Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống cấp nước cho tòa nhà ứng dụng Iot: Đồ án tốt nghiệp Khoa Chất lượng cao ngành Công nghệ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Xu hướng ngày nay, dân số thường tập trung tại các khu vực thành thị ngày càng đông đúc, dẫn đến là hàng loạt dự án xây dựng các ký túc xá, chung cư, tòa nhà cao tầng, được xây dựng nhằm phụ vụ cho nhu cầu chỗ ở của con người Một trong những vấn đề lớn phát sinh trong các dự án này đó là nguồn nước cung cấp sinh hoạt phải được đảm bảo một cách liên tục và ổn định cho cư dân, đó chính là một bài toán lớn cần người giải quyết Quy hoạch cấp nước cho các dự án hiện nay ngày càng đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao, đặc biệt là phải luôn đảm bảo mọi người đủ nước sinh hoạt, nguồn nước đủ áp suất tiêu chuẩn tại mọi tầng mọi thời điểm

Các trạm bơm với công suất lớn hiện nay đa số vẫn còn thiết kế và triển khai phương thức điều khiển theo phương pháp truyền thống, các máy bơm đều được khởi động trực tiếp và hoạt động ở tốc độ định mức Phương pháp này tồn tại nhược điểm là gây nên tổn hao nhiều điện năng, không thể kiểm soát và thu thập được thông tin áp suất của đường ống, cũng như các sự cố của hệ thống, gây khó khăn và tốn nhiều công sức trong việc vận hành, giám sát, bảo dưỡng hệ thống bơm.

Lý do chọn đề tài

1.2.1 Các hệ thống bơm hiện nay

Các hệ thống bơm hiện nay đang được hầu hết được thiết kế như sau:

- Thường có tối thiểu 2 bơm trở lên, cùng cấp nước vào một đường ống chính.

- Các bơm được khởi động trực tiếp hoặc sao/tam giác, tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định mức.

- Trong quá trình trạm bơm hoạt động, thường luôn luôn để một bơm ở chế độ dừng (mang tính dự phòng).

- Việc điều chỉnh áp lực trên đường ống chính hay mức nước được thực hiện bằng 2 phương pháp là điều khiển ON/OFF và điều khiển bằng cách thay đổi góc mở van

1.2.2 Phương pháp điều khiển ON/OFF

Khi bơm hoạt động lượng nước dân lên tới một giá trị đặt trước, ta cho máy bơm ngừng hoạt động, khi lượng nước được tiêu thụ và giảm xuống tới mức đặt thấp thì ta cho bơm chạy

 Ưu điểm: Phương pháp điều khiển ON/OFF dễ dàng thiết kế, dễ điều khiển, giá thành thấp

 Nhược điểm: hệ thống không ổn định, đáp ứng chậm và không tốt, áp suất liên tục dao động xung quanh điểm đặt, dòng điện khởi động lớn gây sụt áp, bơm đóng mở liên tục gây giảm tuổi thọ của bơm

Nhằm đáp ứng được những yêu cầu về ổn định áp suất trong công nghiệp cũng như dân dụng, hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật cũng như ngành tự động hóa các công ty l ớ n v ề l ĩ n h vực này đã không ngừng phát triển và cho ra đời các loại biến tần với chức năng chính là thay đổi tần số của động cơ Như ta biết tốc độ động cơ 3 pha không đồng bộ phụ thuộc vào các thông số như công thức sau:

- n: Tốc độ động cơ (vòng/ phút)

- f: tần số động cơ (Hz)

Chính vì vậy muốn thay đổi tốc độ của động cơ có thể thay đổi điện áp hoặc thay đổi tần số của dòng điện, như chúng ta đã biết việc can thiệp thay đổi điện áp lưới là không thể nên thay đổi tần số dòng điện trở thành phương án hợp lý nhất Bằng việc dùng biến tần ta có thể giải quyết được bài toán ổn định áp suất cùng với việc hạn chế các nhược điểm không đáng có của các phương pháp khác Với việc hỗ trợ chức năng điều khiển PID, biến tần sẽ nhận tín hiệu analog (dòng hoặc áp) từ cảm biến áp suất trả về, biến tần sẽ dựa trên cơ sở đó và giá trị đặt để tự động thay đổi tần số dòng điện, từ đó thay đổi tốc độ của bơm, dẫn đến việc khống chế áp suất trong đường ống trở nên dễ dàng hơn rất nhiều Khi phát sinh nhu cầu sử dụng nước cao, biến tần sẽ tự động điều khiển động cơ quay ở tốc độ cao nhất để duy trì áp suất, khi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN nhu cầu sử dụng nước giảm, biến tần sẽ điều khiển động cơ giảm tốc độ xuống hoặc dừng hẳn tùy theo mực nhu cầu thực tế Khi đó năng lượng điện được tiết kiệm ở mức tối ưu

Bằng kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, dựa vào những tính năng ưu việt của PLC và biến tần cùng với sự tiên tiến của hệ thống WEBSEVER Nhóm em xin được chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC CHO TÒA NHÀ ỨNG DỤNG IoT”.

Mục tiêu đề tài

Thiết kế, tính toán chọn thiết bị cho hệ thống cấp nước cho tòa nhà cao tầng, đáp ứng đủ lượng nước cũng như áp suất nước theo TCVN khi cung cấp cho các hộ dân cư

Xây dựng hệ thông điều khiển và giám sát tại tủ điện thông qua HMI và điều khiển, giám sát từ xa thông qua phần mềm V-Net Access

Tối ưu hệ thống, giúp dễ vận hành cũng như bảo trì bảo dưỡng hệ thống.

Đối tượng nghiêm cứu

Trong đề tài này, các tính chất của nước lưu lượng, áp suất sẽ là các đối tượng chính được nghiêm cứu Việc đảm bảo lượng nước và áp suất nước khi cung cấp cho các hộ dân sẽ được đảm bảo thông qua các phương pháp điều khiển như: Phân cấp tốc độ, sử dựng bộ điều khiển PID Ứng dụng IoT vào hệ thống để kỹ sư vận hành có thể giám sát và điều khiển hệ thống từ xa.

Phạm vi nghiên cứu đề tài

Xét thấy hiện trạng kiến thức, kinh nghiệm thực tế cũng như chi phí còn hạn chế nên đề tài được nhóm giới hạn, chỉ được thực hiện dưới hình thức mô hình thí nghiệm với 2 bơm gồm 1 bơm đầu vào cấp nước cho bồn tầng mái, điều khiển cấp tốc độ bơm thông qua biến tần và 1 bơm điều áp, duy trì ổn định áp suất đầu ra cho tầng 10 với bơm điều áp có công suất nhỏ, áp suất đặt trong đường ống không lớn hơn 2 Bar

Nội dung nghiên cứu

Các nội dung nghiêm cứu bao gồm:

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Mục tiêu của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Nghiên cứu tiêu chuẩn về lưu lượng và áp suất

- Giải pháp cung cấp nước của đề tài

Chương 3: Thiết kế phần cứng

Chương 4: Thiết kế phần mềm

- Viết lưu đồ giải thuật

- Thiết kế giao diện HMI

- Thiết kế giao diện Webserver

Chương 5: Kết quả thực hiện

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

- Những hạn chế và hướng phát triển của đề tài.

