Đồ án tốt nghiệp xây dựng mô hình trạm bơm nước tự động sử dụng PLC s7 200, biến tần và HMI

- Cải thiện điều kiện làm việc: tự động hoá là loại bỏ công việc lặp lại và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công nghệ, tắt bật cơ cấu chấp h

KHOA ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA

Giảng viên hướng dẫn: TS PHẠM CÔNG THÀNH

KHOA ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng năm 2015

I VỤ ĐỒ Á TỐT G I

(D b ư dẫ )

1 ọ T SV : MSSV: … L ………

Ngành ………

2 Đ

3 C

……… Tỷ ư dẫ ………

……… Tỷ ư dẫ ………

4 u ụ

5 Ngày giao:

T ờ

C

(Ký rõ )

LỜI CAM ĐOAN

LỜI NÓI ĐẦU

200 BIẾN TẦN & HMI”

ấ 1 Hp ỗ bơ í ụ ệ ƣ ơ e…

Tó ạ ụ PLC S7-200 B ầ HMI W CC

ĩ ộ ó ạ ợ í ọ ề ệ ờ

ộ ƣờ

MỤC LỤC

Trang tựa……… TRANG

LỜI CAM ĐOAN i

CẢM TẠ ii

LỜI NÓI ĐẦU iii

TÓM TẮT iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH CÁC HÌNH xi

DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii

CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1 1 Cơ ở ọ ễ ề 1

1 2 Mụ ề 1

1 3 N ệ ụ ề ớ ạ ề 2

1 4 P ƣơ p p 2

1 5 Sơ ố 2

1 6 Nộ 3

1 7 K ậ ƣơ 1 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 4

2 1 M p ấp ă y ả x ấ ệp 5

2 1 1 Cấp ấp 5

2.1.2 Cấp ề ể 5

2 1 3 Cấp ề ể 6

2 2 G ớ ệ ề ạ ạ bơ ƣớ 6

2 2 1 K ệ : 6

2 2 2 C p ầ ệ ố ạ bơ 6

2 2 3 P ạ ạ bơ 7

2 2 3 1 T ạ bơ ƣớ 7

2 2 3 2 T ạ bơ 8

2 2 3 3 T ạ bơ ấp ƣớ 9

2 2 4 C ạ ộ ơ ử ụ ạ bơ 9

2 2 5 Độ ơ ệ é y bơ 10

2 2 5 1 Độ ơ ệ ị bộ 10

2 3 G ớ ệ ề b ầ LS (IG5A) 12

2 3 1 C ể b ầ ọ G5: 13

2 3 2 C ặ í ƣ ệ b ầ LS (IG5A) 14

2 3 3 C ý ệ ặ ề ể 15

2 3 4 C ặ y ổ ố 16

2 3 5 Lắp ặ 18

2 3 6 C ấ y 18

2 3 7 Sơ ấ y b ầ 18

2 3 7 1 Sơ ố ầ y ạ í 21

2.3.7.2 Nố y ạ ề ể 21

2.4 Màn hình HMI 23

2 4 1 C bị HMI yề ố 24

2 4 1 1 HMI yề ố b 24

2 4 1 2 N ƣợ ể HMI yề ố 24

2 4 2 C bị HMI ệ ạ 25

2 4 2 1 HMI ệ ạ 2 ạ í : 25

2 4 2 2 C ƣ ể HMI ệ ạ 25

2 4 3 C p ầ HMI 25

2.5 PLC S7-200 26

2 5 1 G ớ ệ 26

2 5 2 Q p ể ỹ ậ ề ể 27

2 5 2 1 Hệ ố ề ể ? 27

2 5 2 2 Hệ ố ề ể ù ơ e ệ : 27

2 5 2 3 Hệ ố ề ể ù PLC: 28

2 5 3 Cấ bộ ớ PLC S7-200 28

2 5 3 1 Vù ớ ƣơ ụ : 29

2 5 3 2 Vù ƣ ố ệ ề ƣơ ụ : 29

2 5 4 Vò é PLC S7-200 30

2 5 5 N ập 31

