủ động cho tính mạng tài sản nhân dân, nhà máy, xưởng sản xuất, nhà ga, Ngày nay, việc phòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu nước ta nhiều nước giới Nó trở thành nghĩa vụ người dân Trên phương tiện thông tin đại chúng tuyên truyền giáo dục cho người dân ý thức phòng cháy chữa cháy, nhằm mục đích hạn chế vụ cháy đáng tiếc xảy Cùng với phát triển nhanh chóng khoa học kĩ thuật hệ thống báo cháy tự động bước tự động hóa, giúp phát kịp thời vụ cháy, có thơng tin sớm dể báo cho quan chức kịp thời xử lý Xuất phát từ ý tưởng trên, chúng em chọn đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống báo cháy sử dụng mạng AS-i”cho báo cáo đồ án môn học Do thời gian, kiến thức hiểu biết hạn chế nên chắn q trình làm chúng em cịn nhiều thiếu sót, nên mong q thầy chân thành góp ý GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|1 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Đầu báo khói quang địa SIGA – PS Đầu báo khói quang địa SIGA-PS sản xuất kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001 với tính năng: − Hoạt động dựa vi xử lý thông minh − Tự động cập nhật địa có thay − Đầu cảm biến thơng minh loại trừ tối đa trường hợp báo cháy giả − Có tới 20 mức tiền cảnh báo − Khả tự động nhận biết tình trạng: độ bẩn, độ nhậy − Khơng cần lập trình lại thay thế, bảo trì Bảng 1.1 Thơng số kỹ thuật đầu báo cháy khói quang địa SIGA – PS THƠNG SỐ KỸ THUẬT Điện áp hoạt động Dòng điện hoạt động Nhiệt độ hoạt động Độ ẩm tối đa Tốc độ gió tối đa Hình 1.1 Đầu báo khói quang địa SIGA – PS GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|2 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện 1.2 Nút ấn báo cháy trực tiếp SIGA – 271 1.2.1 Cấu tạo, chức nhiệm vụ Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo nút ấn báo cháy trực tiếp Nút ấn báo cháy trực tiếp thiết bị dùng để truyền tín hiệu cảnh báo tủ trung tâm lệnh điều khiển trực tiếp người trường hợp khẩn cấp trường hợp đầu báo cháy khu vực bị vơ hiệu hóa Thiết bị cho phép người sử dụng chủ động truyền thông tin báo cháy cách nhấn kéo vào công tắc khẩn, báo động khẩn cấp cho người diện khu vực biết để có biện pháp xử lý hỏa hoạn di chuyển khỏi khu vực nguy hiểm lối hiểm Gồm có loại công tắc khẩn sau: − Nút ấn dạng ấn kính vỡ (break glass) − Nút ấn dạng giật cơng tắc (pull station) − Nút ấn dạng ấn giữ ( push & hold ) Nút ấn báo cháy trực tiếp lắp đặt vị trí dễ quan sát như: Hành lang, cửa lối vào thang máy, thang bộ… GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|3 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thơng điện Hình 1.3 Nút ấn báo cháy trực tiếp 1.2.2 Nguyên lý hoạt động Khi phát đám cháy, người tác động cách nhấn vào nút ấn ( công tắc ON – OFF ), tín hiệu ngắn mạch mức cao tủ truyền tủ trung tâm từ phát tín hiệu cảnh báo Bảng 1.2 Thơng số kỹ thuật nút ấn báo cháy trực tiếp SIGI – 271 Thông số kỹ thuật Tiết diện dây tín hiệu Điện áp hoạt động Dòng chịu tải tiếp điểm Nhiệt độ làm việc 1.3 Chuông đèn báo cháy 1.3.1 Chuông báo cháy 323D – 10AW Chuông báo cháy lắp đặt phịng bảo vệ, phịng có nhân viên trực ban, hành lang, cầu thang nơi đông người qua lại nhằm thông báo cho người xung quanh biết cố xảy để có phương án xử lý Khi xảy cố hỏa hoạn, chng báo động phát tín hiệu báo động giúp cho nhân viên bảo vệ nhận biết thông qua thiết bị theo dõi cố hỏa hoạn (bảng hiển thị phụ) biết khu vực xảy hỏa hoạn, từ thơng báo kịp