LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn.
Đề Tài Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén 2 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong những sản phẩm tiên tiến của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giá sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao . Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một mạch ứng dụng của PLC, biến tần đó là “xây dựng công nghệ cung cấp nước điều khiển theo áp suất trên đường ống” dùng PLC điều khiển biến tần Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa điện, cùng các bạn trong lớp TĐH2 K5 đặc biệt là giảng viên TỐNG THỊ LÝ - giảng viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người đã trực tiếp giảng dạy và cho em kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này. Mong cô góp ý để em hoàn thành bài tập lớn này được tốt hơn sau này. Em xin chân thành cảm ơn ! 3 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Chương 1: Tổng Quan 1.1.Đặt vấn đề Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thế hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay; khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ; Biến tần (Inverter, Variable Speed Drive – VSD) là thiết bị dùng để điều khiển tốc độ động cơ dựa trên sự thay đổi tần số làm việc. Trên thế giới hiện nay, biến tần được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ngoài ý nghĩa về mặt điều khiển, nó còn có nhiều chức năng khác như khởi động mềm, hãm, đảo chiều, điều khiển thông minh… Trong đa số trường hợp, việc sử dụng biến tần còn mang lại hiệu quả kinh tế (tiết kiệm điện năng tiêu thụ). Biến tần được ứng dụng nhiều cho các động cơ có yêu cầu về thay đổi tốc độ như: bơm, quạt, băng tải, thang máy… 1.2. Lý do chọn đề tài Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường được sử dụng trong khu công nghiệp, khu dân cư, các chung cư, khách sạn và tòa nhà cao tầng, hệ thống phân phối nước sạch trong mạng lưới cấp nước sinh hoạt, các trạm cấp nước nông thông… Các trạm bơm nước phổ biến hiện nay đều được thiết kế theo phương pháp truyền thống với đặc điểm là các bơm được khởi động trực tiếp sao/ tam giác và tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định mức. Phương pháp này có nhược điểm chính là tổn hao điện năng lớn và khó kiểm soát được áp suất trong đường ống nước. Trên cơ sở những kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, dựa vào những tính năng ưu việt của PLC và biến tần. Em xin được lựa chọn đề tài “Đo, 4 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống cho một hệ thống bơm” với những chức năng cơ bản giống với một hệ thống biến tần đa bơm. 1.3. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là ổn định áp suất trong đường ống ở một ngưỡng đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần, hệ thống bơm dựa trên tín hiệu mà cảm biến áp suất trong đường ống đưa về. 1.4. Giới hạn nghiên cứu của đề tài Do kiến thức, thời gian, kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đề tài chỉ được thực hiện dưới dạng thiết kế một mô hình với 2 bơm có công suất nhỏ, áp suất đặt trong đường ống không lớn (0 – 5 bar). 1.5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài Điều khiển tự động là xu thế phát triển tất yếu trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như sinh hoạt bởi những ưu điểm vượt trội của nó. Ở các hệ thống điều khiển tự động có quy mô vừa và lớn thì PLC được sử dụng làm thiết bị điều khiển cho toàn hệ thống. Kết hợp xây dựng một hệ thống điều khiển tự động với các thiết bị điện tử công suất có ý nghĩa khoa học lớn trong việc xây dựng một hệ thống tự động hoàn chỉnh cả về chức năng lẫn hiệu quả kinh tế. Đề tài “ Điều khiển và giám sát hệ thống bơm ổn định áp suất ” xây dựng mô hình kết hợp PLC với biến tần để ổn định áp suất nước trong đường ống một cách tối ưu nhất. Về mặt thực tiễn, đề tài đi theo hướng phát triển mới cho các hệ thống cung cấp nước cho các tòa nhà, khu dân cư…, khắc phục được các nhược điểm trong hệ thống cung cấp nước cũ. 5 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Chương 2: Cơ sở lý thuyết. 2.1. Phương pháp đo áp suất 2.1.1. Định nghĩa: Áp suất là đại lượng có giá trị bằng tỉ số giữa lực tác dụng vuông góc lên một mặt với diện tích của nó. Công thức: P: áp suất F: lực tác dụng S: tiết diện Đối với các chất lỏng, khí hoặc hơi ( gọi chung là chất lưu), áp suất là một thông số quan trọng xác định trạng thái nhiệt động học của chúng Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo an toàn thiết bị, cũng như giúp cho việc kiểm tra và điều khiển hoạt động của máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu. Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị áp suất là Pascal: 1 Pascal là áp suất tạo bởi một lực có độ lớn bằng 1N phân bố đồng đều trên một diện tích 1m 2 theo hướng pháp tuyến 2.1.2. Nguyên lý đo áp suất Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu là áp suất tĩnh. Do vậy, đo áp suất chất lưu thực chất là xác định lực tác dụng lên một diện tích thành bình. Đối với chất lưu không chuyển động chứa trong một ống hở đặt thẳng đứng, áp suất tĩnh tại một điểm M cách bề mặt tự do một khoảng h được xác định theo công thức: p = p 0 + ρgh Trong đó: p 0 là áp suất khí quyển ρ: khối lượng riêng của chất lưu g: gia tốc trọng trường Trong cách đo thứ nhất, phải sử dụng một cảm biến đặt sát thành bình. Trong trường hợp này, áp suất cần đo được cân bằng với áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng mẫu tạo nên hoặc tác động lên một vật trung gian có phần tử nhạy cảm với lực do áp suất gây ra. Khi sử dụng vật trung gian để đo áp suất, cảm biến thường trang bị thêm bộ phận chuyển đổi điện. Trong cách đo thứ hai, người ta gắn lên thành bình các cảm biến đo ứng suất để đo biến dạng của thành bình. 6 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu (p) là tổng áp suất tĩnh (p t ) và áp suất động (p đ ): p = p t + p đ Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên khi chất lỏng không chuyển động. Áp suất động do chất lưu chuyển động gây nên và có giá trị tỷ lệ với bình phương vận tốc chất lưu : Khi dòng chảy va đập vuông góc với một mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng là áp suất tổng. Do vậy áp suất động được đo thông qua chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh. Thông thường việc đo hiệu áp suất (p - p t ) thực hiện nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ra của một ống Pitot (như hình vẽ bên dưới), trong đó cảm biến (1) đo áp suất tổng, cảm biến (2) đo áp suất tĩnh Có thể đo áp suất động bằng cách đặt áp suất tổng lên mặt trước và áp suất tĩnh lên mặt sau của một màng đo, như vậy tín hiệu do cảm biến cung cấp chính là chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh Đo áp suất động bằng màng 2.2 Tìm hiểu về PLC S7 200 2.2.1 Khái quát về PLC S7 200 7 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén a.Giới thiệu về PLC - PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. - PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự kiện - PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông,… - PLC có những ưu điểm: + Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy. + Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp. + Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. + PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi. + Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém. Cấu trúc bên trong của PLC 8 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O) b. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY Thông tin: - Nguồn cấp: 85-264VAC. 47-63Hz - Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm - Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words - Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words - Bộ nhớ loại EEFROM - Có 14 cổng vào, 10 cổng ra. - Có thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul Analog. - Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs 9 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén - Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và sốn thực. - Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz - Có 2 bộ điều chỉnh tương tự. - Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,… - Đồng hồ thời gian thực. - Chương trình đƣợc bảo vệ bằng Password. - Toàn bộ dung lƣợng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị mất điện. -Xuất sứ: Siemens Germany - CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc, mức 0 là 0Vdc). 10 ngõ ra dạng relay. Mô tả các đèn báo trên S7-200: - SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc. - RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình nạp ở trong máy. 10 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý [...]... tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội 25 Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội 26 Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD:... cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội 32 Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Chương trình con DAC: 33 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống. .. Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội 30 Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội 31 Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh. .. khởi động hệ thống Nút bấm dừng hệ thống Khởi động hệ thống từ WINCC Dừng hệ thống từ WINCC Đèn báo hệ thống hoạt động Đèn báo áp suất cao Đèn báo áp suất thấp Đèn báo áp suất bình thường Đầu ra contactor điều khiển bơm phụ Đầu vào Analog Đầu ra Analog Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả... đấu dây của hệ thống như sau: 21 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén 3.3 Xây dựng thuật tốn Thuật tốn chương trình điều khiển áp suất như sau: ON KIỂM TRA ÁP SUẤT ÁP SUẤT BÌNH THƯỜNG BƠM CHÍNH VÀ BƠM PHỤ ON 100% ÁP SUẤT THẤP BƠM CHÍNH VÀ BƠM PHỤ OFF ÁP SUẤT CAO ĐÚNG BƠM... đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội 27 Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Chương trình con ADC: 28 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện... áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội 34 Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội 35 Điều khiển logic khả trình & khí nén Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường... đồ khối 19 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Q trình điều khiển chủ yếu được thực hiện từ PLC PLC nhận tín hiệu analog từ cảm biến áp suất (được gắn trên đường ống chính) đưa về, sau khi PLC sử lý tín hiệu đó bằng logic, PLC sẽ ra quyết định điều khiển biến tần bằng tín... tích hợp bộ điều khiển PID • Có chức năng hãm DC, hãm tổ hợp và hãm bằng điện trở hay hảm động năng 3.1.2 Chọn Cảm biến đo áp suất Đề tài này em sử dụng cảm biến Đo áp suất dải đo 0 ~ 5Bar Nhà sản suất: Wise Thơng số kỹ thuật: Cảm biến áp suất P117 Dải áp suất đo 0~5 bar Cáp nối có sẵn 1.5m Kiểu gắn: male, 1/4" 18 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa... đầu vào mong muốn Bật nguồn lên cho CPU và Module sau đó để cho hoạt động ổn đònh trong 15 phút 13 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học cơng nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén Sử dụng transmitter, nguồn dòng hoặc áp chuẩn dùng để đưa tín hiệu giá trò chuẩn zero vào 1 trong các đầu vào Đọc giá trò vào PLC . Đo, 4 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa điện – Trường Đại học công nghiệp Hà nội Điều khiển logic khả trình & khí nén cảnh báo và. sản suất: Wise. Thơng số kỹ thuật: Cảm biến áp suất P117 Dải áp suất đo 0~5 bar Cáp nối có sẵn 1.5m Kiểu gắn: male, 1/4" 18 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống. và áp suất tĩnh Đo áp suất động bằng màng 2.2 Tìm hiểu về PLC S7 200 2.2.1 Khái quát về PLC S7 200 7 Đề tài: Hệ Thống đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống GVHD: Th.S. Tống Thị Lý Khoa