ĐIỀU KHIỂN BƠM TIÊU NƯỚC SỬ DỤNG PLC S7200

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ™™™ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN BƠM TIÊU NƯỚC SỬ DỤNG PLC S7-200 Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN DUY LONG Sinh viên thực hiện: HOÀNG VĂN MẠNH 1631040361 Là NGỌC LINH 1631040402 ĐỖ CAO KỲ 1631040397 NGUYỄN VIẾT ĐỆ 1631030386 ĐINH TIẾN ĐẠT 1631040409 Hà Nội - 2016 Nội dung đề tài: Điều khiển hệ thống bơm tiêu nước sử dụng PLC S7-200 điều khiển biến Hệ thống bớm tiêu nước gồm: - Cảm biến mức thấp : I0.0 - Cảm biến mức trung bình : I0.2 - Cảm biến mức cao : I0.2 - Bơm : Q0.0 - Bơm :Q0.1 - Đèn báo mức cao : Q0.2 Yêu cầu công nghệ: - Khi mức nước dâng lên mức trung bình chạy bơm Q0.0 - Khi mức nước dâng lên mức cao chạy bơm Q0.1 đèn báo mức cao Q0.2 - Khi mức nước tụt xuống mức cao tắt đèn báo mức cao Q0.2 - Khi mức nước tụt từ mức cao xuống mức trung bình dừng bơm 2: Q0.1 - Khi mức nước tụt từ mức trung bình xuống mức thấp dừng bơm MỤC LỤC 1.1.Mục đích .6 1.1.2 Mục tiêu đề tài 1.1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2 Phương pháp đo mức nước 1.3 Tìm hiểu PLC S7 200 1.3.1 Khái quát PLC S7 200 .7 1.3.2 Giới thiệu module Analog 11 1.4 S7-200 PC Access 19 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 20 2.1 Lựa chọn thiết bị .20 2.1.1 Biến tần MM440 20 .20 .23 2.1.2 Cài đặt thông số biến tần MM440 .23 2.1.2 Chọn Cảm biến đo mức nước .24 2.1.3 Chọn động .26 2.2 Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây .26 2.2.1 Sơ đồ khối 26 2.2.2 Sơ đồ đấu dây 27 2.4 Chương trình điều khiển 29 2.5 Thiết kế giao diện giám sát Wincc 7.0 .31 2.5.1 Giới thiệu Wincc 7.0 31 2.5.2 Cách sử dụng Wincc 7.0 31 Chương 4: Kết đề tài 36 4.1.Kết luận nội dung đề tài 36 4.2.Các hạn chế 36 4.3.Biện pháp khắc phục 36 Tài liệu tham khảo 37 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 Tự động hóa trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Tự động hóa đáp ứng đòi hỏi không ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Một sản phẩm tiên tiến PLC Ứng dụng quan trọng ngành công nghệ tự động hóa việc điều khiển, giá sát hệ thống với thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt suất, kinh tế thật cao Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng em xin phép thiết kế mạch ứng dụng PLC, biến tần “điều khiển bơm tiêu nước sử dụng PLC S7-200 ” dùng PLC điều khiển biến tần Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo khoa điện, bạn lớp Điện 4/ K16 đặc biệt giảng viên Đỗ Duy Long - giảng viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người trực tiếp giảng dạy cho em kiến thức để hoàn thành đồ án môn học Mong thầy góp ý để em hoàn thành tập lớn tốt sau Em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Mục đích 1.1.1 Mục đích chọn đề tài Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường sử dụng khu công nghiệp, khu dân cư, chung cư, khách sạn tòa nhà cao tầng, hệ thống phân phối nước mạng lưới cấp nước sinh hoạt, trạm cấp nước nông thông… Các trạm bơm nước phổ biến thiết kế theo phương pháp