Đồ án tốt nghiệp điện tự động công nghiệp nghiên cứu tổng quan về plc của hãng siemens và ứng dụng thiết kế điều khiển tự động hệ thống nhiều bơm lên bể chứa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊNCỨUTỔNG QUAN VỀ PLC H ph CỦA HÃNG SIEMENS VÀ ỨNG DỤNG on THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG g HỆ THỐNG NHIỀU BƠM LÊN BỂ CHỨA rs ve ni U ity ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊNCỨUTỔNG QUAN VỀ PLC H ph CỦA HÃNG SIEMENS VÀ ỨNG DỤNG on THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG g HỆ THỐNG NHIỀU BƠM LÊN BỂ CHỨA ve ni U rs ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY ity NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Thành Tín Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đức Minh HẢI PHỊNG - 2018 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG g on ph H NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ve ni U Sinh viên : Nguyễn Thành Tín – MSV : 1412102036 rs ity Lớp : ĐC1802 - Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Nghiên cứu tổng quan PLC hãng Siemens ứng dụng thiết kế điều khiển tự động hệ thống nhiều bơm lên bể chứa NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) on ph H Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn g Địa điểm thực tập tốt nghiệp : ity rs ve ni U CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Trường Đại học dân lập Hải Phòng Toàn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : on ph H Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2018 Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N g Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên rs ve ni U Th.S Nguyễn Đức Minh ity Nguyễn Thành Tín Hải Phịng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN g on ph H 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) ity rs ve ni U Ngày……tháng…….năm 2018 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài g on ph H Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) ity rs ve ni U Ngày……tháng…….năm 2018 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ CẤU TRÚC HỌ PHẦN CỨNG PLC S7-200 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC 1.1.1 Hệ thống điều khiển 1.1.2 Vai trò PLC 1.1.3 PLC 1.1.3.1 Khái niệm PLC H 1.1.3.2 Cấu trúc PLC ph 1.1.3.3 Hoạt động PLC on 1.1.3.4 Đặc điểm điều khiển lập trình g 1.1.3.5 Các chủng loại PLC: ni U 1.1.3.6 Ưu điểm PLC 10 ve 1.1.3.7 Hạn chế PLC 12 rs 1.1.3.8 Ứng dụng PLC 13 ity 1.2 CẤU HÌNH HỆ THỐNG PLC S7-200 14 1.2.1 Cấu trúc phần cứng 14 1.2.1.1 Bộ điều khiển lập trình (PLC) 14 1.2.1.2 Các thành phần CPU 15 1.2.1.3 Kết nối điều khiển 16 1.2.1.4 Truyền thông PC PLC 21 1.2.1.5 Cài đặt phần mềm 23 1.2.1.6 Sử dụng Logic ladder PLC 23 1.2.1.7 Sử dụng bảng Symbols 24 1.2.1.8 Khối kết nối terminal 24 1.2.2 Cấu trúc nhớ 24 1.2.2.1 Hệ thống số 24 1.2.2.2 Các khái niệm xử lý thông tin 26 1.2.2.3 Phân