Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần tăng hiệu quả lao động của con người. Tự động hóa đang trở thành một nghành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của nghành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong những sản phẩm tiên tiến của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng của nghành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giám sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế cao. Tạo ra giá trị cao trong cả lĩnh vực công nghiệp và đời sống. Xuất phát từ đó, chúng em xin phép được thiết kế một mạch ứng dụng của PLC đó là “Hệ thống điều khiển và giám sát áp suất nước trên đường ống bơm nước sinh hoạt”.
QUAN VỀ HỆ THỐNG TỔNG
Giới thiệu chung
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 nóichung và ngành nước nói riêng vẫn sử dụng công nghệ truyền động không thích hợp, điều khiển thụ động, không linh hoạt Đối với nhà máy nước, yếu tố cấu thành giá nước bị chi phối phần lớn bởi chi phí điện bơm nước (30- 35%) 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 thiết thực Với ứng dụng của PLC 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, chúng ta chỉ đề cập đến việc sử dụng PLC trong điều khiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm mà vẫn ổn định áp suất trong đường ống cấp nước
1.2 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là giám sát và ổn định áp suất trong đường ống ở một ngưỡng đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần và giám sát thông qua HMI, hệ thống bơm dựa trên tín hiệu mà cảm biến áp suất trong đường ống dẫn về.
1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài Đề tài cho thấy việc ứng dụng của tự động hóa vào cuộc sống là rất cần thiết, nó giúp ta tiết kiệm được thời gian, công sức, tiền bạc nhưng vẫn mang lại hiệu quả kinh tế cao và hoạt động rất ổn định Bên cạnh đó đề tài còn giúp nâng cao điều kiện sống của người dân trong vấn đề cung cấp nước sạch.
Từ đề tài nghiên cứu về điều khiển ổn định áp suất nước cho đường ống nước,chúng ta có thể mở rộng cho hệ thống điều khiển lò nhiệt, hệ thống điều hòa không khí,…
Các vấn đề đặt ra
Đối với hệ thống điều khiển và giám sát áp suất nước trên đường ống bơm nước sinh hoạt chúng em đặt ra các vấn đề cần giải quyết như sau:
Xây dựng hệ thống giám sát áp suất nước trong ống với giải đo P = [ 0 – 5 ] Bar. Điều khiển động cơ bơm nước để điều chỉnh áp suất nước trong đường ống với 2 trường hợp :
Thứ nhất khi ít người dùng áp suất nước quá lớn có thể gây ra vỡ đường ống,
Thứ hai khi lượng người dùng lớn dẫn đến áp áp suất nước giảm khiến lưu lượng nước kém hiệu quả trong sản xuất và sinh hoạt
Bên cạnh đó nhóm em còn cần giải quết một số vấn đề sau:
- Nghiên cứu kĩ hệ thống bơm cấp nước trong thực tế, nắm rõ trình tự điều khiển từng máy bơm
- Tìm hiểu về PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-1200
- Tìm hiểu Module truyền thông GPRS CP 1242-7 V2 để điều khiển và giám sát từ xa thông qua GPRS
- Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA PORTAL dùng để lập trình cho PLC S7-1200 và WinCC để thiết kế giao diện
- Tìm hiểu về các loại cảm biến về chức năng cấu tạo và cách đấu nối chúng với PLC.
- Tìm hiểu về các loại van điện từ về chức năng, cấu tạo và cách đấu nối.
Phương pháp thực hiện
Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cùng cấp nước vào cùng một đường ống Áp lực và lưu lượng của đường ống thay đổi hàng giờ theo nhu cầu sử dụng Bơm và các thiết bị đi kèm như đường ống, van, đài nước được thiết kế với lưu lượng nước bơm rất lớn Vì thế điều chỉnh lưu lượng nước bơm được thực hiện bằng các phương pháp sau:
- Điều chỉnh bằng cách khép van trên ống đẩy của bơm - Điều chỉnh bằng cách đóng mở các máy bơm hoạt động đồng thời - Điều khiển thay đổi tốc độ quay bằng khớp nối Điều khiển theo những phương pháp trên không những không tiết kiệm được năng lượng điện tiêu thụ mà còn gây nên hỏng hóc thiết bị và đường ống do chấn động khi đóng mở van gây nên, đồng thời các máy bơm cung cấp không bám sát được chế độ tiêu thụ trên mạng lưới Để giải quyết các vấn đề kể trên chỉ có thể sử dụng phương pháp điều khiển truyền động biến đổi tốc độ bằngPLC.
