Đồ án: “Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm tưới tiêu ”

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. Việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được phát triển rộng rãi cả về quy mô lẫn chất lượng. Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò rất quan trọng không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng xuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, chính vì thế tự động hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Chiếm một vị trí khá quan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình viết tắt là PLC.Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Không những thay thế cho kỹ thuật điều khiển bằng cơ cấu cam hoặc kỹ thuật rơle trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác nữa. Bên cạnh đó việc sử dụng Biến Tần đem lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích Xuất phát từ thực tế trên trong quá trình học tập tại trường em đã được giao đề tài “ xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm tưới tiêu” Đồ án bao gồm những nội dung sau: 1. Tổng quan về hệ thống tưới tiêu 2. Xây dựng phương án và tính chọn các thiết bị liên quan 3. Xây dựng hệ điều khiển và giám sát

Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Bộ công thương Trường đại học công nghiệp Hà Nội Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA Báo cáo đề tài số : “Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm tưới tiêu ” Lớp : Điện – K7 Nhóm thực đề tài : Nhóm Các thành viên nhóm : Phạm Công Dương Ngô Thế Dương Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Đăng Toàn Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn MỤC LỤC Chương Tổng quan hệ thống bơm tưới tiêu 1.1 Giới thiệu chung loại máy bơm nước 1.1.2 Các công trình hệ thống máy bơm 1.1.3 Cấu trúc trạm bơm .5 1.1.4 Trang bị điện trạm bơm 1.2 Đặc tính máy bơm làm việc song song Chương Thiết kế hệ thống trạm bơm tính chọn thiết bị liên quan 2.1 Xây dựng phương án làm việc 12 2.1.1 Thuyết minh nguyên lí hệ thống .12 2.2 Tính chọn thiết bị liên quan 13 2.2.1 Cảm biến mức 13 2.2.2 Động máy bơm 14 2.2.3 Rơ le nhiệt .15 2.2.4 Công tắc tơ 15 2.2.5 PLC 16 2.3 Sơ đồ đấu dây .17 2.3.1 Sơ đồ mạch động lực 17 2.3.2 Sơ đồ mạch điều khiển .17 Chương Thiết kế hệ thống điều khiển 3.1 Xây dựng hệ thống điều khiển .21 3.2 Xây dựng chương trình mô 22 3.3 Đánh giá kết luận 22 Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh đại hơn.Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Việc áp dụng khoa học công nghệ vào thực tế sản xuất phát triển rộng rãi quy mô lẫn chất lượng Trong ngành tự động hóa chiếm vai trò quan trọng làm giảm nhẹ sức lao động cho người mà góp phần lớn việc nâng cao xuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, tự động hóa ngày khẳng định vị trí vai trò ngành công nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống công nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng Chiếm vị trí quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình viết tắt PLC.Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Không thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật rơle trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác Bên cạnh việc sử dụng Biến Tần đem lại cho nhiều lợi ích Xuất phát từ thực tế trình học tập trường em giao đề tài “ xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm tưới tiêu” Đồ án bao gồm nội dung sau: Tổng quan hệ thống tưới tiêu Xây dựng phương án tính chọn thiết bị liên quan Xây dựng hệ điều khiển giám sát Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Chương 1: Tổng quan hệ thống bơm nước tưới tiêu 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái niệm trạm bơm nước Hệ thống công trình trạm bơm nước tổng hợp chương trình thủy công trang thiết bị điện… nhằm đảm bảo lấy nước từ nguồn nước vận chuyển bơm nước đến nơi sử dụng cần tiêu nước nơi khác 1.1.2 Các công trình hệ thống trạm bơm nước Hình 1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống công trình trạm bơm Công trình cửa lấy nước lấy nước từ nguồn (lấy từ song hồ kênh dẫn …) Công trình dẫn nước có nhiệm vụ đưa nước từ cửa lấy nước bể tập trung nước trước nhà máy bơm.Công trình dẫn nước kênh dẫn, đường ống dẫn.Trên công trình có bể lắng cát.Công trình kênh đãn nước vào bể tập trung nước Bể tập trung nước nằm trước nhà máy bơm, có nhiệm vụ nối tiếp đường dẫn với công trình nhận nước (bể hút) Của nhà máy cho thuận dòng.Công trình nhận nước (bể hút) lấy nước từ bể tập trung cung cấp nước cho ống hút ống tự chảy vào máy bơm Nhà máy bơm 5, nơi đặt tổ máy bơm thiết bị phụ điện Đường ống áp lực (ống đẩy) 6, đưa nước từ máy bơm lên công trình tháo Công trình tháo (bể tháo) nhận nước từ ống đẩy, làm ổn định mực nước phân phối nước cho kênh dẫn công trình nhận nước Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa 1.1.3 GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Cấu trúc trạm bơm Các thiết bị trạm bơm gồm có : thiết bị khí thủy lực thiết bị lượng chính: Các thiết bị khí thủy lực trạm bơm đảm bảo cung cấp đủ nước (hoặc tiêu nước) tương ứng với biểu đồ lưu lượng yêu cầu Thành phần thiết bị gồm có: tổ máy cụm thiết bị tham gia trực tiếp vào qúa trình công nghệ bơm nước theo biểu đồ lưu lượng định như: máy bơm chính, thiết bị đường ống áp lực ( van, thiết bị an toàn, van ngược ) Các thiết bị lượng trạm bơm nhằm đảm bảo làm việc máy bơm chính, gồm có: động để kéo máy bơm thiết bị để truyền công suất từ trục động cho trục bơm Kiểu nhãn hiệu máy bơm chọn dựa vào kết tính toán kinh tế - kỹ thuật, luận chứng tính hợp lý việc sử dụng trạm bơm Việc tính toán không chỉ riêng giá thành trạm mà phải tính đến chi phí vận hành năm trạm Đối với trạm bơm tưới tiêu trạm bơm cấp nước nông thôn thông thường sử dụng máy bơm cánh quạt Các máy bơm chọn cần phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Đảm bảo cấp đủ lưu lượng nước theo biểu đồ định suốt mùa với mức an toàn kinh tế cao - Làm việc với hiệu suất cao chế độ làm việc - Có kích thước khối lượng nhỏ nhất; - Có khả phòng chống khí thực tốt để cao trình đặt máy bơm cho phép việc xây dựng trạm bơm với chi phí nhỏ - Tiện lợi lắp đặt vận hành, dễ sữa chữa - Có khả chống nước xâm thực - Máy bơm sản xuất hàng loạt nhắm giá rẽ tiến độ lắp ráp nhanh Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Tất nhiên chọn máy bơm đồng thời thỏa mãn yêu cầu nêu thường khó, mỗi trường hợp cụ thể cần dựa vào yêu cầu quan trọng cho hiệu tốt kinh tế - kỹ thuật cho xây dựng vận hành trạm 1.1.4 Trang bị điện trạm bơm Trong trạm bơm, thiết bị động lực trực tiếp làm nhiệm vụ bơm nước mà biết, có thiết bị phụ Nhóm thiết bị phụ gồm có: trang thiết bị khí, hệ thống cấp nước kỹ thuật, hệ thống tiêu nước, hệ thống cấp dầu, hệ thống cấp khí nén, thiết bị tạo chân không, hệ thống cứu hỏa, hệ thống cấp nước uống sản xuất, hệ thống thông gió, thiết bị kiểm tra - đo lường Các thiết bị có nhiệm vụ đảm bảo cho trạm bơm làm việc bình thường, tránh cố, kiểm tra bảo