BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ÁP SUẤT NƯỚC TRÊN ĐƯỜNG ỐNG BƠM NƯỚC SINH HOẠT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HOÁ ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ÁP SUẤT NƯỚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HOÁ

====o0o====

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ÁP SUẤT NƯỚC TRÊN ĐƯỜNG ỐNG BƠM NƯỚC SINH HOẠT

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Duy Phú

Nhóm số: 8

Hà Nội 2023

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN

I Thông tin chung

1 Tên lớp: EE6012.4 Khóa: 15

2 Tên nhóm (nếu giao phiếu học tập nhóm): Nhóm 8

3 Họ và tên thành viên trong nhóm:

Dương Văn Kiên – 2020604125 – K15 Phan Văn Bắc – 2020604656 – K15 Phạm Quốc Huy – 2020604170 – K15 Mùi Minh Khôi – 2020604038 – K15

Lê Hữu Quốc – 2020602098 – K15

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát áp suất nước trên đường ống bơm nước sinh hoạt

2 Hoạt động của sinh viên

- Ứng dụng của đề tài trong thực tiễn và quy trình công nghệ

- Tìm hiểu các thiết bị trên mô hình

- Tìm hiểu về thiết bị điều khiển

- Xây dựng thuật toán, lập trình và kết nối cho hệ thống điều khiển áp suất

3 Sản phẩm nghiên cứu: Bài báo cáo

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành Đồ án theo đúng thời gian quy định (từ ngày 13/9/2023 đến ngày 09/12/2023)

2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên

và những sinh viên khác

2

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁN

Tên nhóm: Nhóm 8.

Họ và tên thành viên trong nhóm: Dương Văn Kiên, Phan Văn Bắc, Phạm Quốc Huy, Mùi Minh Khôi,

Lê Hữu Quốc.

Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát áp suất trên đường ống nước bơm sinh hoạt.

Tuần Người thực hiện Nội dung công việc Phương pháp thực hiện

Phan Văn Bắc Phạm Quốc Huy Mùi Minh Khôi

Lê Hữu Quốc

Tìm hiểu công nghệ và đưa ra hướng giải quyết Trao đổi, thảo luận, tìm

hiểu thông qua giáo trình

4-5 Lê Hữu Quốc Tìm hiểu tổng quan về hệ thống điều khiển và giám

sát

Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thông qua giáo trình,

chọn thiết bị 5-9 Dương Văn Kiên Tìm hiểu về cảm biến, bộ điều khiển và chọn thiết bị Trao đổi, thảo luận, tìm

Mùi Minh Khôi hiểu thông qua giáo trình

và internet, chọn thiết bị

Phạm Quốc Huy

Xây dựng thuật toán Lập trình và kết nối cho hệ thống điều khiển áp suất

Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu qua giáo trình và

internet

Phan Văn Bắc Phạm Quốc Huy Mùi Minh Khôi

Lê Hữu Quốc

Mô phỏng kiểm nghiệm

Ngày 27 tháng 12 năm 2021.

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

(Ký, ghi rõ họ tên)

4

BÁO CÁO HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

Tên lớp: EE6012.4 Khóa: 15

Tên nhóm : Nhóm 8

Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát áp suất trên đường ống nước bơm sinh hoạt.

Tuần Người thực hiện Nội dung công việc Kết quả đạt được

Kiến nghị với giảng viên

hướng dẫn (Nêu những

khó khăn, hỗ trợ từ phía giảng viên,… nếu cần)

Phan Văn Bắc

Phạm Quốc Huy

Mùi Minh Khôi

Lê Hữu Quốc

Tìm hiểu công nghệ và đưa ra hướng giải quyết

Hiểu được quy trình của hệ thống và đưa ra hướng làm bài

5 Lê Hữu Quốc Tìm hiểu tổng quan về hệ thống điều

khiển và giám sát

Đưa ra được phạm vi và quy trình hệ thống

9 Dương Văn Kiên Tìm hiểu về cảm biến, bộ điều khiển

và chọn thiết bị

Tìm hiểu được cách thức hoạt động , điều khiển của các

Mùi Minh Khôi thiết bị

Phạm Quốc Huy

Xây dựng thuật toán Lập trình và kết nối cho hệ thống điều khiển áp suất

Biết rõ được nguyến lý hoạt động, cách thức lập trình theo quy trình

15 Dương Văn Kiên

Phan Văn Bắc

Phạm Quốc Huy

Mùi Minh Khôi

Lê Hữu Quốc

Ngày 27 tháng 12 năm 2021.