Giới hạn, phạm vi nghiên cứu thiết kế
Từ những kiến thức cơ sở học được tại trường và ngoài thực tế, do còn hạn chế về kiến thức cũng như về khả năng kinh tế và thời gian có hạn nên chúng em chỉ có thể tạo mô hình mang tính chất mô phỏng cao để thể hiện quy trình hoạt động của hệ thống cấp nước trong thực tế Trong đó, chúng em đã thực hiện một số công việc:
- Thiết kế mạch điều khiển nối PLC với các thiết bị cần có - Lập trình PLC theo thuật toán đưa ra
- Giao tiếp PLC với WinCC giám sát hệ thống - Giao tiếp truyền thông PLC với biến tần - Thiết kế giao diện điều khiển tự động với WinCC - Điều khiển và giám sát hệ thống qua màn hình HMI.
4.2 Phạm vi nghiên cứu thiết kế
- Thiết kế mô phỏng thông qua phần mềm Autocad
- Lập trình trên phần mềm Tia Portal V16- Mô phỏng mô hình qua phần mền WinCC V16- Mô phỏng hệ thống giám sát và cảnh báo mô, phỏng HMI
Mô tả công nghệ
Sơ đồ mô phỏng hệ thống giám sát áp suất nước
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cảm Biến Áp suất
Cảm biến áp suất được sử dụng để do áp suất trong các đường ống chứa nước, khí, dầu….(đối với các chất lỏng là axit hoặc các dung dịch có khả năng ăn mòn thì sẽ có loại chuyên dụng)
Cấu tạo cảm biến áp suất gồm 2 phần chính:
Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý.
Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện… về khối xử lý.
Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20mA (tín hiệu thường được sử dụng nhất) , 0 ~ 5VDC, 0 ~ 10VDC, 1 ~ 5VDC)
1.2 Phân loại cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất có thể được phân loại theo phạm vi áp suất mà chúng đo được, phạm vi nhiệt độ hoạt động và quan trọng nhất là loại áp suất mà chúng đo được Cảm biến áp suất được đặt tên khác nhau tùy theo mục đích của chúng, nhưng cùng một công nghệ có thể được sử dụng dưới các tên khác nhau. a Cảm biến áp suất tương đối
Cảm biến áp suất tương đối được hoạt động dựa trên nguyên lý so sánh với áp suất không khí Khi đặt cảm biến áp suất tại môi trường khí quyển thì áp suất tương đương đang đo được là 0 bar Ví dụ khi áp suất tương đối bằng 1 bar thì tương đương áp suất tại vị trí đo đang lớn hơn áp suất khí quyển một đại lượng áp suất là 1 bar. b Cảm biến áp suất tuyệt đối
Cảm biến áp suất tuyệt đối được hoạt động được dựa trên nguyên lý trong cảm biến được nén 1 bar vào cảm biến Khi đặt cảm biến ở môi trường khí quyển thì áp suất tương đương đang đo được là 1 bar Ví dụ khi được đặt trong môi trường không khí và có 1 lực tác động với đại lượng là 1 bar thì giá trị đo được của cảm biến áp suất tuyệt đối là 2 bar. c Cảm biến áp suất chênh áp
Cảm biến này đo sự chênh lệch giữa hai áp suất, một áp suất được kết nối với mỗi bên của cảm biến Cảm biến chênh lệch áp suất được sử dụng để đo nhiều đặc tính, chẳng hạn như giảm áp suất trên bộ lọc dầu hoặc bộ lọc khí, mức chất lỏng (bằng cách so sánh áp suất trên và dưới chất lỏng) hoặc tốc độ dòng chảy(bằng cách đo sự thay đổi áp suất qua một giới hạn).
