Đồ án httdlđktsl thiết kế hệ thống bơm

Các máy bơm nước thô sơ hoạt động dưới tác động của sức người và sức kéo của động vật do vậy năng lực bơm bơm không cao, hiệu suất thấp.. Trang 8 Trong đời sống máy bơm dùng cấp nước sạc

lOMoARcPSD|39107117 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - ĐỒ ÁN HTTDLĐK&TSL ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM GVHD : Phạm Văn Hùng Sinh viên : Lại Văn Chiến-2020605131 Phạm Văn Cường - 2020608063 Lớp : Vũ Quốc Cường - 2020605489 Khóa : Nguyễn Trọng Tú - 2020605800 Lê Văn Quang - 2021608794 EE6029.1 15 Hà Nội 2023 Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI Nhóm : 09 Họ và tên sinh viên : Lại Văn Chiến-2020605131 Phạm Văn Cường - 2020608063 Vũ Quốc Cường - 2020605489 Nguyễn Trọng Tú - 2020605800 Khoá: K15 Lê Văn Quang - 2021608794 Khoa : Công nghệ Kỹ thuật Điện Nội dung Đề tài: Cho hệ thống bơm : Yêu cầu: 1 Tìm hiểu tổng quan về hệ thống Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 3 LỜI MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 5 1.1 Tóm lược lịch sử phát triển của máy bơm nước 5 1.2 Phân loại bơm 6 1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy bơm nước 8 1.4 Ứng dụng của hệ thống 9 1.5 Mô tả công nghệ của hệ thống 10 1.6 Phân tích hệ thống 10 CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ ĐO, ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 11 2.1 Thiết bị đo 11 2.1.1 Giới thiệu về cảm biến đo mức chất lỏng 11 2.1.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến báo mức dạng phao 11 2.1.3 Cảm biến đo áp suất 12 2.2 Thiết bị điều khiển 14 2.2.1 PLC S7-1200 14 2.2.2 Phần mềm WinCC 19 2.3 Mạng truyền thông (MODBUS) 21 2.3.1 Khái niệm của MODBUS 21 2.3.2 Cơ chế giao tiếp 21 2.3.3 Chế độ truyền 22 2.3.4 Cấu trúc một bức điện báo 23 2.3.5 Bảo toàn dữ liệu 24 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP VÀ ĐÁNH GIÁ 26 3.1 Đề xuất giải pháp đo và điều khiển 26 3.1.1 Đo lưu lượng nước trong bể 26 3.1.2 Giải pháp đo áp suất 26 Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 2 3.1.3 Giải pháp điều khiển 28 3.2 Kết quả thực nghiệm 30 3.2.1 Kết quả đạt được 30 3.2.2 Kết quả chưa đạt được 30 3.3 Hướng phát triển đề tài 30 3.4 Kết luận 30 3.5 Lập trình 31 3.6 Mô phỏng 33 Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy bơm nước 8 Hình 1.2: Cấu tạo của máy bơm nước 8 Hình 2.1: Cảm biến báo mức dạng phao 11 Hình 2.2: Cấu tạo của cảm biến áp suất 13 Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất 13 Hình 2.4: Cấu tạo của PLC S7-1200 14 Hình 2.5: Các module mở rộng của PLC S7-1200 17 Hình 2.6: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/RELAY 18 Hình 2.7: Giao diện của WinCC RT Advanced 20 Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán phép đo 28 Hình 3.2: Lưu đồ điều khiển hệ thống và điều khiển mức nước 28 Hình 3.3: Lưu đồ điều khiển động cơ bằng bộ điều khiển PID_3Step 29 Hình 3.4: Cảnh báo mức nước và áp suất 29 Hình 3.5: Mô hình hệ thống bơm trên giao diện HMI 33 Hình 3.6: Mô hình hệ thống bơm khi mức nước đang ở mức cao 33 Hình 3.7: Mô hình hệ thống bơm khi áp suất đang ở mức cao 34 Hình 3.8: Mô hình hệ thống bơm khi mức nước đang ở mức thấp 34 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Chức năng và dung lượng của từng dòng 15 Bảng 2-2: Bảng thông số của PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/RELAY 19 Bảng 3-1: Bảng địa chỉ analog 27 Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 4 LỜI MỞ ĐẦU Từ khi công nghiệp ra đời, máy móc được đưa vào phục vụ sản xuất, vì vậy con người đã được giải phóng khỏi lao động chân tay rất nhiều Bên cạnh đó, sản phẩm làm ra được tăng lên đáng kể về số lượng và chất lượng được ổn định Tuy nhiên cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, tự động hóa trong công nghiệp ra đời, từng bước hình thành và tiến bộ theo sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại Đây chính là một bước ngoặt lớn thứ hai trong nền sản xuất hàng hóa của con người Con người giờ đây thực sự được giải phóng khỏi lao động chân tay hay những lao động tỏng các môi trường độc hại, thay vào đó là những cỗ máy thông minh, làm việc hiệu quả cao Sự ra đời PLC (Programable Logic Controller) giúp cho việc lập trình với sự hỗ trợ của máy tính để quản lý hoạt động các hệ thống trong công nghiệp trở nên đơn giản hơn Tuy nhiên việc điều khiển và giám sát sự hoạt động của hệ thống sự động hóa trong công nghiệp không đơn giản chút nào, chính vì thế phương thức giao tiếp giữa người và máy ra đời để đáp ứng nhu cầu điều khiển và giám sát hệ thống tự động hóa hoàn toàn bằng máy tính WinCC là một phần mềm hoạt động trên giao thức người và máy, nó đáp ứng tất cả các nhu cầu con người cần thiết để điều khiển và giám sát một cách tối ưu các hệ thống tự động hóa được điều khiển bằng PLC Với mục tiêu giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận và sử dụng thành thạo bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 CPU 1214 của hãng Siemens và làm quen với phần mềm WinCC Vì vậy, chúng em thực hiện đề tài “ Lập trình, điều khiển giám sát hệ thống bơm nước bằng PLC S7-1200 trên giao diện HMI” Với đề tài này báo cáo gồm những nội dung sau: Chương 1: Tìm hiểu tổng quan về hệ thống Chương 2: Lựa chọn thiết bị đo, điều khiển và mạng truyền thông Chương 3: Kết quả thực nghiệm, đánh giá và đưa ra các giải pháp khác Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Tóm lược lịch sử phát triển của máy bơm nước Thừ thời xa xưa, do điều kiện sản xuất và đời sống đòi hỏi, con người đã biết dùng những công cu thô sơ như xe đạp nước để đưa nước lên các thửa ruộng có độ cao chênh lệch Những công cụ này vận chuyển chất lỏng dưới áp suất khí quyển Sau đó, người ta đã biết dùng đến các pittong đơn giản như ống thụt làm bằng tre gỗ để chuyển nước dưới áp suất dư… Các máy bơm nước thô sơ hoạt động dưới tác động của sức người và sức kéo của động vật do vậy năng lực bơm bơm không cao, hiệu suất thấp Vào thế kỳ thức nhất, thứ hai trước công nguyên, người Hylap đã sáng chế ra pittong bằng gỗ Đến thế kỷ 15, nhầ bác học người ý là D.Franxi đưa ra các khái niệm về bơm li tâm Sang thế kỷ 16 đã xuất hiện loại máy bơm roto mới cho đến thế kỷ 17, một nhà vật lý người pháp đã áp dụng những nghiên cứu của D.Franxi chế tạo ra được máy bơm nước li tâm đầu tiên Tuy nhiên, do chưa có những động cơ có vòng quay lớn kéo máy bơm, nên năng lực bơm nhỏ, do vậy loại bơm li tâm vẫn chưa được phát triển, lúc bấy giờ bơm roto chiếm ưu thế nhất trong các loại bơm Đến thế kỷ 18, hai viện sỹ Nga là Euler đã đề xuất những lý luận có liên quan đến máy thủy lực và Zucôpsky đề xuất và lý luận cơ học chất lỏng, kể từ đó việc nghiên cứu và chế tạo máy bơm mới có cơ sở vững chắc Thời kỳ này máy hơi nước ra đờ tăng thêm khả năng kéo máy bơm Đầu thế kỷ 20, các động cơ có số vòng quay nhanh ra đời thì máy bơm li tâm càng được phổ biến rộng rãi và có hiệu suất cao, năng lực bơm nước lớn hơn Ngày nay, máy bơm được dùng rất rộng rãi trong đời sống và các ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp, máy bơm được dùng để cấp nước cho các lò cao, hầm mỏ, nhà máy,… bơm dầu trong công nghiệp khai thác dầu mỏ Trong kỹ thuật chế tạo máy bay, trong nhà máy điện nguyên tử đều dùng máy bơm Trong nông nghiệp, máy bơm dùng để bơm nước tưới và tiêu úng Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 6 Trong đời sống máy bơm dùng cấp nước sạch cho nhu cầu sinh hoạt của con người, chăn nuôi gia súc, gia cầm,… Hiện nay đã ra đời những máy bơm nước rất hiện đại, có khả năng bơm hàng vạn m3 / h và công suất động cơ tiêu thụ tới hàng nghìn kW Ở Nga đã chế tạo những máy bơm có lưu lượng Q = m3 / s , công suất động cơ N = 14 300 kW và có dự án chế tạo động cơ điện kéo máy bơm với công suất N = 200 000 kW ở nước ta, từ thời