1. Tên đề tài: Thiết kế điều khiển, ổn định lưu lượng chất lỏng công nghiệp 2. Lý do chọn đề tài: Công nghệ tự động giám sát và điều khiển lưu lượng trên đường ống được nhiều công ty, xí nghiệp cũng như các nhà máy ứng dụng nhiều nhằm thay thế việc giám sát và điều khiển lưu lượng chất lỏng bằng phương pháp thủ công. Với mục đích tìm hiểu hệ điều khiển lưu lượng trong công nghiệp Em chọn đề tài: “Thiết kế hệ điều khiển, ổn định lưu lượng công nghiệp” 3. Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu (không quá 1 trang, không quá chi tiết) CHƯƠNG 1: Phân tích công nghệ, chọn phương án và cấu trúc điều khiển CHƯƠNG 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống và tính chọn thiết bị CHƯƠNG 3: Lập trình và cài đặt tham số điều khiển 4. Tài liệu tham khảo dự kiến
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Hà Nội, ngày…… tháng…….năm 2022 ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: Mã sinh viên: Lớp: Khóa: 2018-2023 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điều khiển Chuyên ngành: Tự động hóa và tự động hóa điều khiển thiết bị điện cơng nghiệp Tên đề tài: Thiết kế điều khiển, ổn định lưu lượng chất lỏng công nghiệp Lý chọn đề tài: Công nghệ tự động giám sát điều khiển lưu lượng đường ống nhiều cơng ty, xí nghiệp nhà máy ứng dụng nhiều nhằm thay việc giám sát điều khiển lưu lượng chất lỏng phương pháp thủ cơng Với mục đích tìm hiểu hệ điều khiển lưu lượng công nghiệp Em chọn đề tài: “Thiết kế hệ điều khiển, ổn định lưu lượng công nghiệp” Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu (không trang, không chi tiết) CHƯƠNG 1: Phân tích cơng nghệ, chọn phương án cấu trúc điều khiển CHƯƠNG 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống tính chọn thiết bị CHƯƠNG 3: Lập trình cài đặt tham số điều khiển Tài liệu tham khảo dự kiến - Giáo trình điều khiển lập trình và tạo giao diện HMI với WINCC-NXB Thanh Niên - Giáo trình PLC và lập trình ứng dụng công nghiệp - NXB Khoa học và Kỹ thuật - Giáo trình thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL – NXB Khoa học và Kỹ thuật - Giáo trình cảm biến- NXB Khoa học và Kỹ thuật Ngày giao đề tài: Ngày 08 tháng 10 năm 2022 Ngày nộp quyển: Ngày 15 tháng 02 năm 2023 Phụ Trách Khoa TRƯƠNG NAM HƯNG Giảng viên hướng dẫn VÕ QUANG VINH MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH U CẦU CƠNG NGHỆ, CHỌN PHƯƠNG ÁN .1 VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 1.1 Tổng quan hệ thống ổn định lưu lượng .2 1.2 Phân tích u cầu cơng nghệ .3 1.3 Chọn phương án cấu trúc điều khiển .4 1.3.1 Chọn phương án 1.3.2 Cấu trúc điều khiển .7 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 10 VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 10 2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 10 2.1.1 Sơ đồ đấu bố trí thiết bị 11 2.1.2 Sơ đồ đấu điện 11 2.2 Tính chọn giới thiệu thiết bị 13 2.2.1.Tính chọn động bơm 13 2.2.2 Tính chọn cài đặt biến tần 15 2.2.2.1.Tổng quan biến tần 15 2.2.2.2 Giới thiệu biến tần Omron 3G3MX 16 e Cài đặt thông số cho biến tần .24 2.2.3 Lựa chọn PLC 27 2.2.3.1 Giới thiệu PLC 27 2.2.3.2 Giới thiệu PLC S7-1200 32 2.2.4 Lựa chọn thiết bị phụ trợ khác 48 2.2.4.1 Cảm biến chuyển đổi 48 2.3 Thuyết minh sơ đồ nguyên lý 52 CHƯƠNG III: LẬP TRÌNH VÀ CÀI ĐẶT THAM SỐ ĐIỀU KHIỂN 54 3.1 Lưu đồ chương trình điều khiển 54 3.2 Lập trình có cấu trúc .55 3.2.1 Chương trình đo lường tham số 60 3.2.2 Chương trình xử lý PID 60 3.