(Đồ án hcmute) điều khiển giám sát và thi công mô hình hệ thống bơm nước sinh hoạt cho chung cư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG BƠM NƯỚC SINH HOẠT CHO CHUNG CƯ GVHD: Ths NGUYỄN PHONG LƯU SVTH: TRẦN KHẢ ANH TÙNG S K L 009280 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG BƠM NƯỚC SINH HOẠT CHO CHUNG CƯ SVTH : Trần Khả Anh Tùng MSSV : 16151100 Nganh : Công nghệ kỹ thuật điều khiển va tự động hóa GVHD : Ths.Nguyễn Phong Lưu Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài này, em nhận nhiều hỗ trợ, góp ý hướng dẫn nhiều người Đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS.Nguyễn Phong Lưu giảng viên khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh hướng dẫn, giúp đỡ tận tình suốt q trình làm đề tài Ngồi ra, em muốn cảm ơn thầy cô Khoa CLC trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tạo điều kiện thuận lợi để em thực đồ án tốt nghiệp Xin cảm ơn tất bạn thành viên lớp, người đồng hành gắn bó với nhóm suốt năm học, có góp ý giúp đỡ em thời điểm khó khăn làm đề tài Cuối cùng, em xin cảm ơn giáo viên phản biện thầy cô hội đồng bảo vệ đồ án dành thời gian nhận xét, đánh giá giúp đỡ em trình bảo vệ đồ án Đồ án khơng hồn thành tốt đẹp khơng có giúp đỡ tất người Một lần nhóm xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2022 Sinh viên thực i TÓM TẮT ĐỀ TÀI Cùng với phát triển kinh tế xã hội, Việt Nam ngày có nhiều khu chung cư xây dựng tất tỉnh thành nước, việc cung cung cấp nước cho tòa nhà phần thiếu, nhiên nhu cầu sử dụng nước khu chung cư khác thời điểm ngày, vấn đề đặt phải giải việc ổn định áp suất đường ống cấp nước tiết kiệm lượng cho hệ thống cấp nước Để đáp ứng nhu cầu áp lực nước đường ống đủ nhu cầu sử dụng nước thay đổi bất thường, máy bơm hệ thống phải hoạt động chế độ đầy tải, điều gây lãng phí lược lớn áp lực nên đường ống cao Vì cần sử dụng biến tần để điều khiển hệ thống đáp ứng yêu cầu cần thay đổi áp lực nước đường ống cách điều khiển thay đổi tốc độ động bơm nước Đồ án gồm có mơ hình hệ thống bơm nước chung cư, có chế độ điều khiển tự động tay, điều khiển PLC biến tần, hệ thống hoạt động xác ổn định Ứng dụng thuật toán PID để điều khiển áp suất đường ống, bảo đảm áp suất đường ống ổn định với áp suất cài đặt trước Ngoài cịn có hệ thống giám sát, điều khiển thu thập thơng tin hình giao diện HMI ii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁÔ VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁÔ VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN i LỜI MỞ ĐẦU ii MỤC LỤC iii LIỆT KÊ HÌNH VẼ .vi LIỆT KÊ BẢNG ix Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nội dung đề tài Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống bơm nước nhà cao tầng 2.1.1 Hệ thống bơm nước nhà cao tầng .4 2.1.2 Lắp đặt hệ thống máy bơm nước nhà cao tầng 2.1.3 Đặc điểm hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng 2.1.4 Các loại động sử dụng trạm bơm 2.2 Các sở lý thuyết liên quan đến đề tài 10 2.2.1 Giới thiệu biến tần LS IG5A .10 2.2.2 Màn hình HMI .18 2.2.3 Tổng quan PLC 20 Chương 3: TÍNH TƠÁN VÀ THIẾT KẾ 26 3.1 Yêu cầu chung hệ thống 26 3.2 Sơ đồ kết nối tổng quan 26 iii 3.2.1 Thiết kế khối nguồn 27 3.2.2 Khối xử lý trung tâm 28 3.2.3 Khối biến tần 30 3.2.4 Khối điều khiển giám sát 31 3.2.5 Khối cấu chấp hành 33 3.2.6 Khối bơm nước 36 3.2.7 Khối bơm điều áp 36 3.2.8 Khối nút nhấn 37 3.2.9 Khối cảm biến 39 3.3 Sơ đồ kết nối hệ thống 41 Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG .43 4.1 Giới thiệu 43 4.2 Thi công mô hình 51 4.2.1 Thi công phần khung mơ hình 51 4.2.2 Thi