truyền thống với đặc điểm bơm khởi động trực tiếp sao/ tam giác tất động hoạt động tốc độ định mức Phương pháp có nhược điểm tổn hao điện lớn khó kiểm soát lưu lượng đường ống Trên sở kiến thức trang bị ghế nhà trường, dựa vào tính ưu việt PLC biến tần Em xin lựa chọn đề tài “ điều khiển bơm tiêu nước sử dụng PLC S7-200 ” với chức giống với hệ thống biến tần đa bơm 1.1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài điều khiển bơm tiêu nước sử dụng PLC S7-200 điều khiển với biến tần, hệ thống bơm dựa tín hiệu mà cảm biến mức nước bể chứa đặt trước ngưỡng định báo biến tần 1.1.3 Giới hạn nghiên cứu đề tài Do kiến thức, thời gian, kinh nghiệm thực tế hạn chế nên đề tài thực dạng thiết kế mô hình với bơm có công suất nhỏ kết hợp với cảm biến đo mức nước 1.1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Điều khiển tự động xu phát triển tất yếu lĩnh vực công nghiệp sinh hoạt ưu điểm vượt trội Ở hệ thống điều khiển tự động có quy mô vừa lớn PLC sử dụng làm thiết bị điều khiển cho toàn hệ thống Kết hợp xây dựng hệ thống điều khiển tự động với thiết bị điện tử công suất có ý nghĩa khoa học lớn việc xây dựng hệ thống tự động hoàn chỉnh chức lẫn hiệu kinh tế Đề tài “điều khiển bơm tiêu nước sử dụng PLC S7-200” xây dựng mô hình kết hợp PLC với biến tần để điều khiển lưu lượng nước bể chưa cách tối ưu 1.2 Phương pháp đo mức nước Hiện có rấ nhiều loại cảm biến đo mức nước, tùy vào ứng dụng, mục đích sử dụng khác có loại cảm biến đo mức phù hợp điều chắn phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trường, nhiệt độ, vị trí lắp đặt, điện tích lắp đặt - cảm biến đo mức nước dạng phao - cảm biến đo mức nước dạng phao tuyến tính - cảm biến đo mức nước dạng quang - cảm biến đo mức nước dạng siêu âm 1.3 Tìm hiểu PLC S7 200 1.3.1 Khái quát PLC S7 200 a.Giới thiệu PLC - PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC xếp vào họ máy tính, sử dụng ứng dụng công nghiệp thương mại S7-200 thiết bịcủa hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul có modul mở rộng - Toàn nội dung chương trình lưu nhớ PLC, trường hợp dung lượng nhớ không đủ ta sử dụng nhớ để lưu chương trình liệu(Catridge ) - Dòng PLC S7-200 có hai họ 21X ( loại cũ) 22X ( loại mới), họ 21X không sản xuất nữa.Họ 21X có đời sau:210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có đời sau:221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM - PLC đặt biệt sử dụng ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi kiện - PLC có đầy đủ chức tính toán vi xử lý Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm số hàm chuyên dùng điều khiển PID, dịch chuyển khối liệu, khối truyền thông,… - PLC có ưu điểm: + Có kích thước nhỏ, thiết kế tăng bền để chịu rung động, nhiệt, ẩm tiếng ồn, đáng tin cậy + Rẻ tiền ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp + Dễ dàng nhanh chống thay đổi cấu trúc mạch điều khiển + PLC có chức kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi + Có thể nhân đôi ứng dụng nhanh tốn Cấu trúc bên PLC Một hệ thống lập trình phải gồm có phần: Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O) Mô