Chọn cảm biến áp suất
Với đề tài đo áp suất trên đường ống nước bơm sinh hoạt chúng em chọn cảm biến áp suất Danfoss MBS 3000 (060G1124)
Danfoss MBS 3000 (060G1124), ngưỡng áp suất hoạt động từ 0 đến 10 bar, ngõ ra dòng 4 đến 20 mA Khả năng chống rung tốt, độ kín cao cùng với độ chính xác tối đa là những yếu tố cần thiết cho hệ thống công nghiệp quan trọng.
Áp suất hoạt động: 0 ~ 10 bar
Áp suất quá tải tối đa: 36 bar
Hình 1: Cảm biến áp suất Danfoss MBS 3000
Ống nối áp suất: 1/4 inch (6 mm) / Male / G)
Với những thông số như trên cảm biến áp suất Danfoss MBS 3000 (060G1124) có thể đáp ứng được những yêu cầu của đề tài.
Xử lý tín hiệu Analog trong PLC
Khi làm việc với PLC, có 2 loại tín hiệu cần quan tâm: tín hiệu số (Digital) và tín hiệu tương tự (Analog).
Tín hiệu số thì khá đơn giản, bản chất của tín hiệu số là chỉ có 2 trạng thái Logic 0 và 1 tương ứng với mức điện áp logic của PLC (ví dụ mức điện áp 0 V ứng với mức Logic 0, mức điện áp 24V ứng với mức Logic 1).
Nhưng để xử lý tín hiệu tương tự thì không đơn giản như vậy Tín hiệu tương tự có một dải giá trị chứ không phải chỉ có 2 giá trị như tín hiệu số Tín hiệu tương tự sử dụng với PLC có 2 dạng: điện áp và dòng điện Tín hiệu kiểu điện áp có thể là: 0 ~ 10V, -5V ~ 5V,… Tín hiệu dòng điện có thể là 0 ~ 20mA, 4 ~ 20mA,…
Hình 2: Xử lý tín hiệu analog trong PLC
PLC là một thiết bị điện tử, hoạt động trên nguyên lý nhị phân, chỉ xử lý được các tín hiệu ở dạng 0/1 Nhưng khi ghép nhiều bit vào với nhau, giá trị số lưu trữ được (dạng nhị phân) sẽ tăng lên Do đó cần phải có những Module biến đổi tín hiệu tương tự thành những giá trị số chứa trong một chuỗi bit giúp cho PLC hiểu được Để đọc, ghi được các tín hiệu tương tự này, PLC có các Module Analog đầu vào (Analog Input) và Analog đầu ra (Analog Output)
2.1 Xử lý tín hiệu Analog đầu vào trong PLC Đo một đại lượng thực tế cần đo đếm (nhiệt độ, áp suất, mức,…) bằng thiết bị đo tương ứng Thiết bị đo này chuyển giá trị đại lượng đo thành tín hiệu đầu ra dạng tương tự Tín hiệu tương tự này được đưa vào module Analog input của PLC để biến đổi thành giá trị số Tuy nhiên người lập trình không thể sử dụng giá trị số này mà phải quy đổi tín hiệu số này về khung giá trị của đại lượng cần đo Từ đó mang giá trị này đi xử lý trong logic điều khiển (so sánh, tính toán,…)
2.2 Xử lý tín hiệu Analog đầu ra trong PLC Đại lượng cần điều khiển (tần số động cơ, độ mở van tuyến tính,…) được điều khiển bằng thiết bị điều khiển trực tiếp (biến tần, mạch điều khiển van).
Thiết bị điều khiển này nhận tín hiệu tương tự xuất ra từ PLC (từ moduleAnalog Output) Tuy nhiên module này chỉ hiểu được các giá trị số, không thể nhập trực tiếp giá trị 50 Hz hay 10V vào được Người lập trình sẽ phải quy đổi giá trị đặt tương ứng thành giá trị số theo dải biến đổi của Module).
Tổng quan về PLC
Bộ điều khiển logic khả trình (tiếng Anh: Programmable Logic Controller, viết tắt: PLC) hay còn gọi là bộ điều khiển lập trình, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo.
Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell, Delta
Hình 3: Bộ điều khiển PLC S7 Series của Siemens
3.2 Cấu tạo chung của PLC
Thông thường thì một PLC sẽ có các bộ phận chính như sau:
RAM, ROM – là một bộ nhớ chương trình bên trong, ta có thể thêm bộ nhớ bên ngoài EPROM
CPU – là bộ xử lý trung tâm có công giao tiếp dùng cho việc kết nối với PLC
Tuy nhiên thì với một PLC hoàn chỉnh chúng ta sẽ có thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay thì RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ
Hình 4: Nguyên lý vận hành của PLC trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485,…
3.3 Ưu nhược điểm của PLC Ưu điểm:
Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn, thích hợp để lập trình cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản, sửa chữa và thay thế
Độ tin cậy cao, chuẩn hóa được thiết bị.
Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao.
Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác
Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác.
Sử dụng tốt trong các loại môi trường như nhiệt độ, độ ẩm cao, dòng điện dao động,…
Giá thành phần cứng cao: Vì đây là một thiết bị công nghệ cao, tự động hóa cao nên giá trị sẽ cao hơn nhiều so với các lại thiết bị rơ le ON/OFF thông thường Tuy nhiên hiện tại giá thành PLC đã giảm đáng kể như các dòng PLC Mitsubishi hoặc PLC Delta.
Một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình: thật vậy, các loại PLC sẽ được hãng thiết kế riêng chính vì thế chúng sẽ có sự khác biệt trong khâu lập trình hệ thống Một số hãng sẽ kèm theo phần mềm, tuy nhiên cũng sẽ có một số hãng bán kèm để chúng ta sử dụng.
Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao: hầu hết những người sử dụng được PLC phải được đào tạo rất bài bản Họ phải được trang bị các kiến thức liên quan đến từng loại PLC của từng hãng khác nhau Bởi vì mỗi hãng sẽ có phần mềm lập trình riêng nên để đào tạo thì cần một khoảng thời gian để có thể đảm nhiệm được công việc này.
Nếu chuyên môn không cao sẽ dẫn dên lập trình sai, gây hư hỏng và tổn thất trang thiết bị và xảy ra các sự cố đáng tiếc.
Tìm hiểu PLC S7-1200
Chương 1 S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn.
Chương 2 – S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.
Hình 5: Các module truyền thông
Chương 3 – S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Chương 4 Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
Bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp24 VDC
Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU S7-1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau.
4.2 Các dòng chính của PLC S7-1200:
S7-1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.
PLC S7-1200 CPU 1211C có bộ nhớ làm việc 50KB work memory (Lưu ý không mở rộng được modul I/O)
PLC S7-1200 CPU 1212C có bộ nhớ làm việc 75KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1214C có bộ nhớ làm việc 100KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc 125KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc 150KB work memory.
Hình 6: Bộ điều khiển PLC S7-1200
Hình 7: Đặc tính kỹ thuật của CPU S7-1200 siemens
Giới thiệu chung về WinCC
Chương 15 WinCC (Windows Control Center - Trung tâm điều khiển trên nền Windows), cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000 Trong các dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA với những chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng tạo nên giao diện người máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác.
Chương 16 Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công ty như: việc tích hợp với những hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System - hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới.
5.2 Các chức năng cơ bản của WinCC a) Chức năng đồ họa – Trình soạn thảo Graphic Designer
Chương 17 Để thực hiện công việc mô phỏng quá trình bằng những hình ảnh trực quan WinCC có một giao diện khá hoàn chỉnh dành cho người sử dụng thông qua trình ứng dụng thiết kế đồ hoạ Graphic Designer Trình ứng dụng Graphic Designer giúp cho người lập trình có khả năng vẽ lại toàn bộ quá trình, các mô hình của đối tượng.