- Các công việc đã thực hiện.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tiêu chuẩn Việt Nam về cung cấp nước cho dân cư

Tiêu chuẩn dùng nước tổng hợp tính theo đầu người gồm nước cấp cho: Ăn uống sinh hoạt, công nghiệp, công trình công cộng, tưới cây, rửa đường, thất thoát, lấy theo bảng 2.1

Bảng 2.1: Bảng tiêu chuẩn cấp nước tính theo đầu người Đối tượng dùng nước Tiêu chuẩn cấp nước tính theo đầu người

(ngày trung bình trong năm) l/người.ngày

Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu công nghiệp nhỏ 300 – 400

Thị trấn, trung tâm công – nông nghiệp nhỏ 200 – 270

Thị trấn, trung tâm công - nông nghiệp, công - ngư nghiệp, điểm dân cư nông thôn

TCVN 12494:2018 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC189 Sản phẩm gốm xây dựng biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị,

Bộ Khoa học và Công nghệ công bố

Bảng 2.2: Điều kiện sử dụng vòi nước tự đóng

Giới hạn sử dụng Khuyến nghị giới hạn vận hành Áp suất động 0,05 MPa (0,5 bar) min

≤ P ≤ 5 bar) Áp suất tĩnh 1 Mpa (10 bar) max -

Nhiệt độ nước nóng Max < 90 °C 55 °C ≤ T ≤ 65 °C

CHÚ THÍCH: Áp suất đưa ra là áp lực dòng chảy

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Yêu cầu hệ thống

2.2.1 Đề xuất giải pháp Để thiết kế hệ thống điều khiển, cấp nước, duy trì áp suất nước đầu ra ở 1.5 ÷ 2 Bar cho tòa nhà gồm 10 tầng, 60 căn hộ, 240 người, chiều cao 40 m

Ta có 10 m H2O = 1 Bar, từ đó ta có thể suy ra:

 Áp suất tại tầng 10: 0.4 Bar

Theo TCVN, áp suất cần duy trì ở mỗi tầng là 1 ÷ 4 Bar, tối ưu nhất là 1.5 ÷ 2 Bar vì vậy nhóm đưa ra giải pháp sau:

Hình 2.1: Sơ đồ giải pháp của đề tài

Theo yêu cầu của hệ thống, ta có các yêu cầu điều khiển cần giải quyết như sau:

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Dựa vào nhu cầu sử dụng thực tế của cư dân, điều khiển bơm cấp nước từ bồn nước ngầm lên bồn nước mái, theo các cấp tốc độ bơm để tối ưu điện năng tiêu thụ và tăng tuổi thọ thiết bị trong hệ thống

- Ứng dụng bộ điều khiển PID cho bơm điều áp cấp nước cho các hộ dân ở các tầng trên cao (các tầng thiếu áp), duy trì áp suất ở một mức tối ưu theo TCVN

- Ứng dụng IoT để điều khiển và giám sát từ xa thông qua các thiết bị có kết nối mạng Internet.

Tính toán hệ thống

Chọn tiêu chuẩn dùng nước cho dân cư là 300 (l/ngày đêm) theo TCXDVN 33: 2006 (Bảng 2.1 trang 5) [12]

Q = 240 (người) × 300 (l/ngày đêm) = 72 000 (l/ngày đêm) = 72 (m 3 / ngày đêm)

Qbồn = 1.5 × Qtổng = 108 m 3 / ngày đêm (Mục 8.11 TCVN 4153: 1988) [13]

Trong đó Qtổng = 72 m 3 / ngày đêm = 3 m 3 / giờ

Chọn Đồng hồ đo nước loại tuốc bin cỡ 50 (từ 15 ÷ 140 m 3 / ngày đêm)

P Tt = P Lt × Hệ số dự trữ (3.2)

Lưu lượng lít trên giây: Ql/s = α × 0.2 ×√N (Bảng 9 TCVN 4153: 1988) [13] Với α là hệ số phụ tùng chức năng (Bảng 6 TCVN 4513:1998), chọn α = 2.5 N là

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT tổng đương lượng của các dụng cụ vệ sinh trong nhà, tính theo bảng 3.1 Ta chọn hệ số đương lượng là 10/ 1 căn hộ, vậy N = 10×60 = 600

Chọn hiệu suất máy bơm = 0.65

Chọn Hệ số dự trữ là 1.4

Bảng 2.3: Đương lượng nước của các thiết bị dân dụng

Dựa trên TCVN 4513:1988 [13], hệ số đương lượng của thiết bị vệ sinh là 12, vì vậy ta chọn đường kính ống cấp nước theo Bảng 3.2:

Vậy D = 25, suy ra chọn ống dẫn có phi 25

Bảng 2.4: Đường kính ống theo TCVN 4513:1988

Tổng số đương lượng của các thiết bị dân dụng 1 3 6 12 20 Đường ống cấp nước(mm) 10 15 20 25 32

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Thiết kế và lựa chọn thiết bị phần cứng

- Dựa vào các đặc điểm, chức năng từng khâu của mô hình hệ thống cấp nước

Hệ thống có các yêu cầu thiết kế tổng quát như sau:

- Hệ thống cấp nước hoạt động từ bồn hầm qua bơm cấp nước để lên bồn áp mái Biến tần điều khiển bơm cấp bơm sẽ được chia thành nhiều cấp tốc độ

- Kết cấu mô hình chặt chẽ, vận hành ổn định, hệ thống cấp nước cho bồn áp mái hoạt động tốt để đảm bảo lượng nước sinh hoạt vào bồn áp mái ở mức phù hợp Biến tần điều khiển bơm cấp áp được thông qua bộ xử lí PID để có thể cấp nước phù hợp tùy vào nhu cầu sử dụng nước của các căn hộ

- Quá trình đưa nước từ bồn áp mái xuống cho các hộ dân cư phải ổn định, hoạt động êm ái, ít rung lắc

- Yêu cầu tính toán chiều dài và tiết diện các đường ống phù hợp để tránh bị vỡ ống hay rỉ nước

3.1.2 Bản vẽ mô hình hệ thống

Hình 3.1: Bản vẽ mô hình hệ thống

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Dựa vào các mục tiêu đề ra của đề tài, nhóm đã tính toán, thiết kế và thi công mô hình hệ thống một cách phù hợp nhất để cân đối về chất lượng cũng như chi phí thực hiện mô hình

3.1.3 Lựa chọn thiết bị cho phần cứng:

Công dụng: Đại diện tòa nhà và khung đỡ các thiết bị bên trong hệ thống

Khung đủ chắc để phục vụ cho việc nghiêm cứu đề tài

Khung sắt tự thiết kế

- Kích thước 24x24x100 (dài, rộng, cao)

- Kớch thước đường ống ắ inch

Công dụng: Đại diện cho bồn chứa nước ở tầng hầm và bồn chứa nước ở tầng mái

Thể tích đủ để phục vụ cho việc nghiêm cứu đề tài

- Chiều cao phuy nhựa 50 lít: 600 mm

- Đường kính miệng (mm): 340 mm

- Đường kính thân (mm): 390 mm

- Đường kính đáy (mm): 300 mm

- Trọng lượng phuy nhựa 50 lít (kg): 2.5 kg

Dẫn nước lưu thông trong mô hình hệ thống

Bền đáp ứng được nhu cầu nghiêm cứu

Giải pháp: Ống nhựa Bình Minh phi 21và phi 27

Chỉ cho phép nước đi theo một chiều từ bồn tầng hầm lên bồn tầng mái

Yêu Cầu: Đúng kích thướt đường ống chính

- Kớch thước đường ống ắ inch

Mô phỏng thiết bị dân dụng dùng nước tại các hộ dân

Kích thước phù hợp với đường ống

Van xả nước PVC phi 21

- Kích thướt đường ống phi 21

3.1.3.6 Lựa chọn cáp động lực, bơm

Kết nối điện các thiết bị trong mạch động lực như bơm biến tần

- Chịu được dòng quá tải của động cơ

- Cách điện tốt phù hợp với Biến tần và động cơ

Hình 3.6: Dây điện các loại

Chọn tiết diện dây vào, ra biến tần và vào động cơ 1 pha là 1.5 mm 2 Chọn tiết diện dây vào, ra biến tần và vào động cơ 3 pha là 2.5 mm 2

