Trang bị điện và truyền thông trong mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng

LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin truyền thông – Đại học Thái Nguyên nói chung thầy cô giáo Khoa Công nghệ Tự động hóa nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới ThS ĐỖ THỊ MAI, cô tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Trong trình làm việc với cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập làm việc sau Sau em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè động viên, góp ý, giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp Do thời gian hoàn thành đồ án có giới hạn nên không tránh khỏi thiếu sót nên em mong đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thảo LỜI CAM ĐOAN Em – Nguyễn Thị Thảo - cam kết ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP công trình nghiên cứu thân em hướng dẫn ThS ĐỖ THỊ MAI Các kết nêu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP trung thực, không chép toàn văn công trình khác, sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật nhà trường Thái Nguyên, tháng năm 2016 Người cam đoan Nguyễn Thị Thảo MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu SCADA 1.1.1 Khái quát chung SCADA 1.1.2 Sự phân cấp quản lý hệ thống SCADA 1.1.3 Phần cứng hệ thống SCADA 1.1.4 Phần mềm hệ thống SCADA 1.1.5 Truyền tin hệ SCADA 1.2 Thiết bị điều khiển cấp trường 1.2.1 Cảm biến 8 1.2.2 Cơ cấu chấp hành 14 1.3 Thiết bị cấp điều khiển 17 1.4 Thiết bị cấp giám sát 21 CHƯƠNG 2: TRANG BỊ ĐIỆN VÀ TRUYỀN THÔNG CHO MÔ HÌNH HỆ THỐNG HỒI LƯU NƯỚC NÓNG DÂN DỤNG 2.1 Hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng 23 23 2.1.1 Tổng quan 23 2.1.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống 25 2.1.3 Quy trình hoat động hệ thống 26 2.1.4 Sơ đồ khối hệ thống mô hình hồi lưu nước nóng dân dụng 2.2 Thiết kế mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng 27 26 2.2.1 Phân tích yêu cầu trang bị điện cho mô hình hồi lưu nước nóng dân dụng 28 2.2.2 Lựa chọn thiết bị 28 2.3 Thiết kế mô hình mach điện cho hệ thống mô hình hồi lưu nước nóng dân dụng 42 2.3.1 Sơ đồ cung cấp điện cho toàn hệ thống 2.3.2 Sơ đồ đấu nối chi tiết 42 43 2.3.3 Sơ đồ kết nối thiết bị hệ thống hồi lưu nước nóng 2.3.4 Mạng Ethernet 47 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các thành phần hệ thống SCADA Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức hệ thống điều khiển giám sát Hình 1.3 Cấu trúc phần mềm hệ thống điều khiển giám sát SCADA Hình 1.4 Cấu tạo cặp nhiệt điện Hình 1.5 Cặp nhiệt điện 9 Hình 1.6 Cấu tạo nhiệt điện trở RTD10 Hình 1.7 Cảm biến nhiệt điện trở RTD 10 Hình 1.8 Cấu tạo bán dẫn 10 Hình 1.9 Sơ đồ đo mức theo phương pháp thủy tĩnh Hình 1.10 Cảm biến độ dẫn 11 13 Hình 1.11 Cảm biến đo mức tia xạ 14 Hình 1.13 Cấu trúc điều khiển PLC 18 Hình 1.14 Ghép nối vào/ra với PLC 18 Hình 1.15 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC 19 Hình 1.16 Mối quan hệ ngôn ngữ lập trình PLC 20 Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển hệ thống hồi nước nóng nhiều trục Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống 24 25 Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống 26 Hình 2.4 Mô hình hồi lưu nước nóng dân dụng 28 Hình 2.5 Hình ảnh dây may-so 28 Hình 2.6 Relay trung gian 29 Hình 2.7 Sơ đồ khối Relay trung gian 30 Hình 2.8 Cảm biến đo nhiệt độ NTC-MF58 31 Hình 2.9 Mạch cấp tín hiệu dạng điện áp (V) analog cho PLC MCU xử lý 31 Hình 2.10 Van điện chiều 33 Hình 2.11 Cấu tạo van 33 Hình 2.12 Van thường mở vị trí 33 Hình 2.13 Động bơm mini 12 VDC 40 Hình 2.14 Cảm biến phao 41 Hình 2.15 Bộ nguồn 41 Hình 2.16 PLC S7-1200, CPU 1214C DC/DC/DC 42 Hình 2.17 Sơ đồ cung cấp nguồn điện cho hệ thống 43 Hình 2.21 Sơ đồ cung cấp nguồn cho PLC Hình 2.22 Sơ đồ kết nối PC-PLC 47 Hình 2.23 Tiết diện ngang cáp STP 48 47 Hình 2.24 Cáp đôi dây xoắn STP 48 Hình 2.25 Giao thức UART 48 Hình 2.26 Mã hóa bit Manchester II 49 Hình 2.27 Hộp thoại “Add new device” 50 Hình 2.28 Cổng mạng Ethernet 50 Hình 2.29 Gán địa IP cho CPU Hình 2.30 Gán địa