Nhóm 3 Hệ thống ổn định mức nước trong bồn GVHD TS Lưu Hoàng Minh Nhóm 3 Hệ thống ổn định mức nước trong bồn GVHD TS Lưu Hoàng Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU K.
Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh GVHD: TS Lưu Hồng TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP.HCM HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP Người thực hiện: Nguyễn Duy Quốc Thái Nguyễn Thanh Lưu Nguyễn Thanh Phương Tên lớp: TD2201 Giảng viên hướng dẫn: TS Lưu Hồng Minh TP Hồ Chí Minh, Ngày 20 tháng 11 năm 2022 Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh MỤC LỤC GVHD: TS Lưu Hồng Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh GVHD: TS Lưu Hoàng DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ thống làm mát bình ngưng nhà máy nhiệt điện Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện Hình 1.3: Sơ đồ ngun lý mơ hình điều khiển mức chất lỏng PLC Hình 2.1: Biến tần GD120 Hình 2.2: Một số loại cảm biến siêu âm Hình 2.3: Nguyên tắc TOF Hình 2.3: Tầm quét cẩm biến siêu âm Hình 2.5: Cảm biến siêu âm SRF-06 Hình 2.6: Sơ đồ khối nguồn chiều Hình 2.7: Một số nguồn chiều thơng dụng Hình 2.8 Động bơm sử dụng mơ hình Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển dung PID Hình 3.2 Đáp ứng khâu P (ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P) Hình 3.3 Đáp ứng khâu I PI (ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P, i: khâu I) Hình 3.4.Đáp ứng khâu D PD (ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P, d: khâu D) Hình 3.5 Đáp ứng khâu PID (ref: tín hiệu chuẩn) Hình 3.6 Xác định tham số cho mơ hình xấp xỉ bậc có trễ Hình 3.7 Mơ hình điều khiển với Kgh Hình 3.8 Xác định hệ số khuếch đại tới hạn Hình 4.1: Ngun lý hệ thống Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán hệ thống GVHD: TS Lưu Hồng Hình 4.3: Truyền thơng USS Hình 4.4: Truyền thơng USS PLC S71200 với biến tần G120 Hình 4.5: Sơ đồ kết nối hệ thống Hình 4.6: Cáp kết nối PLC máy tính Hình 4.7: Giao diện Set PG/PC Interface Hình 4.8: Giao diện Properties - PG/PC Hình 4.9: Tab Communications Microwin Hình 4.10: Sơ đồ kết nối phần cứng PLC Hình 4.11: Sơ đồ kết nối biến tần Hình 4.12 Giao diện phần mềm WinCC Hình 4.13: Hộp thoại Item PC Acess Hình 4.14: Các tag sử dụng đề tài Hình 4.15: Mở thư viện hình ảnh Hình 4.16: Tạo hình bồn nước Hình 4.17: Tạo hình bơm nước Hình 4.18: Tạo hình ống nước Hình 4.19: Tạo nút nhấn Hình 4.20: Cấu hình cho nút nhấn Hình 4.21 Cách tạo đèn báo Hình 4.22 Tạo thơng số xuất nhập Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh GVHD: TS Lưu Hồng Hình 4.23: Hộp thoại I/O-Field Configuration Hình 4.24: Cách tạo đồ thị TREND Hình 4.25 Hộp thoại WinCC OnlineTrendControl Properties Hình 4.26: Giao diện điều khiển Hình 4.27: Giao diện giám sát Hình 4.28: Các tag sử dụng WinCC Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh GVHD: TS Lưu Hoàng CHƯƠNG 1:ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI TRONG THỰC TIỄN VÀ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CỦA MƠ HÌNH 1.1 Ứng dụng đề tài thực tiễn 1.1.1 Đặt vấn đề: Tự động hố ngành cơng nghệ mà người thời đại hướng tới nhằm giảm bớt sức lao động chân tay hoạt động sản xuất sinh hoạt ngày Điều khiển tự động tự động hóa phương hướng phát triển chủ yếu công nghiệp sản xuất Tự động hoá điều khiển tự động cho phép sử dụng tối đa tiềm sẵn có, đáp