2 5 5 1 Lệ ớ b (B L ): 32

2 5 5 2 Lệ : 33

2 5 5 3 Bộ ị ờ : 33

2 5 5 4 Bộ : 34

2 5 5 5 Lệ ị yể ù ớ (M e): 35

2 5 5 6 Lệ ề ể ƣơ : 35

2 6 G ớ ệ ề W CC: 36

2 6 1 N ụ p ổ b ấ W CC : 37

2 7 K ậ ƣơ 2 36

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 37

3 1 T b í ệ 37

3 1 1 Bộ ắp b í ệ 38

3 1 2 Bộ b 38

3 2 T bộ 39

3 3 T b ƣớ 40

3 4 M ạ bơ ƣớ ộ ã 41

3 5 T e í ệ 41

3.5.1 Module HMI ( Màn hình HMI Delta DOP-AS57BSTD) 42

3.5.1.1 C ố ặ ƣ HMI 42

3 5 1 2 Q y x y ệ ố HMI 42

3 5 1 3 C ậ ệ ơ bả HMI 42

3 5 1 4 M e HMI ó 43

3.5.2 Module PLC 44

3 5 2 1 C ệ ơ bả ề PLC 44

3 5 2 2 Đơ ị xử ý m (CPU central procesing unit): 46

3 5 2 3 M e PLC ó 47

3.5.3 Relay trung gian 49

3 5 4 P ƣớ b ƣớ ạ ặ ầy 49

3 5 5 M e B ầ LS IG5A 50

3 5 5 1 K ố b ầ b í ệ ớ ạ bơ ƣớ

ộ : 51

3 5 6 N ệ ụ ấ ề ể è b ơ e ệ

… ó ạ bơ ƣớ ộ 51

3 6 B í ệ ố 1: X y ạ bơ ƣớ ộ ử ụ PLC S7-200 B ầ HMI 52

3 6 1 Y ầ ệ í ệ ố 1 52

3 6 2 Tí ọ ố bị 53

3 6 2 1 Tí ọ ầ 53

3 6 2 2 Tí ọ Áp 53

3 6 2 3 Tí ọ y ẫ 53

3 6 3 Q ạ ộ ụ ể í ệ ố 1 54

3 6 4 C ơ ạ ệ b í ệ ố 1 ã : 54

3 6 5 N y ý ạ ộ ạ bơ ƣớ ộ b í ệ ố 1 56

3 6 6 Q ƣơ ề ể ù PLC 56

3 6 7 K ố ập ề ể bằ PLC b í ệ ố 1 57

3 6 8 T ệ ập HMI DELTA b í ệ ố 1 65

3 6 9 P b í ệ ố 1 69

3 7 B í ệ ố 2: X y ạ bơ ƣớ ộ ử ụ PLC S7-200 B ầ LS (IG5A) 70

3 7 1 Y ầ ệ b í ệ ố 2 70

3 7 2 Tí ọ ố bị 70

3 7 3 Q ạ ộ ụ ể b í ệ ố 2 70

3 7 4 C ơ ạ ệ b í ệ ố 2 ã : 70

3 7 5 N y ý ạ ộ b í ệ ố 2 73

3 7 6 K ố ập ề ể bằ PLC b í ệ ố 2 73

3 7 7 T ệ ập HMI DELTA b í ệ ố 2 80

3 7 8 P b í ệ ố 2 81

3 8 B í ệ ố 3: Đ ề ể ạ bơ ướ ộ bằ PLC S7-200 và Win CC 82

3 8 1 Lập PLC bằ p ầ ề S ep 7 M w : 82

3 8 2 K ố PLC ớ W CC 92

3 8 3 Tạ ố p ỏ W CC: 95

3 8 4 P b í ệ ố 3 106

3 9 K ậ ươ 3 106

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 107

4 1 K ậ 107

4 2 K ả ạ ượ 107

4 3 Tí ấ ụ 107

4 4 K y ể 107

4 5 K y ị 108

4 6 Hướ p ể ề 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

T V ệ 109

Trang Web 109

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Số trang

H 1 1 Sơ ố 2

H 2 1 M p ấp ả ý ả x ấ ệp 5

H 2 2: Sơ ố ạ bơ 7

H 2 3: Cấ ạ ộ ơ ệ ị bộ 11

H 2 4 : H ả b ầ LS (IG5) 13

