Do an tot nghiep 1769

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI MỞ ĐẦU 1, MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Trên giới Việt Nam nhu cầu tiêu thụ lượng ngày tăng dần có nhiều cảnh báo tiết kiêm lượng Các nghành công nghiệp nói chung ngành nước nói chung sử dụng cơng nghệ truyền động khơng thích hợp,điều khiển thụ động, không linh hoạt Đối với nhà máy nước, yếu tố cấu thành giá nước bị chi phối phần lớn chi phí điện bơm nước( 30-35%) Trước tồn quan điểm việc đầu tư vào tiết kiệm lượng công việc tốn không mang lại hiệu thiết thực Với cơng nghệ biến tần tính toán việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm lượng cho trạm bơm cấp II có thời gian hồn vốn đầu tư ngắn giảm chi phí cho cơng tác quản lý vạn hành thiết bị.Máy bơm quạt gió ứng dụng thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm lượng Trong phạm vi đồ án, đề cập tới việc sử dụng thiết bị biền tần điều khiển tốc độ tiết kiệm lượng cho máy bơm ổn định áp suất đường ống cấp nước 2, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối với hệ thống bơm cấp nước thực tế,người ta sử dụng máy bơm công suất lớn, biến tần công suất lớn để bơm cấp nước cho khu dân cư, thành phố, cho khu công nghiệp Với đề tài này,chúng em mô hình hịa hệ thống nên sử dụng biến tần công suất nhỏ động không đồng để mơ tả hoạt động thống với tín hiệu giả đưa tư triết áp Một phần máy bơm ba pha thường to nặng kéo theo hệ thống không đơn giản, lý chi phí cho đồ án lớn với khả chúng em Để thực đề tài chúng em đã: - Nghiên cứu kĩ hệ thống bơm cấp nước thực tế, nắm rõ trình tự điều khiển máy bơm - Tìm hiểu biến tần sử dụng - Lựa chọn biến tần động có cơng suất hợp lý - Tìm hiểu giao tiếp PLC với biến tần - Lập trình PLC - Lập trình PID để điều khiển máy bơm - Thiết kế giao diện WinCC để giám sát điều khiển Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Đề tài cho thấy việc ứng dụng tự động hóa vào sống cần thiết,nó giúp ta tiết kiệm thời gian công sức, tiền bạc mang lai hiệu kinh tế cao hoạt động ổn định Từ đề tài nghiên cứu điều khiển ổn định áp suất cho đường ống nước, mợ rộng cho hệ thống điều khiển lị nhiệt,hệ thống điều hịa khơng khí…… PHẠM VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Từ kiến thức sở học trường ngồi thực tế, cịn hạn chế kiến thức khả kinh tế thời gian có hạn nên chúng em tọa mơ hình mang tính chất mơ cao để thể quy trình hoạt động hệ thống cấp nước thực tế Trong đó, chúng em thực số cơng việc : - Lập trình PLC hoạt động theo thuật toán đưa - Giao tiếp PLC với WinCC giám sát hệ thống - Giao tiếp PLC với biến tần - Thiết kế giao diện điều khiển tự động với WinCC - Điều khiển PID cho động theo giá trị yêu cầu Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cấp nước vào đường ống.Áp lực lưu lượng đường ống thay đổi hang theo nhu cầu.Bơm thiết bị kèm đường ống van,đài nước thiết kế với lưu lượng nước bơm lớn.Vì điều chỉnh lưu lượng nước bơm thực phương pháp sau: - Điều chỉnh cách khép van ống đẩy bơm - Điều chỉnh đóng mở máy bơm hoạt động đồng thời - Điều khiển thay đổi tốc độ quay khớp nối thủy lực Điều khiển theo phương pháp không tiết kiệm lượng điện tiêu thụ mà gây nên hỏng hóc thiết bị đường ống chấn động đóng mở van gây nên,đồng thời máy bơm cung cấp không bám sát chế độ tiêu thụ mạng lưới Để giải vấn đề kể sử dụng phương pháp điều khiển truyền động biến đổi tốc độ thiết bị biến tần.Thiết bị biến tần thiết bị điều chỉnh biến đổi quay động cách thay đổi tần số dòng điện cung cấp cho động 1.1 Nguyên tắc điều khiển hệ thống Đầu PLC nối với biến tần để điều