Đồ án tốt nghiệp môn tự động hóa đại học giao thông vận tải tp hồ chí minh đề tài điều khiển bơm ổn địnhmức dùng plc và biến tần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG 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: TS LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU 0851050005 0851050025 TP HỒ CHÍ MINH – 09/2012 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page ii NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page iii BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page iv BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page v LỜI CẢM ƠN  Để đạt thành ngày hôm nay, chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến tồn thể thầy (cơ) khoa Điện –Điện tử viễn thông ,đặc biệt thầy (cô) mơn Tự Động Hóa Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh tận tình dạy chúng em suốt trình học tập trường Đó kiến thức quý báu làm tảng cho chúng em hoàn thành luận văn đồng thời móng vững để sau chúng em tiếp tục học tập lao động xã hội Xin chân thành cảm ơn thầy Lê Quang Đức người hướng dẫn người tận tình bảo, góp ý định hướng cho chúng em suốt thời gian làm luận văn Xin chân thành cảm ơn Đồn Diễm Vương góp ý tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành luận văn Xin gởi lời cảm ơn đến tất bạn bè, người thân động viên, ủng hộ chúng em thời gian làm luận văn Cuối kinh nghiệm kiến thức cịn hạn chế, khả tiếp thu vấn đề giới hạn nên khơng thề trách sai sót, chúng em mong nhận quan tâm giúp đỡ thầy (cô) để luận văn đầy đủ hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Người viết Đặng xuân Hữu Võ Trung Can SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page vi TÓM TẮT Trong luận văn chúng em vận dụng kiến thức học trường để ứng dụng vào việc xây dựng hệ thống thực tế, nhóm chọn tốn ổn định mức nước bồn chứa cơng nghiệp qua vừa củng cố kiến thức vừa tìm hiểu, thiết kế thi cơng hệ thống với mục tiêu sau:  Tổng kết phân tích ứng dụng giải pháp thực tế vấn đề điều khiển mức   nước bồn chứa công nghiệp Giải pháp tiết kiệm lượng Tìm hiểu giao thức USS để xây dựng truyền thơng PLC S7-200 biến tần   qua cài đặt, giám sát hoạt động hệ thống Tính tốn, lựa chọn thiết bị động lực điều khiển Tìm hiểu biến tần MM420 Siemens, sử dụng chức điều khiển PI biến tần để ổn định mức nước, tiến hành việc cài đặt thông số phù hợp với hệ   thống bơm ổn định mức Hệ thống hoạt động ổn định, tin cậy, đảm bảo yêu cầu kĩ thuật Xây dựng hệ thống SCADA phần mềm Wincc với chức điều khiển, giám sát thông số kĩ thuật mức nước, tốc độ động cơ, dòng điện, điện áp… Xuất báo cáo hoạt động hệ thống hàng tuần, hàng tháng.và lưu trữ liệu Tạo  Database tùy ý để theo giỏi truy cập cách chư động Điều khiển giám sát thông qua mạng LAN SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .iv BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .v LỜI CẢM ƠN vi TÓM TẮT vii MỤC LỤC viii DANH SÁCH HÌNH VẼ x DANH SÁCH BẢNG BIỂU xiii DANH SÁCH CÔNG THỨC xiv DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT xv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Hình 2.1: Bồn kín sử dụng cơng nghiệp .8 Hình 2.3: Bồn nước sử dụng đồ án .10 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG .18 Hình 3.2 Điểm làm việc bơm dùng van tiết lưu .21 CHƯƠNG 4: GIAO THỨC USS 23 Hình 4.2 Cấu tạo khối liệu .25 Bảng 4.1 Ý nghĩa tham số AK 26 Bảng 4.2 Ý nghĩa tham số AK điện trả lời 27 Bảng 4.3 Mở rộng thông số 28 Bảng 4.5 Giá trị tham số STW 29 Bảng 4.6 Giá trị tham số ZSW 30 Hình 4.10: Cấu trúc lệnh USS_WPM_x .38 Hình 4.11: Sử dụng lệnh USS_WPM_R thay đổi giá trị Kp điều khiển PI .39 Bảng 5.1: Thông số Reset giá trị mặc định 40 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page viii Bảng 5.2: Cài đặt nhanh thông số động 40 Bảng 5.3: Nhập thông số biến tần bảo vệ tải động 41 Bảng 5.4: Cài đặt bảo vệ biến tần động .42 Bảng 5.5: Cài đặt chức khởi động bám .42 Bảng 5.6: Cài đặt chức tự khởi động lại 43 Bảng 5.7: Tối ưu đặc tính tăng, giảm tốc .43 Bảng 5.8: Chức giám sát Moment MM430 .44 Bảng 5.9: Cài đặt đầu vào tương tự ADC .45 Bảng 5.11: Giá trị đặt PI-MOP giá trị mức nước thực tế 46 Bảng 5.12: Cài đặt giao thức USS 47 CHƯƠNG 6: PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC SỰ CỐ 48 Bảng 6.1: Cài đặt chức tự khởi động lại 49 Bảng 6.2: Cài đặt chức khởi động bám .49 Bảng 6.3: Chức giám sát Moment MM430 .50 Bảng 6.4: Cài đặt đầu vào tương tự ADC .51 Bảng 8.1 Bảng chọn tiết diện dây dẫn 59 Hình 8.2 Bản vẽ thiết kế khí hệ thống 61 CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO HỆ THỐNG 64 Hình 9.11: Màn hình điều khiển trung tâm 75 Hình 9.22: Mạng LAN gồm máy tính 89 Hình 9.24: Kiểu mạng LAN đấu RING 90 Hình 9.25: Kiểu mạng LAN đấu .91 PHỤ LỤC 100 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page ix DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: hệ thống bơm nước cho chung cư cao tầng Error: Reference source not found Hình 2.1: Bồn kín sử dụng cơng nghiệp Error: Reference source not found Hình 2.2: Bồn hở sử dụng cơng nghiệp Error: Reference source not found Hình 2.3: Bồn nước sử dụng đồ án Error: Reference source not found Hình 2.4: Đáp ứng điều khiển khâu tỉ lệ (P) Error: Reference source not found Hình 2.5: Đáp ứng điều khiển khâu vi phân tỉ lệ (PD) với P = .Error: Reference source not found Hình 2.6: Đáp ứng điều khiển khâu vi phân tỉ lệ (PI) với P = Error: Reference source not found Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển sử dụng điều khiển PID .Error: Reference source not found Hình 3.1 Họ đường cong đặc tính bơm Error: Reference source not found Hình 3.2 Điểm làm việc bơm dùng van tiết lưu Error: Reference source not found Hình 3.3 Công suất tổn hao với hệ thống dùng van tiết lưu.Error: Reference source not found Hình3.4 Điểm làm việc bơm dùng biến tần Error: Reference source not found Hình 4.1 Cấu trúc tổng thể điện Error: Reference source not found Hình 4.2 Cấu tạo khối liệu Error: Reference source not found Hình 4.3 Cấu trúc PKE Error: Reference source not found Hình 4.4: Cấu trúc lệnh USS_INIT Error: Reference source not found Hình 4.5: Sử dụng lệnh USS_INT đề tài Error: Reference source not found Hình 4.6: Cấu trúc lệnh USS_CTRL Error: Reference source not found Hình 4.7: Sử dụng lệnh USS_CTRL đề tài Error: Reference source not found Hình 4.8: Cấu trúc lệnh USS_RPM_x .Error: Reference source not found SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page x Hình 4.9: Sử dụng lệnh USS_RPM_R đọc giá trị dòng điện động .Error: Reference source not found Hình 4.10: Cấu trúc lệnh USS_WPM_x Error: Reference source not found Hình 4.11: Sử dụng lệnh USS_WPM_R thay đổi giá trị Kp điều khiển PI .Error: Reference source not found Hình 7.1: Sơ đổ tổng quát hệ thống Error: Reference source not found Hình 8.2 Bản vẽ thiết kế khí hệ thống Error: Reference source not found Hình 8.3 Bản vẽ hệ thống điện Error: Reference source not found Hình 8.4: Mơ hình hệ thống sau hồn thành Error: Reference source not found Hình 9.1: Tạo chương trình WinCC Error: Reference source not found Hình 9.2: Màn hình làm việc WinCC Error: Reference source not found Hình 9.3: Màn hình cài đặt thuộc tính Runtime .Error: Reference source not found Hình 9.4: Giao diện chương trình PC Access Error: Reference source not found Hình 9.5: Add tag vào WinCC Error: Reference source not found Hình 9.6: Một hình thiết kế Graphics Designer .Error: Reference source not found Hình 9.7: Màn hình Tag Longging Error: Reference source not found Hình 9.8: Màn hình Alarm Longging Error: Reference source not found Hình 9.9: Màn hình tạo Report Alarm .Error: Reference source not found Hình 9.10: Màn hình User Administrator Error: Reference source not found Hình 9.11: Màn hình điều khiển trung tâm .Error: Reference source not found Hình 9.13: Giao diện đọc ghi thông số biến tần Error: Reference source not found Hình 9.14: Giao diện Alarm Error: Reference source not found Hình 9.15: File ACCESS xuất lưu trữ .Error: Reference source not found Hình 9.16: Đồ thị dịng điện động Error: Reference source not found Hình 9.17: Đồ thị điện áp động .Error: Reference source not found Hình 9.19: Đồ thị tần số động .Error: Reference source not found Hình 9.20: Đồ thị điện tiêu thụ Error: Reference source not found Hình 9.21: Đồ thị mức nước Error: Reference source not found Hình 9.22: Mạng LAN gồm máy tính Error: Reference source not found SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page xi  Nguồn điện ngắn hạn: sử dụng chức khởi động