Đồ án chuyên môn tự động hóa: Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm tưới tiêu

MỤC LỤC Chương 1 Tổng quan hệ thống bơm tưới tiêu 1.1 Giới thiệu chung về các loại máy bơm nước 4 1.1.2 Các công trình hệ thống máy bơm 4 1.1.3 Cấu trúc trạm bơm 5 1.1.4 Trang bị điện trong trạm bơm 6 1.2 Đặc tính máy bơm làm việc song song 7 Chương 2 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 cơ 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 3 Thiết kế hệ thống điều khiển 3.1 Xây dựng hệ thống điều khiển 21 3.2 Xây dựng chương trình mô phỏng 22 3.3 Đánh giá kết luận 22

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 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 và tính chọn các thiết bị liên quan Xây dựng hệ điều khiển và 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 1.1.1 Giới thiệu chung trạm bơm nước Khái niệm 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 chính trạm bơm gồm có : các thiết bị khí thủy lực chính và các thiết bị về lượng chính: Các thiết bị khí thủy lực chính của trạm bơm đảm bảo cung cấp đủ nước (hoặc tiêu nước) tương ứng với biểu đồ lưu lượng yêu cầu Thành phần của thiết bị này gồm có: các tổ máy hoặc các cụm thiết bị tham gia trực tiếp vào qúa trình công nghệ bơm nước theo biểu đồ lưu lượng đã định như: các máy bơm chính, các thiết bị đường ống áp lực ( van, thiết bị an toàn, van ngược ) Các thiết bị lượng chính của trạm bơm nhằm đảm bảo làm việc của các máy bơm chính, gồm có: động để kéo máy bơm chính và các thiết bị để truyền công suất từ trục động cho trục bơm chính Kiểu và nhãn hiệu của máy bơm chính được chọn dựa vào kết quả tính toán kinh tế - kỹ thuật, luận chứng được tính hợp lý của việc sử dụng nó trạm bơm Việc tính toán không chỉ riêng về giá thành của trạm mà còn phải tính cả đến chi phí vận hành năm của trạm Đối với trạm bơm tưới và tiêu cũng trạm bơm cấp nước nông thôn thông thường sử dụng máy bơm cánh quạt Các máy bơm chính được chọn cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Đảm bảo cấp đủ lưu lượng nước theo biểu đồ đã định suốt mùa với mức an toàn và kinh tế cao - Làm việc với hiệu suất cao mọi chế độ làm việc - Có kích thước và khối lượng nhỏ nhất; - Có khả phòng chống khí thực tốt nhất để cao trình đặt máy bơm cho phép việc xây dựng trạm bơm với chi phí nhỏ nhất - Tiện lợi lắp đặt và vận hành, dễ sữa chữa - Có khả chống được nước xâm thực - Máy bơm đã được sản xuất hàng loạt nhắm giá rẽ và tiến độ lắp ráp nhanh Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Tất nhiên chọn được một máy bơm đồng thời thỏa mãn các yêu cầu nêu thường là khó, bởi vậy mỗi trường hợp cụ thể cần dựa vào những yêu cầu quan trọng nhất cho hiệu quả tốt nhất về kinh tế - kỹ thuật cho xây dựng và vận hành trạm 1.1.4 Trang bị điện trạm bơm Trong trạm bơm, ngoài những thiết bị động lực chính trực tiếp làm nhiệm vụ bơm nước mà chúng ta đã biết, còn có những thiết bị phụ Nhóm thiết bị phụ gồm có: các 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 và sản xuất, hệ thống thông gió, các thiết bị kiểm tra - đo lường Các thiết bị này có nhiệm vụ đảm bảo cho trạm bơm làm việc bình thường, tránh sự cố, kiểm tra bảo vệ công trình và thiết bị làm việc tránh quá tải vv Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Các thiết bị phụ cần thỏa mãn những yêu cầu sau: - Bảo đảm vận hành tiện lợi và an toàn, giá thành rẻ; - Khi tiến hành sữa chữa công trình và các tổ máy chính cũng các cụm thiết bị của hệ thống thiết bị phụ thì việc vận hành trạm vẫn bình thường không bị trỡ ngại Trang thiết bị khí Các trang thiết bị khí của trạm bơm gồm những loại sau: - Các cửa van, lưới chắn cùng với phần chi tiết lắp đăt, dịch chuyển chúng - Các thiết bị nâng hạ tĩnh