3.1.3.7 Lựa chọn bơm tầng hầm

Bơm nước từ bồn tầng hầm lên bồn tầng mái

- Có công suất lớn hơn hoặc bằng 14.2 HP

- Áp suất bơm trên 4 bar

Chọn máy bơm nước đẩy cao Panasonic GP-200JXK-SV5 200W

Hình 3.7: Máy bơm nước ba pha

- Lưu lượng tối đa: 45 lít/phút

- Đẩy/hút tối đa: Đẩy cao 21m - Hút sâu 9m

- Đường kính ống hút/thoát: 25mm/25mm

- Chuẩn chống nước: IPX4 - Chống nước bắn vào thiết bị ở mọi vị trí

- Kích thước-Trọng lượng: 22.5x15.3x21.3 cm - 7.5 kg

3.1.3.8 Lựa chọn bơm tăng áp

Công dụng: Điều chỉnh áp xuất trong đường ống khi cung cấp nước từ tầng mai xuống các hộ dân

Máy bơm nước đẩy cao Panasonic GP-200JXK-SV5 200W

Hình 3.8: Máy bơm nước đẩy cao Panasonic

- Lưu lượng tối đa: 45 lít/phút

- Đẩy/hút tối đa: Đẩy cao 21m - Hút sâu 9m

- Đường kính ống hút/thoát: 25mm/25mm

- Chuẩn chống nước: IPX4 - Chống nước bắn vào thiết bị ở mọi vị trí

- Kích thước-Trọng lượng: 22.5x15.3x21.3 cm - 7.5 kg

3.1.3.9 Lựa chọn đồng hồ vạn năng

Công dụng: Đo và hiển thị các thông số cơ bản về điện của hệ thống

Kết nối và đo được các thông số cơ bản về điện của hệ thống

Giải pháp: Đồng hồ đo điện đa năng Selec MFM383A

Hình 3.9: Đồng hồ đo điện đa năng Selec MFM383A

- Đồng hồ đo: V, A Hz, Pf, kW, kVA, kVAr và đo kWh, KVAh, KVArh

- Hiển thị 3 hàng, 4 số, dạng LCD

- Hàng thứ 4: 8 số (dành cho điện năng)

- Cài đặt hệ số CT: 1A / 5A – 10.000A

- Mạng kết nối: 3 pha – 4 dây, 3 pha – 3 dây, 2 pha – 3dây & 1 pha – 2 dây

- Ngõ ra: xung áp 24VDC / dòng 100mA

- Độ chính xác: cấp 1 (dành cho điện năng)

- Cài đặt hệ số PT Sơ cấp: 100V – 10 KV

- Cài đặt hệ số PT Thứ cấp: 100 – 500V AC (L-L)

Biến đổi dòng điện trong mạch điện của hệ thống thành dòng nhỏ hơn cho thiết bị đo hoạt động

Chọn biến dòng Yasin cảm biến dòng Yasin 50/5A

Hình 3.10: Biến dòng đo lường Yasin

3.1.3.11 Đồng hồ đo áp suất

Công dụng: Đo áp suất trong hệ thống đường ống

Có giới hạn đo lớn hơn áp suất có thể phát sinh trong đường ống

Chọn đồng hồ áp suất KK Gauge Đài Loan

Hình 3.11: Đồng hồ áp suất KK Gauge

- Đường kính mặt đồng hồ: 63mm (2.5”)

- Kích cỡ chân ren: 1/4 inch PT

- Dải đo: 0-10kg/cm², đo áp suất dương

- Đơn vị đo: kg/cm²; psi

- Vật liệu vỏ: Thép sơn tĩnh điện

- Vật liệu chân kết nối: Đồng

- Kiểu kết nối: Chân đứng

- Khoảng nhiệt độ đo cho phép: -20ºC~60ºC.

Thiết kế và lựa chọn thiết bị phần điện

- Thiết kế phần điện phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phần điện hệ thống phải vận hành an toàn

- Thiết kế và lựa chọn các thiết bị điện phù hợp với các yêu cầu của mô hình

- Việc thiết kế và lắp đặt các thiết bị điện hợp lý giúp quá trình vận hành, bảo trì, bảo dưỡng được thuận tiện

3.2.2 Sơ đồ khối và sơ đồ nối dây Để kết nối các phần cứng trong tủ điện, trước hết ta cần xem qua sơ đồ kết nối của sơ đồ khối và sơ đồ nối dây dưới đây

3.2.2.1 Sơ đồ nối dây mạch động lực và điều khiển

Hình 3.12: Sơ đồ nối dây mạch động lực

Hình 3.13: Sơ đồ nối dây mạch điều khiển

Hình 3.14: Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 3.15: Sơ đồ khối bên trong tủ điện

Hình 3.16: Sơ đồ khối bên ngoài cửa tủ

Hình 3.12 và 3.13 là sơ đồ nối dây của tủ điện giúp cho việc đấu nối dây dễ dàng và hạn chế việc sai sót hơn

Hình 3.15 và 3.16 là sơ đồ khối tủ điện ngoài thực tế giúp việc lắp ráp và thiết kế trở nên khoa học và tăng tính thẩm mỹ cho tủ điện

Hình 3.14 là sơ đồ tổng quan của hệ thống giúp chúng ta hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của phần điện Trong đó:

 Khối nguồn: Cấp nguồn cho các thiết bị, hệ thống hoạt động Bao gồm nguồn 24 VDC cấp nguồn nuôi các HMI, cảm biến, relay… Nguồn 220VAC cấp cho các motor bơm nước, các biến tần, là nguồn đầu vào PLC, sử dụng cho các đèn báo tín hiệu, các relay 220 VAC

 Khối hiển thị: Màn hình HMI Kinco có nhiệm vụ hiển thị, điều khiển hệ thống

 Khối trung tâm xử lý: PLC S7-1200, xử lý các tín hiệu của nút nhấn, cảm biến

 Khối cảm biến: Đo và đưa tín hiệu về cho PLC và HMI để xử lý, tính toán

 Biến tần: Điều khiển các motor bơm nước, bên cạnh đó bảo vệ các motor khi có lỗi xảy ra

 Cơ cấu chấp hành: Motor

3.2.3 Lựa chọn thiết bị cho phần điện

Cách ly, đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải cho toàn mạch

- Dòng định mức phù hợp

- Dòng cắt mạch phù hợp

Chọn MCB Mitsubishi BH-D6 2P 32A 6kA

- Điện áp ngõ vào: 1 Pha

Cách ly, đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải cho tải

Chọn MCB Mitsubishi BH-D6 C6 20A 6kA

Cách ly, đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải cho mạch điều khiển