Chương 18 Việc mô phỏng hệ thống chia làm hai bước:
Chương 19 Thể hiện hệ thống ở trạng thái tĩnh: Sử dụng các đối tượng chuẩn vẽ các hình ảnh cần thiết kế Mỗi đối tượng khi được thả xuống thì nó có các giá trị thuộc tính mặc định Người thiết kế cần đặt các giá trị như vị trí, màu nền, màu đường, phông chữ hiển thị, độ lớn
Chương 20 Thể hiện hệ thống ở trạng thái động: WinCC có các chức năng tiện ích phục vụ cho các nhu cầu thể hiện trạng thái động đồng thời với sự thay đổi về mặt điện của hệ thống điều khiển ngoài thông qua mạng.
Chương 21 Các đặc tính của chương trình Graphic Designer:
- Dễ dàng sử dụng, giao diện đơn giản.
- Sắp xếp hợp lý với một thư viện biểu tượng kín.
- Giao diện mở đối với việc chèn đồ hoạ và trợ giúp kết nối ole 2.0.
- Đặc tính động có khả năng định dạng của các đối tượng tranh với trợ giúp từ “dynamic wizard” Liên kết đến các chức năng cộng thêm bằng mã hữu dụng Liên kết các đối tượng đồ hoạ được tự tạo ra a) Xây dựng và sử dụng hàm chức năng – Trìnhsoạn thảo Global Scripts:
Chương 22 Đây là phần tổng quát của các action và các hàm C được dùng trong toàn bộ project hoặc ngay cả trong các project khác.
Chương 24 Khả năng tạo ra các action và các hàm C.
Chương 25 Khả năng bổ sung các action và các hàm C qua toàn bộ project hay trong các project khác.
Chương 26 Thư viện của WinCC chứa nhiều hàm chuẩn, mỗi hàm thực hiện một chức năng khác nhau
Chương 27 WinCC chứa các hàm chức năng sau:
Chương 28 Các hàm ứng dụng (Project Function): Các hàm này được sử dụng trong trình ứng dụng WinCC Người lập trình có thể thay đổi hay thiết lập một hàm ứng dụng mới tuỳ theo những ứng dụng cụ thể.
Chương 29 Các hàm chuẩn (Standard Function): Là các hàm chức năng riêng mà WinCC hỗ trợ cho người lập trình theo chuẩn của nó Hàm chuẩn được dùng cho tất cả các ứng dụng Có thể thay đổi những hàm sẵn có hay tạo ra những hàm chuẩn mới, các thao tác đó được thực hiện bằng ngôn ngữ C.
Chương 30 Các hàm nội (Internal Function): Đây là các hàm chức năng đặc biệt của WinCC Người lập trình chỉ được sử dụng mà không được phép thay đổi chúng.
Chương 31 Các hàm nền (Action): Các hàm nền (Background Function) được hiểu như các đoạn mã dữ liệu chạy ngầm trong chương trình để xử lý một công việc xác định Khi thiết kế ta phải xây dựng hoàn toàn các hàm này hoạt động theo các điều kiện gọi là Trigger có điều kiện đó là:
Chương 32 + Acyclic Trigger: Là điều kiện kích hoạt hàm theo thời gian định sẵn.
Chương 33 + Cycle Trigger: Là điều kiện kích hoạt hàm theo thời gian.
Chương 34 + Tag Trigger: Là điều kiện kích hàm theo trạng thái các biến. a) Hệ thống báo cáo (Report System):
Chương 35 WinCC cung cấp hệ thống báo cáo, cho phép ta đưa các dữ liệu ra giấy Nó in các báo cáo về thứ tự của các thông báo, báo cáo về việc lưu trữ các thông báo, báo cáo về hoạt động của người vận hành, báo cáo về các thông báo của hệ thống, báo cáo của người sử dụng và báo cáo dưới dạng văn bản in với định dạng tuỳ ý Trước khi gửi các báo cáo ra máy in, các báo cáo có thể được lưu trữ dưới dạng tệp tin, biểu diễn dưới dạng mong muốn.
Trạng thái của máy in khi in các báo cáo cũng được thể hiện trực tuyến.
Chương 36 Trong công cụ thiết kế các báo cáo (Report Designer), ta có thể quy định dạng của báo cáo được in ra, số trang in và lựa chọn máy in Trong quá trình đó ta cũng có thể qui định chu kỳ in các báo cáo ra một cách tự động.