khiển biến tần từ biến tần điều khiển tốc độ động Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh cách linh hoạt lưu lượng áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi PLC.PLC so sánh giá trị truyền với giá trị đặt để từ lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ động cách thay đổi tần số dòng điện đưa vào đông để đảm bảo áp suất nước đường ống ổn định Sự điều chỉnh linh hoạt máy bơm sử dụng biến tần cụ thể sau: - Điều chỉnh tốc độ quay áp suất thay đổi - Đa dạng phương thức điều khiển máy bơm trạm bơm.Một thiết bị biến tần điều khiển tới máy bơm 1.1.1 Phương thức điều khiển bơm Có phương thức điều khiển máy bơm: + Điều khiển theo mực nước: sở tín hiệu mực chất lỏng bể hut hồi tiếp PLC.Bộ vi xử lý so sánh tín hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng cài đặt.Trên sở kết so sánh PLC điều khiển đóng mở máy bơm cho phù hợp để mực chất lỏng bể giá trị cài đặt.Ngược lại tín hiệu hồi tiếp lớn giá trị cài đặt,biến tần điều khiển bơm để mực chất lỏng luông đạt giá trị đặt Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục + Điều khiển theo hình thức chủ động thụ động: Mỗi máy bơm nối với biến tần có biến tần chủ động,các biến tần khác thụ động.Khi tín hiệu hồi tiếp biến tần chủ động vi xử lý biến tần so sánh với tín hiệu đặt để từ tác động đến biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay máy bơm cho phù hợp không gây tượng đập thủy lực phản hồi từ hệ thống.Phương thức điều khiển linh hoạt khắc phục kho khăn trình vận hành bơm khác với thiết kế.Phương thức sử dung co trương hợp thay đổi lưu lượng áp suất mạng lưới + Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển bơm: Một máy bơm thơng qua thiết bị biến tần,các máy bơm cịn lại đóng mở trực tiếp khởi động mềm.Khi tín hiệu áp lực lưu lượng mạng lưới hồi tiếp PLC.Bộ vi xử lý so sánh với giá trị cài đặt điều khiển tốc độ máy bơm chạy với tốc độ phù hợp.Đây cách mà nhóm em tiến hành làm.Khi mà bơm điều khiển biến tần hoạt động chế độ định mức mà chưa đáp ứng áp suất ống PLC lệnh để đưa máy bơm khởi động mềm tham gia vào thống nhằm trì áp suất mong muốn đường ống.Đến lúc đó,khi mà áp suất đường ống đủ PLC ngắt bơm phụ tránh áp suất cao gây nguy hiểm cho đường ống.Trong trường hợp ngắt tất bơm mà áp suất cịn cao PLC lệnh cho biến tần đẻ biến tần giảm dần tần số động để đưa áp suất đường ống gần giá trị đặt nhanh thời gian có thể.Tất việc theo dõi giám sát WinCC qua hình máy tính(hoặc điều khiển tay) 1.1.2 Những ưu điểm điều khiển tốc độ bơm thiết bị biến tần: - Hạn chế dòng khởi động cao - Tiết kiệm lượng - Điều khiển linh hoạt máy bơm - Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400Kw - Tự động ngừng đạt tới điểm cài đặt - Tăng tốc nhanh giúp biến tần bắt kịp tốc độ thời động - Tự động tăng tốc giảm tốc tránh tải điện áp khởi động - Bảo vệ động :ngắn mạch,mất pha,lệch pha,quá tải,quá dòng,quá nhiệt… - Kết nối với máy tính chạy hệ điều hành Windows - Kích thước nhỏ gọn khơng chiếm diện tích nhà trạm Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục - Mô-men khơỉ động cao với chế độ tiết kiệm lượng - Dễ dàng lắp đặt vận hành - Hiển thị thông số động biến tần 1.1.3Mô tả hoạt động hệ thống(được điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển bơm) Trong hệ thống có tất máy bơm:một máy bơm pha máy bơm pha.Biến tần điều khiển trực tiếp máy bơm pha,máy bơm pha bơm dự phòng mà máy bơm pha chạy hết công suất định mức mà áp suất vẫm chưa ổn định giá trị setpoint.Máy bơm dự phòng điều khiển trực tiếp điện lưới 220V Khởi động hệ thống lên máy bơm pha điều khiển