cho PC 51 51 Hình 2.31 Kết nối PC-PLC 52 Hình 2.32 Kết nối PLC-HMI52 Hình 2.33 Kết nối mạng trực tuyến hệ thống Hình 2.34 Hộp thoại “Accessible device” 53 53 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các thông số kĩ thuật dây may-so 29 Bảng 2.2: Các thông số kỹ thuật relay trung gian 29 Bảng 2.3: So sánh thiết bị cảm biến đo nhiệt độ 30 Bảng 2.4: Các thông số kỹ thuật cảm biến đo nhiệt độ NTC-MF58 Bảng 2.5: Bảng giá trị tương ứng RT cảm biến NTC-MF58 Bảng 2.6: Các thông số kỹ thuật van điện từ 33 Bảng 2.7: Các thông số kỹ thuật động bơm 40 Bảng 2.8: Các thông số kỹ thuật cảm biến phao 41 32 31 LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ ứng dụng tất lĩnh vực sống Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật để tăng suất lao động, tiết kiệm chi phí, lượng đáp ứng yêu cầu ngày cao người cần thiết, bên cạnh khoa học kĩ thuật ứng dụng lớn sống hàng ngày công nghiệp sản xuất quân sự…Đặc biệt công nghiệp, khoa học kỹ thuật ngày phát triển mạnh mẽ như: Hệ thống cảm biến, hệ thống chuyển động linh hoạt, hệ thống điều khiển thông minh… Xuất phát từ tình hình thực tế việc sử dụng nước nóng tòa nhà cao tầng, khách sạn vừa nhỏ, em nghiên cứu thực đề tài: “Trang bị điện truyền thông mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng” Đây phần việc xây dựng hệ thống nước nóng dân dụng , em mong với đề tài em củng cố kiến thức học trường ứng dụng sản xuất Trong thời gian thực đồ án thời gian làm có hạn kiến thức thân hạn chế, với nỗ thân, với hướng dẫn tận tình Cô giáo hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình bạn bè, em hoàn thành yêu cầu đặt đồ án Trong đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý, bảo thầy, cô giáo để hoàn thành đồ án với kết tốt Một lần em xin chân thành cảm ơn Cô giáo hướng dẫn: Th.S Đỗ Thị Mai, thầy cô giáo môn bạn bè giúp đỡ em hoàn thành đồ án Thái nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Thị Thảo 10 Hình 2.25 Giao thức UART Bit khởi đầu (Start bit) bit kết thúc (Stop bit) Các bit ký tự truyền theo thứ tự từ bit thấp (LSB) tới bit cao (MSB) Giá trị bit chẵn lẻ P phụ thuộc vào cách chọn: + Nếu chọn parity chẵn, P tổng số bit chẵn + Nếu chọn parity lẻ, P tổng số bit lẻ - Phương pháp mã hóa: Manchester II quy định lớp mô hình OSI Đây phương pháp điều chế pha xung, tham số thông tin thể qua sườn xung Bit mã hóa sườn lên, bit sườn xuống xung chu kỳ bit T, ngược lại (Manchester-II) Hình 2.26 Mã hóa bit Manchester II - Mạng LAN LAN (viết tắt từ tên tiếng Anh Local Area Network, "mạng máy tính cục bộ") hệ thống mạng dùng để kết nối máy tính phạm vi nhỏ (nhà ở, phòng làm việc, trường học, …) Các máy tính mạng LAN chia sẻ tài nguyên với nhau, mà điển hình chia sẻ tập tin, máy in, máy quét số thiết bị khác - Gán địa cho PC: + Địa IP: 192.168.0.3 - Gán địa cho PLC: + Địa IP: 192.168.0.1 68 + Địa MAC: 00-1C-06-17-28-41 - Gán địa cho HMI: + Địa IP: 192.168.0.2 - Switch: Ứng dụng hệ thống SCADA thành phần tạo nên bus truyền thông PN/IE_1: Môi trường truyền nhận tín hiệu truyền song song ( truyền nhận liệu đồng thời ) Mỗi thiết bị kết nối với Switch cần yêu cầu có địa IP để xác định địa xác truyền nhận liệu: VD: 192.168.1.x với 192.168.1 thành phần địa chung subnet – bus truyền thông (chung cho tất thiết bị kết nối bus truyền ), x địa cụ thể thiết bị kết nối bus truyền (x có giá trị từ 255 ) Chúng ta chọn tùy ý giá trị không trùng với thiết bị khác Tuy nhiên, số kết nối bus truyền (số thiết bị kết nối bus truyền thông PN/IE_1) phụ thuộc vào số cổng kết nối Switch VD: Switch có cổng kết nối với thiết bị khác để tạo thành mạng LAN PN/IE_1) - Cấu hình mạng Các bước cấu hình mạng: Bước 1: Chọn CPU 1214C DC/DC/DC Việc lựa chọn CPU từ hộp thoại “Add new device” tạo đỡ (rack) CPU 69 Hình 2.27 Hộp thoại “Add new device” Bước 2: Tạo subnet - Click vào PLC_1 CPU 1214C DC/DC/DC - Chọn Device configuration, click vào biểu tượng Hình 2.28 Cổng mạng Ethernet Bước 3: Gán địa IP - Gán địa IP cho CPU: 70 để gán địa IP Hình 2.29 Gán địa IP cho CPU  Gán địa cho PC: + Vào biểu tượng mạng + Click vào Open