Chương 37 Thông tin tổng quát từ trình soạn thảo này: WinCC đưa ra một hệ thống báo cáo khép kín với nó ta có thề tạo ra các báo cáo của người dùng về dữ liệu, các giá trị quá trình được lưu trữ và hiện tại, các thông điệp lưu trữ và hiện tại và các văn bản hệ thống người dùng.
Giao diện đơn giản và thân thiện với người dùng với các công cụ và thuộc tính đồ hoạ.
Trợ giúp các phương thức báo cáo khác nhau.
Đưa ra các trợ giúp phương tiện bên ngoài bằng Windows Thể hiện từng trang báo cáo mà được lưu trữ.
Vị trí hệ thống chuẩn và công việc in.
Các báo cáo cũng có thể được in ra theo sự kiện hay theo lệnh của người vận hành Ta có thể gán từng loại báo cáo cho các máy in khác nhau. a) Thiết lập và hiển thị hệ thống thông báo - Trình soạn thảo Alarm Logging:
Chương 39 Trong quá trình điều khiển, hệ thống có chức năng giám sát, dò tìm lỗi, khoanh vùng sự cố, đưa ra các thông báo về tình trạng vận hành của hệ thống dưới dạng các trang ghi chép hệ thống hay còn gọi là nhật ký sự kiện ( Alarm Logging) Các thông báo bao gồm:
Chương 42 Hiển thị các thông tin về trạng thái hiện hành của hệ thống.
Chương 44 + Thông tin toàn diện về tình trạng hoạt động và lỗi.
Chương 45 + Tránh và làm giảm thời gian dừng máy.
Chương 46 + Tăng chất lượng sản phẩm.
Chương 47 a) Thiết lập và hiển thị thông tin thu thập dưới dạng đồ thị - Trình soạn thảo Tag logging:
Chương 48 WinCC hỗ trợ chức năng hiện giá trị đo thông qua trình ứng dụng Tag Logging Các phương pháp thu thập và lưu trữ dữ liệu:
Chương 49 Liên tục theo chu kỳ (Cyclical logging): các giá trị được thu thập một cách liên tục theo chu kỳ và trong trật tự thời gian.
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG
Lựa chọn cảm biến
Chương 56 Với đề tài đo áp suất trên đường ống nước bơm sinh hoạt chúng em chọn cảm biến áp suất Danfoss MBS Chương 57
Chương 66 Danfoss , ngưỡng áp suất hoạt động từ 0 đến 5 bar, ngõ ra dòng 4 đến 20 mA Khả năng chống rung tốt, độ kín cao cùng với độ chính xác tối đa là những yếu tố cần thiết cho hệ thống công nghiệp quan trọng.
Chương 67 Thông số kỹ thuật
Áp suất hoạt động: 0 ~ 5 bar
Ống nối áp suất: 1/4 inch (6 mm) / Male / G)
Hình 8: Cảm biến áp suất Danfoss MBS
Chương 68 Với những thông số như trên cảm biến áp suất Danfoss MBS có thể đáp ứng được những yêu cầu của đề tài.
