Đang tải... (xem toàn văn)
1.1 Lý do chọn đề tài: Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng dần và đã có rất nhiều cảnh báo về tiết kiệm năng lượng. Các ngành công nghiệp nói chung và ngành cấp thoát nước nói riêng vẫn sử dụng công nghệ truyền động không thích hợp, điều khiển thụ động, không linh hoạt mà cụ thể là cấp thoát nước cho các khu chung cư. Đối với nhà máy nước, yếu tố cấu thành giá nước bị chi phối phần lớn bởi chi phí điện bơm nước (3035%). Trước đây tồn tại quan điểm việc đầu tư vào tiết kiệm năng lượng là một công việc tốn kém và không mang lại hiệu quả so với thực tế. Với công nghệ biến tần tính toán đã chỉ ra việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm năng lượng cho trạm bơm có thời gian hoàn vốn đầu tư hết sức ngắn và giảm được chi phí cho công tác quản lí vận hành thiết bị. Máy bơm và quạt gió là những ứng dụng rất thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm năng lượng. Trong phạm vi đồ án dưới đây, chúng ta chỉ đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần và thuật toán điều khiển PID trong điều khiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm mà vẫn ổn định áp suất trong đường ống cấp nước, tăng tính hiệu quả thực tế và đảm bảo an toàn trên hệ thống 1.2 Mục tiêu nghiên cứu: Đối với các hệ thống bơm cấp nước trong thực tế, người ta sử dụng máy bơm công suất lớn, biến tần công suất lớn để bơm cấp nước cho cả khu dân cư, thành phố, cho cả khu công nghiệp. Với đề tài này,em muốn hướng đến một mô hình hệ thống được điều khiển một cách đơn giản nhưng lại đạt hiểu quả cao và sát với thực thế .Chính vì vậy em đã mô hình hóa hệ thống nên chỉ sử dụng biến tần công suất nhỏ và bơm công suất nhỏ để mô tả hoạt động của hệ thống. Một phần vì máy bơm ba pha thường rất to và nặng kéo theo hệ thống sẽ không đơn giản và một lý do chính đó là chi phí cho một đề tài đồ án như vậy là quá lớn với khả năng của em. Để thực hiện được đề tài em đã: Nghiên cứu kĩ hệ thống bơm cấp nước trong thực tế, nắm rõ trình tự điều khiển có trong hệ thống Tìm hiểu về PLC Simatic S71200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ của PLC S71200 Tìm hiểu về cách sử dụng và các giao thức của biến tần Lựa chọn biến tần và động cơ có công suất hợp lý với số liệu mà giảng viên hướng dẫn đưa ra Tìm hiểu giao tiếp giữa PLC S71200 , biến tần và động cơ bơm Lập trình PLC Lập trình bộ PID để điều khiển động cơ bơm Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA PORTAL dùng để lập trình cho PLC S71200 và mô phỏng bằng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển cho hệ thống. 1.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài: Từ những kiến thức cơ sở học được tại trường Đại học Duy Tân và ngoài thực tế, do bản thân còn hạn chế về kiến thức cũng như về khả năng kinh tế và thời gian có hạn nên em chỉ có thể tạo mô hình mang tính chất mô phỏng cao gần với thực để thể hiện quy trình vân hành và hoạt động của hệ thống ổn định áp suất nước cho khu chung cư trong thực tế. Trong đó, em đã thực hiện một số công việc: Lập trình PLC theo thuật toán đưa ra Tạo giao tiếp PLC với WinCC để mô phỏng và giám sát hệ thống Tạo giao tiếp giữa PLC, biến tần và động cơ bơm Thiết kế giao diện điều khiển tự động với WinCC Lập trình PID bằng PLC cho động cơ hoạt động theo giá trị áp suất yêu cầu Xây dựng và lắp ráp mô hình sản phẩm của hệ thống