công phần khung tủ điện 46 4.2.3 Thi công phần ống dẫn nước 48 4.2.4 Thi công phần bể chứa nước .49 4.3 Phần mềm .51 4.3.1 Lập trình cho PLC 51 4.3.2 Phần mềm lập trình cho HMI 55 4.4 Lưu đồ giải thuật 60 4.5 Hướng dẫn quy trình vận hành hệ thống 64 Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 67 5.1 Hệ thống mơ hình 67 5.2 Hệ thống điện 68 5.3 Kết chạy thực nghiệm 69 5.4 Két quả thóng kê 72 Chương 6:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74 6.1 Kết luận 74 iv 6.2 Hướng phát triển 75 TÀI LIỆU THAM KHẢÔ 76 PHỤ LỤC .77 v LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Hệ thống bơm nước tòa nhà cao tầng Hình 2.2 Hệ thống trạm bơm nước tòa nhà cao tầng Hình 2.3 Cấu tạo động điện dị Hình 2.4 Hình ảnh biến tần LS (IG5) 11 Hình 2.5 Ký hiệu mặt điều khiển biến tần 12 Hình 2.6 Các nhóm thay đổi thông số 13 Hình 2.7 Các phím chức 14 Hình 2.8 Các thông số cài đặt biến tần .14 Hình 2.9 Khoảng cách lắp đặt biến tần 15 Hình 2.10 Cách đấu dây động lực cho loại pha 220vAC 16 Hình 2.11 Cách đấu dây động lực cho loại pha 380vAC 16 Hình 2.12: Nối đầu dây 16 Hình 2.13: Sơ đồ đấu dây biến tần 17 Hình 2.14: Hình ảnh điều khiển thiết bị qua HMI 18 Hình 2.15: Sơ đồ cấu trúc PLC 24 Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống 26 Hình 3.2 Nguồn tổ ong .28 Hình 3.3 PLC S7-1200 28 Hình 3.4 Module DI/DQ SM1223 DC/Rly 28 Hình 3.5 Module RS422/485 CM1241 .30 Hình 3.6 Inverter LS IG5A 30 Hình 3.7 HMI Kinco MT4434TÊ 32 Hình 3.8 MCB LS BKN 2P 33 Hình 3.9 ĐRelay kiếng Chint 220V .33 Hình 3.10 Khởi động từ Chint 34 Hình 3.11 Đuôi nhiệt Chint 35 Hình 3.12 Module relay .36 Hình 3.13 Động Mitsubishi 36 Hình 3.14 Động Panasonic 37 Hình 3.15 Nút bấm tủ điện 38 vi Hình 3.16 Nút dừng khẩn 38 Hình 3.17 Cảm biến áp suất SP100 4-20mA 39 Hình 3.18 Cảm biến mức 40 Hình 3.19 Sơ đồ mạch động lực 41 Hình 3.20 Sơ đồ mạch điều khiển 41 Hình 3.21.Sơ đồ mạch kết nối truyền thông .42 Hình 4.1 Chân bánh xe 44 Hình 4.2 Thép đa 45 Hình 4.3 Khung mơ hình 45 Hình 4.4 Vỏ hộp tủ điện 46 Hình 4.5 Cầu đấu lắp ghép 46 Hình 4.6 Cầu đấu khối 47 Hình 4.7 Tủ điện 47 Hình 4.8 Ống nước thằng vuông PVC phi 27mm .48 Hình 4.9 Van nước phi 27 48 Hình 4.10 Nối giảm 34/27 49 Hình 4.11 Thùng phy 49 Hình 4.12 Mơ hình trạm bơm nước 50 Hình 4.13 Tạo project 51 Hình 4.14 Đặt tên project 51 Hình 4.15 Chọn cấu hình 52 Hình 4.16 Chọn CPU 52 Hình 4.17 Chương trình PLC .53 Hình 4.18 Giao diện vùng viết chương trình PLC 53 Hình 4.19 Kết nối CPU module mở rộng .54 Hình 4.20 Thêm khối 54 Hình 4.21 Màn hình Kindo HMIware 55 Hình 4.22 Tạo project lưu 55 Hình 4.23 Chọn phương pháp giao tiếp 56 Hình 4.24 Chọn mơ hình HMI 56 Hình 4.25 Chọn chế độ PLC 57 Hình 4.26 Chọn kết nối .57 vii Hình 4.27 Điều chỉnh tham số 58 Hình 4.28 Điều chỉnh PLC 58 Hình 4.29 Sửa đổi khung 59 Hình 4.30 Giao diện thiết kế HMI 59 Hình 4.31 lưu đồ giải thuật tự động 61 Hình 4.32 Lưu đồ giải thuật tay 63 Hình 4.33 Mơ tả hệ thống 64 Hình 5.1 Mơ hình thực tế 67 Hình 5.2 Hệ thống điện mặt tủ 68 Hình 5.3 Hệ thống điện ngồi mặt tủ .68 Hình 5.4 Cài đặt bơm điều áp 69 Hình 5.5 Đồ thị áp suất 69 Hình 5.6 Cảnh báo bơm tải 70 Hình 5.7 Cảnh báo bơm không tải 71 Hình 5.8 Cảnh báo bồn cạn nước 71 Hình 5.9 Lịch sử báo lỗi 72 viii Độ xác biến tần việc điều khiển tốc độ động để đạt áp suất đường ống theo set point đặt trước gần 100%, thời gian để q trình hồn thành có thay đổi tùy vào set point đặt trước độ khác biệt không lớn Bảng 5.1 Kết thử nghiệm chạy setpoint STT Set point Thời gian Lần 0.5 Bar 9.2s Lần 1.0 Bar 9.6 Lần 1.5 Bar 9.9 Lần 2.0 Bar 10.4 Lần 2.5 Bar 10.6 Ở chế