ứng yêu cầu ngày cao trang thiết bị đại Việc ứng dụng thành công thành tựu lý thuyết điều khiển tối ưu, công nghệ thơng tin, cơng nghệ máy tính, cơng nghệ điện điện tử lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác năm ngần đẫn đến đời phát triển thiết bị điều khiển lập trình PLC Cơng nghệ tự động giám sát điều khiển mức chất lỏng nhiều cơng ty, xí nghiệp nhà máy ứng dụng nhiều nhằm thay việc giám sát điều khiển mức chất lỏng phương pháp thủ công, công nghệ tự động giám sát mức chất lỏng đảm bảo việc kiểm soát, điều khiển lưu lượng chất lỏng sử dụng, bơm, xả chất lỏng cách tin cậy mà không cần kiểm tra trực tiếp người Công nghệ ứng dụng nhiều việc xứ lý nước thải, lọc hoá dầu, nhà máy nước, nhà máy thuỷ điện, hệ thống làm mát nhiệt điện, hệ thống làm mát điện hạt nhân, bể nước, tháp nước tự động… Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh GVHD: TS Lưu Hoàng 1.1.2 Ứng dụng thực tế mơ hình: a) Lĩnh vực sản xuất điện: - Nhiệt điện: Phần lớn việc quản lý giám sát chất lỏng nhà máy nhiệt điện tập trung vào hệ thống làm mát cho bình ngưng Hình 1.1: Hệ thống làm mát bình ngưng nhà máy nhiệt điện - Điện hạt nhân: Cũng nhiệt điện, công nghệ giám sát quản lý mức chất lỏng ứng dụng nhiều hệ thống làm mát Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn GVHD: TS Lưu Hồng Minh Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện - Thủy điện: Thuỷ điện nguồn điện có từ lương nước, đa số lượng thuỷ điện có từ nước tích đập nước làm quay Tuabin nước máy phát điện Do việc lấy nước lượng việc sản xuất điện nên việc điều tiết nước cho hợp lý hiệu tuỳ vào thời điểm, lượng tiêu thụ điện, đảm bảo việc xả nước cho hạ du cần tự động hoá để đảm bảo tính xác, tính hiệu hợp lý Ở nhà máy thuỷ điện thường có hệ thống tự động đo điều chỉnh lưu lượng nước hồ, lưu lượng nước chảy vào hệ thống điều khiển Tuabin làm quay máy phát điện Nhằm đảm bảo tính hiệu sản xuất, Thuỷ điện áp dụng đề tài “Điều khiển giám sát mức nước” vào việc sản xuất Điện b) Lĩnh vực xử lý nước thải: Nước thải có mặt khắp nơi, đặc biệt khu cơng nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện…Trong nhiều năm trở lại việc ứng dụng công nghệ vào công tác xử lý nước thải nhiều quan tổ chức ứng dụng nhằm thực chiến lược bảo vệ môi trường c) Nhà máy sản xuất nước: Tại thành phố nước cần phải cung cấp đầy đủ nhằm đảm bảo cách đầy đủ nhu cầu sinh hoạt người dân Điều ý việc cấp nước phải đáp ứng nhu cầu sử dụng, lượng nước tiêu thụ không xác định nên hệ thống cấp nước phải điều khiển để áp suất bơm đường ống ổn định d) Công nghệ lọc hoá dầu, tháp nước tự động, trạm bơm nước lớn: Lọc hoá dầu, tháp nước trạm bơm nước lớn tự động lĩnh vực áp dụng công nghệ “ Điều khiển giám sát mức nước” để nâng Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh cao hiệu sản xuất GVHD: TS Lưu Hồng Nhóm 3: Hệ thống ổn định mức nước bồn Minh GVHD: TS Lưu Hồng 1.2 Quy trình cơng nghệ mơ hình: 1.2.1 Yêu cầu công nghệ: Trong đề tài cần hiểu rõ thực tốt vấn đề sau: - Nắm ngun lý làm việc mơ hình - Điều khiển lập trình PLC S7-1200 - Hiểu rõ nắm bắt thiết bị mơ hình - Vẽ sơ đồ kết nối điện mơ hình để tiện theo dõi sửa chữa 1.2.2 Quy trình cơng nghệ: Hình 1.3: Sơ đồ ngun lý mơ hình điều khiển mức chất lỏng PLC Nước từ bể chứa động bơm vào bể điều khiển, động bơm thay đổi cơng suất bơm phù hợp với mức nước bể điều khiển cảm biến siêu âm đo đưa thông tin đến điều khiển PLC, đầu bể điều khiển hai van xả điều chỉnh góc mở (biến thiên) tượng trưng cho mức độ tiêu thụ, lượng tiêu thụ không cố định mà thay đổi Mức nước bể điều khiển giám sát cảm biến siêu âm hiển thị hình máy tính qua phần mềm Wincc 10 Chương trình ngắt PID 4.5.2 Sơ đồ kết nối phần cứng hệ thống Hình 4.10: Sơ đồ kết nối phần cứng PLC Hình 4.11: Sơ đồ kết nối biến tần 4.6 WinCC 4.6.1 Giới thiệu Thông thường hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) yêu cầu phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human achine Interface) phục vụ việc sử lý lưu trữ liệu Phần mềmWinCC Siemens phần mềm chuyên dụng cho mục đích 4.6.1 Tổng quan WinCC chương trình ứng dụng Scada lĩnh vực dân dụng công nghiệp WinCC dùng để điều hành hình thị hệ thống điều khiển tự động hóa sản xuất q trình WinCC chữ viết tắt Window control Center, phần mền hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển thu thập liệu trình sản xuất Theo nghĩa hẹp, WinCC chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện Người Máy – HMI (Human Machine Interface) hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức làthu thập liệu, giám sát điều khiển trình sản xuất Những thành phần có WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp ứng dụng với có sẵn mà không gặp trở ngại Với WinCC, người dùng trao đổi liệu trực tiếp với nhiều PLC hãng khác Misubishi, Allen Braddly, Siemens,v.v…thông qua cổng COM với chuẩn RS – 232 máy tính với chuẩn RS – 485 PLC Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển Người – Máy (HMI) mạng SCADA, WinCC sử dụng chức sau: Graphics Designer: thực dễ dàng chức mô hoạt động qua đối tượng đồ họa WinCC, Windows, OLE, I/O,… với nhiều thuộc tính động (Dynamic) Alarm Logging: thực việc hiển thị thông báo hay báo cáo hệ thống vận hành Đảm trách thông báo nhận lưu trữ, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp lưu trữ chúng Ngồi ra, Alarm Logging cịn giúp ta tìm ngun nhân lỗi Tag Logging: Thu thập, lưu trữ nén giá trị đo nhiều dạng khác Tag Logging cho phép lấy liệu từ trình thực thi, chuẩn bị để thị lưu trữ liệu Dữ liệu cung cấp tiêu chuẩn công nghệ kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động toàn hệ thống Report Designer: có nhiệm vụ tạo thơng báo, báo cáo kết lưu dạng trang nhật ký kiện Hình 4.12 Giao diện phần mềm WinCC 4.6.2 Kết nối WinCC với OPC OPC phần mềm trung gian kết dùng để kết nối WinCC với PLC, nhiệm vụ OPC trao đổi liệu WinCC với PLC, chương trình sử dụng phần mềm PC-Acess PC-Acess lấy liệu PLC thông qua việc cập nhật miền nhớ, địa vào vật lý Việc lấy liệu từ Microwin phần mềm PC-Acess nhập trực tiếp biến cách Click chuột phải vào giao diện hình → New Item → Xuất hộp thoại hình bên: Trong đó: - Name: Chọn tên biến - Address: Chọn kiểu địa - Data Type: Kiểu liệu - High: Giá trị cao biến chọn - Low: Giá trị thấp biến chọn Hình 4.13: Hộp thoại Item PCAcess Hoặc Imposs lúc nhiều Tags cách vào File → Import Symbols, đề tài sử dụng tags sau: Hình 4.14: Các tag sử dụng đề tài 4.6.2 Các bước tạo giao diện HMI Tạo hình ảnh đối tượng điều khiển Để lấy hình ảnh có sẵn vào Menu View, chọn Library Hình 4.15: Mở thư viện hình ảnh Tạo hình ảnh bồn nước Chọn đường dẫn Global Library\Siemens HMI\Tanks\ Sau chọn hình ảnh theo u cầu kéo khỏi hình soạn thảo Hình 4.16: Tạo hình bồn nước Tạo hình ảnh bơm