Đồ án tốt nghiệp tên đề tài hệ thống ổn định áp suất nước trong bồn qua iot

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP -o0o - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC TRONG BỒN QUA IOT GVHD: KS PHẠM HUỲNH THẾ SVTH: NGUYỄN VĂN HÒA LỚP: CĐ ĐĐT 19ĐTE LÊ VĂN TRÁNG LỚP: CĐ ĐĐT 19ĐTE NGÔ TIẾN DŨNG LỚP: CĐ ĐĐT 19ĐTE TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LỜI CẢM ƠN Nhóm thực đề tài xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô trường Cao đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng tạo điều kiện thuận lợi, môi trường học tập thoải mái với sở vật chất tốt người thực đề tài thuận lợi tiếp thu, học hỏi thứ sát với thực tế, tiến trình độ thân thời đại cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước Đồng thời, áp dụng vào công việc sau trường Bên cạnh đó, nhóm thực đề tài xin cảm ơn quý thầy, Khoa Điện – Điện tử tận tình dạy, truyền đạt học vô quý báu người thực đề tài có kiến thức vững chắc, hành trang bền bỉ cho tương lai Từ kiến thức đến nâng cao, tập đơn giản đến phức tạp mà quý thầy, cô giao ngày giúp cho người thực đề tài có kiên trì, nhẫn nại, tư phát triển Từ dạy tận tình giúp cho người thực đề tài có niềm say mê tìm tịi, nghiên cứu, sáng tạo với khoa học cơng nghệ Đặc biệt, nhóm thực đề tài xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phạm Huỳnh Thế Cảm ơn Thầy ln tận tình giúp đỡ, hỗ trợ từ lúc chọn đề tài trình thực hồn thành đề tài Trong lúc thực đề tài, người thực đề tài vấp phải sai sót, khúc mắc với tận tụy, ân cần thầy giúp cho nhóm thực đề tài thu hoạch nhiều kiến thức, kinh nghiệm để đạt đồ án hoàn chỉnh Cuối cùng, người thực đề tài xin gởi lời cảm ơn đến toàn thể thành viên lớp CĐ ĐĐT 19ĐTE ln gắn bó, nhiệt tình hỗ trợ lẫn suốt trình học tập trường Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn ! NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Về tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: Những kết đạt ĐA/KLTN: Những hạn chế ĐA/KLTN: Đánh giá chung đề tài Xuất sắc  Giỏi  Khá  Trung bình  Yếu  Đề nghị: Được phản biện  Không bảo vệ  TP.HCM, ngày … tháng … năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (GV ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Lí chọn đề tài 1.3 Giới hạn đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 PLC S7 - 1500 2.1.1 Giới thiệu PLC 1511C-1PN .4 2.1.2 Cấu tạo đặc tính kỹ thuật .5 2.1.3 Phương pháp điều khiển .6 2.2 Lưu lượng kế trụ tròn LZM – 15G 2.2.1 Giới thiệu lưu lượng kế trụ tròn LZM – 15G .7 2.2.2 Phân loại đặc tính kỹ thuật 2.2.3 Phương pháp điều khiển .8 2.3 Cảm biến áp suất Mesens 2.3.1 Giới thiệu cảm biến áp suất Mesens 2.3.2 Đặc tính kỹ thuật 2.3.3 Phương pháp điều khiển 10 2.4 Máy bơm DC tăng áp 11 2.4.1 Giới thiệu máy bơm tăng áp .11 2.4.2 Đặc tính kỹ thuật 12 2.4.3 Phương pháp điều khiển 12 2.5 Cảm biến Pressure Transmitter .12 2.5.1 Giới thiệu cảm biến Pressure Transmitter 12 2.5.2 Đặc tính kỹ thuật 13 2.5.3 Phương pháp điều khiển 13 2.6 Mạch điều khiển động DC BTS7960 43A 13 2.6.1 Giới thiệu mạch điều khiển động DC BTS7960 43A 13 2.6.2 Đặc tính kỹ thuật 15 2.6.3 Sơ đồ chân 15 2.8 Thuật toán PID 18 2.8.1 Giới thiệu thuật toán PID 18 2.8.5 Đặc tính kỹ thuật 22 2.8.7 Phương pháp điều khiển 25 CHƯƠNG 26 THIẾT KẾ MƠ HÌNH 26 3.1 Yêu cầu thiết kế .26 3.2 Xây dựng sơ đồ khối .26 3.2.1 Sơ đồ khối 26 3.2.2 