độ cảnh báo hệ thống báo lỗi hoạt động bình thường thành công việc dừng hoạt động phận phận có vấn đề đèn báo lỗi sáng mặt điều khiển cho người dùng biết Dưới hình ảnh bơm chạy tải hệ thống đưa cảnh báo Hình 5.6: Cảnh báo bơm tải 70 Trường hợp động bơm chạy không tải cảnh báo cho người sử dụng biết động chạy khơng tải Hình 5.7: Cảnh báo bơm khơng tải Máy bơm dừng hoạt động trường hợp bồn nước tầng hầm bị cạn bồn mái đầy ngăn trường hợp máy bơm hoạt động khơng có nước dẫn đến tải trường hợp bị lỗi bồn mái bị tràn: Hình 5.8: Cảnh báo bồn cạn nước Ngồi cịn có bảng lịch sử ngày lỗi xảy cần biết, có ích việc tìm hiểu ngun nhân lỗi xảy ra: 71 Hình 5.9: Lịch sử báo lỗi 5.3 Kết thống kê Sau hoàn thành sản phẩm, em có chạy thử lập bảng thống kê số lần thực xác để kiểm tra tính ổn định hệ thống sau: Bảng 5.2 Kết thử nghiệm chạy hệ thống bơm điều áp Số lần thử Áp suất đặt Chạy thực nghiệm Xác xuất (%) 1.5 1.49 99,33% 10 1.4 1.38 98,57% 20 1.3 1.285 98,84% Bảng 5.3: Kết thử nghiệm chạy hệ thống bơm nước Số lần thử Cảm biến mức Bơm hoạt động Xác xuất (%) 10 Thấp bơm 100% 10 Trung bình bơm luân phiên 100% 10 Cao bơm tắt 100% 72 Bảng 5.4: Kết thử nghiệm chạy hệ thống dùng phao Số lần thử Bể chứa nước Phao hoạt động Xác xuất (%) 10 Cạn tầng hầm 10 100% 10 Tràn tầng áp mái 10 100% 73 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sự cố gắng, nỗ lực giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn dẫn đến kết tốt đẹp đồ án “Điều khiển giám sát thi cơng mơ hình hệ thống bơm nước sinh hoạt cho chung cư”, hoàn thành với nội dung sau: - Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng PLC S7-1200 làm xử lý trung tâm, Kinko HMI làm ứng dụng cho việc điều khiển giám sát hệ thống bơm nước - Tìm hiểu cách thức hoạt động motor bơm nước, motor điều áp - Biến tần với thuật toán điều khiển PID cho việc điều khiển động bơm điều áp việc cân chỉnh áp suất đường ống đạt ngưỡng mong muốn - Sử dụng thư viện Kinko để tạo giao diện điều khiển, giám sát hình HMI thân thiện với người dùng - Hệ thống hoạt động ổn định theo yêu cầu đề tài đưa Đề tài hoàn thành mục tiêu đề ra: - Ứng dụng tốt kiến thức có vào việc lập trình PLC để đảm nhận xử lý trung tâm - Ứng dụng thành công biến tần để thơng qua q trình xử lý PID thực xác nhanh chóng đưa áp suất ống nước mức đặt trước - Mơ hình đơn giản bám sát thực tế hết mức nên có kích thước lớn cồng kềnh - Thao tác cập nhật thông số áp suất thân thiện dễ sử dụng, thời gian cập nhật gần Giao diện quan sát với người dùng hiển thị đầy đủ thông tin, cập nhật liên tục lưu lượng nước thùng chứa để dễ dàng giám sát Thời gian xử lý hệ thống điều chỉnh áp suất vài giây, sau hoàn toàn ổn định 74 6.2 Hướng phát triển - Thiết kế lại phần cứng khí cho hệ thống để hoạt động chắn - Tăng số lượng tầng sử dụng nước lên để thử nghiệm tính ổn định hệ thống - Thiết kế điều khiển giám sát thông qua web - Xây dựng phần mềm theo dõi lượng nước sử dụng cho tầng để đưa khuyến cáo cần thiết 75 TÀI LIỆU THAM KHAO [1] Phan Quốc Phô, “Giáo Trình Cảm Biến”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, ngày 05/06/2006 [2] Trần Văn Hiếu, “Thiết Kế Hệ Thống HMI/SCADA Với Tia Portal”, Nhà xuất bản: Khoa Học Kỹ Thuật, năm 2019 [3] Bộ Xây Dựng, “Giáo Trình Lập Trình PLC”, nhà xuất Bộ Xây Dựng, tháng năm 2019 [4] PGS TS Trương Nguyễn Luân Vũ, “PID CONTROLLER DESIGN FOR PROCESS WITH TIME DELAY”, nhà xuất Ho Chi Minh city press, xuất năm 2018 [5] Các tài liệu khác trang web Internet 76 PHỤ LỤC Code main 77 78 79 Code alarm Code water level 80 Code operating 81 82 Code output PLC 83 S K L 0