Chọn MCB Mitsubishi BH-D6 6A 6kA

3.2.3.4 Lựa chọn thiết bị truyền thông với mạng không dây

Giám sát từ xa PLC và tải chương trình từ xa, truy cập ứng dụng Android / ios, duyệt trên máy tính để bàn

- Hỗ trợ giao thức Truyền thông của bộ điều khiển PLC S7-1200

- Truy cập được ứng dụng Android / ios, duyệt trên máy tính để bàn

Hình 3.20: Thiết bị truyền thông V-BOX E-00

Thông số kĩ thuật của V-Box E-00 được tra trong bảng 3.3 và 3.4

Bảng 3.1: Chi tiết phần mền V-BOX E-00

Bảng 3 1 Chi tiết phần cứng V-BOX E-00

3.2.3.5 Lựa chọn bộ nguồn AC/DC

Cấp nguồn 24VDC cho các thiết bị dùng nguồn điện 24VDC

Yêu cầu: Đảm bảo đáp ứng đủ công cho các thiết bị dùng nguồn 24VDC trong hệ thống

Chọn bộ nguồn chuyển đổi 220VAC/24VDC của hãng OMRON 0.7A Mã sản phẩm: S8FS-C01524J

Hình 3.21: Bộ nguồn chuyển đổi 220VAC/24VDC

- Điện áp ngõ vào: 220VAC

- Điện áp ngõ ra: 24VDC

- Loại: Bộ nguồn tổ ong

3.2.3.6 Lựa chọn Relay trung gian

Theo dõi trạng thái các MCB biến tần và bảo vệ ngõ ra của PLC

Yêu cầu: Điện áp ngõ vào 220V

Relay trung gian 14 chân dẹp nhỏ Chint JZX-22FD/4Z-220VDC

Hình 3.22: Relay trung gian 14 chân

3.2.3.7 Lựa chọn biến tần điều khiển bơm tầng hầm

Công dụng: Điều khiển bơm tầng hầm

- Biến tần ngõ ra 3 pha 380V

- Có công suất lớn hơn hoặc bằng 0.2kW

Chọn biến tần Mitsubishi E700 FR-E720-0.2k

Hình 3.23: Biến tần Mitsubishi E700 FR-E720-0.2K

- Tần số đầu vào: 50Hz/60Hz

- Khả năng chịu quá tải 150% trong 60s, 200% trong 3s

3.2.3.8 Lựa chọn biến tần điều khiển bơm tầng mái

Công dụng: Điều khiển bơm điều áp

- Biến tần ngõ ra 3 pha 380V

- Có công suất lớn hơn 0.2kW

- Có truyền thông Modbus RS485

Chọn biến tần FRECON FR100Z-2S-1.5B-H

Hình 3.24: Biến tần FRECON FR100Z-2S-1.5B-H

- Điện áp vào: 1Pha/208~240V, 3Pha/380~480V

- Điện áp ra: 0 ~ Điện áp đầu vào

- Tần số đầu vào: 50Hz/60Hz

- Khả năng chịu quá tải 150% trong 60s, 200% trong 3s

3.2.3.9 Lựa chọn cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất trong đường ống cung cấp cho các hộ dân, trả tín hiệu về cho biến tần xử lý PID

Tín hiệu 4-20mA, để tín hiệu trả về vào ngõ vào biến tần

Chọn Cảm biến SP-100 của TMKTEK

Hình 3.25: Cảm biến áp suất SP-100

3.2.3.10 Lựa chọn công tắc chuyển mạch Switch 3 vị trí

Chuyển trạng thái hoạt động giữa các trạng thái Manual, Auto, Off

Công tắc chuyển mạch 3 vị trí gồm 2 tiếp điểm NO

Chọn công tắc xoay 3 vị trí LA38

Hình 3.26: Công tắc xoay 3 vị trí LA38

- Gồm 2 tiếp điểm NO (thường mở) 2 bên

3.2.3.11 Lựa chọn công tắc chuyển mạch Switch 2 vị trí

Chuyển trạng thái hoạt động giữa các trạng thái cho phép và không cho phép sử dụng chế độ Remote

Có một tiếp điểm thường mở NO và một tiếp điểm thường đóng NC

Chọn công tắc xoay 2 vị trí LA38

Hình 3.27: Công tắc xoay 2 vị trí LA38

- Gồm 1 tiếp điểm NO và 1 tiếp điểm NC

3.2.3.12 Lựa chọn nút dừng khẩn cấp

Dừng khẩn cấp hệ thống khi hệ thống phát sinh lỗi

Yêu cầu: Đạt tiêu chuẩn, có tiếp điểm bạc

Chọn nút dừng khẩn cấp LA38-ZS

Hình 3.28: Chọn nút dừng khẩn cấp LA38-ZS

- Điện áp tối đa nút dừng LA38: 440VAC

- Đường kính lỗ gắn: 22mm

- Đường kính nút nắm: 40mm

- Loại: Nhấn 1 lần sẽ hoạt động - tự giữ/ Xoay để hủy làm việc

3.2.3.13 Lựa chọn đèn, buzzer cảnh báo

Cảnh báo khi xảy ra lỗi trong hệ thống

Sử dụng với điện áp điều khiển 220V

Chọn đèn báo có còi AD16-22SM

Hình 3.29: Đèn báo có còi AD16-22SM

- Đường kính lỗ lắp đặt: 22mm

3.2.3.14 Lựa chọn cảm biến mức nước

Phản hồi tính hiệu mức nước trong bồn chứa nước ở tầng mái vè cho PLC xử lý

Có tối thiểu 5 kênh Relay

Chọn mạch Relay 8 ngõ ra 24V kích âm, dương Mã sản phẩm: M-6012-024

- Điện áp hoạt động: 24V DC

- Có thể thay đổi chân kích: âm kích hay dương kích

THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Lưu đồ giải thuật

Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Hình 4.2: Lưu đồ giải thuật Dựa vào hình 4.1 và 4.2, ta có thể hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau

Gạt Switch 3 vị trí sang Man thì sẽ cho phép điều khiển chế độ tay Ở vị trí OFF hay Auto thì nút nhấn khi nhấn sẽ không làm bơm chạy

Lúc này sẽ nhấn các nút nhấn ở trang Settings để điều khiển hoạt động của bơm

Nhấn On thì bơm chạy, đèn báo bơm chạy sáng, Off thì bơm dừng, đèn báo bơm không hoạt động sáng

Khi ON bơm tầng hầm cho bơm tầng hầm chạy 50Hz, chạm mức High thì ngắt

Gạt Switch 3 vị trí sang Auto thì sẽ cho phép điều khiển chế độ Auto

Khi ở chế độ Auto, cần phải cài đặt Setpoint, tần số của từng mức nước ở HMI trước Sau khi hoàn thành thì mới nhấn Start để bắt đầu hoạt động tự động, nhấn Stop hệ thống dừng

Khi chạy tự động, bơm cấp nước sẽ dựa vào mức nước được nhận từ tín hiệu cảm biến que đã qua xóa nhiễu để chạy Hiển thị mức nước này lên HMI

- Mức High: ngắt bơm (lưu ý: khi nước ko chạm mức High nữa thì sẽ không chạy lại ngay, cần delay 1 thời gian hoạt khi chạm lại mức Medium 2 mới cho phép chạy lại)