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC DUY TÂN ĐINH VĂN ĐẠT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƠM ĐỂ ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC CHO KHU CHUNG CƯ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐÀ NẴNG, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC DUY TÂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƠM ĐỂ ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC CHO KHU CHUNG CƯ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG GVHD : TH.S HUỲNH GIA SƠN SVTH : ĐINH VĂN ĐẠT LỚP : K23 EDT2 MSSV : 2321170770 ĐÀ NẴNG, 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu khóa luận trung thực, có nguồn gốc rõ ràng trích dẫn đầy đủ theo quy định Sinh viên thực Đinh Văn Đạt LỜI CẢM ƠN Quá trình làm đồ án tốt nghiệp giai đoạn quan trọng quãng đời sinh viên đặc biệt em giai đoạn then chốt đầy ý nghĩa đời sinh viên Đồ án tốt nghiệp tiền đề để trang bị cho em kỹ nghiên cứu, kiến thức q báu cho q trình định hướng cơng việc lập nghiệp sau Trước hết em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Duy Tân, đặc biệt thầy cô môn Điện tự động tận tình dạy trang bị cho chúng em kiến thức cần thiết suốt thời gian ngồi giảng đường, làm tảng cho việc thực đồ án tốt nghiệp truyền đạt kiến thức chuyên môn giúp em định hướng theo hiểu biết khả để em thực tốt đề tài “Điều khiển động bơm để ổn định áp suất nước choc cư” Xin trân trọng cảm ơn thầy, Thạc sĩ Huỳnh Gia Sơn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, định hướng tư cách làm việc khoa học có hiệu cho chúng em Đây lời góp ý q báu khơng suốt q trình thực làm đồ án tốt nghiệp, mà hành trang để chúng em tiếp bước trình học tập làm việc tới Sau gửi lời cảm ơn tới hội đồng bảo bạn lắng nghe phần trình bày nhiệt tình giúp đỡ em trình thực làm đồ án MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: 1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 1.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài: .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT 2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG CẤP NƯỚC CHUNG CƯ TRONG THỰC TẾ: .3 2.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG: 2.2.1 Phuong thức điều khiển bơm: .4 2.2.2 Những ưu điểm : 2.2.3 Mô tả hoạt động hệ thống (Được điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển bơm) 2.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ÁP SUẤT: CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 3.1 GIƠI THIỆU PLC: 3.1.1 Định nghĩa: 3.1.2 Lịch sử đời phát triển plc: 3.1.3 Giới thiệu PLC S7-1200: 10 3.2 TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN: .16 3.3 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƠM: 20 3.3.1 Khái nệm phân loại động bơm: .20 3.3.2 Ghép bơm: 21 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 27 4.1 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID: 27 4.1.1 Giới thiệu điều khiển: 27 4.2.2 Đặc tính độ tiêu đánh giá chất lượng hệ điều chỉnh tự động 28 4.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 28 4.2.1 Tổng quan điều khiển PID 28 4.2.2 Phân tích luật điều chỉnh 29 4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 33 4.3.1 Phương pháp Ziegler-Nichols 33 4.3.2 Lựa chọn luật điều khiển: 36 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH 40 5.1 TÍNH TỐN XÂY DỰNG PHẦN CỨNG: 40 5.1.1 Sơ đồ khối: 40 5.1.2 Lựa chọn thiết bị : 40 5.2 TÍNH TOÁN XÂY DỰNG PHẦN MỀM: 45 5.2.1 Lưu đồ thuật toán: .45 5.2.2 Lập trình PLC: 46 5.2.3 Mô WINCC: 46 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 47 6.1 KẾT LUẬN: 47 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: 47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: - H : Cột áp - H1: tổng cột áp cao - H2: cột áp để phun nước đầu - H3: tổn thất áp co cút tê