biến tần động chạy đạt áp suất đặt,khi áp suất đường ống áp suất đặt biến tần giữ ổn định tốc độ máy bơm này.Trường hợp tải thay đổi tức áp suất thay đổi,tùy theo tải tăng hay giảm biến tần điều khiển máy bơm chạy nhanh hay chậm Khi tải tăng tức áp suất giảm,lúc muốn ổn định áp suất biến tần điều khiển máy bơm chạy nhanh hơn(tức tăng tần số máy bơm pha) đạt áp suất đặt Ngược lại,khi tải giảm biến tần giảm tần số máy bơm xuống đạt áp suất đặt Nếu lúc tải giảm mạnh nhất(áp suất tăng lên cao) bơm dự phịng tự động dừng bơm biến tần hoạt động.Hệ thống hoạt động liên tục vậy,áp suất đường ống ln ln giữ ổn định tránh tình trạng áp suất tăng cao gây vỡ đường ống cấp nước 1.2 Hệ thống điều khiển áp suất 1.2.1 Yêu cầu công nghệ Sử dụng biến tần MicroMaster 440 điều khiển trơn cho động bơm, công suất tiêu thụ động biến tần điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu phụ tải Động thứ sử dụng chạy sau phụ tải phát triển lớn hơn.Một sensor áp suất đưa vào đầu nước cấp Nhà máy để đo áp lực nước đưa hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển PLC S7-200 (SIEMENS) đảm bảo cho việc tự động hóa hồn tồn q trình bơm cấp nước Nhà máy.Vận hành hệ thống thông qua WinCC Hệ thống hoạt động chế độ:bằng tay WinCC.Việc chuyển đổi hai chế độ tự động tay thực cơng tắc chuyển đổi vị trí.Hệ thống cũ đấu nối đảm bảo xác, vận hành an tồn tình Đảm bảo tính an toàn cao hệ thống Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục H1.Biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển bơm Như với việc đưa biến tần vào hệ thống hoạt động bám sát theo thực tế lưu lượng phụ tải, giảm đáng kể lượng tiêu hao không cần thiết vào phụ tải thấp điểm Hệ thống tự động giám sát áp suất nước đường ống mạng điều khiển ngược lại để đảm bảo giữ áp suất theo yêu cầu PLC điều khiển áp suất  nước đường ống mạng theo đồ thị phụ tải ngày, tức hệ thống điều khiển áp suất theo thời gian thực Hệ thống điều khiển tự động số chức sau:  Đo lường: đầu đo áp suất đo lường chuyển đổi để đưa CPU S7-200  Xử lý thông tin: điều khiển trung tâm đảm nhiệm vấn đề  Điều khiển: S7-200 phối hợp với biến tần làm việc theo yêu cầu  Giám sát: S7-200 kết đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động  Giao tiếp người vận hành thiết bị: sử dụng phần mềm giao diện người máy (HMI) WinCC  Hệ thống chuyển đổi qua lại motor bơm chạy với biến tần nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ bơm, phục vụ bảo trì bảo dưỡng mà không làm gián đoạn sản xuất Đồng thời phép mở rộng phát triển phụ tải sau này, hệ thống sử dụng lúc hai bơm cần Bơm thứ hai đươc tự động đóng Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục chạy trực tiếp thông qua côngtắctơ bơm bơm có biến tần chạy điều chỉnh đỉnh cho phù hợp với phụ tải 1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình sơ đồ khối hệ thống Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CHƯƠNG II: NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG 2.1.1 Tổng quan về nhận dạng quá trình 2.1.1.1 Nhận dạng quá trình là gì? Phương pháp xây dựng mô hình toán học sở các dữ liệu vàora thực nghiệm được gọi là mô hình hóa thực nghiệm hay nhận dạng hệ thống (system identification) Khái niệm nhận dạng hệ thống được định nghĩa chuẩn IEC 60050- 351 là “ những thủ tục suy luận một mô hình toán học biễn diễn đặc tính tĩnh và đặc tính quá độ của một hệ thống từ đáp ứng của nó với một tín hiệu đầu vào xác định, ví dụ hàm bậc thang, một xung hoặc nhiễu ồn trắng” [Nguyên văn tiếng Anh: “ The procedures for deducing a mathematical model representing the static and transiet behavior of a system from its response to a well- defined input signal e.g a step function, an impulse, or a white noise”.] 