Pháp thuộc đã xây dựng 1 số trạm bơm tưới nhỏ, lớn nhất là trạm bơm ở Sơn La có năng suất 38 000 m3 / s , lưu lượng mỗi máy bơm Q = 3 m3 / s Sau ngày miền Bắc giải phóng hàng loạt các trạm bơm lớn nhỏ đã được xây dựng, trong đó các trạm bơm lớn chủ yếu sử dụng phục vụ cho tưới tiêu Chúng ta đã có một số nhà máy chế tạo bơm như : Công ty chế tạo bơm Hải Dương, Công ty điện cơ khí thủy lợi Nhà máy cơ khí Duyên Hải… sản xuất máy bơm phục vụ cho đất nước 1.2 Phân loại bơm Người ta chia máy bơm ra nhiều loại dựa vào những đặc điểm như: Nguyên lý tác động của cánh bơm vào dòng nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bơm, loại chất lỏng cần bơm … Trong đó thường dùng đặc điểm thứ nhất để phân loại máy bơm; theo đặc điểm này máy bơm được chia làm hai nhóm: Bơm động học và Bơm thể tích Bơm động học : trong buồng công tác của máy bơm động học, chất lỏng được nhận năng lượng liên tục từ cánh bơm truyền cho nó suốt từ cửa vào đến cửa ra của bơm Loại bơm này bao gồm các loại bơm như sau : • Bơm cánh quạt ( gồm bơm: li tâm, hướng trục, cánh chéo ): Trong loại máy bơm này, các cánh quạt gắn trên bánh xe công tác ( BXCT ) sẽ truyền trực tiếp năng lượng lên chất lỏng để đẩy chất lỏng dịch chuyển Loại bơm này thường có lưu lượng lớn, cột áp thấp ( trong bơm nước gọi Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 7 cụ thể là cột nước ) và hiệu suất tương đối cao, do vậy thường được dùng trong nông nghiệp và các ngành cấp nước khác • Bơm xoắn: Chất lỏng qua các rãnh BXCT của máy bơm sẽ nhận được năng lượng để tạo dòng chảy xoắn và được đẩy khỏi cửa ra BXCT Người ta dùng máy bơm này chủ yếu trong công tác hút nước hố thấm, tiêu nước, cứu hỏa… • Bơm tia: Dùng một dòng tia chất lỏng hoặc dòng khí bên ngoài có động năng lớn phun vào buồng công tác của bơm nhờ vậy hút và đẩy chất lỏng Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dùng để hút nước giếng và dùng trong thi công • Bơm rung: Cơ cấu công tác của bơm này là pít tông-van giao động qua lại với tầng số cao gây nên tác động rung cơ học lên dòng chất lỏng để hút đẩy chất lỏng Loại bơm này có lưu lượng nhỏ, thường được dùng bơm nước giếng và giếng mỏ • Bơm khi khí ép: Loại bơm này nhờ tạo hỗn hợp khí và nước có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước để dâng nước cần bơm lên cao Loại bơm này thường dùng để hút nước bẩn hoặc nước giếng • Bơm nước va (bơm Taran): Lợi dụng hiện tượng nước va thủy lực để đưa nước lên cao Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dùng cấp nưóc cho vùng nông thôn miền núi Bơm thể tích : Nguyên lý làm việc của bơm này là thay đổi chu kỳ thể tích của buồng công tác truyền áp lực hút đẩy chất lỏng Bơm này có những loại sau : • Bơm pít tông: Pít tông chuyển động tịnh tiến qua lại có chu kỳ trong buồng công tác để hút và đẩy chất lỏng Loại bơm này tạo được cột áp cao, lưu lượng nhỏ nên trong nông nghiệp ít dùng, thường được dùng trong máy móc công nghiệp • Bơm rô to: Dùng cơ cấu bánh răng hoặc bánh vít, cánh trượt đặt ở chu vi phần quay của bơm để đẩy chất lỏng Bơm này gồm có: bơm răng khía, Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com) lOMoARcPSD|39107117 8 bơm pít tông quay, bơm tấm trượt, bơm vít, bơm pít tông quay, bơm chân không vòng nước … Bơm rô to có lưu lương nhỏ thường được dùng trong công nghiệp 1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy bơm nước Hình 1.1: Máy bơm nước a Cấu tạo Cấu tạo của máy bơm nước gồm hai phần chính: Động cơ điện và đầu bơm Động cơ điện gồm: • Vỏ động cơ: Bảo vệ các chi tiết bên trong của động cơ điện • Phần tĩnh (Stato): Thành phần cơ bản của một động cơ điện • Trục quay (Rôto): Truyền chuyển động qua đầu bơm • Quạt: Làm mát động cơ • Bạc đạn: Cố định vị trí của Rô to và cho phép Rô to xoay vòng • Bảng điện: Truyền điện năng vào trong động cơ Hình 1.2: Cấu tạo của máy bơm nước Downloaded by ANH TRAM (bachvan13@gmail.com)