Chức khối 27 3.3 Sơ đồ nguyên lý .28 3.4 Lưu đồ giải thuật .29 3.5 Sơ đồ đấu dây 30 CHƯƠNG 31 THI CÔNG, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG 31 4.1 Đảm bảo an toàn 31 4.2 Đảm bảo kỹ thuật 32 4.3 Đảm bảo thẩm mỹ 33 4.4 Quá trình lắp ráp hệ thống .34 CHƯƠNG 42 KẾT LUẬN 42 5.1 Kết đạt .42 5.2 Hạn chế hệ thống 43 5.3 Hướng phát triển đề tài .44 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật PLC 1511C – 1PN Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật lưu lượng kế trụ tròn LZM – 15G Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật cảm biến áp xuất Mesens MPS100.420 .9 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật máy bơm tăng áp 12V – 100W – 8LPM 12 Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật Pressure Transmitter KP – 20 13 Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật mạch điều khiển động DC BTS7960 43A 15 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: PLC 1511C – 1PN Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo PLC 1511C – 1PN .5 Hình 2.3: Lưu lượng kế trụ tròn LZM – 15G .7 Hình 2.4: Cảm biến áp suất Mesens MPS100.420 .9 Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất Mesens MPS100 10 Hình 2.6: Máy bơm tăng áp 12V - 100W – 8LPM 11 Hình 2.7: Pressure Transmitter KP – 20 12 Hình 2.8: Mạch điều khiển động DC BTS7960 43A 14 Hình 2.9: Cấu tạo loại MOSFET thông dụng 15 Hình 2.10: Chân điều khiển 15 Hình 2.11: Chân đấu dây với động 16 Hình 2.12:Cấu hình van điện từ 17 Hình 2.13:Sơ đồ khối hệ thống điều khiển PID 18 Hình 2.14:Biểu đồ khâu tỉ lệ 20 Hình 2.15:Biểu đồ khâu tích phân 21 Hình 2.16:Biểu đồ khâu vi phân 22 Hình 2.17:Bước chọn lệnh đưa vào cửa sổ lập trình cài đặt biến 23 Hình 2.18:Thực cấu hình chi tiết thông số cho PID 24 Hình 2.19: Chạy mơ 25 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 27 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 28 Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật hệ thống 29 Hình 3.3: Sơ đồ đấu dây 30 Hình 4.1: Quấn băng keo non vào đầu nối khí nén 34 Hình 4.2: Trét silicon vào khớp nối đai ốc cho lưu lượng kế 35 Hình 4.3: Cố định ván gỗ vào khung 36 Hình 4.4: Cố định đầu nối khí nén 37 Hình 4.5: Lắp đặt máng dây điện 38 Hình 4.6: Lắp thiết bị bên tủ điện 39 Hình 4.7: Cố định tủ điện vào hệ thống 40 Hình 4.8: Hệ thống hồn chỉnh 41 CHƯƠNG TỔNG QUAN CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Để thúc đẩy q trình diễn cách nhanh chóng cần phải tập trung đầu tư, nghiên cứu, phát triển vào dây chuyền sản xuất nhằm giúp giảm thiểu tối đa chi phí sản xuất, thời gian sản xuất đảm bảo an toàn cho người lao động, nâng cao suất lao động chất lượng, số lượng để đạt sản phẩm tốt nhất, tối ưu Nghành điện tử công nghiệp lĩnh vực phát triển mạnh mẽ đạt nhiều thành tựu to lớn Lĩnh vực coi lĩnh vực có tầm ảnh hưởng quan trọng đời sống người Nó ứng dụng vào công nghiệp sản xuất, đời sống ngày “ Hệ thống ổn định áp suất nước bồn qua IoT “ ứng dụng tiêu biểu nghành điện tử công nghiệp Hệ thống tự động đo điều chỉnh lượng nước bồn ln ổn định Chính vậy, vấn đề quan trọng phải điều khiển lưu lượng dòng chảy để ổn định áp suất nước bồn Bên cạnh đó, để đạt u cầu việc điều khiển đóng mở van để điều tiết lưu lượng dòng chảy, điều khiển lượng nước từ máy bơm bơm vào bồn chứa hệ thống phải xác gần tuyệt đối để làm cho áp suất nước bồn giữ ổn định