đường ống (tổn thất cục bộ) ma sát đường ống - Ptt : Cơng suất tính tốn (Kw) - Q : Lưu lượng nước (m3 /s ) (l/ s ) - M : Khối lượng riêng nước ( lấy 1000 Kg/m3) - N : Hiệu suất bơm ( chọn từ 0.8-0.9 ) - Pđc : Công suất động (Kw) - Ptt : Công suất tính tốn (Kw) - C : Hiệu suất motor ( chọn từ 0.9 – 0.95) - D : Kích thước đường ống (m) - V : Vận tốc nước (m/s ) - P : Áp suất thực tế - P0 : Áp suất đặt - P Max : Áp suất cực đại - P Min : Áp suất cực tiểu CÁC TỪ VIẾT TẮT: - PLC : Programmable Logic Controller - PID : Proportional Integral Derivative - HMI: Human- Machine- Interface - NEMA : National Electrical Manufacturers Association – Hiệp hội nhà sản xuất điện quốc gia Mỹ - IEC : International Electrotechnical Commission – Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế - CPU: Central Processing Unit - Bộ phận xử lý trung tâm - LED: Light Emitting Diode - diode phát quang - FFC: Feed Forward compensation - Bù nhiễu lọc nhiễu - DTC: Dead time compensation – Bù trễ - SPW: SetPoint Weighting SetPoint Weighting – Trọng số tín hiệu đặt - PPT: Pole Placement Tuning - chỉnh đặt điểm cực - LAD : Ladder diagram - Một dạng ngơn ngư lập trình PLC - FBD : Function Block Diagram – Một dạng ngôn ngư lập trình PLC - SFC : Sequential function chart – Một dạng ngơn ngư lập trình PLC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Lịch sử đời phát triển PLC 10 Bảng 3.2 Tiêu chuẩn quốc tế IEC PLC .10 Bảng 3.3 Các thành phần chức PLC 12 Bảng 3.4 Module kiểu liệu 13 Bảng 4.1 Chọn luật điều khiển 38 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 2.1 Hình minh họa hệ thống thực tế Hình 3.12 Đặc tính làm việc song song hai bơm giống nhau22 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: Trên giới Việt Nam nhu cầu tiêu thụ lượng ngày tăng dần có nhiều cảnh báo tiết kiệm lượng Các ngành công nghiệp nói chung ngành cấp nước nói riêng sử dụng cơng nghệ truyền động khơng thích hợp, điều khiển thụ động, không linh hoạt mà cụ thể cấp thoát nước cho khu chung cư Đối với nhà máy nước, yếu tố cấu thành giá nước bị chi phối phần lớn chi phí điện bơm nước (30-35%) Trước tồn quan điểm việc đầu tư vào tiết kiệm lượng công việc tốn không mang lại hiệu so với thực tế Với cơng nghệ biến tần tính tốn việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm lượng cho trạm bơm có thời gian hoàn vốn đầu tư ngắn giảm chi phí cho cơng tác quản lí vận hành thiết bị Máy bơm quạt gió ứng dụng thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm lượng Trong phạm vi đồ án đây, đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần thuật toán điều khiển PID điều khiển tốc độ tiết kiệm lượng cho máy bơm mà ổn định áp suất đường ống cấp nước, tăng tính hiệu thực tế đảm bảo an toàn hệ thống 1.2 Mục tiêu nghiên cứu: Đối với hệ thống bơm cấp nước thực tế, người ta sử dụng máy bơm công suất lớn, biến tần công suất lớn để bơm cấp nước cho khu dân cư, thành phố, cho khu công nghiệp Với đề tài này,em muốn hướng đến mơ hình hệ thống điều khiển cách đơn giản lại đạt hiểu cao sát với thực Chính em mơ hình hóa hệ thống nên sử dụng biến tần công suất nhỏ bơm công suất nhỏ để mô tả hoạt động hệ thống Một phần máy bơm ba pha thường to nặng kéo theo hệ thống không đơn giản lý chi phí cho đề tài đồ án lớn với khả em Để thực đề tài em đã: - Nghiên cứu kĩ hệ thống bơm cấp nước thực tế, nắm rõ trình tự điều khiển có hệ thống - Tìm hiểu PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc nhớ PLC S7-1200 - Tìm hiểu cách sử dụng giao thức biến tần - Lựa chọn biến tần động có cơng suất hợp lý với số liệu mà giảng viên hướng dẫn đưa