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát 62 3.3.1 Giới thiệu WinCC 62 3.3.2 3.4 Thiết kế WinCC cho đề tài 63 Kết Luận 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT PLC: HMI: PID: PI: PD: SCADA: CPU: DI: AI: DO: AO: Programmable Logic Controller Human Machine Interface Proportional Intergral Derivative Proportional and Intergral Proportional and Derivative Supervisory Control And Data Acquisition Central Processing Unit Digital Input Analog Input Digital Output Analog Output DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các chân đấu nối tín hiệu vào/ra biến tần Bảng 2.2: Chức phím biến tần Bảng 2.3: Thơng số biến tần Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật số model phổ biến dòng PLC Bảng 2.5: Thông số module truyền thông hỗ trợ cho PLC Bảng 2.6: Thông số SB 1232 Analog output Bảng 2.7: Chức chân sơ đồ PID_ComPact Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật cảm biến 18 22 24 33 35 39 47 49 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống ổn định lưu lượng cơng nghiệp Hình 1.2: Sơ đồ khối điều khiển PID Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc hệ thống Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc hệ Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý PLC – biến tần Hình 2.2: Sơ đồ cầu đấu bố trí thiết bị Hình 2.3: Thơng số kĩ thuật bơm Hình 2.4: Sơ đồ mạch lực biến tần Hình 2.5: Biến tần Omron 3G3MX Hình 2.6a: Sơ đồ đấu nối biến tần Omron 3G3MX Hình 2.6b: Sơ đồ đấu nối biến tần Omron 3G3MX Hình 2.7: Mặt điều khiển biến tần Hình 2.8: Các bảng tín hiệu PLC S7-1200 Hình 2.9: Các module tín hiệu PLC S7-1200 Hình 2.10: Ghép nối module truyền thơng PLC S7-1200 Hình 2.11: Sơ đồ đấu nối dây cho CPU 1212C AC/DC/RLY Hình 2.12: Broad tín hiệu SB 1232 AQ 1x12 bit Hình 2.13: Sơ đồ khối điều khiển PID Hình 2.14: Đáp ứng khâu P Hình 2.15: Đáp ứng khâu I PI Hình 2.16: Đáp ứng khâu D PD Hình 2.17: Đáp ứng khâu P, PI PID Hình 2.18: Sơ đồ cấu trúc PID_Compact Hình 2.19: Khối PID Compact lập trình Lad Hình 2.20: Cảm biến lưu lượng Karuman ACE Hình 2.21: Bộ chuyển đổi - 20mA sang – 10V Hình 2.22: Sơ đồ Nguyên lý PLC biến tần Hình 3.1: Đồ hình Grafcet Hình 3.2a: Cấu hình PLC S7-1200 Hình 3.2b: Cấu hình PLC S7-1200 Hình 3.2c: Cấu hình PLC S7-1200 Hình 3.3: Cấu hình Module Analog Hình 3.4: Cấu hình địa đầu vào Hình 3.5: Cấu hình địa đầu Hình 3.6: Khu vực viết chương trình điều khiển Hình 3.7: Khu vực khai báo địa Hình 3.8a: Bảng tag PLC Hình 3.8b: Bảng tag PLC Hình 3.9: Chương trình đo lường Hình 3.10: Chương trình xử lý PID Hình 3.11: Chương trình điều khiển Hình 3.12: Cấu hình WinCC Hình 3.12a: Chọn WinCC RT Advanced Hình 3.12b: Kết nối PLC với PC Station Hình 3.12c: Connection PLC với PC Station 10 11 15 15 17 18 18 22 36 36 37 38 38 41 42 42 44 45 46 46 48 49 51 53 54 55 55 56 56 57 57 58 58 59 59 60 61 63 63 64 65 Hình 3.13: Giao diện thiết kế WinCC Hình 3.13a: Tạo chữ giới thiệu Hình 3.13b: Tạo phơng màu chữ Hình 3.13c: Tạo nút chạy cho hệ thống Hình 3.13d: Gán biến cho nút chạy hệ thống Hình 3.13e: Tạo đặt giá trị Hình 3.13f: Tạo hình biểu tượng Hình 3.13g: Tạo biểu đồ Trend thị giá trị Hình 3.13h: Tạo mục hiển thị cho ghi Hình 3.13i: Tạo Alam Hình 3.14: Màn hình giám sát điều khiển Hình 3.15: Cấu hình điều