2.1.1.2 Các bước tiến hành dể nhận dạng một quá trình Giống nhiều công việc phát triển hệ thống khác, nhận dạng hầu bao giờ cũng là một quá trình phức tạp Những bước bản xây dựng mô hình thực nghiệm cho một quá trình công nghiệp bao gồm:  Thu thập, khai thác thông tin ban đầu về quá trình  Lựa chọn phương pháp nhận dạng  Tiến hành lấy số liệu thực nghiệm cho từng cặp biến vào /  Quyết định về dạng mô hình  Xác định các tham số mô hình  Mô phỏng, kiểm chứng và đánh giá mô hình 2.1.1.3 Phân loại và lựa chọn phương pháp nhận dạng Các phương pháp nhận dạng hiện vô cùng phong phú Tuy nhiên, ta có thể phân loại các phương pháp nhận dạng từ nhiều góc độ khác nhau, ví dụ theo dạng mô hình sử dụng, dạng tín hiệu thực nghiệm, thuật toán áp dụng hoặc mục đích sử dụng mô hình  Nhận dạng dựa vào dạng mô hình sử dụng trực tiếp  Nhận dạng chủ động / Nhận dạng bị động  Nhân dạng vòng hở / Nhận dạng vòng kín  Nhận dạng trực tuyến / Nhận dạng ngoại tuyến  Nhận dạng dựa vào ước lượng mô hình Việc lựa chọn một phương pháp nhận dạng phù hợp phụ thuộc vào Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục nhiều yếu tố yêu cầu chất lượng mô hình, khả nhận dạng chủ động, khối lượng tính toán và mục đích sử dụng mô hình Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, dẫn đến khả áp dụng khác tùy theo từng bài toán 2.1.2 Nhận dạng quá trình theo phương pháp kinh điển Để nhận dạng đối tượng, đầu tiên cần xác định cấu trúc mô hình toán học phù hợp cho đối tượng Trong điều khiển quá trình với các phương pháp kinh điển, mô hình tuyến tính bậc nhất và bậc hai (có hoặc không có trễ, có hoặc không dao động, có hoặc không thành phần tích phân) là những dạng thực dụng nhất Sau đó là xác định các tham số của mô hình Để nhận dạng được các tham số này, tác động tín hiệu kích thích phù hợp đến đầu vào của quá trình, ghi lại đáp ứng đầu của quá trình, từ đó xác định các tham số phù hợp với mô hình sử dụng Cuối cùng là bước mô phỏng – kiểm chứng – đánh giá mô hình được xác định ở các bước với sự trợ giúp của máy tính 2.1.2.1Xác định cấu trúc mô hình toán học (hàm truyền đạt) của đối tượng Đối tượng ở là động Bơm nước Hàm truyền của ĐC bơm được xác định bằng phương pháp thực nghiệm Cấp công suất tối đa cho bơm, áp suất nước bơm tạo tăng dần.Sau thời gian áp suất đạt đến giá trị bão hòa.Đặc tính áp suất theo thời gian có thể biểu diễn hình (2.2a).Do đặc tính chính xác của DDC bơm khá phức tạp nên ta xấp xĩ bằng đáp ứng gần đúng ở hình (2.2b) Công suất P=100% Động bơm Áp suất đầu Hình 2.1: Sơ đồ khối mô tả đối tượng điều khiển P(atm) P(atm) K a) K L T t(sec) b) L T t(sec) Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Hình 2.2: Đặc tính của động bơm a) Đặc tính chính xác b) Đặc tính gần đúng Ta xác định hàm truyền gần đúng của động bơm dùng định nghĩa: W(p) = Do tín hiệu là hàm nắc đơn vị (P=100%) nên: u(p) = Tín hiệu gần đúng ở hình 2.2b) chính là hàm : y(t) = f ( t-L) đó: f(t) = k(1-e ) Tra bảng Laplace ta được: F(p) = Do vậy áp dụng định lý chậm trễ ta được: W(p) = Suy hàm truyền đạt của động bơm: W(p) = Trong đó: k: hệ số khuếch đại tĩnh T1 thời gian trễ xấp xĩ T2: hằng số thời gian 2.1.2.2 Xác định tham số hàm truyền đạt Như trình bày phần trên, đối tượng điều khiển động cư bơm có hàm truyền đạt mơ hình tốn học qn tính bậc có trễ: Qua khảo sát thực nghiệm ta tìm hàm truyền động bơm là: Tác động đầu vào đối tượng hàm nấc đơn vị u(t), ta có sơ đồ khối hệ hở: W(p)