Khi tín hiệu mức Low mất thì ngắt bơm điều áp để bảo vệ, đồng thời báo Alarm cạn bồn mái

Bơm điều áp sẽ tự động hoạt động dựa vào Setpoint

Gạt Switch 2 vị trí sang ON sẽ cho hoạt điều khiển hệ thống, cũng như chế độ Manual, Auto ở phía trên qua Web

Khi tắt chế độ Remote thì người dùng Web chỉ có thể giám sát chứ không thể điều khiển hệ thống

Báo lỗi Alarm khi phát sinh lỗi

Que đo mức nước khi ko đọc được tín hiệu mức Low thì phải báo lỗi cạn bồn mái

Dựa vào tín hiệu lỗi đọc từ biến tần để báo Alarm tổng ra Buzzer ở mặt tủ, và báo đèn báo lỗi trên HMI và Web

Thiết kế giao diện màn hình HMI

4.2.1 Kết nối HMI với PLC S7-1200 bằng Erthernet

Sau khi chạy phần mềm, ta bắt đầu chọn các thiết bị ở mục HMI và PLC thích hợp và tương ứng với thiết bị chúng ta đang sử dụng Chọn và kéo chúng ra màn hình kết nối

Hình 4.3: Kết nối PLC với HMI

Tiếp đến, ta chọn vào mục Connector và kéo biểu tượng Ethernet ra, lúc này sẽ hiện ra một bảng thêm thiết bị, ta chọn vào Add

Hình 4.4: Chọn kiểu truyền thông

Lúc này ta tiến hành thêm thiết bị kết nối mới Đầu tiên, ta sẽ cài đặt HMI, ghi địa chỉ cho HMI Lưu ý ở mục Comm Protocol, ta chọn đúng với thiết bị ta sẽ kết nối thông qua Ethernet

Hình 4.5: Chọn thiết bị kết nối

Ta làm tương tự để thêm PLC vào thiết bị kế nối, lưu ý phải chọn cùng lớp IP với HMI Lúc này, ta thấy sẽ xuất hiện đường màu xanh đậm nối hai thiết bị với nhau, điều này chứng tỏ bạn đã kết nối thành công

Hình 4.6: Các thiết bị đã được kết nối

Cuối cùng, ta chỉ việc vào giao diện phần mềm để thiết kế màn hình theo ý muốn Ta có thể thấy bây giờ các thanh ghi lựa chọn có thêm các thanh ghi của PLC S7-1200 xuất hiện, ta chỉ cần chọn địa chỉ giống với địa chỉ lập trình trong phần mềm

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM là ta có thể giao tiếp giữa HMI và PLC Lưu ý khi kết nối với nhiều PLC hay thiết bị khác nhau, ta cần chọn đúng số thứ tự PLC

Phân quyền giúp quản lý việc sử dụng hệ thống, với những cấp bậc khác nhau sẽ chỉ có thể làm những việc được cho phép Việc này giúp nâng cao sự bảo mật của hệ thống, giúp đảm bảo an toàn cho hệ thống và cho người điều hành

Bảng 4.1: Phân quyền người sử dụng

Chức năng Admin Engineer User Viewer Đăng nhập    

Vận hành hệ thống     Đặt setpoint cho áp suất    

Xem lịch sử đăng nhập    

Xem đồ thị áp suất    

Thông thường một hệ thống bao gồm các trang màn hình chính sau:

- Trang đăng nhập: phân quyền, quản lý người đăng nhập vào hệ thống

- Trang Level 1: Trang này hiển thị tổng quan sự hoạt động của hệ thống, cho phép người điều hành thấy toàn bộ trạng thái đang hoạt động của hệ thống Gồm các nút ON, OFF hệ thống, các đèn báo thể hiện trạng thái hoạt động các công đoạn, hiển thị khối lượng đang cài, các đèn báo Alarm Bên cạnh đó là các nút chức năng chuyển sang màn hình

- Trang Level 2: Hiển thị chi tiết hơn hoạt động của từng thành phần trong hệ thống, trạng thái của từng thiết bị Ta có thể cài đặt thông số của thiết bị, thay đổi trạng thái hoạt động, xem thông số đang hoạt động…

- Việc phân quyền giúp bảo mật hệ thống, bảo mật thông tin về các hoạt động của hệ thống, tránh các sự cố phá hoại…

4.2.3 Phân quyền trên phần mềm Kinco HMIware: Đầu tiên ta mở HMI Attribute và chọn thanh User Permission Setting

Hình 4.7: Cửa sổ phân quyền

Ta nhấn kích hoạt tài khoản và thiết lập tên đăng nhập và mật khẩu Sau đó, ta phân quyền cho các tài khoản đã tạo trước đó

Hình 4.8: Thiếp lập và phân quyền người sử dụng

Muốn phân quyền điều hành cho một thành phần nút nhấn, chức năng nào đó, ta tiến hành mở thuộc tính chức năng của nó lên, chọn vào thanh Control Setting Tiếp đến ta chọn Conditional Enabling để đặt điều kiện cho việc điều khiển hệ thống Cuối cùng, ta chọn vào Permission Control để lựa chọn những tài khoản nào có quyền được thực thi chức năng này

Hình 4.9: Chức năng người sử dụng

4.2.4 Cảnh báo Arlam trên HMI

Alarm giúp người điều hành nhận được thông tin khẩn cấp về hệ thống hoặc hiển thị thông tin được cài đặt trước Khi xảy ra sự cố, Alarm giúp báo động cho người điều hành, giám sát biết để xử lý lỗi phát sinh Nó cho chúng ta biết thêm về thời điểm xảy ra sự cố, thời điểm khắc phục, lỗi gì đang diễn ra trên hệ thống

4.2.5 Cài đặt Alarm trên HMI Đầu tiên ta chọn Event Information hoặc Alarm Information để tạo các báo động sự cố có thể xảy ra Chọn Add để thêm các báo động

Hình 4.10: Tạo các báo động

Tiếp đến, ta chọn địa chỉ thanh ghi sẽ báo động khi chúng có sự thay đổi trạng thái Ta viết dòng chữ thể hiện khi sự cố xảy ra, cho biết đây là sự cố gì Ta có thể thực hiện các tác động đến các hoạt động khác khi sự cố này xảy ra

Hình 4.11: Gán địa chỉ thanh ghi Để tạo bảng báo động Alarm trên HMI, ta thiết lập cho bảng báo động Ta có thể chọn thể hiện các mục như số thứ tự, ngày, giờ xảy ra sự cố, thời gian khắc phục, thời gian xác nhận…

Hình 4.12: Thiết lập Alarm Bảng báo động Alarm khi mô phỏng thể hiện được tên sự cố, màu sắc, thời điểm xảy ra sự cố…

