BÀI tập dài môn hệ THỐNG tưới TIÊU hệ thống tưới tiêu tự động sử dụng PLC

Ngày nay trong công nghiệp, các mạch điều khiển người ta thường sử dụng kỹ thuật số với các chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt và dễ dàng thay đổi được cấu trúc tham số hoặccác lu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ

Giảng viên hướng dẫn: Vũ Minh Quang Tên sinh viên: Nguyễn Quốc Duy

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước ,là một nước đang phát triển, đang dần tiếp cận với khoa học kỹ thuật hiện đại để đáp ứng đầy đủ mọi nhu cầu sử dụng của con người Cùng với sự phát triển

đó , Điện – Tự động hóa đóng vai trò hết sức quan trọng Ngày nay trong công nghiệp, các mạch điều khiển người ta thường sử dụng kỹ thuật số với các chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt và dễ dàng thay đổi được cấu trúc tham số hoặccác luật điều khiển Nó làm tăng tốc độ tác động và tính chính xác cao cho hệ thống Như vậy nó làm chuẩn hóa các hệ thống truyền động điện và các bộ điều khiển tự động hiện đại có những đặc tính làm việc khác nhau

Trong ứng dụng đó thì việc ứng dụng hệ thống tưới tiêu tự động được ứng dụng rộng dãi mà mang tính tiện lợi trong đời sống nói chung và cả nông nghiệp nói riêng

Hệ thống tưới tiêu tự động sử dụng PLC không chỉ là một bài tập tổng hợp bắt buộc mỗi sinh viên tự động hóa phải trải qua, mà nó còn là một cơ hội để sinh viên tìm tòi, nghiên cứu và ứng dụng với thiết bị thực tế, bên cạnh đó thì nó cũng giúp sinh viên củng cố những kiến thức, làm quen và nâng cao tính độc lập thiết kếsáng tạo những sản phẩm thực tế.

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

1.1. Giới thiệu tổng quan về PLC

1.1.1. PLC là gì?

PLC( Programable Logic Controller ) là thiết bị điều khiển logic lập trình được, đó là một hệ vi xử lý chuyên dụng nhằm mục tiêu điều khiển tự động các thiết bị điện hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét.

Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng thêm ngõ vào ra

Độ tin cậy cao kích thước nhỏ, bảo trì dễ dàng.

Công suất tiêu thụ ít.

Có thiết bị chống nhiễu.

Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn.

Về cầu trúc phần cứng của PLC bao gồm:

Bộ xử lý trung tâm CPU.

Chứa chương trình ứng dụng và các modul giao diện nhập xuất, nó được nối trực tiếp đến các thiết bị I/O CPU nhận tín hiệu từ các ngõ vào, xử lý tín hiệu

và gửi tín hiệu đến thiết bị xuất

Bộ nhớ ( ROM, RAM, EFROM ) Bộ nhớ có nhiệm vụ lưu chương trình điều khiển, hệ điều hành và dữ liệu Dữ liệu có thể là:trạng thái biến vào ra, kết quả chương trình tính, kết quả trung gian…

Ngoài ra còn có các cổng vào ra và khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm, bộ định thời…

Phần mềm:

Hệ điều hành và tập lệnh: hệ điều hành nằm trong bộ nhớ ROM, tập lệnh được xử lý trong RAM và EFROM dưới dạng mã lệnh.

Chương trình soạn thảo, gỡ rối và các tiện ích: Nằm trong gói phần mềm, cung cấp khả năng điều khiển và giao tiếp giữa người và máy, đi kèm với thiết bị phần cứng.

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

+ Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa

+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp + Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môi Modul mở rộng

+ Giá cả cá thể cạnh tranh được

1.1.3. Cấu tạo

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM) Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Modul vào /ra

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc

và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, …

1.2 Giới thiệu chung về hệ thống trạm bơm tưới tiêu

1.2.1 Sơ đồ hệ thống

1.2.2 Phân tích hệ thống

Cho hệ thống trạm bơm tưới tiêu, thiết kế giải pháp tự động hóa theo 6 bước Cho a=2 số cuối mã sinh viên, b=mod(a:3)

Thực hiện theo 2 chế độ tưới và tiêu

Nhóm 2 lập trình điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ các sensor mức nước,

độ mở của van, trạm bơm với 2 bơm với PLC Mitsubishi theo giải pháp 2 theo 6 bước

- Chế độ tự động tưới điều khiển làm việc luân phiên theo mức nước bể xả cácbơm được điều khiển qua hệ biến tần:

+ mức 1: 1 máy bơm làm việc 1 máy dự phòng luân phiên (100+a) phút với tốc

độ lớn (định mức)

+ mức 2: 1 máy làm việc 1 máy dự phòng làm việc luân phiên với tốc độ

(70+5b)% định mức

+mức 3: (đầy bể) các bơm dừng

- Đo và điều khiển, hiển thị HMI hệ thống

1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống

-Ở chế độ này 2 bơm hoạt động đồng thời với tốc độ định mức

CHƯƠNG II: CHỌN THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC, THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ

Số đầu ra: 16

Số đầu vào: 16

Kiểu đầu vào: Sink/Source

Tín hiệu điện áp đầu vào: 24V DC ±10%

Kiểu lắp đặt DIN: Rail

Thời gian đáp ứng: 0.065 μs

Dung lượng chương trình: 64000 Steps

Ngôn ngữ lập trình: Ladder Logic

Nhiệt độ hoạt động tối đa: +55°C

Bộ nhớ: 64000 Steps

Giao diện lập trình: Computer, HMI

Nhiệt độ hoạt động tối thiểu: 0 ° C

Kiểu kết nối: USB, RS232C, RS485

Cáp kết nối: FX-USB-AW, USB-SC09, USB-SC09-FXĐiện năng tiêu thụ: 35VA

Kích thước WxHxD: 150x90x86 mm

Dòng điện đầu ra: 800 mA

Trọng lượng: 0.65 kg

2.2 Các Thiết bị khác

sử dụng công nghệ sơn tĩnh điện đảm bảo tủ điện bền, đẹp và chắc chắn - Kích thước:

40x60x18cm - Trọng lượng: 7200g - Màu sắc: Ghi sáng

Contactor Contactor 3P LS, MC-150a, 150A, 2NO + 2NC

Nhà sản xuất: LS Industrial Systems

Mã sản phẩm: MC-150a Mô tả: Contactor LS – Khởi động từ LS 3 pha, dòng định mức 150A MC-150a công suất 75kW, tiếp điểm phụ 2a2b.

Rơ Le Trung

Gian

Relay trung gian LY2N-J -220VAC Chính Hãng Omron A1H23

Bơm Máy bơm tưới tiêu Maro XGM/6A 3HP

-J5H15

Đồng Hồ Đo Đồng hồ đo điện đa năng Selec

EM2M-1P-C-100A-CE 90x35mm

A2C 3 Pha 150A 25kA 1SDA068780R1

CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH VÀO/RA

4.2 Cách truyền thông PLC FX3U-32MT/ES với biến tần FR-E700

1 Đấu nối biến tần và module truyền thông RS-485

2 Cài đặt cấu hình mạng truyền thông RS-485 trên PLC

CHƯƠNG V: BẢN VẼ MẠCH LỰC

- Ở sơ đồ mạch động lực em sử dụng Aptomát, rơ lelay và relay nhiệt:+ Aptomat được sử dụng để bảo vệ dòng điện chống quá tải, ngắn mạch

+ Relay trung gian được sử dụng để đóng ngắt động cơ bơm.

+ Relay nhiệt được sử dụng để bảo vệ quá tải, quá nhiệt

CHƯƠNG VI: BIỂU ĐỒ CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN 6.1 Tổng quan về mạng GRAFCET

Mạng grafcet là một biều đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của hệ thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái và sự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác

Đó là một đồ hình định hướng được xác định bởi các phần tử là: tập các trạng thái, tập các điều kiện chuyển trạng thái

Mạng grafcet mô tả thành chuỗi các giai đoạn trong chu trình sản xuất Mạnggrafcet cho một quá trình sản xuất luôn luôn là một đồ hình khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối và từ trạng thái cuối về trạng thái đầu

6.2 Sơ đồ grafcet biểu thị chức năng điều khiển của hệ thống

Dưới đây là biểu đồ grafcet thể hiện toàn bộ trình tự hoạt động của hệ thống Bơm tưới tiêu, giúp chúng ta có thể dễ dàng đọc hiểu nguyên lý hoạt động và đơn giản hơn trong quá trình lập trình PLC

6.3 Sơ đồ LAD

6.4 Thiết kế HMI

Chế độ tưới:

Chế độ tiêu

Phần 2: Bài tập dài phần 2

I – Các phần mềm sử dụng cho lập trình Webserver

Nodejs – Webserver

Visual studio code – Hỗ trợ lập trình thiết kế giao diện web

Phần mềm KEPSERVEREX (Kepware OPC)

II – Cài đặt phần mềm Nodejs

Webserver sử dụng ngôn ngữ lập trình là Java và sử dụng phần mềm Node.js làm môi trường lập trình và chạy hệ thống, phần mềm này hoàn toàn miễn phí do đó người dùng không cần phải lo lắng vấn đề vi phạm bản quyền khi lập trình

Webserver

Node.js là một nền tảng chạy trên môi trường V8 JavaScript runtime – một trình thông dịch JavaScript cực nhanh chạy trên trình duyệt Chrome và các loại trình duyệt khác Bình thường thì bạn cũng có thể tải bộ V8 và nhúng nó vào bất cứ thứ

gì Node.js làm điều đó đối với các web server

Bước 2: kết nối Webserver với PLC

Bước 3: Code Visual Studio Code

Bước 4: Giao Diện WepSever