Đồ án PLC GVHD Lương Văn An ĐỒ ÁN MÔN HỌC Số 12 Môn học Đồ án điều khiển lập trình PLC Nhóm Lớp Khoá Khoa I ĐỀ TÀI Ứng dụng PLC S7 300 của SIEMENS thực hiện bài toán đo, điều khiển, cảnh báo mức nước.
ĐỒ ÁN MƠN HỌC- Số 12 Mơn học: Đồ án điều khiển lập trình PLC Nhóm : ………… ……………… Lớp : … …… Khoá : …… Khoa : …… I ĐỀ TÀI: Ứng dụng PLC S7-300 SIEMENS thực toán đo, điều khiển, cảnh báo mức nước bể tĩnh Mức nước thay đổi thông qua việc tác động động bơm nước vào bể qua đường ống có đường kính 12cm Các tham số cụ thể hệ thống sau: ● Bể trụ cao 5m, đường kính bể 1,5 Mức nước giới hạn bể (04,5)m ● Động bơm điều khiển qua biến tần MM440 ● Đầu cảm biến mức chuẩn hoá 0-10V ● Bảng điều khiển gồm nút ấn Start, Stop, đèn báo trạng thái hệ thống RUN, đèn cảnh báo ngưỡng thấp LLA( =4,0 m) II YÊU CẦU + Về nội dung ( nội dung bố cục nội dung chi tiết báo cáo) ● Phân tích nguyên lý vận hành hệ thống ● Trình bày phương pháp đo mức chất lỏng tĩnh ● Phương pháp giao tiếp PLC ngoại vi hệ thống? Sơ đồ đấu dây? ● Xây dựng giao diện HMI hệ thống WinCC ● Kết nối PLC WinCC ● Viết chương trình điều khiển ● Vận hành giám sát hệ thông qua giao diện HMI + Về thời gian thực hiện: Ngày giao đề:……………………… Ngày hồn thành : Chó ý: ▪ Phơng chữ sử dụng báo cáo: Times New Roman 13 ▪ Các hình đánh số thứ tự, thích rõ ràng ▪ Quyển báo cáo có đóng phiếu giao đề ở trang ▪ Sử dụng mô đun mở rộng cần Hà nội, ngày / / Trưởng môn Giáo viên hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -KHOA ĐIỆN- ĐỒ ÁN MÔN: ĐỒ ÁN PLC ĐỀ TÀI Ứng dụng PLC S7-300 SIEMENS thực toán đo, điều khiển, cảnh báo mức nước bể tĩnh Giáo viên hướng dẫn : Lương Văn An Sinh viên thực Lớp : Nhóm 2: Phạm Xuân Anh : Điện K9 Hà Nội – 2017 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An Mục lục Mục lục Trang MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.1.1 Mục đích 1.1.2 Phương pháp đo mức chất lỏng 1.2 Tìm hiểu PLC 1.2.1 Khái quát chung PLC S7-300 1.3 Tìm hiểu HMI WINCC 7 20 1.3.1 Tìm hiểu HMI 20 1.3.2 Tìm hiểu WINCC 21 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24 2.1 Lựa chọn thiết bị 24 2.1.1 Lựa chọn cảm biến đo mức 24 2.1.2 Lựa chọn PLC 24 2.1.3 Lựa chọn biến tần 28 2.1.4 Lựa chọn động bơm nước 29 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 30 30 3.1.1 Xây dựng sơ đồ khối 30 3.1.2 Xây dựng sơ đồ đấu dây 31 3.2 Xây dựng lưu đồ thuật tốn 32 3.3 Chương trình điều khiển 35 3.4 Thiết kế giao diện HMI 45 Chương KẾT LUẬN Nhóm 48 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An MỞ ĐẦU Trong thị, vùng thị hóa đời sống xã hội nay, hệ thống bơm nước hệ thống sở hạ tầng quan trọng, thiếu Hệ thống bơm ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt người mà ảnh hưởng đến ngành cơng nghiệp, nơng nghiệp ví dụ như: cơng trình xây dựng, cơng trình thủy lợi, cơng nghiệp tàu thủy, tưới tiêu, bơm nước v.v… nhằm đảm bảo phục vụ lợi ích cho người, ngồi cịn giúp người làm việc ở điều kiện khó khăn mà người không làm việc Qua việc thực đề tài “Ứng dụng PLC S7-300 SIEMENS thực toán đo, điều khiển, cảnh báo mức nước bể tĩnh” Đề tài giúp em tìm hiểu, học hỏi thêm quy trình vận hành hệ thống bơm, sửa chữa hệ thống có cố xảy Từ làm tảng nguồn kiến thức cho em sau hoạt động lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thống bơm nước, đặc