Điều khiển bơm ổn định mức chất lỏng

Điều khiển bơm ổn định mức chất lỏng

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN BƠM ỔN ĐỊNH MỨC DÙNG PLC VÀ BIẾN TẦN GVHD : SVTH: TS. LÊ QUANG ĐỨC VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU 0851050005 0851050025 TP. HỒ CHÍ MINH – 09/2012 SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 1 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 2 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 3 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 4 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC LỜI CẢM ƠN    Để đạt được thành quả ngày hôm nay, chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến toàn thể thầy (cô) khoa Điện –Điện tử viễn thông ,đặc biệt là các thầy (cô) bộ môn Tự Động Hóa của Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường .Đó là những kiến thức quý báu làm nền tảng cho chúng em hoàn thành luận văn này đồng thời là nền móng vững chắc để sau này chúng em tiếp tục học tập và lao động ngoài xã hội . Xin chân thành cảm ơn thầy Lê Quang Đức là người hướng dẫn chính cũng là người đã tận tình chỉ bảo, góp ý và định hướng cho chúng em trong suốt thời gian làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn cô Đoàn Diễm Vương đã góp ý và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành luận văn này. Xin gởi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè, người thân đã động viên, ủng hộ chúng em trong thời gian làm luận văn. Cuối cùng vì kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế, khả năng tiếp thu vấn đề còn giới hạn nên không thề trách được những sai sót, chúng em mong nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy (cô) để luận văn này được đầy đủ và hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Người viết Đặng xuân Hữu Võ Trung Can SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 5 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC TÓM TẮT Trong luận văn này chúng em vận dụng các kiến thức cơ bản được học tại trường để ứng dụng vào việc xây dựng các hệ thống ngoài thực tế, nhóm đã chọn bài toán ổn định mức nước trong bồn chứa công nghiệp qua đó vừa củng cố kiến thức vừa tìm hiểu, thiết kế và thi công hệ thống với những mục tiêu sau:  Tổng kết và phân tích các ứng dụng và giải pháp thực tế vấn đề điều khiển mức nước của bồn chứa trong công nghiệp.  Giải pháp tiết kiệm năng lượng.  Tìm hiểu giao thức USS để xây dựng truyền thông giữa PLC S7-200 và biến tần qua đó có thể cài đặt, giám sát hoạt động của hệ thống.  Tính toán, lựa chọn các thiết bị động lực và điều khiển  Tìm hiểu biến tần MM420 của Siemens, sử dụng chức năng điều khiển PI trong biến tần để ổn định mức nước, tiến hành việc cài đặt các thông số phù hợp với hệ thống bơm ổn định mức.  Hệ thống hoạt động ổn định, tin cậy, đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật.  Xây dựng hệ thống SCADA trên phần mềm Wincc với các chức năng điều khiển, giám sát các thông số kĩ thuật như mức nước, tốc độ động cơ, dòng điện, điện áp… Xuất báo cáo hoạt động của hệ thống hàng tuần, hàng tháng.và lưu trữ dữ liệu. Tạo một Database tùy ý để theo giỏi và truy cập một cách chư động.  