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

(Ký, ghi rõ họ tên)

6

MỤC LỤC

Y

MỤC LỤC 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG I QUAN VỀ HỆ THỐNG TỔNG 9

1 Giới thiệu chung 9

1.1 Lý do chọn đề tài 9

1.2 Mục tiêu của đề tài 9

1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 9

2 Các vấn đề đặt ra 9

3 Phương pháp thực hiện 10

4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu thiết kế 10

4.1 Giới hạn nghiên cứu thiết kế 10

4.2 Phạm vi nghiên cứu thiết kế 11

5 Mô tả công nghệ 11

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

1 Cảm Biến Áp suất 12

1.1 Tổng quan về cảm biến áp suất 12

1.2 Phân loại cảm biến áp suất 12

2 Xử lý tín hiệu Analog trong PLC 14

2.1 Xử lý tín hiệu Analog đầu vào trong PLC 14

2.2 Xử lý tín hiệu Analog đầu ra trong PLC 15

3 Tổng quan về PLC 16

3.1 Khái niệm 16

16

3.2 Cấu tạo chung của PLC 16

3.3 Ưu nhược điểm của PLC 17

4 Tìm hiểu PLC S7-1200 19

4.2 Các dòng chính của PLC S7-1200: 20

5 Giới thiệu chung về WinCC 22

5.1 Giới thiệu chung 22

5.2 Các chức năng cơ bản của WinCC 22

CHƯƠNG III MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 26

1 1 Tính toán và lựa chọn thiết bị 26

1.1 Lựa chọn cảm biến 26

1.2 Lựa chon bộ điều khiển 26

1.3 Lựa chọn màn hình hiển thi 26

1.4 Lựa chọn cảnh báo từ xa 26

2 Thiết kế mạch đo và điều khiển 26

3 Xây dựng lưu đồ thuật toán và viết chương trình 26

4 Lưu đồ thuật toán 26

5 Mô phỏng và đánh giá 26

8

LỜI NÓI ĐẦU

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”.

CHƯƠNG I QUAN VỀ HỆ THỐNG TỔNG

1 Giới thiệu chung

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 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,…

2 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,

10

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

- Lập trình PLC

- 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

3 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 bằng PLC

4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu thiết kế

4.1 Giới hạn 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

5 Mô tả công nghệ

Khởi động hệ thống, Nhấn ON hệ thống khởi động Đèn RUN sáng báo hệ thống đang hoạt động Sử dụng Swich gạt sang chế độ AUTO bơm 1 chạy bơm nước lên bể 2, áp suất nước trong ống chạy lên đến áp suất ổn định là 2.5 bar Khi nước bể 2 chạm đến cảm biến mức cao tầm 80% bề 2 khi đó van điện từ tắt

áp suất tăng lên, khi đó bơm 2 chạy cấp nước phân phối cho chung cư Đồng thời bơm 1 tắt, áp suất đường ống giảm về 0 Khi nhấn OFF hệ thống kết thúc Với chế độ Manu hệ thống được điều khiển bằng tay với màn hình HMI và WinCC Chúng em thiết kế thêm bảng đèn cảnh báo Alarm và biểu đồ Chart để người điều khiển có thể theo dõi sau một thời gian rời khỏi và quay lại

Sơ đồ hệ thống giám sát áp suất đường ống cấp nước sinh hoạt

12

Sơ đồ mô phỏng hệ thống giám sát áp suất nước