Mục lục LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 1.1. Mục đích 4 1.1.1. Mục đích chọn đề tài 4 1.1.2. Mục tiêu của đề tài 4 1.1.3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài 4 1.1.4. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 4 1.2. Phương pháp đo lưu lượng 5 1.3. Tìm hiểu về PLC S7 200 6 1.3.1 Khái quát về PLC S7 200 6 1.3.2. Giới thiệu về module Analog. 10 1.4. S7200 PC Access. 17 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18 2.1 Lựa chọn thiết bị. 18 2.1.1 Biến tần MM440 18 2.1.2. Cài đặt thông số biến tần MM440. 21 2.1.2 Chọn Cảm biến đo lưu lượng. 22 2.1.3 Chọn động cơ. 23 2.2. Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây. 23 2.2.1. Sơ đồ khối. 23 2.2.2. Sơ đồ đấu dây. 24 2.3. Xây dựng thuật toán. 25 2.4. Chương trình điều khiển 26 2.5. Thiết kế giao diện giám sát trên Wincc 7.0. 28 2.5.1. Giới thiệu Wincc 7.0. 28 2.5.2. Cách sử dụng Wincc 7.0 29 2.5.2.1. Tạo mới một Project: 29 2.5.2.2. Tạo Driver kết nối giữa WinCC và PLC: 30 2.5.2.3. Tạo Tag group: 32 2.5.2.4. Tạo tag: 32 2.5.2.5. Tạo picture: 33 Chương 4: Kết quả đề tài. 33 4.1.Kết luận nội dung đề tài 33 4.2.Các hạn chế 34 4.3.Biện pháp khắc phục 34 Tài liệu tham khảo 35 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và 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 các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, 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 ngành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giá sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao . Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một mạch ứng dụng của PLC, biến tần đó là “điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống” dùng PLC điều khiển biến tần Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa điện, cùng các bạn trong lớp TĐH2 K5 đặc biệt là giảng viên TỐNG THỊ LÝ giảng viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người đã trực tiếp giảng dạy và cho em kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này. Mong cô góp ý để em hoàn thành bài tập lớn này được tốt hơn sau này. Em xin chân thành cảm ơn
z Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC ĐKLT PLC Giáo viên hướng dẫn : Nhóm thực hiện : Lớp: HÀ NỘI-2013 NHÓM 3 Page 2 Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN Mục lục LỜI NÓI ĐẦU 5 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 1.1.Mục đích 6 1.1.2. Mục tiêu của đề tài 6 1.1.3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài 6 1.1.4. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 6 1.2. Phương pháp đo lưu lượng 7 1.3. Tìm hiểu về PLC S7 200 8 1.3.1 Khái quát về PLC S7 200 8 1.3.2. Giới thiệu về module Analog 12 1.4. S7-200 PC Access 19 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 20 2.1 Lựa chọn thiết bị 20 2.1.1 Biến tần MM440 20 20 23 2.1.2. Cài đặt thông số biến tần MM440 23 2.1.2 Chọn Cảm biến đo lưu lượng 24 2.1.3 Chọn động cơ 25 2.2. Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 25 2.2.1. Sơ đồ khối 25 2.2.2. Sơ đồ đấu dây 26 NHÓM 3 Page 3 Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN 2.3. Xây dựng thuật toán 27 2.4. Chương trình điều khiển 28 2.5. Thiết kế giao diện giám sát trên Wincc 7.0 30 2.5.1. Giới thiệu Wincc 7.0 30 2.5.2. Cách sử dụng Wincc 7.0 31 2.5.2.1. Tạo mới một Project: 31 2.5.2.2. Tạo Driver kết nối giữa WinCC và PLC: 32 2.5.2.3. Tạo Tag group: 34 2.5.2.4. Tạo tag: 34 2.5.2.5. Tạo picture: 35 Chương 4: Kết quả đề tài 35 4.1.Kết luận nội dung đề tài 35 4.2.Các hạn chế 36 4.3.Biện pháp khắc phục 36 Tài liệu tham khảo 37 NHÓM 3 Page 4 Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và 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 các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, 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 ngành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giá sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao . Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một mạch ứng dụng của PLC, biến tần đó là “điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống” dùng PLC điều khiển biến tần Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa điện, cùng các bạn trong lớp TĐH2 K5 đặc biệt là giảng viên TỐNG THỊ LÝ - giảng viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người đã trực tiếp giảng dạy và cho em kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này. Mong cô góp ý để em hoàn thành bài tập lớn này được tốt hơn sau này. Em xin chân thành cảm ơn ! NHÓM 3 Page 5 Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Mục đích 1.1.1. Mục đích chọn đề tài Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường được sử dụng trong khu công nghiệp, khu dân cư, các chung cư, khách sạn và tòa nhà cao tầng, hệ thống phân phối nước sạch trong mạng lưới cấp nước sinh hoạt, các trạm cấp nước nông thông… Các trạm bơm nước phổ biến hiện nay đều được thiết kế theo phương pháp truyền thống với đặc điểm là các bơm được khởi động trực tiếp sao/ tam giác và tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định mức. Phương pháp này có nhược điểm chính là tổn hao điện năng lớn và khó kiểm soát được lưu lượng trong đường ống. Trên cơ sở những kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, dựa vào những tính năng ưu việt của PLC và biến tần. Em xin được lựa chọn đề tài “điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống” với những chức năng cơ bản giống với một hệ thống biến tần đa bơm. 1.1.2. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống trong đường ống ở một ngưỡng đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần, hệ thống bơm dựa trên tín hiệu mà cảm biến lưu lượng trong đường ống đưa về. 1.1.3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài Do kiến thức, thời gian, kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đề tài chỉ được thực hiện dưới dạng thiết kế một mô hình với 2 bơm có công suất nhỏ. 1.1.4. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài Điều khiển tự động là xu thế phát triển tất yếu trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như sinh hoạt bởi những ưu điểm vượt trội của nó. Ở các hệ thống điều khiển tự động có quy mô vừa và lớn thì PLC được sử dụng làm thiết bị điều khiển cho toàn hệ thống. Kết hợp xây dựng một hệ thống điều khiển tự động với các thiết bị điện tử công suất có ý nghĩa khoa học lớn trong việc xây dựng một hệ thống tự động hoàn chỉnh cả về chức năng lẫn hiệu quả kinh tế. Đề tài “điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống ” xây dựng mô hình kết hợp PLC với biến tần để điều khiển lưu lượng nước trong đường ống một cách tối ưu nhất. NHÓM 3 Page 6 Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN Về mặt thực tiễn, đề tài đi theo hướng phát triển mới cho các hệ thống cung cấp nước cho các tòa nhà, khu dân cư…, khắc phục được các nhược điểm trong hệ thống cung cấp nước cũ. 1.2. Phương pháp đo lưu lượng Lưu lượng và đơn vị đo Lưu lượng chất lưu là lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang của ống trong một đơn vị thời gian. Tuỳ theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích hoặc khối lượng) người ta phân biệt: - Lưu lượng thể tích (Q) tính bằng m 3 /s, m 3 /giờ - Lưu lượng khối (G) tính bằng kg/s, kg/giờ Lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian Δt = t 2 - t 1 xác định bởi biểu thức: (20.27) Trong đó ΔV, Δm là thể tích và khối lượng chất lưu chảy qua ống trong thời khoảng gian khảo sát. Lưu lượng tức thời xác định theo công thức: (20.28) Để đo lưu lượng người ta dùng các lưu lượng kế. Tuỳ thuộc vào tính chất chất lưu, yêu cầu công nghệ, người ta sử dụng các lưu lượng kế khác nhau. Nguyên lý hoạt động của các lưu lượng kế dựa trên cơ sở: - Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ trong một khoảng thời gian xác định Δt. - Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ khi lưu lượng là hàm của vận tốc. - Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng là hàm phụ thuộc độ giảm áp. Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện hoặc nhờ bộ chuyển đổi điện thích hợp. Các phương pháp đo lưu lượng: 1. Đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp – Differential Pressure. 2. Đo lưu lượng theo nguyên lý Vortex. NHÓM 3 Page 7 Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN 3. Đo lưu lượng theo nguyên lý từ tính. 4. Đo lưu lượng theo nguyên lý chiếm chổ (Positive Displacement Sensor) 5. Đo lưu lượng theo nguyên lý Turbine. 6. Đo lưu lượng theo nguyên lý gia nhiệt. 7. Đo lưu lượng theo nguyên lý Coriolis. Ở bài này ta sử dụng phương pháp đo lưu lượng theo nguyên lý từ tính: Nguyên lý đo này được sử dụng với những lưu chất dẫn điện, sử dụng nguyên lý của máy phát điện: Khi vật liệu dẫn điện đi qua từ trường thì nó sẽ sinh ra điện áp, lưu lượng càng nhiều thì điện áp sinh ra càng lớn. Dựa theo nguyên lý trên thì thiết bị đo sẽ có hai cuộn dây đặt đối xứng phát ra từ trường và điện áp cảm ứng do sự di chuyển của lưu chất sẽ được cảm ứng bởi một sensor, sensor này sẽ chuyển đổi điện áp cảm ứng thành tín hiệu điện (4-20mA; 1-5V ) tỉ lệ với lưu lượng của lưu chất. Chú ý rằng lưu chất phải được cách ly với ống dẫn. 1.3. Tìm hiểu về PLC S7 200 1.3.1 Khái quát về PLC S7 200 a.Giới thiệu về PLC - PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. S7-200 là thiết bịcủa hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modul mở rộng. - Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu(Catridge ) - Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ) và 22X ( loại mới), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa.Họ 21X có các đời sau:210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có các đời sau:221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM - PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự kiện - PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông,… - PLC có những ưu điểm: + Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy. NHÓM 3 Page 8 Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN + Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp. + Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. + PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi. + Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém. Cấu trúc bên trong của PLC NHÓM 3 Page 9 Bài tập lớn môn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O) Mô tả các đèn báo trên S7-200: - SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc. - RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình nạp ở trong máy. - STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng, không thực hiện chương trình hiện có. - Ix.x (đèn xanh)chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x. Đèn sáng tương ứng mức logic là 1. - Qx.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x. Đèn sáng tương ứng mức logic là 1. NHÓM 3 Page 10 [...]... CHÍNH ON 100% BƠM PHỤ OFF TẮT SAI HỆ THỐNG ĐÚNG END NHĨM 3 Page 27 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN 2.4 Chương trình điều khiển NHĨM 3 Page 28 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC NHĨM 3 KHOA ĐIỆN Page 29 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN Thuyết minh ngun lý hoạt động: Ấn nút ON Hệ thống bơm hoạy động Đèn RUN sẽ sáng Đặt lưu lượng ổn định là 9.5 l/s Nếu lưu lượng đường ống thấp hơn 8.0 l/s, đèn FLA sáng, biến... sang chuẩn RS-485 của PLC NHĨM 3 Page 25 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN 2.2.2 Sơ đồ đấu dây Sơ đồ đấu dây của hệ thống như sau: NHĨM 3 Page 26 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN 2.3 Xây dựng thuật tốn Thuật tốn chương trình điều khiển áp suất như sau: ON KIỂM TRA LƯU LƯỢNG BƠM CHÍNH VÀ BƠM PHỤ LƯU LƯỢNG BÌNH THƯỜNG ON 100% LƯU LƯỢNG THẤP ĐÚNG BƠM CHÍNH VÀ BƠM PHỤ OFF LƯU LƯỢNG CAO BƠM CHÍNH ON... tăng lưu lượng nước