MỤC LỤC 1 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 3 CHƯƠNG 1 5 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 5 1.1 Giới thiệu tổng quan 5 1.2 Giới thiệu về hệ thống 5 1.3 Các phần tử trong hệ thống 6 1.4 Các thiết bị chấp hành 7 1.4.1 Cảm biến áp suất VEGABAR14 7 1.4.2 Van điện từ (Van tỷ lệ V2) BURKERT 2834 9 1.4.3 Máy bơm nước 11 1.4.4 Van nhiễu V1 ( BURKERT 0211 ) 12 1.5 Tính chọn thiết bị Rơ le: 12 1.6 Thiết bị điều khiển 14 1.6.1 Module nguồn: PS 307 5A24VDC 14 1.6.2 Module xử lý trung tâm CPU 314 – 1AG14 – 0AB0 loại v3.0 14 1.6.3 Module SM 323 DI8DO8xDC24V0,5A 15 1.6.4 Module analog SM 331 AI2x12bit 16 1.6.5 Module analog SM 332 AO2x12bit 17 1.7 Nguyên lý điều khiển 18 1.8 Sơ đồ đấu nối 19 CHƯƠNG 2 22 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 22 2.1 Mô hình chung của hệ thống: 22 2.2 Xây dựng hàm truyền của hệ thống 23 2.2.1 Xây dựng hàm truyền van điện từ: 23 2.2.2 Mối quan hệ giữa lưu lượng Q và thể tích chất lỏng V trong bình chứa 26 2.2.3 Cảm biến 27 2.2 Thiết kế bộ điều khiển PID 28 2.3 Thiết kế chương trình điều khiển: 32 2.3.1 Lưu đồ thuật toán 32 CHƯƠNG 3 33 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 33 3.1 Thiết kế bộ điều khiển thích nghi 33 3.1.1 Đầu vào 35 3.1.2 Đầu ra 37 CHƯƠNG 4 39 HỆ THỐNG GIÁM SÁT 39 4.1 Giới thiệu về phần mềm winCC 39 4.2 Giao diện giám sát 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN I HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT MỰC NƯỚC (MÃ HỌC PHẦN:13321H) Hải Phòng 12/2021 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 1.1 Giới thiệu tổng quan .5 1.2 Giới thiệu hệ thống .5 1.3 Các phần tử hệ thống 1.4 Các thiết bị chấp hành 1.4.1 Cảm biến áp suất VEGABAR14 .7 1.4.2 Van điện từ (Van tỷ lệ V2) BURKERT 2834 .9 1.4.3 Máy bơm nước .11 1.4.4 Van nhiễu V1 ( BURKERT 0211 ) .12 1.5 Tính chọn thiết bị Rơ le: 12 1.6 Thiết bị điều khiển 14 1.6.1 Module nguồn: PS 307 -5A24VDC .14 1.6.2 Module xử lý trung tâm CPU 314 – 1AG14 – 0AB0 loại v3.0 14 1.6.3 Module SM 323 DI8/DO8xDC24V/0,5A 15 1.6.4 Module analog SM 331 AI2x12bit 16 1.6.5 Module analog SM 332 AO2x12bit .17 1.7 Nguyên lý điều khiển 18 1.8 Sơ đồ đấu nối 19 CHƯƠNG 22 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 22 2.1 Mô hình chung hệ thống: 22 2.2 Xây dựng hàm truyền hệ thống 23 2.2.1 Xây dựng hàm truyền van điện từ: .23 2.2.2 Mối quan hệ lưu lượng Q thể tích chất lỏng V bình chứa 26 2.2.3 Cảm biến 27 2.2 Thiết kế điều khiển PID 28 2.3 Thiết kế chương trình điều khiển: .32 2.3.1 Lưu đồ thuật toán 32 CHƯƠNG 33 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI .33 3.1 Thiết kế điều khiển thích nghi 33 3.1.1 Đầu vào 35 3.1.2 Đầu .37 CHƯƠNG 39 HỆ THỐNG GIÁM SÁT .39 4.1 Giới thiệu phần mềm winCC 39 4.2 Giao diện giám sát 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Y Hình 2.1: Mơ hình hệ thống 22 Hình 2.2:Biến cần điều khiển mức nước 23 Hình 2.3: Mối liên hệ độ mở van dòng điện 24 Hình 2.4: Mơ hình van 25 Hình 2.5: Mối liên hệ áp suất dòng điện 27 Hình 2.6: Mối liên hệ dịng điện cổng PIW288 module AI 28 Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống 30 Hình 2.8: Mô với a = .31 Hình 3.1: Chỉnh định mờ tham số cho PID 34 Hình 3.2: Bên chỉnh định mờ 35 Hình 3.3: Đầu vào ( Sai số e(t) ) 36 Hình 3.4: Đầu vào (đạo hàm sai số e’(t)) .37 Hình 3.5: Đầu Kp’ 38 Hình 4.1: Bảng tag địa 40 Hình 4.2: Hệ thống chưa hoạt động 40 Hình 4.3: Hệ thống hoạt động .41 Hình 4.4: Hệ thống hoạt động van V2 đóng .42 Hình 4.5: Van V2 mở van nhiễu làm giảm mức nước đặt 42 