Bảng 4.2: Mô tả cài đặt Alarm

T Tên báo động Tác động

1 Lỗi biến tần cấp nước Dừng bơm cấp nước

2 Cạn nước bồn hầm Dừng biến tần cấp nước

3 Cạn nước bồn mái Dừng biến tần điều áp

4 Biến tần điều áp quá dòng khi tăng tốc Dừng biến tần điều áp

5 Biến tần điều áp quá dòng khi giảm tốc Dừng biến tần điều áp

6 Biến tần điều áp quá dòng khi đang vận hành Dừng biến tần điều áp

7 Biến tần điều áp quá áp khi tăng tốc Dừng biến tần điều áp

8 Biến tần điều áp quá áp khi giảm tốc Dừng biến tần điều áp

9 Biến tần điều áp quá áp khi đang vận hành Dừng biến tần điều áp

10 Biến tần điều áp thiếu áp thanh dẫn (bus) Dừng biến tần điều áp

11 Biến tần điều áp bị ngắn mạch Dừng biến tần điều áp

12 Mất pha ngõ vào biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

13 Mất pha ngõ ra biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

14 Động cơ biến tần điều áp quá tải Dừng biến tần điều áp

15 Biến tần điều áp quá tải Dừng biến tần điều áp

16 Lỗi thiết bị ngoại vi biến tần Dừng tất cả biến tần

17 Board mạch trong biến tần điều áp bị quá nhiệt Dừng biến tần điều áp

18 Lỗi đọc/ghi bộ nhớ EEPROM biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

19 Chế độ tự động điều chỉnh động cơ bị hủy Dừng biến tần điều áp

20 Lỗi chế độ tự động điều chỉnh động cơ Dừng biến tần điều áp

21 Lỗi quá giờ giao tiếp truyền thông biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

22 Mất tín hiệu phản hồi PID Dừng biến tần điều áp

23 Biến tần điều áp đạt mức thời gian chạy liên tục Dừng biến tần điều áp

24 Lỗi tải lên các tham số của biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

25 Lỗi tải xuống các tham số của biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

26 Lỗi bộ phanh biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

27 Biến tần điều áp mất kết nối bộ đo nhiệt độ Dừng biến tần điều áp

28 Tải biến tần điều áp trở thành 0 Dừng biến tần điều áp

29 Lỗi giới hạn dòng điện sóng với biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

30 Tiếp điểm khởi động mềm của biến tần điều áp đang tắt Dừng biến tần điều áp

31 Lỗi tương thức phiên bản phần mềm biến tần điều áp Dừng biến tần điều áp

Thiết kế giao diện web qua V-Net Access

Hình 4.13: Sơ đồ tổng thể của hệ thống ứng dụng IoT

Dưới đây là sơ đồ thể hiện tổng thể của hệ thống khi ứng dụng IoT được hỗ trợ bởi phần mềm V-Net Đây là một chương trình quản lý dữ liệu cho V-Box Nó hoạt động giống như một chương trình Scada Nó có thể tạo và hiển thị đồ họa, tạo bảng Alarm, tạo nút nguồn để điều khiển các thiết bị được kết nối như PLC hoặc báo

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM cáo dữ liệu và quan trọng nhất là có thể được điều khiển và quản lý V-Box có thể nhiều cùng một lúc và nằm trên Cloud Sever mà không cần phải cài đặt bất kỳ chương trình nào Tất cả được thực hiện thông qua một trình duyệt web tiêu chuẩn (Chrome, Firefox, IE, Opera)

PLC sẽ tương tác với V-Box thông qua cổng Ethernet, từ PLC sẽ ra các I/O của nó, V-Box sẽ kết nối thông qua giao thức Internet, nó sẽ đóng gói dữ liệu đưa lên IoT Cloud của Wecon Nó sẽ cho phép và mã hóa dữ liệu trên nền web để có thể thiết kế giao diện Đồng thời cũng có thể hỗ trợ trên mobile qua hai hệ điều hành IOS và Android để có thể hiển thị giao diện

4.3.1 Tạo tài khoản đăng nhập

Sau khi vào phần mềm V-Net Access, nếu chưa có tài khoản, ta cần tạo tài khoản để ư6

Hình 4.14: Giao diện đăng nhập và tạo tài khoản

Sau đó ta nhập tên đăng nhập, mật khẩu mình muốn và xác nhận qua bằng Mail Khi điền đầy đủ thông tin thì đợi Mail gửi mã xác nhận để hoàn tất việc đăng ký tài khoản

Hình 4.15: Các thông tin dùng để đăng kí tài khoản

4.3.2 Kết nối V-Net Access với Sever của V-Box Để kết nối V-Net Access với V-Box cần phải hiểu rõ cách nối dây vào các thiết bị để có thể hoạt động và kết nối ổn định, dưới đây là cách kết nối V-Box để ứng dụng IoT vào hệ thống

Hình 4.16: Sơ đồ truyền thông communication

V-Net Access cần cấu hình trước khi sử dụng Để vào phần cấu hình cho V- Box nhấn vào biểu tượng phía trên màn hình Vì đây là dòng V-Box E-00 nên chỉ có thể kết nối bằng Micro USB, cửa sổ trong giao diện cấu hình sẽ hiển thị thông tin kết nối, nếu như kết nối thành công thông tin V-BOX của bạn sẽ hiện ra kèm ID của V- BOX

Hình 4.17: Giao diện khi kết nối V-Box thành công Tiếp đó ta vào Netwwork configuration để cài đặt và thiết lập địa chỉ ID và tải cấu hình xuống

Hình 4.18: Thiết lập địa chỉ IP

Sau khi tải cấu hình xong, nếu thành công thì hệ thống sẽ hiện thị thông tin như ảnh dưới

Hình 4.19: Tải cấu hình thành công

V-Net Access có thể hổ trợ nhiều thương hiệu PLC có trên thị trường; để cấu hình truyền thông cho V-BOX ta vào "Configuration"->"Communication" để có thể thêm, sửa đổi và xoá các cài đặt truyền thông, nhưng chỉ tài khoản quản trị viên mới có quyền để làm những việc này

Hình 4.20: Thêm truyền thông cho V-Box

Ta chỉ cần chú ý đến các thông số quan trọng như:

- Chọn cổng kết với thiết bị của bạn trong “Serial Port”: Serial Port hoặc Ethernet Port

- Chọn PLC Siemens muốn kết nối trong “Device Type”

- Chọn dòng PLC Siemens S7-1200 trong "Driver name"

- Đặt số trạm cho V-BOX trong "Station No”, thông thường sẽ không bắt buộc, thông thường giao tiếp RS485 cần thiết lập mục này

- Đặt số trạm cho PLC trng "PLC Station No"

- Đặt các thông số truyền thông, như Retry time, wait timeout, receive timeout, continuous Length, …

4.3.4.1 Thêm giá trị giám sát

Khi thiết lập xong truyền thông giữa V-Box và PLC Siemens, ta có thể thêm các giá trị muốn giám sát từ PLC Siemens đã kết nối truyền thông

Hình 4.21: Khai báo địa chỉ thanh ghi vào V-Box

Khi khai báo, ta cần chú ý các thông số dưới đây để có thể khai báo đúng với dữ liệu của PLC đã kết nối

- Name: Tên của giá trị muốn giám sát

- Connection: Chọn kết nối đã thiết lập ở Communication, ta chọn cổng

- Port: Chọn kiểu dữ liệu Word hoặc Bit address

- Data Type: Chọn thanh ghi và chức năng tương ứng

- Register Main: địa chỉ thanh ghi chính

- Register Sub: địa chỉ thanh ghi phụ

- Permissions: Phân quyền cho giá trị muốn giám sát gồm 3 kiểu: Read-only, Write-only, Read-write

Ngoài ra, ta có thể thay đổi giá trị hoặc thay đổi trạng thái On/Off trong cột

Hình 4.22: Kiểm tra giá trị muốn giám sát

4.3.4.2 Thêm giá trị cảnh báo Arlam

Chức năng này có thể thiết lập các mức cảnh báo cho các giá trị muốn sát đã khai báo Có thể xem trực tiếp hoặc xem lại lịch sử của nó