vệ công trình thiết bị làm việc tránh tải vv Các thiết bị phụ cần thỏa mãn yêu cầu sau: - Bảo đảm vận hành tiện lợi an toàn, giá thành rẻ; - Khi tiến hành sữa chữa công trình tổ máy cụm thiết bị hệ thống thiết bị phụ việc vận hành trạm bình thường không bị trỡ ngại Trang thiết bị khí Các trang thiết bị khí trạm bơm gồm loại sau: - Các cửa van, lưới chắn với phần chi tiết lắp đăt, dịch chuyển chúng - Các thiết bị nâng hạ tĩnh di động với móc, cần kéo dầm ngang - Các máy vớt rác dọn rác để làm lưới chắn rác - Các xe chuyển thiết bị vật liệu Thành phần kết cấu thiết bị khí chủ yếu phụ thuộc vào quy mô trạm bơm, biên độ giao động mực nước nguồn khả tồn đọng vật Mô hình trạm bơm có tổ máy bơm Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Hình 1.2 Trạm bơm với máy bơm: 1- Ống hút; 2- Máybơm; 3- Ống đẩy 1.2 Đặc tính làm việc máy bơm làm việc song song 1.2.1.Hai bơm đặc tính làm việc song song Hình 1.3: Đặc tính làm việc song song hai máy bơm giống Ta xét hai máy bơm đặc tính Q –H làm việc song song đường ống.khi cột áp tổng cộng Htc hệ thống cột áp bơm: Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Htc=H1=H2=H3= = Hn Lưu lượng tổng cộng tổng lưu lượng bơm cung làm việc: Qtc=Q1+Q2+ +Qn Do xây dựng đường đặc tính tổng cộng chỉ cần nhân đôi hoành độ (lưu lượng) tung độ (cột áp)thì giữ nguyên Trên đồ thị để tìm điểm C đường đặc tính tổng cộng Q-H(1+2) lấy ac=2ab,tương tự ta tìm đường đặc tính tổng cộng Q-H(1,2) Giao điểm đường đặc tính đường ống DE đường đặc tính tổng cộng QH(1=2) điểm làm việc bơm ghép song song,hoành độ cho lưu lượng tổng cộng Q(1=2) tung độ cho cột áp tổng cộng H(1=2).Từ điểm số kẻ đường song song với trục hoành,đường cắt đường đặc tính máy bơm Q-H1,2 điểm số cho lưu lượng Q1,cột áp H1 bơm làm việc song song hệ thống Từ đồ thị ta thấy: H(1=2)=H1=H2 Q1=Q2=Q(1=2)/2 Từ điểm kẻ đường song song với trục tung điểm 3&4 cho công suất hiệu suất bơm làm việc song song hệ thống Giao điểm đường đặc tính bơm Q-H1,2với đường ống xác định điểm làm việc bơm hệ thống cho lưu lượng Q2,cột áp H Từ điểm số kẻ đường song song với trục tung điểm 6&7 xác định công suất hiệu suất bơm làm việc riêng rẽ Từ đồ thị ta thấy: 2Q1=Q(1+2)[...].. .Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Khi 2 bơm cùng làm việc Điểm 1 và 2 là điểm làm việc riêng rẽ của 2 bơm trong hệ thống cho lưu lượng tương ứng là Q1 và Q2 Điểm 1’ và 2’ là 2 điểm làm việc của từng bơm khi chúng làm việc song song trong hệ thống cho lưu lượng của bơm 1 là Q’1 và bơm 2 là Q’2 Từ đồ thị ta thấy : Q’1 +Q’2 = Q (1+2) < Q1 + Q2 Tức là lưu lượng tổng cộng của 2 bơm. .. ghép các bơm trong trường hợp thật cần thiết Điện 4 – K7 – Nhóm 9 11 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Chương 2 :Thiết kế hệ thống trạm bơm, tính chọn thiết bị 2.1 Xây dựng phương án làm việc 2.1.1 Thuyết minh nguyên lí làm việc của hệ thống Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển bơm tưới tiêu Chế độ tưới: Chế độ 1: Ấn Mode 1, thực hiện chế độ bơm dài hạn, cả 4 tổmáy bơm cùng hoạt... Cấp điện cho máy bơm Pump1 K3 Q0.1 Cấp điện cho máy bơm Pump2 K4 Q0.2 Cấp điện cho máy bơm Pump3 K5 Q0.3 Cấp điện cho máy bơm Pump4 Điện 4 – K7 – Nhóm 9 Chức năng 19 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn b, Sơ đồ đấu dây START K2 STOP S1 S2 S3 M1 M2 M3 ̰ I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 S7_200 Q1.0 24 VDC K3 K4 K5 K1 220VAC M L Hình 2.8 Sơ đồ đấu dây PLC... Khi bơm ở chế độ 2, thích hợp cho tưới hàng ngày khi cánh đồng