TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HOÁ
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
Trang 2PHIẾU 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 – K15Phan Văn Bắc – 2020604656 – K15Phạm Quốc Huy – 2020604170 – K15Mùi Minh Khôi – 2020604038 – K15Lê 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 suất3 Sản phẩm nghiên cứu: Bài báo cáo.
Trang 3KẾ 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.
TuầnNgười thực hiệnNội dung công việcPhương pháp thực hiện
Phan Văn BắcPhạm Quốc Huy
Mùi Minh KhôiLê Hữu Quốc
Tìm hiểu công nghệ và đưa ra hướng giải quyết Trao đổi, thảo luận, tìmhiểu 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, tìmhiểu thông qua giáo trình,
chọn thiết bị5-9 Dương Văn Kiên Tìm hiểu về cảm biến, bộ điều khiển và chọn thiết bị Trao đổi, thảo luận, tìm
Trang 4Mùi Minh Khôi hiểu thông qua giáo trìnhvà 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, tìmhiểu qua giáo trình và
Phan Văn BắcPhạm Quốc Huy
Mùi Minh KhôiLê Hữu Quốc
Mô phỏng kiểm nghiệm
Ngày 27 tháng 12 năm 2021.
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
(Ký, ghi rõ họ tên)
4
Trang 5BÁO CÁO HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM
Tên lớp: EE6012.4Khóa: 15Tên nhóm : Nhóm 8
Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát áp suất trên đường ống nước bơm sinh hoạt.
TuầnNgười thực hiệnNội dung công việcKết quả đạt được
Kiến nghị với giảng viên
hướng dẫn (Nêu những
khó khăn, hỗ trợ từ phíagiảng viên,… nếu cần)
Phan Văn BắcPhạm Quốc Huy
Mùi Minh KhôiLê 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 hoạtđộng , điều khiển của các
Trang 6Mùi 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 theoquy trình
15 Dương Văn KiênPhan Văn BắcPhạm Quốc Huy
Mùi Minh KhôiLê Hữu Quốc
Ngày 27 tháng 12 năm 2021.
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
(Ký, ghi rõ họ tên)
6
Trang 71.2 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
3.2 Cấu tạo chung của PLC 16
3.3 Ưu nhược điểm của PLC 17
4 Tìm hiểu PLC S7-1200 19
Trang 84.2 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
Trang 9LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiêntiến 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 đặcđiểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tốrất 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 độnghóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của nghành, lĩnh vực khácnhau 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 trọngcủa nghành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giám sát các hệ thốngvới những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tếcao 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 ốngbơm nước sinh hoạt”.
Trang 10Trong phạm vi đồ án, chúng ta chỉ đề cập đến việc sử dụng PLC trong điềukhiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm mà vẫn ổn định áp suấttrong 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 mộtngưỡng đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần và giám sátthông qua HMI, hệ thống bơm dựa trên tín hiệu mà cảm biến áp suất trongđường 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 hiệuquả kinh tế cao và hoạt động rất ổn định Bên cạnh đó đề tài còn giúp nâng caođiều 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 hòakhông khí,…
Trang 11Thứ hai khi lượng người dùng lớn dẫn đến áp áp suất nước giảm khiến lưulượng 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 điềukhiển từng máy bơm
- Tìm hiểu về PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúcbộ nhớ của PLC S7-1200
- 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 đượcnăng lượng điện tiêu thụ mà còn gây nên hỏng hóc thiết bị và đường ống dochấn động khi đóng mở van gây nên, đồng thời các máy bơm cung cấp khôngbám sát được chế độ tiêu thụ trên mạng lưới Để giải quyết các vấn đề kể trênchỉ có thể sử dụng phương pháp điều khiển truyền động biến đổi tốc độ bằngPLC.
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 hạnchế về kiến thức cũng như về khả năng kinh tế và thời gian có hạn nên chúng emchỉ có thể tạo mô hình mang tính chất mô phỏng cao để thể hiện quy trình hoạtđộng của hệ thống cấp nước trong thực tế Trong đó, chúng em đã thực hiện mộtsố công việc:
Trang 12- 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 hệthống đang hoạt động Sử dụng Swich gạt sang chế độ AUTO bơm 1 chạy bơmnước 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 tắtáp suất tăng lên, khi đó bơm 2 chạy cấp nước phân phối cho chung cư Đồngthời 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 vàWinCC Chúng em thiết kế thêm bảng đèn cảnh báo Alarm và biểu đồ Chart đểngười 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
12Sơ đồ mô phỏng hệ thống giám sát áp suất nước