Network and Sharing Center + Connection -> click Wireless network connection + Properties -> click Internet Protocol Version 4( TCP/IP) + Địa IP: 71 Hình 2.30 Gán địa cho PC - Kết nối PC-PLC Click vào Network view 72 Hình 2.31 Kết nối PC-PLC - Kết nối PLC-HMI Click vào Network view: 73 Hình 2.32 Kết nối PLC-HMI Bước 4: Go online 74 Hình 2.33 Kết nối mạng trực tuyến hệ thống Bước 5: Hiển thị thiết bị truy cập Thiết bị truy cập tất thiết bị kết nối tới giao diện thiết bị lập trình/PC bật on Để hiển thị thiết bị truy cập, thực theo bước sau: + Chọn “Online & Diagnostics” Portal view + Click vào “Accessible device” 75 Hình 2.34 Hộp thoại “Accessible device” KẾT LUẬN Sau thời gian thực đồ án, nghiên cứu, tham khảo tài liệu với giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy cô, bạn bè khoa Công nghệ tự động hóa em đạt kết sau: - Về mặt lý thuyết: +Hiểu cách tổng quan hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng +Nguyên lý thiết bị cấp trường, cấp điều khiển, cấp giám sát hệ thống SCADA + Hiểu tổng quan PLC S7-1200 +Áp dụng từ lý thuyết vào thực tế trình xây dựng mô hình,kết nối trang thiết bị điện, điều khiển theo yêu cầu toán đề ra: Điều khiển van, động bơm, xử lý tín hiệu analog cảm biến , 76 giám sát mô hình qua HMI - Sản phẩm đạt được: + Sơ đồ trang bị điện mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng + Các sơ đồ đấu nối với PLC với thiết bị ngoại vi + Cấu hình mạng Profinet - Hạn chế: + Đề tài dừng lại mức mô hình + Hệ thống đơn giản, tồn sai số Hướng phát triển đề tài: Đây đề tài có tính ứng dụng caotrong thực tế Nếu thực nghiên cứu chuyên sâu có thể: - Xây dựng thêm hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu SCADA hệ thống pha nước nóng – lạnh cho tòa nhà cao tầng khách sạn - Xây dựng hệ thống điều khiển hồi lưu nước nóng công nghiệp ( động bơm, van chiều thiết bị công suất lớn.) - Phát triển thêm ứng dụng kiểm soát lưu lượng bơm, đo lường giám sát chất lương nguồn nước cấp cho phù hợp với yêu cầu thực tế Do kiến thức thực tế thân có hạn lần đầu làm mô hình thực với PLC nên báo cáo em nhiều hạn chế, mô hình nhiều khuyết điểm hay cách giải vấn đề chưa tối ưu Mong thầy cô bạn bè đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Một lần em xin cảm ơn cô giáo ThS Đỗ Thị Mai tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO (THEO MẪU) [1] Khoa công nghệ tự động hóa, Bài giảng môn kỹ thuật lập trình công nghiệp, 2014 [2] Phan Quốc Thô- Nguyễn Đức Chiến, Giáo trình cảm biến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 [3] Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [4] Nguyễn Thị Hiền, Bài giảng Hệ thống điện công nghiệp, Trường đại học CNTT&TT Thái Nguyên, 2014 [5] Vũ Quang Hồi, Trang bi điện – điện tử máy công nghiệp, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2007 [6] Giáo trình AutoCad bản, Bộ môn hình họa - Vẽ kỹ thuật Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2006 78 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… .……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 79 ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Thái Nguyên, ngày tháng 2016 Giáo viên hướng dẫn 80 năm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… .……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 81 ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Thái Nguyên, ngày tháng 2016 Giáo viên phản biện 82 năm ... đồ khối hệ thống mô hình hồi lưu nước nóng dân dụng 2.2 Thiết kế mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng 27 26 2.2.1 Phân tích yêu cầu trang bị điện cho mô hình hồi lưu nước nóng dân dụng 28... THÔNG CHO MÔ HÌNH HỆ THỐNG HỒI LƯU NƯỚC NÓNG DÂN DỤNG 2.1 Hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng 23 23 2.1.1 Tổng quan 23 2.1.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống 25 2.1.3 Quy trình hoat động hệ thống 26 2.1.4... tài: Trang bị điện truyền thông mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng Đây phần việc xây dựng hệ thống nước nóng dân dụng , em mong với đề tài em củng cố kiến thức học trường ứng dụng sản