tả đèn báo S7-200: - SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu PLC có hỏng hóc - RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC chế độ làm việc thực chương trình nạp máy - STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC chế độ dừng, không thực chương trình có - Ix.x (đèn xanh)chỉ trạng thái logic tức thời cổng Ix.x Đèn sáng tương ứng mức logic - Qx.x (đèn xanh): trạng thái logic tức thời cổng Qx.x Đèn sáng tương ứng mức logic Cách đấu nối ngõ vào PLC: Cổng truyền thông: Chân 1: nối đất Chân 2: nối nguồn 24VDC Chân 3: truyền nhận dữliệu Chân 4: không sửdụng Chân 5: đất Chân 6: nối nguồn 5VDC Chân 7: nối nguồn 24VDC Chân 8: Truyền nhận dữliệu Chân 9: không sử dụng b Giới thiệu PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY Với đề tài em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY Thông tin: - Nguồn cấp: 85-264VAC 47-63Hz - Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm - Dung lượng nhớ chương trình: 4096 words - Dung lượng nhớ liệu: 2560 words - Bộ nhớ loại EEFROM - Có 14 cổng vào, 10 cổng - Có thể thêm vào modul mở rộng kể modul Analog 10 2.1.2 Cài đặt thông số biến tần MM440  Sau đưa tín hiệu PLC vào biến tần Ta tiến hành cài đặt số thông số nó, điều khiển tốc độ máy bơm nước  Đưa tín hiệu ngõ Role Q0.0 , Q0.1 vào chân DI1 bơm để cấp lệnh chạy biến tần  Cài đặt thông số cho biến tần điều chỉnh tốc độ máy bơm • P0300 = 1( Động không đồng bộ) • P0304 = điện áp định mức động (V) • P0305 = dòng điện định mức động (A) • P0307= công suất định mức động cơ( kW hp) Nếu P0100=0 kW, P0100=1 hp 23 • P0308 =hệ số cos ϕ định mức động • P0309= hiệu suất định mức động (%) • P0310= tần số định mức động ( Hz) • P0311= tốc độ định mức động (V/ph) • P700 =2 điều khiển đấu nối • P701= 16 điểm đặt tần số cố định + On • P1000 =2 lựa chọn điểm đặt tần số: tần số cố định • P1001= 50 Hz tần số cố định chân DI1 • P1080 = Hz(tần số nhỏ nhất) • P1082 = 50 Hz( tần số lớn nhất) • P1120 = 10s (thời gian tăng tốc) • P1121 = 10s (thời gian giảm tốc) 2.1.2 Chọn Cảm biến đo mức nước Phao báo mức nước model ILMPU5 Lắp đặt theo phương ngang thành bồn Nhờ mà dây kết nối thường không tiếp xúc với dung dịch đo Phao thiết kế có ron dày nên lắp vào thành bồn khó bị xì dung dịch bên ngoài, hoạt động với áp suất cao lên đến bar 24 Phao báo mức nước loại hoạt động theo phương nằm ngang với tiếp điểm ngỏ NO, xoay phao theo chiều ngược lại để đảo lại tiếp điểm thành NC cách dễ dàng cần Thông số kỹ thuật Phao báo mức nước, phao nhựa đo mức nước • • • • • • Vật liệu: non-toxic polypropylene Nhiệt độ: -20~80 độ C Tiếp điểm: NO/NC – 240VAC/220VDC 0.5A IP: 68 (cable output IP67) Cáp: 300mm chất liệu PVC Áp suất: bar Dạng tiếp điểm Phao báo mức nước, phao nhựa đo mức nước Phao báo mức nước có ngõ tiếp điểm nên sử dụng hầu hết dạng điện áp từ AC đến DC, từ điện áp thấp đến điện áp cao Phao báo mức dầu thay đổi tiếp điểm phao cách lắp phao ngược lại 25 2.1.3 Chọn động  Với đề tài em chọn động không đồng có thông số sau: Động không đồng pha Vihem 0.37KW Hãng