nước Chọn đường dẫn Global Library\Siemens HMI\Pumps\ Sau chọn hình ảnh theo yêu cầu kéo khỏi hình soạn thảo Hình 4.17: Tạo hình bơm nước Tạo đường ống nước Chọn đường dẫn Global Library\Siemens HMI\Pipes\ Sau chọn hình ảnh theo yêu cầu kéo khỏi hình soạn thảo Hình 4.18: Tạo hình ống nước Tạo nút nhấn Chức Button hầu hết sử dụng tất hệ thống điều khiển giám sát Chọn Button mục Windows Object bên Object Palette hình bên dưới, kéo qua đặt vị trí mong mn hình soạn thảo Hình 4.19: Tạo nút nhấn Lúc hộp thoại Button Configuration xuất hiện, đặt tên nút ấn mục Text, chọn Font chữ màu chữ Color theo yêu cầu Sau đó, nhấp OK kết thúc phần khai báo nút ấn Các nút ấn khác tương tự Hình 4.20: Cấu hình cho nút nhấn Cách tạo đèn báo Lấy đèn báo, bảng Object Palette chọn Standard Objects hình bên, Sau đó, nhấp chọn Circle kéo qua đặt vị trí mong mn hình soạn thảo: Hình 4.21 Cách tạo đèn báo Tạo thông số xuất, nhập Mục đích để hiển thị mức nước, tần số động cơ, thông số PID nhập mức nước đặt, tần số đặt… Từ bảng đối tượng Object Palette, nhấp chọn Smart Objects > I/O Field hình bên dưới, kéo đưa hình soạn thảo Hình 4.22 Tạo thơng số xuất nhập Khi nhấp thả chuột, hộp thoại I/O-Field Configuration xuất hình: Hình 4.23: Hộp thoại I/O-Field Configuration Trong khung Tag chọn biến theo yêu cầu Để thay đổi tốc độ mặc định s khung Update chọn tốc độ 250 ms Nhấp OK kết thúc lựa chọn Có thể thay đổi thuộc tính chuẩn trường vào/ra (I/O-Field) cách thay đổi thuộc tính đối tượng (Type) Tạo đồ thị TREND Từ bảng đối tượng Object Palette, chọn mục Controls OnlineTrendControl hình bên dưới, kéo đưa hình soạn thảo: Hình 4.24: Cách tạo đồ thị TREND > WinCC Hộp thoại WinCC OnlineTrendControl Properties xuất hiện, tab Trends chọn mặc định, thiết lập mục sau: Hình 4.25 Hộp thoại WinCC OnlineTrendControl Properties Mục Object name, mục đặt tên đường đồ thị Trong khung Data source chọn mục Online tags Lúc khung Tag name phép thay đổi, sau chọn tag theo yêu cầu Trong khung Trend color chọn màu cho đường đồ thị Cuối chọn Apply>OK 4.6.3 Giao diện HMI hệ thống Hình 4.26: Giao diện điều khiển Hình 4.27: Giao diện giám sát Hình 4.28: Các tag sử dụng WinCC KẾT LUẬN Qua thời gian tìm hiểu nghiên cứu mơ hình “ HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC TRONG BỒN SỬ DỤNG PLC S7-1200”, giúp nhóm em có nhìn tổng qt mơn học điều khiển lập trình PLC, ứng dụng lĩnh vực điều khiển mức nước thực tế nguyên lý hoạt động ứng dụng điều khiển PID Ngồi cịn giúp nhóm em tiếp cận với hệ thống giám sát điều khiển mà cụ thể phần mềm WinCC Sau thời gian giao nhiệm vụ thiết kế đề tài tốt nghiệp trên, hướng dẫn tận tình thầy giáo T.S Lưu Hoàng Minh, thầy mơn nỗ lực nhóm em hồn thành nhiệm vụ Do thời gian có hạn, chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế, đồ án nhóm em khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy bạn bảo thêm TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Thân Ngọc Hoàn, Nguyễn Tiến Ban (2007), Điều khiển tự động hệ thống truyền động điện, Nhà xuất khoa học – kỹ thuật 2.Nguyễn Văn Hòa (2000), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học – kỹ thuật 3.Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (1997), Tự động hóa với Siamatic S7-200, Nhà xuất Nơng Nghiệp 4.Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2007), Tự động hóa công nghiệp với WinCC, Nhà xuất Hồng Đức