chia nhớ 26 1.2.2.4 Các phương pháp truy nhập 27 1.2.2.5 Mở rộng vào / 28 CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG PHẦN MỀM STEP-7 MICROWIN LẬP TRÌNH CHO PLC S7-200 29 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 29 2.1.1 Cấu trúc chương trình 29 2.1.2 Thực chương trình 29 H 2.1.3 Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC 29 ph 2.1.4 Ngôn ngữ lập trình 30 on 2.2 PHẦN MỀM STEP 7-MICROWIN 31 g 2.2.1 Cài đặt STEP 7-MICROWIN 31 U ni 2.2.2 Trình tự bước thiết kế chương trình điều khiển 34 ve 2.2.3 Khởi động chương trình tạo Project 34 ity rs 2.2.4 Cấu trúc Project Step7 37 2.2.5 Sử dụng phần mềm STEP – MICROWIN 41 2.3 CÁC TẬP LỆNH LẬP TRÌNH PLC SIEMENS S7-200 42 2.3.1 Các lệnh tiếp điểm (Bit Logic) 42 2.3.2 Bộ định thời TIMER 45 2.3.3 Bộ đếm COUTER 47 2.3.4 Lệnh so sánh COMPARE 49 2.3.5 Hàm di chuyển liệu MOV 54 2.3.6 Lệnh chuyển đổi CONVERT 55 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PLC S7-200 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BỐN BƠM THEO MỨC NƯỚC TRONG BỂ HỞ 57 3.1 TỔNG QUAN VỀ BƠM CHẤT LỎNG 57 3.1.1 Khái niệm bơm 57 3.1.2 Phân loại bơm 57 3.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BƠM 58 3.2.1 Cấu tạo bơm 58 3.2.2 Nguyên lý hoạt động bơm 60 3.3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CÁC PHẦN TỬ QUAN TRỌNG CỦA BƠM 63 3.3.1 Sơ đồ phần tử quan trọng hệ thống bơm 63 3.3.2 Phương pháp tăng lưu lượng cột áp hệ thống bơm 65 3.4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM NHIỀU BƠM 67 3.4.1 Yêu cầu truyền động điện cho trạm bơm 67 H 3.4.2 Yêu cầu điều khiển bảo vệ cho trạm nhiều bơm 70 ph 3.4.2.1 Các yêu cầu điều khiển cho trạm nhiều bơm 70 on 3.4.2.2 Các yêu cầu bảo vệ cho trạm nhiều bơm 71 g 3.4.3 Các thiết bị đo mức chất lỏng bình chứa 72 U ni 3.4.3.1 Phao điện 72 ve 3.4.3.2 Đo mức chất lỏng phương pháp đo điện dung 73 ity rs 3.4.3.3 Đo mức cách đo trọng lượng 74 3.4.3.4 Đo chất lỏng với sóng viba 75 3.4.4 Mạch động lực hệ thống nhiều bơm kết nối cảm biến mức 75 3.4.4.1 Mạch động lực hệ thống nhiều bơm 75 3.4.4.2 Kết nối cảm biến mức với rơle 77 3.4.5 Thống kê đầu vào/ (Input/Output) PLC 78 3.4.6 Sơ đồ kết nối tín hiệu vào/ra PLC 81 3.4.7 Chương trình điều khiển 83 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 AT1 MC1 OC1 B1 AT2 AT MC2 OC2 R S T B2 AT3 MC3 OC3 B3 AT4 MC4 OC4 B4 Hình 3.13 Mạch động lực khởi động trực tiếp bốn bơm H Mỗi bơm điều khiển chạy hay dừng nhờ công-tắc-tơ riêng ph biệt, MC1, MC2, MC3, MC4 Các động bơm bảo vệ tải nhờ rơle nhiệt OC1, OC2, OC3, OC4 Tại mạch lực cấp điện cho bơm đặt on áptômát để bảo vệ ngắn mạch động lực AT1, AT2, AT3, AT4, AT g AT1 ni U MC1 MC1 B1 AT AT2 MC2 ity rs ve MC1 Y OC1 MC2 MC2 Y OC2 R S B2 T MC3 AT3 MC3 MC3 Y OC3 B3 MC4 AT4 MC4 MC4 Y OC4 B4 Hình 3.14 Mạch động lực khởi động đổi nối sao/tam giác 76 3.4.4.2 Kết nối cảm biến mức với rơle Chọn cảm biến mức có