trồng rau màu, cần hàng ngày tưới 1 lần vào buổi chiều tối hoặc sáng sớm Với chế độ bơm 3thích hợp cho việc giữ mực nước duy trì cho cây lúa trong thời kì đẻ nhánh và làm đòng Chế độ tiêu lụt: ngoài sông luôn có 1 cảm biến mức báo lũ lụt khi mực nước ngoài sông dâng cao, ảnh hưởng đe dọa đến hệ thống đê chắn, thì tổ máy bơm tự động bơm. .. trong bài làm là PLC S7-200 CPU 224 2.3 Sơ đồ đấu dây 2.3.1 Sơ đồ mạch động lực L1 L2 L3 Điện 4 – K7 – Nhóm 9 Pump1 17 Pum2 Pum3 Pum4 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn CD CC Rn K1 K2 K3 Hình 2.7 Sơ đồ mạch động lực 2.3.2 Sơ đồ mạch điều khiển a, Bảng địa chỉ Đầu vào Địa chỉ START I0.0 Điện 4 – K7 – Nhóm 9 Chức năng Khởi động hệ thống 18 K4 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S... lượng của 2 bơm khi chúng làm việc riêng rẽ trong hệ thống Công suất và hiệu suất của bơm cũng được xác định giống như trường hợp 2 bơm cùng đặc tính ghép song song Ta dùng nguyên tắc dựng đường đặc tính tổng cộng của các bơmkhác đặc tính ghép song song để xây dựng đường đặc tính chung của các bơm cùng đặc tính khi có một trong số chúng được điều chỉnh lưu lượng Việc vận hành hệ thống các bơm có đặc... đồ đấu dây PLC Điện 4 – K7 – Nhóm 9 20 ̰~ Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển và giám sát 3.1 Chương trình điều khiển hệ thống máy bơm Điện 4 – K7 – Nhóm 9 21 Đồ án chuyên môn tự động hóa Điện 4 – K7 – Nhóm 9 GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn 22 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn 3.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống Hình 3.1 Mô hình mô... thực hiện chế độ bơm dài hạn, cả 4 tổmáy bơm cùng hoạt động bơm nước từ sông vào kênh dẫn Khi cảm biến báo đầy trên kênh dẫn, tổ bơm Điện 4 – K7 – Nhóm 9 12 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn tự động ngắt, khi mức nước trên kênh dẫn xuống mức cạn thì máy bơm lại tiếp tục chạy, duy trì cho kênh dẫn luôn có nước chảy vào cánh đồng.Không giới hạn số lần đầy kênh và cạn kênh Khi nào... Mode 2 thực hiện bơm như chế độ 1, nhưng chỉ cho phép trạm bơm chạy trong 1 lần đầy kênh dẫn( cảm biến báo đầy) thì dừng lại Chế độ 3: Ấn Mode 3 thực hiện chế độ bơm như chế độ 2, nhưng sẽ có giới hạn 2 lần đầy kênh dẫn Khởi động hệ thống bằng nút Start, dừng hệ thống ta ấn nút Stop Sự khoa học của các chế độ: Khi bơm chế độ 1, thích hợp cho mùa vụ đổ ải gieo cấy Cần nhiều nước và lịch bơm trong nhiều... 9 13 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Hình 2.2 Cảm biến siêu âm ● Thông số kỹ thuật: - Tần số siêu âm: (70 kHz) - Dải đo: 0,6÷15m - Sai số: ± 1 cm (18 ~ 30°C, 860÷1060 hPa) - Nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 80°C - Nguồn điện: 20÷36 Vdc - Đầu ra: 4÷20 mA 2.2.2 Động cơ máy bơm Điện 4 – K7 – Nhóm 9 14 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Hình 2.3 Động cơ máy bơm ... làm tủ điện Điện – K7 – Nhóm 16 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn 2.2.5 PLC Hình 2.6 PLC S7-200 -PLC S7-200 loại PLC cỡ nhỏ công ty Siemens Cấu trúcS7-200 gồm1CPUvàcácmodulemởrộngchonhiềuứngdụngkhácnhau.S7-200gồm... 15 2.2.5 PLC 16 2.3 Sơ đồ đấu dây . 17 2.3.1 Sơ đồ mạch động lực 17 2.3.2 Sơ đồ mạch điều khiển . 17 Chương Thiết kế hệ thống điều khiển 3.1 Xây dựng hệ thống... gồm1CPUvàcácmodulemởrộngchonhiềuứngdụngkhácnhau.S7-200gồm nhiềuloại:CPU221,222,224,226….cónhiềunhất7modulemởrộngkhicónhu cầu: tổng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng ( AS-I, Profibus) Sử dụng làm PLC S7-200 CPU 224