sản xuất: VIHEM • Xuất xứ: Vietnam • Công suất (kW): 0.37 • Momen đầu trục cực đại (Nm): • 2.2 Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 2.2.1 Sơ đồ khối Quá trình điều khiển chủ yếu thực từ PLC PLC nhận tín hiệu từ cảm biến đo mức (được gắn thành bồn) đưa về, sau PLC sử lý tín hiệu logic, PLC định điều khiển biến tần tín hiệu ngõ Q; biến tần điều khiển cho bơm chạy dừng - Bộ điều khiển PLC: CPU 224 AC-DC-Relay Siemens dùng để nhận tín hiệu từ cảm biến đo mức chuyển đổi tín hiệu đưa PLC để xử lý, sau xử lý xong PLC suất tín hiệu để điều khiên biến tần M440 - Cảm biến đo mức nước model ILMPU5 dạng phao với tiếp điểm NO/NC đưa tín hiệu CPU S7-200 Ta dùng cổng truyền thông RS485 để kết nối PLC máy tính Nhưng cổng truyền thông máy tính RS232 lên cần phải có chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 PLC 26 2.2.2 Sơ đồ đấu dây Sơ đồ đấu dây hệ thống sau: 27 2.3 Xây dựng thuật toán Thuật toán chương trình điều khiển mức sau: ON MỨC CAO MỨC TRUNG BÌNH MỨC THẤP CHẠY BƠM CHẠY BƠM TẮT BƠM TẮT BƠM END 28 2.4 Chương trình điều khiển - CHƯƠNG TRÌNH MAIN 29 - CHƯƠNG TRÌNH CON 30 Thuyết minh nguyên lý hoạt động: Ấn nút ON Hệ thống bơm hoạy động Đèn RUN sáng - Khi mức nước dâng lên mức trung bình chạy bơm Q0.0 - Khi mức nước dâng lên mức cao chạy bơm Q0.1 đèn báo mức cao Q0.2 - Khi mức nước tụt xuống mức cao tắt đèn báo mức cao Q0.2 - Khi mức nước tụt từ mức cao xuống mức trung bình dừng bơm 2: Q0.1 - Khi mức nước tụt từ mức trung bình xuống mức thấp dừng bơm Ấn nút OFF để dừng hệ thống 2.5 Thiết kế giao diện giám sát Wincc 7.0 2.5.1 Giới thiệu Wincc 7.0 WinCC phầm mềm cho phép giao tiếp người máy (IHMI-Integrated Human Machine Interface) Với WinCC, ta lập trình xử lý cách dễ dàng cho phép ta quan sát trực quan tất khía cạnh hệ thống xử lý WinCC cung cấp giải pháp cho cấu hình:  Sử dụng công cụ chuẩn có sẵn  Sử dụng ứng dụng Windows có sẵn với WinCC DDE, OLE, ODBC ActiveX  Sử dụng Visual C++ hay Visual Basic để tự phát triển ứng dụng nhúng vào WinCC Giao diện WinCC cung cấp module hàm thích hợp với công nghiệp graphic display (màn hình đồ hoạ), messages (những thông báo), archives (văn thư lưu trữ) reports (những báo cáo) Giao diện điều khiển mạnh, tính cập nhật hình ảnh nhanh chóng hàm lưu trữ tin cậy, đảm bảo tính sẵng sàng cao Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với chức hữu hiệu cho việc điều khiển 2.5.2 Cách sử dụng Wincc 7.0 2.5.2.1 Tạo Project:  Từ Window chọn Start  Simatic  Window Control Center Cửa sổ WinCC Explorer 31  Chọn File  New click vào biểu tượng New để tạo Project Hộp thoại WinCC Explorer xuất với bốn lựa chọn:  Single_User Project: Project đơn người dùng  Multi_User Project: Project nhiều người dùng hay Project mà nhiều máy tính khác sử dụng Các máy tính phải có quyền ưu tiên ngang (đều cấp độ Server)  Muti_Client Project: nhiều người sử dụng (ở cấp độ Client) truy cập sở liệu project (ở cấp độ Server)  Open an Existing project: mở project có sẵn Hình 1: Lựa chọn kiểu Project cần tạo - Tuỳ theo ứng dụng mà bạn có lựa chọn khác Ơ ta chọn Single-User