Đang tải... (xem toàn văn)
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 “ Ứng dụng PLC, điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống với giải đo010ls” 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.
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 “Ứng dụng PLC, điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống với giải đo [0-10]l/s ” 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 Điện 2-K7 đặc biệt là giảng viên Phạm Văn Hùng - 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 sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Giáp Nguyễn Thị Hiên Đặng Văn Hải Nguyễn Ngọc Dương Ngô Văn Hiệp Nhận xét của giáo viên: 1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Mục đích của đề tài 1.1.1. Mục đích chọn đề tài 2 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 “ Ứng dụng PLC, điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống với giải đo[0-10]l/s” 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 “Ứng dụng PLC, điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống với giải đo[0-10]l/s” xây dựng mô hình kết hợp PLC với biến tần để điều khiển lưu lượng nước trong đường ống một cách tối ưu nhất. 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 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: 3 - 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: 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: 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 2. Đo lưu lượng theo nguyên lý Vortex. 3. Đo lưu lượng theo nguyên lý từ tính. 4. Đo lưu lượng theo nguyên lý chiếm chổ 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. 4 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. + 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. 5 Cấu trúc bên trong của P LC Hình 1.1: Cấu trúc bên trong của CPU PLC 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. Cách đấu nối ngõ vào ra PLC: 6 Hình 1.2: Cách đầu nối phần cứng PLC Cổng truyền thông: Chân 1: nối đất. Chân 2: nối nguồn 24VDC. Chân 3: truyền và nhận dữliệu. Chân 4: không sửdụng. Chân 5: đất Chân 6: nối nguồn 5VDC Chân 7: nối nguồn 24VDC. Chân 8: Truyền và nhận dữliệu. Chân 9: không sử dụng. Hình 1.3: Cổng truyền thông kết nối PLC với PC 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 Thông tin: 7 - Nguồn cấp: 85-264VAC. 47-63Hz - Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm - Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words - Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words - Bộ nhớ loại EEFROM - Có 14 cổng vào, 10 cổng ra. - Có thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul Analog. - Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs - Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và sốn thực. - Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz - Có 2 bộ điều chỉnh tương tự. - Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,… - Đồng hồ thời gian thực. - Chương trình được bảo vệ bằng Password. - Toàn bộ dung lƣợng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị mất điện. - X uất sứ: Siemens Germany Hình 1.4: CPU PLC S7-200 - 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 S7-200 và các module mở rộng: 8 - S7-200 và module vào/ra mở rộng được nối với nhau bằng dây nối. Hai đầu dây nối được bảo vệ bên trong PLC và module.Chúng ta có thể kết nối PLC và module sát nhau để bảo vệ hoàn toàn dây nối. CPU224 cho phép mở rộng tối đa 7 module. 1.3.2. Giới thiệu về module Analog. PLC S7-200 có các modul mở rộng như sau: • EM 231: gồm có 4 ngõ vào analog • EM 232:gôm có 2 ngõ vào analog • EM 235: gồm có 4 ngõ vào và 1 ngõ ra analog. a. Đặc tính chung • Trở kháng vào input >= 10MΩ. • Bộ lọc đầu vào input –3Db tới 3.1Khz. • Điện áp cực đại cung cấp cho module: 30VDC. • Dòng điện cực đại cung cấp cho module: 32mA. • Có Led báo trạng thái. • Có núm chỉnh OFFSET và chỉnh độ lợi (GAIN). b. Đầu vào • Phạm vi áp ngõ vào: +/- 10V. • Phạm vi dòng điện ngõ ra: 0 -> 20mA. • Các bộ chuyển đổi ADC, DAC (12 bit). • Thời gian chuyển đổi analog sang digital : <250µs. • Đáp ứng đầu vào của tín hiệu tương tự: 1.5ms đến 95%. • Chế độ Mode chung: Điện áp vào đầu cộng của chế độ Mode chung nhỏ hơn hoặc bằng 12V. • Kiểu dữ liệu đầu vào input: Kiểu không dấu (đơn cực) tầm từ 0 đến 32000 Kiểu có dấu ( đa cực) tầm từ -32000 đến 32000. c. Đầu ra • Phạm vi áp ngõ ra : +/- 10V. • Phạm vi dòng diện ngõ ra: 0 -> 20mA. • Độ phân giải: Điện áp: 12 bit. Dòng điện: 11 bit. • Kiểu dữ liệu ngõ ra: Kiểu không dấu (đơn cực) tầm từ 0 đến 32000 Kiểu có dấu ( đa cực) tầm từ -32000 đến 32000. • Thời gian gửi dữ liệu đi: Điện áp: 100us. Dòng điện: 2ms. 9 Hình 1.5: Sơ đồ kết nối với các thiết bị ngoại vi, sử dụng theo dạng áp và dòng. Có các contact (switch) để lựa chọn phạm vi ngõ vào ( contact ở một trong 2 vị trí ON và OFF). Contact 1 lựa chọn cực tính áp ngõ vào: ON đối cới áp đơn cực, OFF với áp lưỡng cực, contact 2,3,4,5,6 chọn phạm vi điện áp. Các bước chỉnh đầu vào: 1. Tắt nguồn của Modul, chọn tầm ngõ vào thích hợp. 2. Cấp nguồn cho CPU và Modul. Để cho modul ổn định trong vòng 15 phút. 10 [...]... máy bơm chạy ở tần số 30Hz, đèn cảnh báo lưu lượng thấp FLA tắt , đèn cảnh báo lưu lượng cao FHA tắt, nếu lưu lượng nước 7 . 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,. 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 sinh viên. khiển chủ yếu được thực hiện từ PLC. PLC nhận tín hiệu analog từ cảm biến lưu lượng (được gắn trên đường ống chính) đưa về, sau khi PLC sử lý tín hiệu đó bằng logic, PLC sẽ ra quyết định điều khiển