Hình 4.23: Khai báo giá trị cảnh báo Alarm Khi thêm các giá trị đặt cảnh báo, ta cần phải nhập các thông số sau:

- Name: giá trị cảnh báo mà ta muốn gán

- Group: chọn nhóm cho giá trị cảnh báo

- Conection: thiết bị kết nối, ta chọn cổng Ethernet

- Level: Mức độ của giá trị cảnh báo, gồm 3 mức độ sau: Minor, Mijor,

- Port: Chọn kiểu dữ liệu Word hoặc Bit address

- Data Type: Chọn thanh ghi và chức năng tương ứng

- Register Main: Địa chỉ thanh ghi chính

- Register Sub: Địa chỉ thanh ghi phụ

- Message: Tên cảnh báo muốn hiển thị

Khi hệ thống đang được điều khiển từ xa thông qua V-Box, nếu có lỗi Alarm xuất hiện thì thông tin cảnh báo trên giao diện “Current Alarm” sẽ được cập nhập và chưa được xác nhận khi sử dụng nếu chưa nhấn nút “Confirm”

Hình 4.24: Giao diện Curent Alarm

Sau khi xác nhận cảnh báo băng cách nhấn vào nút “Confirm” Các cảnh báo sau khi được xác nhận sẽ được lưu trữ ở trang “Historical Alarm”, ở trang này bạn có thể xem lại các cảnh báo cũ hoặc tìm kiếm lịch sử theo tên, ngày và theo các điều kiện khác

Hình 4.25: Giao diện Historical Alarm

Cài đặt biến tần Mitsubishi E700

Bảng 4.3: Cài đặt thông số biến tần

Thông số Mô tả Value

Pr 1 Tần số tối đa 50Hz

Pr 2 Tần số tối thiểu 0Hz

Pr 3 Tần số nền 50Hz

Pr 4 Cài đặt đa cấp tốc độ (tốc độ cao) 50Hz

Pr 5 Cài đặt đa cấp tốc độ (tốc độ giữa) 40Hz

Pr 6 Cài đặt đa cấp tốc độ (tốc độ thấp) 30Hz

Pr 7 Thời gian tăng tốc 10s

Pr 8 Thời gian giảm tốc 10s

Pr 18 Tần số tối đa của tốc độ cao 50Hz

Pr 24 Cài đặt đa cấp tốc độ (tốc độ 4) 20Hz

Pr 25 Cài đặt đa cấp tốc độ (tốc độ 5) 9999

Pr 79 Chọn lựa chế độ vận hành 2

Pr 80 ~ Pr 94 Thông số motor Chọn theo Motor

Pr 250 Chọn lựa dừng biến tần 9999

Pr 251 Chọn lựa bảo vệ mất pha ngõ ra 1

Pr 872 Chọn lựa bảo vệ mất pha ngõ vào 0

Pr CL Xóa các thông số cài đặt được cho phép 1

ALLC Xóa tất cả các thông số cài đặt 1

Cài đặt thông số biến tần Frecon FR100

Bảng 4.4: Cài đặt thông số hệ thống

Thông số Mô tả Gía trị

F00.01 Hiển thị mã chức năng 0

F00.02 Bảo vệ thông số cài đặt 0

F00.04 Phục hồi các thông số cài đặt 1

F00.06 Chế độ chỉnh sửa thông số cài đặt 0

F00.18 Điều khiển quạt giải nhiệt biến tần 1

Bảng 4.5: Cài đặt các lệnh tần

F01.00 Chọn lựa nguồn tần số 0

F01.01 Lệnh nguồn tần số chính 6

F01.08 Tần số tối đa 50Hz

F01.09 Giới hạn trên của tần số 50Hz

F01.10 Giới hạn dưới của tần số 0Hz

Bảng 4.6: Cài đặt điều khiển biến tần chạy và dừng

Bảng 4.7: Cài đặt điều khiển biến tần tăng và giảm tốc

Bảng 4.8: Cài đặt điều khiển ngõ vào số

F04.00 Chức năng của chân DI1 1

Bảng 4 1 Cài đặt nhóm điều khiển PID

F13.00 Cài đặt ngưỡng Setpoint PID 3

F13.22 Giới hạn trên tần số ngõ ra PID 50Hz

F13.23 Giới hạn dưới tần số ngõ ra PID 0Hz

Bảng 4.9: Cài đặt thông số truyền thông

F15.01 Định dạng dữ liệu truyền 0

Cài đặt thông số đồng hồ Selec

Bảng 4.10: Cài đặt Đồng hồ Selec

KẾT QUẢ THỰC HIỆN

Phần cứng

Cấp nước đầu vào cho cả hệ thống

4 Các đầu core, đầu nối ống

Hình 5.1: Phần bơm cấp nước

Bơm nước duy trì áp suất đầu ra của máy bơm bằng thuật toán PID thông qua tín hiệu phản hồi về từ cảm biến Áp suất nước trong ống cũng được hiển thị thông qua đồng hồ áp suất

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

6 Các đầu core, đầu nối ống

Hình 5.2: Phần bơm điều áp

5.1.3 Phần hệ thống tủ điện

Hỗ trợ quản lý, giám sát, điều khiển hệ thống Kết nối các thiết bị thành một bộ điều khiển chỉnh thể vừa dễ dàng thao tác cũng như mang tính thẩm mỹ cao

Hình 5.3: Thiết bị trên mặt tủ thực tế

Hình 5.4: Thiết bị trong tủ điện thực tế

Hình 5.5: Hình ảnh hệ thống hoàn thiện trong thực tế

Thực nghiệm

5.2.1 Tìm thông số cho bộ điều khiển PID

Do biến tần sử dụng chỉ cho phép cài đặt các thông số Kp, Ti, Td Sử dụng phương pháp thủ công để tìm các thông số của bộ điều khiển PID cho hệ thống

Các thông số trên được điều chỉnh dựa vào bảng 2.2

Một hệ thống bơm nước có thời gian xác lập khoảng 4 đến 5 giây Đầu tiên ta đặt setpoint áp suất trong ống là 1.5 bar và cài các thông số Kp,

Ti, Td của biến tần Frecon FR100 mặc định là Kp =1, Ti = 0.1, Td = 0

Ta có thể thấy hệ thống đáp ứng khá chậm, cần hơn 12 giây để đạt được giá trị 1.5 bar

Hình 5.6: Biểu đồ áp suất nước trong ống khi Kp =1, Ti = 0.1, Td = 0

Khi ta tăng dần Kp lên thì thời gian xác lập sẽ giảm xuống, từ 12 giây xuống còn 7 giây

Khi tăng Kp 0, thì thời gian xác lập giảm đi, tuy nhiên hệ thống vẫn còn gợn sóng dao động khoảng từ 1.2 – 1.8 bar

Hình 5.7: Biểu đồ áp suất nước trong ống khi Kp 0, Ti = 0.1, Td = 0 Nếu tăng Kp quá cao thì chậm đạt giá trị ổn định hoặc có thể sẽ dao động tuần hoàn quanh giá trị đặt Bên dưới là hình ảnh khi ta cài đặt Kp = 560

Hình 5.8: Biểu đồ áp suất nước trong ống khi Kp V0, Ti = 0.1, Td = 0

Dựa vào bảng 2.2 tác động của việc tăng một thông số đặc biệt đến hệ thống, nhóm tìm được các thông số PID phù hợp là Kp = 150, Ti = 0.1, Td = 0, thời gian xác lập đạt khoảng 5 giây