khiển ethernet cho PLC Hình 3.16: Hình ảnh sản phẩm0 Hình 3.17: Hình ảnh bên tủ điều khiển Hình 3.18a: Màn hình WinCC chờ đặt giá trị lưu lượng Hình 3.18b: Kết thực nghiệm đặt giá trị 50(l/m) Hình 3.18c: Kết thực nghiệm chuyển giá trị từ 50 (l/m) xuống 35 (l/m) Hình 3.18d: Kết thực nghiệm hệ thống gặp cố Hình 3.18e: Kết thực nghiệm 65 65 66 66 66 67 67 67 68 68 69 69 70 70 71 71 72 72 73 LỜI NĨI ĐẦU Trong nghiệp cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước, tiêu chí để đánh giá phát triển cơng nghiệp quốc gia mức độ tự động hóa q trình sản xuất Sự phát triển nhanh chóng máy tính điện tử - cơng nghệ thơng tin thành tựu lý thuyết điều khiển tự động làm sở cho phát triển tương xứng lĩnh vực tự động hóa Ngày tự động hóa điều khiển q trình sản xuất sâu vào nhiều lĩnh vực tất khâu trình sản xuất Sau năm học tập nghiên cứu trường, em làm quen với môn học thuộc ngành Để áp dụng lý thuyết với thực tế học kỳ cuối cùng, chúng em giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế hệ điều khiển, ổn định lưu lượng chất lỏng công nghiệp ” Với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn Võ Quang Vinh đến đồ án em hoàn thành Do kiến thức chuyên mơn cịn hạn chế nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót Vậy em mong bảo, góp ý thầy giáo để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa đặc biệt em xin cảm ơn thầy Võ Quang Vinh giúp đỡ em để đồ án hồn thành thời hạn CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ, CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 1.1 Tổng quan hệ thống ổn định lưu lượng Cùng với phát triển xã hội, đời sống người ngày nâng cao, việc thay hoạt động thủ công thiết bị tự động người ứng dụng nhiều công nghiệp sinh hoạt Công nghệ tự động giám sát điều khiển lưu lượng đường ống nhiều cơng ty, xí nghiệp nhà máy ứng dụng nhiều nhằm thay việc giám sát điều khiển lưu lượng chất lỏng phương pháp thủ công Công nghệ ứng dụng nhiều việc xử lý nước thải, lọc hóa dầu, nhà máy nước, thủy điện, bể nước Hình 1.1: Hệ thống ổn định lưu lượng công nghiệp Lưu lượng dịng chảy được xác định cơng thức tính khác áp dụng cho trường hợp khác như, tính lưu lượng dịng chảy qua ống trịn, qua bình lọc hay qua máy bơm, máy gia nhiệt… Công thức tính lưu lượng dịng nước chạy qua ống trịn: Q = A*v (1.1) * Trong đó: – Q: Lưu lượng dòng chảy – A: Tiết diện mặt ngang: Thuật ngữ định nghĩa mặt phẳng cắt hình khối trịn, trụ, Cơng thức tính tiết diện (trong trường hợp cơng thức tính diện tích hình trịn với bán kính r ống tròn): A (tiết diện) = S (mặt phẳng tròn) = 3.14 x r² – v: Vận tốc (tốc độ dịng chảy): Cơng thức tính vận tốc nước chảy ống: v = Căn bậc 2gh = √(2gh) * Trong đó: – g đại lượng đo gia tốc có giá trị 9.81 – h chiều cao cột nước (đơn vị m) Từ vấn đề đặt yêu cầu dùng phương pháp để giám sát điều khiển lưu lượng chất lỏng đường ống cách hợp lý chi phí, độ tin cậy, khả linh hoạt, dễ vận hành sử dụng 1.2 Phân tích yêu cầu công nghệ Mục tiêu đề tài chế độ tự động điều khiển cảnh báo lưu lượng đường ống ngưỡng đặt trước thông qua điều khiển PLC biến tần , hệ thống dựa tín hiệu mà cảm biến lưu lượng đường ống đưa PLC tự đông điều chỉnh biến tần tạo nguồn điện pha có tần số điện áp phù hợp để cấp cho động bơm Ở chế độ tay điều khiển trực tiếp biến tần thông qua chiết áp để điều chỉnh tần số biến tần chế độ chức ổn định lưu lượng