mức đặt trước Để điều khiển hệ thống đòi hỏi xác cao khó, cần phải phối hợp điều khiển van xả máy bơm cho hài hòa, hợp lý Để đáp ứng yêu cầu độ xác cao hệ thống, việc điều khiển van máy bơm cần phải kết hợp thêm với cảm biến mức nước để nhận biết lượng nước thực tiễn bồn, cảm biến áp suất để điều khiển lượng áp suất bồn chứa Với phát triển kỹ thuật điều khiển ngày nay, có nhiều cách để giúp cho yêu cầu thực dễ Nhóm thực đề tài tìm hiểu, nghiên cứu thuật tốn điều khiển PID để điều khiển, đáp ứng yêu cầu tính ổn định, phức tạp hệ thống Công việc điều khiển thực PLC Siemens S7-1500 với công cụ TIA Portal V16 PLC – SIM V16 Từ đó, hệ thống hoạt động tối ưu, đáp ứng yêu cầu đề làm tảng để phát triển thêm hệ thống đại thông minh Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.2 Lí chọn đề tài Đối với sinh hoạt ngày: nước thứ vô quan trọng người Với thực trạng cho thấy, tòa nhà, chung cư, trường học, bệnh viện, cơng ty, xí nghiệp,… có bồn chứa nước riêng Các bồn chứa nước cung cấp nước cho toàn phòng bên sử dụng Như hệ thống hoạt động tốt hơn, đáp ứng nhanh phải lấy nước trực tiếp từ trạm bơm cung cấp nước Nhưng có nhược điểm to lớn đồng loạt phịng sử dụng lúc khả nước chảy yếu áp suất khơng đủ, có số phịng khơng thể sử dụng nước Hay lượng sử dụng nhiều thời điểm làm cho nước bồn hết nhanh chóng mà khơng bơm vào kịp, xảy tình trạng ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt Đối với sản xuất công nghiệp: nghành sản xuất công nghiệp dầu khí, cơng nghiệp hóa chất,… cần phải có bồn chứa chất lỏng để cung cấp cho trình sản xuất Trong thực tế, trình sản xuất có người giám sát lượng chất lỏng bồn thiếu hụt phải bơm vào Như vậy, q trình làm việc, người lao động vơ tình chạm phải hóa chất, ngửi hóa chất độc hại ngày với thời gian lâu dài gây ảnh hưởng đến sức khỏe Hay gặp phải cố với thiết bị, máy móc sản xuất ảnh hướng đến tính mạng thân Do nhận biết, nhìn thấy tầm quan trọng đề tài Thấy bên xã hội cần hệ thống tương tự đề tài Sau trình thảo luận, tìm hiểu, nghiên cứu nhóm thực đề tài định triển khai, xây dựng, thi công đề tài “ Hệ thống ổn định áp suất nước bồn qua IoT “ Hệ thống sử dụng thuật toán điều khiển PID để giúp ổn định lượng nước bồn Điều khiển van đóng mở lưu lượng nước lượng nước máy bơm bơm lên bồn để khắc phục nhược điểm, hạn chế thiếu hụt nước, giảm áp suất cho bồn chứa nước sinh hoạt ngày Hay, ổn định lượng chất lỏng bồn Hệ thống tự động cung cấp chất lỏng cần thiết cho trình sản xuất vào bồn theo mức đặt trước mà không cần đến tác động người Ngoài ra, hệ thống ứng dụng IoT giúp cho người giám sát nhận biết lượng chất lỏng từ xa Từ đó, giảm bớt chi phí th nguồn nhân lực cho cơng ty Đặc biệt giúp người sản xuất hạn chế tiếp xúc với chất độc hại môi trường làm việc Đảm bảo độ an toàn lao động cho người lao động tốt Trang CHƯƠNG 4: THI CƠNG, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG Hình 4.5: Lắp đặt máng dây điện Để cho đường dây điện trở nên gọn gàng hơn, đáp ứng độ an toàn Những người thực đề tài dùng máy khoan để bắn ốc cho máng dây điện cố định vào khung nhôm hệ thống Máng dây điện luồng dây điện vào bên dùng nắp máng che lại Đường dây điện từ cảm biến, van điện từ, cảm biến lưu lượng nước, máy bơm tăng áp DC vào tủ điện Trang 38 CHƯƠNG 4: THI CƠNG, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG Hình 4.6: Lắp thiết bị đấu dây bên tủ điện