Điều khiển giám sát thông qua mạng LAN. SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 6 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC MỤC LỤC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 7 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: hệ thống bơm nước cho chung cư cao tầng Hình 2.1: Bồn kín sử dụng trong công nghiệp Hình 2.2: Bồn hở sử dụng trong công nghiệp. Hình 2.3: Bồn nước sử dụng trong đồ án Hình 2.4: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu tỉ lệ (P) Hình 2.5: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PD) với P = 1 Hình 2.6: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PI) với P = 1 Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID Hình 3.1 Họ đường cong đặc tính bơm Hình 3.2 Điểm làm việc của bơm dùng van tiết lưu Hình 3.3 Công suất tổn hao với hệ thống dùng van tiết lưu Hình3.4 Điểm làm việc của bơm dùng biến tần Hình 4.1 Cấu trúc tổng thể bức điện Hình 4.2 Cấu tạo khối dữ liệu Hình 4.3 Cấu trúc PKE Hình 4.4: Cấu trúc lệnh USS_INIT Hình 4.5: Sử dụng lệnh USS_INT trong đề tài Hình 4.6: Cấu trúc lệnh USS_CTRL Hình 4.7: Sử dụng lệnh USS_CTRL trong đề tài Hình 4.8: Cấu trúc lệnh USS_RPM_x Hình 4.9: Sử dụng lệnh USS_RPM_R đọc giá trị dòng điện động cơ Hình 4.10: Cấu trúc lệnh USS_WPM_x Hình 4.11: Sử dụng lệnh USS_WPM_R thay đổi giá trị Kp trong điều khiển PI Hình 7.1: Sơ đổ tổng quát hệ thống Hình 8.2 Bản vẽ thiết kế cơ khí hệ thống SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 8 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC Hình 8.3 Bản vẽ hệ thống điện Hình 8.4: Mô hình hệ thống sau khi hoàn thành Hình 9.1: Tạo một chương trình WinCC Hình 9.2: Màn hình làm việc của WinCC Hình 9.3: Màn hình cài đặt thuộc tính Runtime Hình 9.4: Giao diện chương trình PC Access Hình 9.5: Add tag vào WinCC Hình 9.6: Một màn hình thiết kế Graphics Designer Hình 9.7: Màn hình Tag Longging Hình 9.8: Màn hình Alarm Longging Hình 9.9: Màn hình tạo Report Alarm Hình 9.10: Màn hình User Administrator Hình 9.11: Màn hình điều khiển trung tâm Hình 9.13: Giao diện đọc ghi thông số biến tần Hình 9.14: Giao diện Alarm Hình 9.15: File ACCESS được xuất ra và lưu trữ. Hình 9.16: Đồ thị dòng điện động cơ Hình 9.17: Đồ thị điện áp động cơ Hình 9.19: Đồ thị tần số động cơ Hình 9.20: Đồ thị điện năng tiêu thụ Hình 9.21: Đồ thị mức nước Hình 9.22: Mạng LAN gồm 4 máy tính. Hình 9.23: Kiểu mạng LAN đấu BUS Hình 9.24: Kiểu mạng LAN đấu RING Hình 9.25: Kiểu mạng LAN đấu sao. Hình 9.26: Khởi tạo kết nối ở máy chủ Hình 9.27: Điều khiển, giám sát từ máy khách qua mạng LAN Hình 9.28: Giao diện SCADA trên máy khách SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 9 ĐẶNG XUÂN HỮU Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page 10 ĐẶNG XUÂN HỮU [...]... chọn đề tài là: Điều Khiển Bơm Ổn Định Mức Chất Lỏng Với yêu cầu ứng dụng thực tế như thế, đối tượng đề tài thực hiện chính ở đây là hệ bồn nước, hệ bồn nứớc được hình thành với hệ thống bơm và van xả chất lỏng nhưng luôn giữ ổn định theo giá trị mức đặt trước, mực chất lỏng của bồn được duy trì ổn định, để làm được điều này thì đòi hỏi ta phải điều khiển lưu lượng chất lỏng từ máy bơm vào hệ thống... hoặc đóng thêm bơm (có thể là một bơm, hoặc nhiều hơn) o Điều khiển ON/OFF Điều khiển ON/OFF • Là kiểu diều khiển khi bơm nước tới một mức nào đó (đặt) thì cho bơm ngừng hoạt động, và khi nước được tiêu thụ và giảm xuống tới mức đặt thấp thì cho bơm chạy - Ưu điểm: Kiểu điều khiển ON/OFF dễ thiết kế, dễ điều khiển, giá thành thấp, phù - hợp với chế độ Stand by Nhược điểm: hệ thống không ổn định, đáp ứng... tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC điều khiển hệ thống này để giữ được mức chất lỏng trong bồn ổn định là tương đối khó, cần phải có sự đáp ứng nhanh để điều khiển máy bơm khi lưu lượng nước xả thay đổi 1.2 Tìm hiểu về đối tượng 1.2.1 Ứng dụng Hệ thống bơm ổn định mức