trong ống Tương tự với mức lưu lượng lớn hơn 8.5 và nhỏ hơn 9.0 l/s với tần số 35Hz Khi lưu lượng đạt 9.0 thì biến tần điều khiển máy bơm phụ với f=30Hz Đèn báo FLA hoặc FHA sẽ tắt Nếu lưu lượng trong ống lớn hơn 9.0 và nhỏ hơn 9.5 l/s, đèn FHA sẽ sáng thí biến tần điều khiển động cơ phụ chạy với tấn số f=25Hz Tương tự với mức lưu lượng lớn hơn 9.5 l/s thì tần số là 20Hz Hệ thống... đối với module EM 231 Switch chỉnh chọn điện áp hoặc dòng ngõ vào đối với module EM 235 NHĨM 3 Page 15 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN Switch chỉnh chọn độ lợi, đơn cực hoặc lưỡng cực và độ suy giảm (attenuation) Sơ đồ khối các ngõ vào của EM 235 và EM 231 NHĨM 3 Page 16 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN Tín hiệu tương tự được đưa vào các đầu vào A+, A-, B+, B-, C+, C-, sau đó qua các bộ lọc... P0756 = 0( đầu vào tương tự ADC kiểu điện áp đơn cực từ 0–10V) 2.1.2 Chọn Cảm biến đo lưu lượng Mag 5000 là bộ chuyển đổi tín hiệu dùng cho các dòng cảm biến đo lưu lượng Mag 1100, Mag 1100F, Mag 5100W, Mag 3100W, và Mag 3100 Bộ chuyển đổi tín hiệu này có độ chính xác cao 0.5% và giá rẻ, nó dùng kèm với các cảm biến lưu lượng trong các ứng dụng thơng thường và khơng u cầu chức năng định mẻ (Batching... thường và khơng u cầu chức năng định mẻ (Batching controller) + Độ chính xác 0.5% + Khơng có chức năng định mẻ (Batching controller) + Hiển thị lưu lượng tức thời và lưu lượng tổng, có thể hiển thị lưu lượng tổng theo chiều thuận, ngược của dòng chảy và lưu lượng tuyệt đối Có thể tuỳ chọn khơng có màn hình hiển thị + Tín hiệu ra: Một tín hiệu ra tương tự 4-20 mA, một tín hiệu ra xung, một tín hiệu ra... được ngun tắc lập trình điều khiển áp suất trên đường ống dùng lập trình PLC -Đưa ra được lưu đồ giải thuật và sơ đồ khối NHĨM 3 Page 35 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN 4.2.Các hạn chế - Chưa có điều kiện được đi quan sát thực tiễn ở các trạm bơn nươc thực nên khơng có kiến thức thực tế 4.3.Biện pháp khắc phục - Cần tìm hiểu kĩ về biến tần, PLC, cảm biến,… Trong thực tế - Cần tìm hiểu thêm các.. .Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN Cách đấu nối ngõ vào ra PLC: Cổng truyền thơng: Chân 1: nối đất Chân 2: nối nguồn 24VDC Chân 3: truyền và nhận dữliệu Chân 4: khơng sửdụng Chân 5: đất Chân 6: nối nguồn 5VDC Chân 7: nối nguồn 24VDC Chân 8: Truyền và nhận dữliệu Chân 9: khơng sử dụng b Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY... khơng đổi và các momen thay đổi theo tốc độ Sơ đồ đấu dây của biến tần MM440: NHĨM 3 Page 22 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN 2.1.2 Cài đặt thơng số biến tần MM440 Sau khi đưa tín hiệu PLC vào biến tần Ta tiến hành cài đặt một số thơng số của nó, điều khiển tốc độ máy bơm nước 1, nhằm ổn định áp suất trên đường ống Đưa tín hiệu tương tự AQW0 vào đầu vào analog số 1 (+), chân số 3 của Biến tần Cài... Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN 2.1.3 Chọn động cơ Với đề tài này em chọn động cơ khơng đồng bộ có thơng số sau: Động cơ khơng đồng bộ 3 pha Vihem 0.37KW Hãng sản xuất: VIHEM • Xuất xứ: Vietnam • Cơng suất (kW): 0.37 • Momen đầu trục cực đại (Nm): 0 • 2.2 Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 2.2.1 Sơ đồ khối Q trình điều khiển chủ yếu được thực hiện từ PLC PLC nhận tín hiệu analog từ cảm biến lưu . thiệu về PLC S 7-2 00 CPU224 AC/DC/RELAY Với đề tài này em sử dụng PLC S 7-2 00 CPU224 AC/DC/RELAY Thông tin: - Nguồn cấp: 8 5-2 64VAC. 4 7-6 3Hz - Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm - Dung lượng bộ. điện. - Xuất sứ: Siemens Germany - CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc, mức 0 là 0Vdc). 10 ngõ ra dạng relay. Cách đấu nối S 7-2 00 và các module mở rộng: - S 7-2 00. chương trình: 4096 words - Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words NHÓM 3 Page 11 Bài tập lớn mơn: ĐKLT PLC KHOA ĐIỆN - Bộ nhớ loại EEFROM - Có 14 cổng vào, 10 cổng ra. - Có thể thêm vào 7 modul