Hình 5.9: Biểu đồ áp suất nước trong ống khi Kp 0, Ti = 0.1, Td = 0

5.2.2 Giao diện màn hình HMI

Giao diện HMI sau khi hoàn thành đã đáp ứng đủ các yêu cầu khi thiết kế:

- Giao diện dễ quan sát và điều khiển dễ dàng

- Thực hiện được 2 chế độ điều khiển: Auto và Manual

- Yêu cầu người dùng đăng nhập khi sử dụng

- Tự động cảnh báo khi có lỗi và cho phép xem lại lịch sử cảnh báo

5.2.2.1 Giao diện đăng nhập của hệ thống

Giao diện cho thấy được nội dung tổng quát của đồ án cũng như là giáo viên hướng và sinh viên thực hiện Đồng thời cần phải có User Name và Access Password để có thể đăng nhập vào hệ thống đồng thời cũng dùng để bảo mật hệ thống

Hình 5.10: Yêu cầu đăng nhập khi sử dụng màn hình HMI

Hình 5.11: Giao diện đăng nhập mật khẩu

5.2.2.2 Giao diện tổng quan của hệ thống

Hình 5.12: Giao diện tổng quan của hệ thống trên HMI

Sau khi đăng nhập được vào hệ thống, ở giao diện sẽ có mô hình mô phỏng hệ thống cấp nước, đồng thời có một trang điều khiển để biết được chế độ hoạt động và vận hành hệ thống

Mô hình cho chúng ta cái nhìn rõ ràng và trựa quan hơn về hệ thống này Thể hiện và giám sát được áp suất trong đường ống của hệ thống cũng như tần số của biến tần cấp áp đang vận hành

Nếu có lỗi trong hệ thống thì ở mục cảnh báo sẽ có đèn báo hiệu cho chúng ta đồng thời xuất hiện lỗi mà hệ thống đang gặp phải

5.2.2.3 Giao diện cài đặt và điểu khiển của hệ thống

Cho phép chúng ta vận hành bơm điều áp và bơm cấp nước, cũng như cài đặt ngưỡng áp suất, giám sát được áp suất thực tế trong đường ống, tần số đang hoạt động của biến tần điều áp Thể hiện được dòng điện ngõ ra của biến tần để có thể giám sát hoạt động của biến tần

Ngoài ra còn có bảng điều khiển như ở giao diện tổng quan của hệ thống

Hình 5.13: Giao diện cài đặt và điểu khiển của hệ thống trên HMI

5.2.2.4 Giao diện thông số đồng hồ đa năng Selec

Cho phép chúng ta thấy được các thông số cơ bản của hệ thống như: Điện áp, cường độ dòng điện, công suất, tần số dòng điện, …của hệ thống Nếu hệ thống có thông số nào nào vượt ngưỡng cho phép thì có thể kịp thời xử lý

Hình 5.14: Giao diện thông số đồng hồ đa năng Selec trên HMI

5.2.2.5 Giao diện lịch sử báo lỗi của hệ thống

Hình 5.15: Giao diện lịch sử báo lỗi của hệ thống trên HMI

Báo các lỗi đã đang xảy ra, thời gian phát sinh, thời gian kết thúc và thời gian xác nhận lỗi của chúng ta Bên cạnh đó còn hiển thị tên lỗi phát sinh, từ bộ phận, thiết bị nào của hệ thống

Khi có lỗi xảy ra hệ thống tự tác động đúng với yêu cầu từ bảng 4.2 Lịch sử Alarm giúp kiểm tra các báo động xảy ra trong quá khứ

Alarm bình thường chỉ có tác dụng cho biết các loại báo động gần đây nhưng lịch sử alarm cho phép ta xem những báo động trong quá khứ

HMI Kinco hỗ trợ xuất file lịch sử diễn ra các báo động, thời gian xuất hiện, thời gian kết thúc, thời gian xác nhận, tên loại báo động Hỗ trợ xuất file CSV thông qua các cổng USB, SD card

5.2.2.6 Giao diện lịch sử đăng nhập của hệ thống

Thể hiện tài khoản đã đăng nhập vào hệ thống, thể hiện thời gian sử dụng hệ thống và trạng thái đăng nhập hoặc đăng xuất trên hệ thống

Hình 5.16: Giao diện lịch sử đăng nhập của hệ thống trên HMI

5.2.2.7 Giao diện hiển thị biểu đồ áp suất trong đường ống

Hình 5.17: Giao diện hiển thị biểu đồ áp suất trong đường ống trên HMI

Cho phép giám sát áp suất trong đường ống rõ ràng hơn trong khoảng thời gian

8 giây cũng như xem được sự đáp ứng của bộ điều khiển PID trong biến tần điều áp

5.2.3 Giao diện màn hình Webserver

Giao diện Webserver sau khi hoàn thành đã đáp ứng đủ các yêu cầu khi thiết kế:

- Giao diện thân thiện với người dùng và điều khiển dễ dàng

- Thực hiện được 2 chế độ điều khiển: Auto và Manual

- Yêu cầu người dùng đăng nhập khi sử dụng

- Điều khiển và giám sát từ xa thông qua Internet

- Có trang lịch sử đăng nhập để dễ dàng kiểm soát người sử dụng

- Giám sát được áp suất trong đường ống khi cấp nước xuống cho mô hình

- Tự động cảnh báo khi có lỗi và cho phép xem lại lịch sử cảnh báo

- Khi ngắt kết nối vẫn có thể giám sát được hoạt động của hệ thống

5.2.3.1 Giao diện đăng nhập của hệ thống trên Webserver

Hình 5.18: Giao diện đăng nhập của hệ thống trên Webserver Tương tự như HMI, giao diện cho thấy được nội dung tổng quát của đồ án cũng như là giáo viên hướng và sinh viên thực hiện

5.2.3.2 Giao diện tổng quan của hệ thống trên Webserver

Hình 5.19: Giao diện tổng quan của hệ thống trên Webserver

Giao diện dễ quan sát hơn trên HMI, có thêm công tắc trên đường ống của biến tần cấp áp và biến tần điều áp, giúp cho ta biết được biền tần nào gặp sự cố hay mất điện Điều này cho phép chúng ta giám sát hệ thống dễ dàng và chi tiết hơn mặc dù chúng ta không ở gần hệ thống

5.2.3.3 Giao diện cài đặt và điểu khiển của hệ thống trên Webserver

Có thể điều khiển và giám sát y như giao diện HMI, giám sát được áp suất thực tế trong đường ống, tần số đang hoạt động của biến tần điều áp Thể hiện được dòng điện ngõ ra của biến tần điều áp và điều khiển được hai biến tần nếu ở chế dộ Manual

Hình 5.20: Giao diện cài đặt và điểu khiển của hệ thống trên Webserver

5.2.3.4 Giao diện thông số đồng hồ đa năng Selec trên Webserver

Hình 5.21: Giao diện thông số đồng hồ đa năng Selec trên Webserver

Tiêu đề	Điều Khiển Và Giám Sát Mô Hình Hệ Thống Cấp Nước Cho Tòa Nhà Ứng Dụng IoT
Tác giả	Nguyễn Lê Tiến Dũng, Nguyễn Thành Duy
Người hướng dẫn	TS. Trần Vi Đô
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	7,84 MB