Project click chọn OK - Tiếp theo gặp hộp thoại Creat a new project, ta yêu cầu nhập tên project đường dẫn nơi lưu trữ project Project vừa tạo có tên với phần mở rộng “.mcp” (master control program) - Nên nhớ lần sau mở WinCC project tạo sau mở cách mặc định 32 2.5.2.2 Tạo Driver kết nối WinCC PLC: - Để tạo Driver từ Navigation Window WinCC Explorer ta right_click vào Tag Management chọn Add New Driver… Hình 2: Cách tạo kênh Driver kết nối Cửa sổ Add new driver lên, ta chọn loại Driver tương thích Với việc giao tiếp họ PLC SIMATIC S7 300/400 chọn kênh “SIMATIC S7 protocol Suite.CHN” Sau chọn kênh Driver xong, double_click vào kênh Driver vừa tạo tuỳ theo cấu hình mạng sử dụng ta chọn loại giao tiếp tương thích Giả sử mạng PROFIBUS chẳng hạn, ta right_click vào chọn “New Driver Connection…” Hình 3: Cách tạo Driver kết nối vào mạng tương thích 33 Hình 4: Khai báo thông số kết nối 2.5.2.3 Tạo Tag group: Tag group dùng để nhóm tag thành nhóm tag tốt *Cách tạo tag group: - Right_click vào Driver Connection vừa tạo chọn “New Group…” Hình 5: Tạo Tag Group - Trong cửa sổ Properties of tag group ta đặt tên cho tuỳ ý cho nhóm tag group cần tạo, click chọn OK 2.5.2.4 Tạo tag: - Right_click vào tag group vừa tạo chọn “New Tag…” 34 2.5.2.5 Tạo picture:  Từ Navigation Window WinCC Explorer, right_click vào Graphics Designer chọn New Picture Hình 7: Tạo Picture 35 Chương 4: Kết đề tài 4.1.Kết luận nội dung đề tài - Đề tài giúp chúng em hiểu thêm cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng … của: •Biến tần •PLC •Cảm biến mức nước •Động không đồng ba pha mà chúng em học lớp - Hiểu thêm số phần mêm: wincc7.0, Step MicroWin,… - Hiểu nguyên tắc lập trình điều khiển bơm -Đưa lưu đồ giải thuật sơ đồ khối 4.2.Các hạn chế - Chưa có điều kiện quan sát thực tiễn trạm bơn nươc thực nên kiến thức thực tế 4.3.Biện pháp khắc phục - Cần tìm hiểu kĩ biến tần, PLC, cảm biến,… Trong thực tế - Cần tìm hiểu thêm phần mềm Tìm hiểu kĩ hoạt động trạm bơm thực tế 36 Tài liệu tham khảo 1.Điều khiển lập trình plc mạng – Lê Văn Tiến Dũng-Đại học kĩ thuật Công Nghệ thành phố HCM -2003 2.Giáo Trình Đo Lường Điện Cảm Biến Đo Lường Nguyễn Văn Hòa, Bùi Đăng Thảnh, Hoàng Sỹ Hồng – NXB Giáo Dục G i o Tr ì n h C ấ p T h o t N c KS Đỗ Trọng Miên - KS Vũ Đình Dịu – NXB Xây Dựng Nguyên tắc xây dựng dự án Wincc - Nguyễn Kim Ánh trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng 5.Các tài liệu mạng internet 37 ... việt PLC biến tần Em xin lựa chọn đề tài “ điều khiển bơm tiêu nước sử dụng PLC S7-200 ” với chức giống với hệ thống biến tần đa bơm 1.1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài điều khiển bơm tiêu nước. .. phát từ ứng dụng đó, chúng em xin phép thiết kế mạch ứng dụng PLC, biến tần điều khiển bơm tiêu nước sử dụng PLC S7-200 ” dùng PLC điều khiển biến tần Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn... tài: Điều khiển hệ thống bơm tiêu nước sử dụng PLC S7-200 điều khiển biến Hệ thống bớm tiêu nước gồm: - Cảm biến mức thấp : I0.0 - Cảm biến mức trung bình : I0.2 - Cảm biến mức cao : I0.2 - Bơm