Để hệ thống đảm bảo độ an toàn q trình hoạt động Nhóm thực đề tài nghiên cứu, xây dựng tủ điện cho hệ thống Các mối dây hàn chì vào chi jack bắp chuối để giúp thêm độ chắn Trang 39 CHƯƠNG 4: THI CÔNG, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG Hình 4.7: Cố định tủ điện vào hệ thống Tủ điện bắn ốc cố định vào khung hệ thống thuận tiện cho việc sử dụng Trang 40 CHƯƠNG 4: THI CƠNG, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG Hình 4.8: Hệ thống hoàn chỉnh - Khi hệ thống cấp nguồn Sẽ có chế độ chọn Switch: + Khi gạt Switch sang phải: chế độ Auto bật Máy bơm hoạt động, van xả nước van khí nén mở Nước bơm từ bồn cung cấp nước bên lên bồn chứa nước bên Máy bơm điều khiển thuật toàn PID Khi mức nước bơm lên xấp mức nước cài đặt Máy bơm giảm tốc độ dần để chiều chỉnh Đến đạt mức độ cài đặt, máy bơm ngưng bơm + Khi không gạt Switch: chế độ Manual bật Nhấn Start để van xả nước van khí nén mở Qúa trình hoạt động giống chết độ Auto Khi nhấn Stop hệ thống dừng lại Trang 41 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Kết đạt Đề tài thực vòng tuần từ tháng sáu đến cuối tháng bảy Trong khoảng thời gian đó, nhóm thực đề tài tham gia thảo luận, hiểu cách làm việc nhóm Đồng thời, thực việc tìm hiểu, thiết kế, mua linh kiện cần thiết thi cơng hệ thống Nhóm thực đề tài biết bước để xây dựng nên hệ thống hoàn chỉnh Từ việc thi công phần cứng đến việc xây dựng phần mềm để đạt hệ thống hoàn chỉnh thỏa mãn nhu cầu sử dụng đặt Về hệ thống, hệ thống hoạt động chế độ Auto Manual Có thể tự ổn định áp suất bồn chứa Về kết cấu phần cứng, nắm kiến thức linh kiện lĩnh vực khí nén, thủy lực, điện – điện tử Có thể tự xây dựng bảng khối lượng hệ thống Hiểu cách hoạt động linh kiện hệ thống như: van điện từ, cảm biến áp suất, cảm biển lưu lượng, động DC,… Bên cạnh đó, biết cách lắp đặt tủ điện cho hệ thống, kết nối PLC với nguồn tổ ong, động DC, loại cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng sử dụng hệ thống Xây dựng sơ đồ nguyên lý để đấu dây, thi công hệ thống hoàn chỉnh với ý tưởng đề ban đầu Về phần mềm, nhóm thực đề tài tìm hiểu bước để tiến hành lập trình cho hệ thống hoạt động theo mong muốn Có thể xây dựng nên thuật tốn cho hệ thống hoạt động theo với yêu cầu Hiểu việc thực điều khiển thuật toán PID giúp cho hệ thống hoạt động ổn định Về cách làm việc nhóm, nhóm thực đề tài thảo luận, đưa ý tưởng thân để góp ý Mạnh dạng đánh giá, nhận xét ý tưởng thành viên nhóm để tìm ý tưởng hoàn thiện, tốt Trao đổi với giảng viên hướng dẫn suốt trình thực đề tài Biết cách phân bố công việc cho thành viên nhóm Hỗ trợ cơng việc để đạt tiến độ đề tài Biết chịu trách nhiệm thân công việc, dám nhận lỗi, dám đối mặt với lỗi thân làm sai cơng việc q trình xây dựng đề tài Từ đó, rút kinh nghiệm, học hỏi nhiều thứ hơn, hạn chế lỗi hay mắc phải để giúp cho việc làm tương lai trở nên thuận tiện hơn, phát triển kỹ thân Trang 42 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Về kiến thức chun mơn, suốt q trình thực đề tài Những người thực đề tài trao dồi kiến thức nhiều lĩnh vực khác là: khí nén, thủy lực,… thơng qua việc thảo luận, làm việc nhóm Biết cách tự tính tốn thơng số cần thiết hệ thống Từ đó, lựa chọn loại linh kiện, cảm biến phù hợp sử dụng cho hệ thống Cuối cùng, nhóm thực đề tài hồn thành hệ thống với thời hạn Khoa, Bộ môn đề Hệ thống hoạt động gần với yêu cầu đặt