tại hoặc di động với các móc, cần kéo và dầm ngang - Các máy vớt rác và dọn rác để làm sạch lưới chắn rác - Các xe chuyển thiết bị và vật liệu Thành phần và kết cấu của các thiết bị khí chủ yếu phụ thuộc vào quy mô của trạm bơm, biên độ giao động mực nước nguồn và khả tồn đọng của vật nổi 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- Máy bơm; 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: Htc=H1=H2=H3= = Hn Lưu lượng tổng cộng tổng lưu lượng bơm cung làm việc: Điện – K7 – Nhóm Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Qtc=Q1+Q2+ +Qn Do xây dựng đường đặc tính tổng cộng cần nhân đôi hoành độ (lưu lượng) tung độ (cột áp) 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)[...]... Điện 4 – K7 – Nhóm 9 21 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn ̰ Q1.0 K1 START STOP S1 S2 S3 M1 M2 M3 24 VDC Điện 4 – K7 – Nhóm 9 220VAC 22 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Hình 2.8 Sơ đồ đấu dây PLC 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 23 Đồ án chuyên môn tự động hóa Điện 4 – K7... năng 19 K4 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Mode 3 I0.7 Đầu ra Địa chỉ K1 Q1.0 Cấp điện cho đèn báo hệ thống hoạt động K2 Q0.0 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 Chế độ 3 Chức năng 20 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn b, Sơ đồ đấu dây... Điện 4 – K7 – Nhóm 9 GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn 24 Đồ án chuyên môn tự động hóa Điện 4 – K7 – Nhóm 9 GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn 25 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 phỏng hệ thống 3.3 Đánh giá kết luận ●Đánh giá, nhận xét chung: Nhìn chung, kết quả mô phỏng trạm bơm tưới tiêu sử dụng PLC S7-200 đạt được là khá sát với thực... – K7 – Nhóm 9 14 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 Hình 2.3 Động cơ máy bơm Đặc điểm động cơ: - Thân bơm, khung động cơ: Sắt đúc Động cơ cảm ứng 2... ứng 2 cực: 3 pha 240/400V - 50hz Điện 4 – K7 – Nhóm 9 15 Đồ án chuyên môn tự động hóa - GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Lưu lượng: max 240 m3/h Cột áp: Max 59,6m 2.2.3 Rơle nhiệt Hình 2.4 Rơ le nhiệt - Dòng tác động bảo vệ 15/22/29/35/42/54A - Sử dụng cho các contacto: S-N50/65/80/95 2.2.4 Công tắc tơ Điện 4 – K7 – Nhóm 9 16 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Hình 2.5 Công tắc tơ... AS-I, Profibus ) Sử dụng trong bài làm là PLC S7-200 CPU 224 2.3 Sơ đồ đấu dây 2.3.1 Sơ đồ mạch động lực Pump1 Pum2 Pum3 Pum4 L1 L2 L3 CD Điện 4 – K7 – Nhóm 9 18 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn 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 Khởi động hệ thống STOP_ I0.1 Dừng hệ thống S1 I0.2 Cảm biến mức báo mức... 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 tính khác nhau tương đối phức tạp nên chỉ ghép các bơm trong trường hợp thật cần thiết Điện 4 – K7 – Nhóm 9 12 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 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 tổ máy bơm cùng hoạt động bơm nước từ sông vào kênh dẫn Khi cảm biến báo đầy trên kênh dẫn, tổ bơm 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.. .Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn 1.2.3 Bốn bơm cùng đặc tính làm việc song song Từ đường đặc tính ta thấy khi số lượng bơm làm việc song song tăng lên thì lưu lượng giảm dần theo sự tăng số máy bơm. Khi mở thêm bơm thứ 4 thì sự tăng lưu lượng của hệ thống không đáng kể so với trường hợp 2 hoặc 3 bơm cùng làm việc Như vậy khi ghép song song nhiều bơm thì hiệu quả... Nhóm 9 13 Đồ án chuyên môn tự động hóa GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn Chế độ 2: Ấn 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