thời đến nhân viên có trách nhiệm phịng cháy chữa cháy khắc phục cố có biện pháp xử lý thích hợp Hệ thống chng báo cháy phải trang bị tất khu vực, mức cường độ âm thiết kế phải đủ lớn có tính chất cảnh báo liên tục Chuông báo cháy 323D – 10AW thiết kế để dùng phòng nhỏ vừa, nơi có tạp âm Vỏ hộp GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|4 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện nhựa ABS trắng, gắn trực tiếp với bề mặt nơi sử dụng Có kiểu chng khác với mức cường độ âm Mạch điện tử bọc bảo vệ dịng điện tiêu thụ nhỏ Bảng 1.3 Thơng số kỹ thuật chuông báo cháy 323D – 10AW Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động Dòng điện hoạt động Mức cường độ âm Tiết diện dây tín hiệu Dải tần Mơi trường hoạt động Hình 1.4 Chng báo cháy 323D – 10AW 1.3.2 Đèn báo cháy Có cơng dụng phát tín hiệu báo động, loại đèn có chức khác lắp đặt vị trí thích hợp để phát huy tối đa tính thiết bị Gồm có loại đèn: − Đèn báo cháy ( Corridor Lamp) Được đặt bên công tắc khẩn tầng Đèn báo cháy sáng lên công tắc khẩn hoạt động, đồng thời đèn báo khẩn cấp cho người GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|5 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện diện nhà ga biết Điều có ý nghĩa quan trọng, lúc bối rối cố cháy, người sử dụng cần phân biệt rõ ràng công tác khẩn cịn hiệu lực kích hoạt máy bơm chữa cháy Hình 1.5 Đèn báo cháy − Đèn lối hiểm (Exit Light) Được đặt gần cầu thang tầng lầu, để lối thoát hiểm trường hợp có cháy Tự động chiếu sáng trường hợp nguồn điện lưới Hình 1.6 Biển báo lối hiểm 1.3.3 Chuông đèn báo cháy kết hợp G1-HDVM − Tích hợp chng đèn báo cháy thiết bị − Ánh sáng tăng cường − Các vân vỏ đèn làm ánh sáng khuyếch tán xa − Tiện lợi mơi trường nhiều tạp âm, tín hiệu flash rõ ràng GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|6 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện 1.4 Truyền thông AS - Interface Giao tiếp ASI( Actuator Sensor Interface) hay giao tiếp actuator/sensor kết phát triển hợp tác 11 hãng sãn xuất thiết bị cảm biến cấu chấp hành có tên tuổi cơng nghiệp, có Siemens, Festo KG, Pepperl & Fuchs GmbH Như tên gọi phần kết nối thiết bị cảm biến chấp hành số với cấp điều khiển Từ thực tế 80% cảm biến cấu chấp hành hệ thống máy móc làm việc Logic, viêc kết nối mạng chúng trước phải đáp ứng yêu cầu đánh giá thành thấp lắp đặt, vận hành bảo dưỡng đơn giản Vì thế, tính kỹ thuật đặt là: − Khả đồng tải nguồn, tức liệu dịng ni cho tồn cảm biến phần lớn cấu chấp hành truyền tải cáp hai dây − Phương pháp truyền phải thật bền vững mơi trường cơng nghiệp khơng địi hỏi cao chất lượng đường truyền − Cho phép thực cấu trúc mạng đường truyền thẳng hình − Các thành phần giao diện mạng thực với giá thấp − Các nối phải nhỏ gọn, đơn giản giá hợp lý Với hệ thống bus có, yêu cầu chưa đáp ứng cách thỏa đáng Đó động lực cho việc kết hợp tác phát triển hệ bus AS-i Thế mạnh AS-i đơn giản thiết kế, lắp đặt bảo dưỡng giá thành thấp, nhờ phương pháp truyền thông đặc biệt kỹ thuật điện Hình 1.9 Sơ đồ kết nối mạng AS – Interface GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|8 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện 1.4.1 PLC S7 – 1200 Bộ điều khiển logic khả trình ( PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ yêu cầu điều khiển tự động Sự kết hợp thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt tập lệnh mạnh mẽ khiến cho S71200 trở thành giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác Hình 1.10 Các dịng PLC S7 – 1200 Kết hợp vi xử lý, nguồn tích hợp, mạch ngõ vào mạch ngõ kết cấu thu gọn, CPU S7-1200 tạo PLC mạnh mẽ Sau người dùng tải xuống chương trình, CPU chứa mạch logic yêu cầu để giám sát điều khiển thiết bị nằm ứng dụng CPU giám sát ngõ vào làm thay đổi ngõ theo logic chương trình người dùng, bao gồm hoạt động logic Boolean, việc đếm, định thì, phép tốn phức hợp việc truyền thơng với thiết bị thơng minh khác Hình 1.11 CPU 1214C DC/DC/DC GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|9 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện 1.4.2 Master CM 1243 – CM 1243 – mô đun mở rộng truyền thông cho PLC S7-1200 hãng SIEMENS sản xuất phát triển với thương hiệu SIMATIC thuộc dòng S7-1200 Module mở rộng truyền thông SIMATIC S7-1200 CM 1243-2 AS-i Master (3RK72432AA30-0XB0) Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật 3RK7243-2AA30-0XB0 Thông số kỹ thuật Kỹ thuật truyền dẫn Input/Output Slaves Tốc độ truyền Hình 1.12 Module truyền thông CM 1243 – Master(3RK7243-2AA30-0XB0) 1.4.3 Salve 3RK1400-1BQ00-0AA3 Salve 3RK1400-1BQ00-0AA3 loại Module dùng để kết nối thiết bị trường thông qua mạng truyền thông AS-i Salve 3RK1400-1BQ00-0AA3 sử dụng jack M12 pin để kết nối với thiết bị trường (sensor, nút nhất, motor…) GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|10 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật 3RK1400-1BQ00-0AA3 Thông số kỹ thuật Model Input Output Điện áp hoạt động Kích thước Khối lượng Hình 1.13 Salve 3RK1400-1BQ00-0AA3 1.4.4 Cáp truyền mạng AS – Interface Thông tin truyền đường dây cấp điện theo nguyên lý điều chế dòng Cáp mạng nối theo cấu trúc với chiều dài lên đến 100m Nếu chiều dài lớn nên dùng lặp repeater Số trạm tớ tối đa mạng 31, tương ứng với tối đa 124 thiết bị (một trạm tớ ghép nối tối đa thiết bị) Có nghĩa là, thực truyền hai chiều cho phép trạm chủ quản lý tối đa 124 kênh số Tốc độ truyền qui định 167 kbit/s tương đương với thời gian bit 6μs GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|11 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện Mỗi thiết bị tớ nhận bit truyền bit liệu, mạng AS-i nhận truyền đến 248 cảm biến/ chấp hành nhị phân( theo tiêu chuẩn V2.1 nối đến 62 trạm tớ) Vận tốc truyền 167kb/s với thời gian truy cập khoảng 5ms Hình 1.14 Cáp truyền AS-i (3RX9012-0AA00) GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|12 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện CHƯƠNG CẤU TRÚC VẬN HÀNH HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ ghép nối phần cứng hệ thống Hình 2.1 Sơ đồ ghép nối hệ thống GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|13 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện 2.2 Lưu đồ thuật tốn Hình 2.2 Lưu đồ thuật tốn hệ thống GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|14 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện 2.3 Lưu đồ Grafect hệ thống 2.3.1 Grafect I Hình 2.3 Lưu đồ Grafect I hệ thống GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|15 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thơng điện 2.3.2 Grafect II Hình 2.4 Lưu đồ Grafect II hệ thống 2.4 Các biến đầu S1 = ( Start S + Start + Sen1 + S1 ).S = M1 ( T1 Sen 2.S1 + S ).S3 = (T2 S2 + S3 ).S4 S2 = S3 S4 = ( Stop.S + T1 Sen 2.S1 + S ).S + M1 S1 = Den, S2 = Coi bao, S3 = Motor GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|16 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện 2.5 Nguyên lý hoạt động hệ thống Khi có tượng gây cháy, cảm biến 1(Sen1) tác động ta nhấn nút báo cháy đó, đèn báo cháy đèn hiểm sáng Sau khoảng giây khơng có cháy đèn báo cháy đèn thoát hiểm tắt Ngược lại, xảy cháy cảm biến 2(Sen2) tác động đó, cịi báo cháy hú lên Sau giây bơm hoạt động phun nước chữa cháy Sau đám cháy dập tắt ta nhấn nút Stop để reset lại hệ thống GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|17 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thơng điện KẾT LUẬN Qua q trình nghiên cứu hoàn thành đồ án “Điều khiển giám sát hệ thống báo cháy sử dụng mạng AS-i” với kết thu sau: Nghiên cứu, tìm hiểu mạng truyền thơng AS-i vận dụng mạng truyền thông AS-i vào hệ thống báo cháy tự động Nắm cấu tạo, nguyên lý hoạt động thông số kỹ thuật thành phần thiết bị hệ thống Ngoài đề tài hoàn thiện việc mô hệ thống phần mềm TiaPortal layout 3D thiết bị phần mềm Inventor Đề tài giải vấn đề thiết kế hệ thống báo cháy tự động cho nhà ga, xưởng sản xuất, xưởng bảo trì,… đáp ứng đầy đủ yêu cầu, tiêu chuẩn Bao gồm công việc: thiết kế hệ thống thiết bị phần cứng thiết kế phần mềm điều khiển hoạt động cho hệ thống Qua mơn học chúng em tích lũy cho nhiều kiến thức Từ chúng em có sở để nghiên cứu phát triển ý tưởng Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Lưu Hoàng Minh, thầy hướng dẫn, góp ý tưởng,… Để chúng em hồn thành đề tài GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|18 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện PHỤ LỤC GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|19 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|20 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thơng điện GVHD: TS Lưu Hồng Minh Trang|21 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường điều khiển hệ thống giao thông điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “ Lưu Hoàng Minh - Configuration of Actuator and Sensor Interface Bus Network using PLC” http://dx.doi.org/10.7837/kosomes.2014.20.3.318 [2] “Hoàng Minh Sơn - Mạng truyền thông công nghiệp”- NXB Khoa học kỹ thuật – 2006 [3] “Siemens - SIMATIC S7-1200, CM 1243-2 communication module ASInterface master according to AS-i specification V3.0 ” https://mall.industry.siemens.com/mall/en/ww/Catalog/Product/3RK72432AA30-0XB0 [4] “Simens - SIMATIC S7-1200, CPU 1212C ” https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Product/6ES72121AE40-0XB0 [5] “Siemens - AS-i compact module K60 digital DI/2 DQ ” https://mall.industry.siemens.com/mall/en/us/Catalog/Product/3RK14001BQ000 AA3 GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|22 ... nghiên cứu hồn thành đồ án “? ?i? ??u khiển giám sát hệ thống báo cháy sử dụng mạng AS- i? ?? v? ?i kết thu sau: Nghiên cứu, tìm hiểu mạng truyền thơng AS- i vận dụng mạng truyền thông AS- i vào hệ thống báo. .. Minh Trang|19 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường ? ?i? ??u khiển hệ thống giao thông ? ?i? ??n GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|20 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường ? ?i? ??u khiển hệ thống giao thơng ? ?i? ??n... v? ?i th? ?i gian bit 6μs GVHD: TS Lưu Hoàng Minh Trang|11 Báo cáo tiểu luận Học phần: Đo lường ? ?i? ??u khiển hệ thống giao thông ? ?i? ??n M? ?i thiết bị tớ nhận bit truyền bit liệu, mạng AS- i nhận truyền