Hệ thống tự ổn định lượng nước bồn, giao tiếp với cảm biến mức nước Hệ thống đo thông số cảm biến tính tốn, quy đổi thơng số để điều khiển tốc độ máy bơm cho ổn định 5.2 Hạn chế hệ thống Tuy hệ thống hoạt động với yêu cầu đặt Nhưng bên cạnh đó, hệ thống mắc phải hạn chế sau: - Hệ thống chưa hoàn thiện yêu cầu đề tài: chưa thể kết nối Web Server Node RED ứng dụng Blynk, cảm biến lưu lượng chưa đọc được, cảm biến áp suất đường ống chưa giao tiếp - Các dây nguồn, dây tín hiệu linh kiện sử dụng hệ thống nối vào jack bắp chuối Sau đó, tiến hành cắm vào bảng điều khiển PLC để sử dụng Như vậy, độ an tồn, tính thẩm mỹ chưa cao Bên tủ điện dây lung tung, chưa gọn gàng - Các bồn cung cấp nước bên sử dụng nhiều bồn nhỏ, khơng đủ khơng khí để dịng nước chảy qua bồn nên phải khoan nhiều lổ bồn Do đó, dễ dàng bị bụi bẫn rơi vào hệ thống Hay tượng rỉ nước đầu nối bồn lại với xảy sử dụng lâu dài - Đường ống nước hệ thống chưa có dụng cụ bắt dính vào khung nhơm, cịn sử dụng nhiều dây rút Các linh kiện cố định vào hệ thống đơn sơ, chưa đạt độ thẩm mỹ cao hệ thống - Hệ thống chưa có nguồn điện dự trữ Như vậy, cúp điện hệ thống khơng hoạt động Nếu thời gian cúp điện, phòng sử dụng nước gây cố Ảnh hưởng đến việc sử dụng - Các nguồn tổ ong 24VDC, nguồn tổ ong 12VDC đặt bên mặt sau hệ thống nên chưa đảm bảo độ an tồn tính thẩm mỹ - Bồn chứa nước hệ thống bị mờ, chưa thể rõ mức nước có bồn Trang 43 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.3 Hướng phát triển đề tài Với hạn chế mà đề tài mắc phải Nếu có thêm kinh phí, thêm thời gian Nhóm thực đề tài có thêm số ý tưởng để phát triển hệ thống sau: - Sử dụng thêm hình HMI để dễ dàng quan sát rõ ràng, tạo thêm tính thơng minh, đa dạng hệ thống - Sử dụng thêm Web Server Node RED để giám sát hệ thống từ xa đạt yêu cầu đề tài - Tìm hiểu xây dựng cho hệ thống thêm nguồn điện dự trữ Từ đó, cung cấp nguồn cho hệ thống để bị cúp điện hệ thống hoạt động, đáp ứng nhu cầu người dùng lúc mà không lo sợ vấn đề điện - Thiết kế hệ thống tủ điện lớn hơn, gắn thêm cánh quạt để tản nhiệt cho linh kiện bên hệ thống hoạt động Từ đó, dây cho linh kiện gọn gàng Tăng thêm tuổi thọ linh kiện, độ thẩm mỹ hệ thống - Thay máy bơm có cơng suất lớn hệ thống đáp ứng thời gian bơm đến mức nước đặt trước khoảng thời gian ngắn - Thay đế, mặt sau hệ thống Niken để có thêm phần chắn cho hệ thống Hạn chế rủi ro phồng, nứt sơn sử dụng ván gỗ Từ đó, tăng thêm độ bền cho hệ thống - Tìm hiểu, mua thêm cùm omega để cố định đường ống hệ thống Các giá đỡ chữ L để nâng đỡ cho linh kiện bồn nước, van điện từ chắn thêm, đạt thẩm mỹ cao hệ thống - Thay bồn nước bên bồn nước lớn Hạn chế việc sử dụng nhiều bồn nối lại với gây tượng nước chảy qua bồn không rỉ nước đầu nối sử dụng lâu dài Trang 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://cache.industry.siemens.com/dl/files/843/109752843/att_936129/v1/s7150 0_cpu1511c_1_pn_dtc_manual_en-US_en-US.pdf [2] https://www.plclinks.com/2020/04/ieu-khien-pid-tren-siemens-plc.html [3] https://123docz.net//document/2413006-nghien-cuu-ve-dieu-khien-on-dinh-apsuat-cho-duong-ong-nuoc.htm [4] https://text.xemtailieu.net/tai-lieu/ung-dung-bien-tan-dieu-khien-ap-suat-nuoctren-duong-ong-2437147.html [5] https://aumyco.com/cam-bien-ap-suat-mesens-mps100/ [6] IT-5200 Process Control Trainer (4 in 1) – Infinit Tech (infinittechnologies.com) PHỤ LỤC