bám chức tự khởi động lại, giới hạn số lần khởi động lại cố điện liên tục (Chương 5)  Sự cố đường ống, nguồn cấp nước, tràn bồn: nhóm tìm hiểu cách khắc phục cố cách cài biến tần MM420 không hỗ trợ chức giám sát momen nên nhóm đưa giải pháp biến tần khác có hỗ trợ MM430 (Chương 6) Để thay giải pháp nhóm đưua giải pháp sau để khắc phục cố: • Sử dụng phao điện bồn để xử lí cố nguồn cấp nước • Sử dụng phao điện bồn đẻ xử lí cố tràn bồn • Sử dụng chức khởi động bám, van chiều, khớp nối để tránh cố xì đường ống, kẹt đường ống, búa nước…  Sự cố truyền thơng: tìm hiểu mã lỗi truyền thơng để đưa cách khắc phục nhanh xác (WinCC chương 8) o Thiết kế hệ thống SCADA thực đủ chức điều khiển, giám sát thu thập liệu Hệ thống SCAD phù hợp với mục đích điều khiển giám sát, thu thập liệu tạo Database truy cập trạng thái trước hệ thống (chương 8) Trong hệ SCADA giám sát thơng số hoạt động như: điện áp, dòng điện, mức nước, điện tiêu thụ… o Bằng việc thiết lâp Database cho hệ thống hoạt động, trạng thái hệ thống lưu trữ tự động, từ Database lập báo cáo, thống kê tính tốn theo tuần theo tháng 10.2 Những khó khăn gặp phải SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page 96 Vì mơ hình mang tính chất thực tế cao nên q trình thực nhóm cần tìm hiểu số hệ thống thực tế, trình tìm hiểu khó để có tài liệu hệ thống thực tế Các thiết bị sử dụng mơ hình thiết bị cơng nghiệp, mơ hình nhỏ nên việc tìm kiếm thiết bị gặp nhiều khó khăn Vì chúng em tiếp súc với hệ thống thực tế nên thiếu kinh ngiệm, hiểu biết… nên việc tiếp cận vấn đề, giải vấn đề, thực vấn đề cịn nhiều thiếu sót, cần sụ giúp đỡ, bảo thầy (cô) 10.3 Hạn chế đề tài Vì chúng em chưa có nhiều kinh nghiêm việc thực mơ hình thực tế nên đồ án nhiều điểm hạn chế, chưa thực tốt Khâu hiệu chỉnh thơng số PI cịn chưa có nhiều kinh nghiêm nên hệ thống vân dao đơng độ vọt lố cao Vì số vấn đề mà chưa mở rộng thêm ứng dụng mô hình 10.4 Hướng phát triển đề tài Như phân tích hệ thống có tính ứng dụng thực tế cao, việc phát triển đề tài đa dạng Muốn áp dụng thực tế cần tính tốn thiết bị phù hợp với yêu cầu thực tế Sử dụng mạng truyền thơng USS cao cấp Profibus thiết lập hệ thống thực tế với quy mô lớn Việc kết nối PLC biến tần khai thác tối đa chức biến tần để phù hợp với hệ thống thực tế hoat động Phát triển điểu khiển giám sát qua mạng Internet, gởi thơng báo có cố qua tin nhắn, gởi báo cáo hàng ngày qua Email SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng anh: [01] Siemens – Manual PLC S7 – 300 SIEMENS [02] Siemens – WinCC V 7.0 SIEMENS [03] Siemens – MM420 manual SIEMENS [04] Wed Navigation SIEMENS [05] Application ATV61 [06] WinCC V6-VBS SIEMENS [07] USS Protocol SIEMENS [08] USS Protocol- S7-200 SIEMENS Tiếng việt [09] Hướng dẫn sử dụng MM420 tiếng việt (chưa rõ tác giả) [10] Hướng dẫn sử dụng WinCC (chưa rõ tác giả) [11] Hướng dẫn sử dụng Step7 Microwin (chưa rõ tác giả) [12] Điều khiển đại (chưa rõ tác giả) [13] Tiết kiệm lượng bơm quạt (chưa rõ tác giả) [14] Biến tần 2012 (chưa rõ tác giả) SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page 98 Web: PLC-SCADA.COM.VN Plcvietnam.com Webdien.com Tailieu.vn SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page 99 PHỤ LỤC I II III IV V VI PLC S7-200, CPU 224XP……………………………………….(đính kèm) CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA BIẾN TẦN…() SCADA VÀ PHẦN MỀM WINCC…………………………… (đính kèm) PHẦN MỀM STEP7 MICROWIN……………………….… …(đính kèm) PHẦN MỀM PC ACCESS………………………………………(đính kèm) CHƯƠNG TRÌNH STEP7………………………………………(đính kềm) SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page 100 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page 101 ... (cô) khoa Điện –Điện tử viễn thông ,đặc biệt thầy (cơ) mơn Tự Động Hóa Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh tận tình dạy chúng em suốt q trình học tập trường Đó kiến thức quý... dụ: Khi dùng biến tần điều khiển bơm, nếu ta muốn giảm lưu lượng xuống 80% so với định mức.Ta cần điều chỉnh biến tần để giảm tốc độ động xuống.Quan hệ moment tải tốc độ động (với tải bơm quạt)... người vận hành.Toàn bơm điều khiển thông qua biến tần. Với phương pháp điều khiền U/f, điều khiển vector, tốc độ bơm thay đổi cách linh hoạt Dòng khởi động hạn chế không gây sụt áp khởi động khơng