được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp chất lỏng nói riêng như hóa chất, nước uống đóng chai, dầu... dụng PLC và biến tần để để giải quyết bài toán bơm ổn định mức với các tính năng sau: - Tính chọn các thiết bị động lực và điều khiển Hệ thống bơm và điều khiển ổn định mức nước của bồn, hệ thống hoạt động tin - cậy, đảm bảo các thông số kỹ thuật cho trước Chế độ hoạt động manual, chế độ tự động, chế độ giám sát và điều khiển từ xa Hệ thống tự động điều khiển, cho phép cài đặt và thay đổi các chế độ... ổn định, đáp ứng chậm và không tốt, mức nước liên tục giao động xung quanh điểm đặt, dòng điện khởi động lớn gây sụt áp, bơm đóng mở liên tục gây giảm tuổi thọ Điều khiển thay đổi góc mở van • Để ổn định mức nước cũng như áp suất trong đường ống thì vấn đề quan tâm nhất là điều khiển lưu lượng nước bơm lên bồn để ổn định mực nước và áp suất theo một điểm đặt cố định Có thể sử dụng van điện với tín... các loại cảm biến đo mức và các yếu tố như giá cả, nhà cung cấp… nhóm lựa chọn cảm biến áp suất để đo mức nước thực trong bồn 2.4 Giải thuật PID 2.4.1 Điều khiển bằng khâu tỉ lệ P - Đây là hình thức điều khiển bằng cách đưa tín hiệu điều khiển dựa vào sự khác biệt mức nước giữa mức nước thực tế của đối tượng và mức nước đặt, với K P được xem là độ khuếch đại tỷ lệ của bộ điều khiển W = Kp.(TS – TO)... LƯỢNG 3.1 Vấn đề điều khiển lưu lượng của bơm 3.1.1 Điều khiển theo kiểu truyền thống Bơm sẽ được cấp nguồn trực tiếp Bơm luôn hoạt động ở chế độ định mức Việc thay đổi lưu lượng thông thường dùng van tiết lưu Nhận xét : - Tăng trở kháng đường ống Lưu lượng giảm nhưng công suất tiêu hao giảm rất ít Ví dụ : Khi ta dùng valve tiết lưu để giảm lưu lượng bơm xuống còn 80% so với định mức Theo bình thường... sẽ tự động điều khiển động cơ quay ở tốc độ cao nhất để duy trì mức nước, ngược lại khi nhu cầu xử dụng nước thấp, biến tần sẽ điều khiển động cơ giảm tốc độ xuống hoặc dừng hẳn Khi đó năng lượng điện được tiết kiệm • Ưu điểm khi sử dụng biến tần Việc điều chỉnh mức nước trong bồn hoàn toàn tự động, điều này sẽ tiết kiệm chi phí nhân công vì không cần người vận hành.Toàn bộ bơm sẽ được điều khiển thông... biến tần điều khiển bơm, nếu ta muốn giảm lưu lượng xuống 80% so với định mức. Ta chỉ cần điều chỉnh biến tần để giảm tốc độ động cơ xuống.Quan hệ giữa moment tải và tốc độ động cơ (với tải bơm quạt) là: 2 M=n Công suất: (3.1) P=M×n (3.2) 3 P≈ n (3.3) 3 Nếu ta giảm tốc độ xuống còn 80% (0.8) thì công suất chỉ cần bằng (0.8) ≈ 0.5 Điều này cho ta thấy rằng bơm sẽ chỉ hoạt động với 50% công suất định mức là... đồng bộ .4 2.1: Quan hệ mức nước với áp suất 2.2: Hàm truyền khâu điều khiển tỉ lệ 13 2.3: Hàm truyền khâu điều khiển vi phân tỉ lệ.14 2.4: Hàm truyền khâu điều khiểntích phân tỉ lệ 15 2.5: Hàm truyền bộ điều khiển PID17 2.6: Mối quan hệ giữa tín hiệura u(t) với tín hiệu sai lệch e(t) trong bộ PI 17 3.1: Mối quan hệ Momen và tốc độ động cơ tải bơm (quạt) 20 3.2: Mối quan . thống bơm và van xả chất lỏng nhưng luôn giữ ổn định theo giá trị mức đặt trước, mực chất lỏng của bồn được duy trì ổn định, để làm được điều này thì đòi hỏi ta phải điều khiển lưu lượng chất lỏng. biến tần để để giải quyết bài toán bơm ổn định mức với các tính năng sau: - Tính chọn các thiết bị động lực và điều khiển. - Hệ thống bơm và điều khiển ổn định mức nước của bồn, hệ thống hoạt động. và điều khiển  Tìm hiểu biến tần MM420 của Siemens, sử dụng chức năng điều khiển PI trong biến tần để ổn định mức nước, tiến hành việc cài đặt các thông số phù hợp với hệ thống bơm ổn định mức. 