Van thường đóng: Khi có điện thì mở van cho nước chảy qua
Dùng cho ống nước đường kính pi!mm, 27mm, 34mm
Chất liệu: Kim loại đồng thau
Áp suất: 0>0.8Mpa; nước; dầu
1.3 Lựa chọn cảm biến mức
Chương 72 Với cảm biến mức để phát hiện mức cao mức thấp của nước trong bể chứa, ta chọn cảm biến điện dung CR18-8DN2 8mm NC-NPN12-24VDC
Loại dây và nguồn : DC 3 dây 12-24VDC
Đường kính cạnh phát hiện : M18
Khoảng cách phát hiện : 8mm
Khoảng cách phát hiện tiêu chuẩn : 50×50×1mm(sắt)
Tần số đáp ứng : 50Hz
Thông số dòng : Dòng tiêu thụ: Max.15mA
Ngõ ra điều khiển : NPN NC
Cấu trúc bảo vệ : IP66 Chương 75
Chương 76 Chọn PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY
Chương 77 Nhóm chọn PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY của hãng Siemen Hệ thống của nhóm có tất cả 7 ngõ vào DI, 5 ngã ra DO Trong khi đó PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY có 14DI,10DO có thể nói là đáp ứng được với yêu cầu của nhóm, đồng thời với thiết kế nhỏ gọn, phần mềm lập trình Tia Portal dễ sử dụng cùng với khả năng mở rộng IO, giao diện thiết kế SCADA với kho thư viện phong phú nên đây sẽ là lựa chọn thích hợp nhất
Chương 79 Chức năng Chương 80 CPU 1214C
AC/DC/RLY Chương 81 I/O tích hợp cục bộ:
Chương 82 Kiểu số Chương 83 Kiểu tương tự:
Chương 85 14 ngõ vào / 10 ngõ ra Chương 86 2 ngõ ra Chương 87 Bộ nhớ bịt (M)
Chương 90 Độ mở rộng các module tín hiệu
Chương 92 Các module truyền thông Chương 93 3 (mở rộng về bên trái) Chương 94 Các bộ đếm tốc độ cao:
Chương 98 Các ngõ ra xung Chương 99 2
Chương 101 Chương 102 1 công truyền thông Ethernet Chương 103 Tốc độ thực thi tính toán thực Chương 104
Chương 106 Tốc độ thực thi
Boolean Chương 107 0,1 às/lệnh Chương 108 Đơn pha Vuông pha
Chương 109 3 tại 100 kHz Chương 110 3 tại 30 kHz
Chương 112 Chọn modul mở rộng:
Chương 113 Modul tương tự SM 1231 8 AI 12 bits (6ES7231-4HF32-
Chương 115 Điện áp nguồn 24 VDC Chương 116 8 ngõ vào
Chương 117 Độ phân giải 12 bit
Chương 118 Dải đo từ -10V đến 10V, -5V đến 5V, -2.5V đến 2.5V hoặc 0- 20 mA / 4-20mA
1.5 Lựa chọn màn hình hiển thị
Chương 119 Qua tìm hiểu, nhận thấy win cc có thể đáp ứng được nhu cầu và yêu cầu công nghệ, nên Nhóm quyết định chọn win cc để giám sát trực tiếp trên máy tính và điều khiển cho hệ thống ngoài ra win cc còn có những ưu điểm như:
Chương 120 - Có thể nâng cấp và mở rộng từ đơn giản đến phức tạp
Chương 121 -Có thể phát triển theo từng lĩnh vực công nghiệp, từng yêu cầu công nghệ: WINCC hổ trợ các module mở rộng cho từng ứng dụng hay công nghệ
Chương 122 -Cơ sở dữ liệu được tích hợp sẵn:
Chương 123 -Giao tiếp với hầu hết các PLC: WINCC có khả năng giao tiếp với các loại PLC của Siemens với các giao thức hỗ trợ sẵn,ngoài ra còn có thể giao tiếp với các PLC khác bằng OPC
Chương 125 2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Chương 126 Hệ thống có nguyên lý hoạt động như sau:
Chương 137 2.2 Thiết kế bản vẽ mạch điều khiển Chương 138
Chương 139 Sơ đồ mạch điều khiển
Chương 140 Mạch điều khiển được chia thành 4 thành phần chính như sau:
- Mạch cấp nguồn cho hệ thống: Được cấp nguồn 220VAC thông qua aptomat(CB) trước khi đến thiết bị Nhằm mục đích bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho thiết bị.
- Mạch ngõ vào Digital Input: Trong mạch Digital Input chúng ta lấy các tín hiệu mức nước thấp, mức nước cao từ bể 2 và bể 1, tín hiệu khởi động và dừng hệ thống, thêm vào đó là tín hiệu cho bơm 1, bơm 2 và van hoạt động.
Mạch ngõ vào Digital Input
- Mạch tín hiệu ngõ vào Analog
Input: Trong mạch Analog Input chúng ta lấy tín hiệu Analog từ cảm biến áp suất Cảm biến xuất ra tín hiệu từ 4 đến 20mA tương ứng 0 – 5 bar và được truyền đến modul Analog