vị trí kết nối với rơle để điều khiển cuộn hút công-tắc-tơ Để bảo vệ cạn nước bể hút ta dùng cảm biến mức Sơđồ nguyên lý kết nối cảm biến mức bể chứa với rơle thể hình 3.15: R1 24V R1 Relay 24V R2 Relay 24V R3 Relay 24V R4 Relay R2 380V R3 8V g on ph H R4 ni U ve E1 E2 ity rs E4 E3 E5 Hình 3.15 Sơđồ kết nối cảm biến mức bể chứa với rơle Bốn bơm hoạt động hoàn toàn tự động theo mức nước bình chứa thơng qua tín hiệu gửi từ cảm biến mức Nếu mức nước bình chứa đến ngưỡng E1 cuộn hút rơle R1 có điện ngắt điện MC1, MC2, MC3, MC4 dừng tất bơm Khi mức nước giảm đến E2 cuộn hút rơle R2 điện, điều làm cho cuộn hút MC1 có điện khởi động bơm số Nếu chất lỏng tiếp tục cạn đến E bơm làm việc, bể tiếp tục cạn tới E bơm khởi động 77 Trong trình bơm, chất lỏng bình chứa tiếp tục giảm mạch tự động khởi động bơm Khi mức nước bình tăng đến E1 rơle R1 có điện ngắt điện MC1, MC2, MC3, MC4, từ dừng tất bơm Khi bơm bị tải, rơle nhiệt OC1, OC2, OC3, OC4 tác động làm mở tiếp điểm bên mạch điều khiển ngắt điện khỏi bơm Tại trạm bơm mà bể hút có lượng chất lỏng giới hạn mạch điện ta bố trí thêm cảm biến mức, việc nhằm mục đích bể hút cạn phải ngừng hoạt động bơm Sơđồ kết nối cảm biến mức bể hút hình 3.16 H RL 24V RL Relay ph 380V g on 8V ni U E1 ity rs ve E2 E5 Hình 3.16 Kết nối rơle bảo vệ cạn nước bể hút Khi mức nước bể hút cạn, cuộn hút rơle RL điện, tiếp điểm RL mạch điều khiển hình 3.16 mở ra, ngắt điện cuộn hút khởi động từ điều khiển bơm 3.4.5 Thống kê đầu vào/ (Input/Output) PLC Chọn PLC điều khiển loại S7-200 CPU 224 AC/DC/Relay Siemens, chúng có đặc điểm kết nối: - Nguồn cung cấp xoay chiều 85÷ 264 𝑉𝐴𝐶, 47÷ 63Hz - Số đầu vào 14 78 - Số đầu 10 Hình dáng chân chức S7-200 CPU 224 thể hình 3.17 ph H Hình 3.17 Sơ đồ chân chức S7-200 CPU 224 on g Các tín hiệu đầu vào / chương trình điều khiển hệ thống bốn bơm ni U chức chúng thể bảng 3.1 đây: rs ve Bảng 3.1 Bảng thống kê vào/ra PLC Địa Chức ity Tín hiệu đầu vào I0.0 Đầu vào điều khiển khởi động bơm tay I0.1 Đầu vào điều khiển khởi động tự động bơm thơng qua tín hiệu rơle mức gửi I0.2 Đầu vào dừng bơm rơle mức gửi I0.3 Đầu vào dừng bơm tay I0.4 Đầu vào dừng bơm bể hút cạn nước I0.5 Đầu vào điều khiển khởi động bơm tay 79 Đầu vào điều khiển khởi động tự động bơm thơng I0.6 qua tín hiệu rơle mức gửi I0.7 Đầu vào dừng bơm tay I1.0 Đầu vào dừng bơm rơle mức gửi I1.1 Đầu vào điều khiển khởi động bơm tay I1.2 Đầu vào điều khiển khởi động tự động bơm thơng qua tín hiệu rơle mức gửi I1.3 Đầu vào dừng bơm tay I1.4 Đầu vào dừng bơm rơle mức gửi H Q0.0 ph Tín hiệu đầu Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển on khởi động từ MC1 g U Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển ni Q0.1 Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển ity Q0.2 rs ve khởi động từ MC1 khởi động từ MC1 tam giác Q0.3 Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển khởi động từ MC2 Q0.4 Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển khởi động từ MC2 Q0.5 Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển khởi động từ MC2 tam giác 80 Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển Q0.6 khởi động từ MC3 MC4 Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển Q0.7 khởi động từ MC3 MC4 Đầu điều khiển rơle trung gian, từ điều khiển Q0.10 khởi động từ MC3 tam giác MC4 tam giác Q0.11 Đầu báo khởi động bơm thành công Q0.30 Đầu báo khởi động bơm thành công Q0.31 Đầu báo khởi động bơm thành công H ph 3.4.6 Sơ đồ kết nối tín hiệu vào/ra PLC Sơ đồ kết nối cụ thể sau: g on ity rs ve ni U Hình 3.18 Sơ đồ kết nối In/Out PLC 81 Do số lượng đầu S7-200 CPU 224 không đủ nên ta dùng thêm module mở rộng loại có đầu raEM 222 mã 6ES7222-1HF22-0XA0 g on ph H U ve ni Hình 3.19 Sơ đồ kết nối module mở rộng EM 222 L ity rs TG1Y TG2Y TG1 TG2 TG3Y TG3 MC3Y MC3 220VAC TG1 MC1 TG2 MC1Y MC1 MC2 MC2Y TG3 MC2 MC3 MC4 MC4Y MC4 N Hình 3.20 Sơ đồ kết nối rơle trung gian với khởi động từ 82 3.4.7 Chương trình điều khiển g on ph H ity rs ve ni U 83 g on ph H ity rs ve ni U 84 g on ph H ity rs ve ni U 85 g on ph H ity rs ve ni U 86 g on ph H ity rs ve ni U 87 g on ph H ity rs ve ni U 88 KẾT LUẬN Sau thời gian ba tháng nỗ lực tìm hiểu nghiên cứu, đến đồ án tốt nghiệp em hoàn thành với nội dung cụ thể sau: Chương 1: Tổng quan PLC cấu trúc họ phần cứng PLC S7-200 Chương 2: Sử dụng phần mềm Step7 Microwin lập trình cho PLC S7200 Chương 3: Ứng dụng PLC S7-200 điều khiển hệ thống bốn bơm theo mức nước bể hở Đồ án tốt nghiệp em hoàn thành với cố gắng thân việc tìm hiểu sản phẩm, ứng dụng thao tác vận hành sản phẩm Bằng H kiến thức trang bị trường tìm hiểu số tài liệu tham ph khảo có liên quan đến vấn đề nghiên cứu, em cố gắng trình bày đồ án cách ngắn gọn đầy đủ Tuy nhiên trình độ hạn chế, kinh on nghiệm thực tế chưa nhiều nên đề tài em cịn có nhiều khiếm khuyết g Qua đây, em mong muốn nhận ý kiến đóng góp thầy giáo U ni bạn sinh viên để đồ án em ngày hoàn thiện ve Em xin chân thành cảm ơn Th.s Nguyễn Đức Minh, thầy cô giáo ity rs môn: Điện tự động công nghiệp - Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng giúp đỡ em trình làm đồ án Hải Phòng, ngày tháng Sinh viên thực Nguyễn Thành Tín 89 năm 2018 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hà Văn Trí (2008), Giáo trình PLC, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật Th.S Châu Chí Đức (2008), Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200, Nhà xuất Thành phố Hồ Chí Minh Th.S Phạm Phú Thọ (2010), Lập trình PLC SIEMENS S7-200, Lưu hành nội Trường TCN KTCN Hùng Vương GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy điện, Nhà xuất Xây dựng Lưu Đình Hiếu (2004), Truyền động điện tàu thủy, Nhà xuất Xây dựng https://youtube.com https://tailieu.vn https://123doc.org g on ph H 7.https://google.com ity rs ve ni U 90