biệt hệ thống bơm chất lỏng bình hở ứng dụng rộng rãi Trong thời gian em làm đề tài này, em thầy giáo Phạm Văn Hùng với thầy cô giáo môn bạn bè lớp tận tình giúp đỡ, thời gian có hạn nên viết em cịn nhiều thiếu sót, em mong nhận đƣợc đánh giá, nhận xét lời góp ý thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Nhóm 2 Đồ án PLC Chương GVHD: Lương Văn An TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.1.1 Mục đích Nguồn nước quan trọng sống hoạt động người, nguồn nước ở số nơi giới khan tình trạng nhiễm nguồn nước ngày gia tăng Trước thực trạng cần phải có giải pháp để khai thác sử dụng nguồn nước cách hiệu tiết kiệm Muốn làm điều này, phải đưa hệ thống điều khiển vào bể chứa để điều khiển mức nước bể dùng PLC, qua trì mức nước bể ở giới hạn mức cho phép Khi nước bơm sử dụng cách hợp lý 1.1.2 Phương pháp đo mức chất lỏng Có hai dạng đo: Đo liên tục xác định theo ngưỡng Khi đo liên tục biên độ tần số tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu cịn lại bình chứa Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa tín hiệu dạng nhị phân cho biết thơng tin tình trạng mức ngưỡng có đạt hay khơng Có ba phương pháp hay dùng kỹ thuật đo phát mức chất lưu: - Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện - Phương pháp điện dựa tính chất điện chất lưu - Phương pháp xạ dựa tương tác xạ chất lưu ● Phương pháp thuỷ tĩnh Phương pháp thuỷ tĩnh dùng để đo mức chất lưu bình chứa Trên hình giới thiệu số sơ đồ đo mức phương pháp thuỷ tĩnh Hình 1.1: Sơ đồ đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh Nhóm Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An a) Dùng phao cầu b) Dùng phao trụ c) Dùng cảm biến áp suất vi sai Trong sơ đồ hình 1a, phao (1) mặt chất lưu nối với đối trọng (5) dây mềm (2) qua ròng rọc (3), (4) Khi mức chất lưu thay đổi, phao (1) nâng lên hạ xuống làm quay rịng rọc (4), cảm biến vị trí gắn với trục quay rịng rọc cho tín hiệu tỉ lệ với mức chất lưu Trong sơ đồ hình 1b, phao hình trụ (1) nhúng chìm chất lưu, phía treo bởi cảm biến đo lực (2) Trong trình đo, cảm biến chịu tác động lực F tỉ lệ với chiều cao chất lưu: Trong đó: P - trọng lượng phao h - chiều cao phần ngập chất lưu phao S - tiết diện mặt cắt ngang phao ρ - khối lượng riêng chất lưu g - gia tốc trọng trường Trên sơ đồ hình 1c, sử dụng cảm biến áp suất vi sai dạng màng (1) đặt sát đáy bình chứa Một mặt màng cảm biến chịu áp suất chất lưu gây ra: Mặt khác màng cảm biến chịu tác động áp suất p áp suất ở đỉnh bình chứa Chênh lệch áp suất p - p0 sinh lực tác dụng lên màng cảm biến làm biến dạng Biến dạng màng tỉ lệ với chiều cao h chất lưu bình chứa chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ biến đổi điện thích hợp ● Phương pháp điện Các cảm biến đo mức phương pháp điện hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính chất điện chất lưu Các cảm biến thường dùng cảm biến dộ dẫn cảm biến điện dung ● Phương pháp xạ Nhóm Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An Cảm biến xạ cho phép đo mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môi trường đo, ưu điểm thích hợp đo mức ở điều kiện mơi trường đo có nhiệt độ, áp suất cao mơi trường có tính ăn mịn mạnh Trong phương pháp cảm biến gồm nguồn phát tia (1) thu (2) đặt ở hai phía bình chứa Nguồn phát thường