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 1.1 Giới thiệu tổng quan Hiện cơng nghiệp hóa, đại hóa ngày phát triển mạnh mẽ, tiến khoa học kỹ thuật, có kỹ thuật điều khiển tự động góp phần lớn tạo điều kiện để nâng cao hiệu q trình sản xuất Hiện nay, tự động hố q trình cơng nghệ thực phát triển ứng dụng mạnh mẽ công nghiệp cụ thể công nghiệp lọc hóa dầu, cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp xử lý nước, sản xuất giấy, sản xuất xi măng lĩnh vực khác đời sống Nói chung để nâng cao hiệu sản xuất , đảm bảo an tồn cho người , máy móc môi trường công nghiệp chế biến , khai thác vấn đề điều khiển q trình cơng nghệ quan trọng Trong điều khiển trình, tốn đặt điều chỉnh q trình cơng nghệ có yêu cầu cao độ tin cậy tính sẵn sàng Các đại lượng cần điều khiển lưu lượng, áp suất, nhiệt độ cần phải điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu đặt Trong công ngiệp hóa lọc dầu, cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp xử lý nước, sản suất điện vấn đề điều khiển mức nước cần đáp ứng với độ xác cao để phục vụ trình sản xuất hiệu tốt Chính vậy, vấn đề đặt đề tài điều khiển lưu lượng dòng chảy để ổn định mức chất lỏng với độ xác cao Với yêu cầu ứng dụng thực tế vậy, đề tài nghiên cứu đối tượng hệ thống điều khiển mức nước 1.2 Giới thiệu hệ thống Hệ thống điều khiển mức nước hình thành với mơ hình điều khiển mức nước gồm có hai bồn nước: Máy bơm bơm nước từ bồn nước lên thông qua van điện từ V( V2) điều khiển độ mở van Dưới đáy bể có lắp cảm biến áp suất van xả (V1) Hệ thống có cảm biến mực nước điều khiển chuyên dụng, nhờ giảm tiết diện ống tăng vận tốc dòng chảy hệ thống đường ống có áp, khép kín, tồn quản lý cách xác hiệu Các hệ thống theo dõi giám sát làm tăng khả cải thiện hiệu suất độ tin cậy Bài toán đặt : sử dụng điều khiển S7 300 thuật toán điều khiển PID điều khiển độ mở van (V2) để bể giữ mức nước yêu cầu BộBộ điều khiển Bể nước V2 V1 Cảm biến áp suất Máy bơm Bể nước Hình 1.1: Mơ hình điều khiển mức Với phát triển kỹ thuật có nhiều cách để điều khiển mức nước, em sử dụng điều khiển PID PID mờ để điều khiển 1.3 Các phần tử hệ thống +Cảm biến áp suất VEGABAR14 +Van điện từ (Van tỷ lệ) BURKERT 2834 ( V2 ) +Máy bơm nước +PLC S7300 Module nguồn: PS307 – 5A 24VDC Module xử lý trung tâm CPU 314 – 1AG14 – 0AB0 loại v3.0 Module Analog: SM331 AI8x12bit 6ES7 331 – 7KF02-0AB0 Module Digital: SM 323 DI8/DO8 x DC24V/0.5A 6ES7 323 - 1BH01 – 0AA0 Module Analog: SM331 AI2x12bit 6ES7 331 – 7KB02 – 0AB0 Module Analog: SM332 AO2x12bit 6ES7 332 – 5HB01 – 0AB0 Bể nước Kích thước : Dài 30 cm Rộng 23 cm Cao 17 cm Bể nước Kích thước : Dài 16,5 cm Rộng 16,5 cm Cao 23 cm Van xả đáy bể nước ( V3 ) 1.4 Các thiết bị chấp hành 1.4.1 Cảm biến áp suất VEGABAR14 Đây thiết bị chuyển đổi lực từ đo lường cảm biến lực, áp suất tuyệt đối chân khơng Các chất đo được: khí, nước chất lỏng Ở đây, lệch áp suất chuyển đổi thành tín hiệu đo lường Nguyên lý hoạt động: Phần tử cảm biến tế bào đo “CERTEC” với màng ngăn gốm giao (cắt nhau) Áp lực trình gây thay đổi điện dung tế bào đo màng gốm Sự thay đổi Dải đo: 0-0.1 bar, 0-10000Pa Tín hiệu ra: 4-20mA Nguồn cung cấp: 12-30VDC chuyển đổi thành tín hiệu đầu thích hợp xuất giá trị đo Cấu tạo: Hình 1.2:Cảm biến áp suất VEGEBAR14 Hình 1.3:Cấu tạo cảm biến 1.Khớp trình 2.Hộp thiết bị điện 3.Dây kết nối -Dây kết nối: Hình 1.4:Các dây nối cảm biến 1.Dây màu nâu (+) nguồn cung cấp đường truyền tín hiệu 2.Dây màu xanh da trời (-) nguồn cung cấp đường truyền tín hiệu 3.Dây nối với hình 1.4.2 Van điện từ (Van tỷ lệ V2) BURKERT 2834