nguồn xạ tia γ (nguồn 60Co 137Cs), thu buồng ion hoá Ở chế độ phát mức ngưỡng (hình 1a), nguồn phát thu đặt đối diện ở vị trí ngang mức ngưỡng cần phát hiện, chùm tia nguồn phát mảnh gần song song Tuỳ thuộc vào mức chất lưu (3) cao hay thấp mức ngưỡng mà chùm tia đến thu bị suy giảm khơng, thu phát tín hiệu tương ứng với trạng thái so với mức ngưỡng Ở chế độ đo mức liên tục (hình 1b), nguồn phát (1) phát chùm tia với góc mở rộng quét lên toàn chiều cao mức chất lưu cần kiểm tra thu Hình 1.2: Cảm biến đo mức tia xạ a) Cảm biến phát ngưỡng b) Cảm biến đo mức liên tục 1) Nguồn phát tia xạ 2) Bộ thu 3) Chất lưu Khi mức chất lưu (3) tăng hấp thụ chất lưu tăng, chùm tia đến thu (2) bị suy giảm, tín hiệu từ thu giảm theo Mức độ suy giảm chùm tia xạ tỉ lệ với mức chất lưu bình chứa ❖ Một số loại cảm biến đo mức chất lưu ● Cảm biến độ dẫn Các cảm biến loại dùng để đo mức chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~ 50μScm-1) Trên hình giới thiệu số cảm biến độ dẫn đo mức thơng dụng Nhóm Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An Hình 1.3: Cảm biến độ dẫn a) Cảm biến hai điện cực b) Cảm biến điện cực c) Cảm biến phát mức Sơ đồ cảm biến hình 1a gồm hai điện cực hình trụ nhúng chất lỏng dẫn điện Trong chế độ đo liên tục, điện cực nối với nguồn nuôi xoay chiều ~ 10V (để tránh tượng phân cực điện cực) Dòng điện chạy qua điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài phần điện cực nhúng chìm chất lỏng Sơ đồ cảm biến hình 1b sử dụng điện cực, điện cực thứ hai bình chứa kim loại Sơ đồ cảm biến hình 1c dùng để phát ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực cịn lại nối với thành bình kim loại, vị trí điện cực ngắn ứng với mức ngưỡng Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện mạch thay đổi mạnh biên độ ● Cảm biến tụ điện Khi chất lỏng chất cách điện, tạo tụ điện hai điện cực hình trụ nhúng chất lỏng điện cực kết hợp với điện cực thứ hai thành bình chứa thành bình làm kim loại Chất điện mơi hai điện cực chất lỏng ở phần điện cực bị ngập khơng khí ở phần khơng có chất lỏng Việc đo mức chất lưu chuyển thành đo điện dung tụ điện, điện dung thay đổi theo mức chất lỏng bình chứa Điều kiện để áp dụng phương pháp số điện môi chất lỏng phải lớn đáng kể số điện mơi khơng khí (thường gấp đôi) Trong trường hợp chất lưu chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng điện cực kim loại bên ngồi có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trị chất điện mơi cịn chất lưu đóng vai trị điện cực thứ hai Nhóm Đồ án PLC 1.2 GVHD: Lương Văn An Tìm hiểu PLC 1.2.1 Khái quát chung PLC S7-300 1.2.1.1 Cấu trúc PLC S7-300 PLC thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình PLC điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác với máy tính) Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ PLC dạng khối chương trình ( Khối OB, FC FB) thực theo chu kỳ vịng qt Hình 1.4: Nguyên lí chung cấu trúc điều khiển logic khả trình (PLC) Để thực chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính máy tính, nghĩa phải có vi xử lý (CPU), hệ điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiển tất nhiên phải có cổng vào/ để giao tiếp với đối tượng điều khiển để trao đổi thơng tin với mơi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác đếm (Counter), thời gian (Timer)và khối hàm chuyên dụng (hình 1.8) ● Các module PLC S7-300 Nhóm Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 37 Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 38 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An ❖ Khởi hàm FC SCALE Nhóm 39 Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 40 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An ❖ Chế độ tụ động Nhóm 41 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An ❖ Chế độ tay Nhóm 42 Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 43 Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 44 Đồ án PLC 3.4 GVHD: Lương Văn An Thiết kế giao diện HMI Khi hệ thống chưa khởi động, đèn STOP sáng Hình 3.7 Hệ thống chưa khởi động Hình 3.8 Hệ thống sau nhấn START AUTO Nhóm 45 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An Đèn START sáng báo hệ thống khởi động Đồng thời lúc mức nước bình=0 mm Giả sử ta chọn chế độ AUTO ( đèn chế độ AUTO sáng), động bơm nước khởi động đèn báo mức thấp LAL sáng Hình 3.9 Hệ thống chạy ở chế độ AUTO Khi mức nước bình chứa = 4000mm tắt động bơm nước, đồng thời đèn báo mức nước cao HAL sáng Nhóm 46 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An Hình 3.10 Hệ thống chạy ở chế độ AUTO Trong chạy ở chế độ AUTO mực nước bể chứa trì khoảng 500÷4000mm Nếu mức nước giảm xuống 500mm động tự động bật bơm nước vào bể, mức nước tăng đến 4000mm động bơm tự tắt Hình 3.11 Hệ thống chạy ở chế độ MANU Có thể bật tắt bơm tay cần, bật chế độ MANU đèn manu sáng, mức nước 4000mm đèn báo mức cao HAL sáng Nhóm 47 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An Hình 3.12: Hệ thống chạy ở chế độ MANU Chương KẾT LUẬN Đề tài “Ứng dụng PLC S7-300 SIEMENS thực toán đo, điều khiển, cảnh báo mức nước bể tĩnh” giải vấn đề sau: + Giới thiệu, nghiên cứu, tìm hiểu PLC, đặc tính phạm vi lĩnh vực điều khiển tự động + Trình bày cấu trúc tập lệnh: Nhóm hàm logic, nhóm hàm so sánh, nhóm hàm tốn học, định thời, đếm, khối chuyển liệu,… PLC S7-300 + Ứng dụng điều khiển PLC S7-300 biến tần vào tập lớn giao, mô phần mềm mô mơ hình bể bơm nước tự động + Cài đặt thành công biến tần Simens + Cài đặt, kết nối PLC với biến tần ngoại vi thành cơng + Viết chương trình, chạy mơ tập điều khiển động cơ, biến tần Tính chất ứng dụng thực tế: Nhóm 48 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An + Ứng dụng việc nghiên cứu + Ứng dụng điều khiển, vận hành mơ hình trạm bơm nước tự động cho cấp nước sinh hoạt, cho hộ gia đình, khu cư dân, nhà máy,… Nhóm 49 ... Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An ❖ Chương trình chính: Nhóm 36 Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 37 Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 38 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An ❖ Khởi hàm FC SCALE Nhóm 39 Đồ. .. 39 Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 40 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An ❖ Chế độ tụ động Nhóm 41 Đồ án PLC GVHD: Lương Văn An ❖ Chế độ tay Nhóm 42 Đồ án PLC Nhóm GVHD: Lương Văn An 43 Đồ án PLC Nhóm... chương trình điều khiển lưu nhớ PLC dạng khối chương trình ( Khối OB, FC FB) thực theo chu kỳ vịng qt Hình 1.4: Nguyên lí chung cấu trúc điều khiển logic khả trình (PLC) Để thực chươg trình điều khiển,