H 2 5: Ký ệ ặ ề ể b ầ 15

H 2 6 : C ó y ổ ố 16

H 2 6b: C p í ă 16

H 2 6 : C ố ặ b ầ 17

H 2 7 : K ả ắp ặ b ầ 17

H 2 8 : C ấ y ộ ạ 3 p 220 AC 18

H 2 8b : C ấ y ộ ạ 3 p 380 AC 18

Hình 2.8 : Sơ ấ y b ầ 19

H 2 9: Nố ầ y 20

Hình 2.10: Nố y ạ ề ể 20

H 2 11: L ọ p ƣơ ầ 22

Hình 2.12 Màn hình HMI DELTA DOP-AS57BSTD 23

H 2 13: PLC S7-200 25

H 2 14: Sơ ố ấ PLC S7-200 26

H 2 15: M ộ bộ ề ể ập ù PLC 27

H 2 16: Sơ ố PLC S7-200 28

H 2 17: Q ạ ộ ộ ò é 29

H 2 18 : Lập ạ LAD 30

H 2 18b: Lập STL 31

H 2 18 : Lập ạ FBD 31

H 2 19: -C ệ p ể b-C ệ ấy ƣờ 31

H 2 20: M ả ệ ạ ầ 32

H 2 21: C ệ ờ : -TON, b-TONR, c-TOFF 32

H 2 22: C bộ : -Đ b- Đ ù - Đ ù 33

H 2 23: C yể ù ớ: -Bit, b-Word, c-Double word, d-Real 34

H 2 24: Lệ ọ ƣơ 34

H 2 25: G y yề ả x ấ W CC 36

H 3 1: B í ệ PLC – HMI - B ầ 37

Hình 3.2: Khung gá panel 38

Hình 3.3: Khung gá chân bàn 38

H 3 4: Hộp 39

H 3 5: Sơ bộ 40

H 3 6: M ạ bơ ƣớ ộ ã 41

H 3 7: M e í ệ 41

Hình 3.8: Module HMI DELTA DOP-AS57BSTD 44

H 3 9: N ặ ƣ ập ạ ề ể 45

H 3 10: Đơ ị xử ý 46

H 3 11: M e PLC ã 48

H 3 12: Sơ e PLC 48

H 3 13: Rơ e 49

H 3 14: P ƣớ ạ ắ 49

H 3 15: Sơ ấ ố p ƣớ ớ PLC 50

H 3 16: M e b ầ LS IG5A ã 50

H 3 17 : Sơ ạ ộ b í ệ ố 1 54

H 3 17b : Sơ ạ ề ể b í ệ ố 1 55

H 3 18 : G ệ HMI b í ệ ố 1 66

H 3 18b: G ệ HMI b í ệ ố 1 67

H 3 19: C T b ớ ệ HMI 67

H 3 20 : Sơ ạ ộ b í ệ ố 2 71

H 3 20b : Sơ ạ ề ể b í ệ ố 2 72

H 3 20 : Sơ ạ ố PLC b í ệ ố 2 72

DANH SÁCH CÁC BẢNG Bả 2 1: C ố ặ ư b ầ ạ 230V 13

Bả 2 2: C ố ặ ư b ầ ạ 460V 14

Bả 3 1: M ổ PLC 44

Bả 3 2 : C bướ ươ ề ể ù PLC 56

Bả 3 3: X ập ạ I p b í ệ ố 1 57

Bả 3 4: X ập ạ O p b í ệ ố 1 57

Bả 3 5: X ập ạ I p b í ệ ố 2 73

Bả 3 6: X ập ạ O p b í ệ ố 2 73

CÁC TỪ VIẾT TẮT

PLC : Programmable Logic Control

EPROM: Electrically Programmable Real

Ony Memory

EEPROM: Electrically Erasable

Pramgrammable Real Only Memory

PROFIBUS: Process Field Bus

IFM : Intergrated Function Module

IM : Interface Module

FM : Function Module

DW: Doudle Word

AO : Analog Output S: Set

RE: Reset FBD : Function Block Diagram LAD :Ladder logic

STL : Statement List DB: Data Block SFC: System Function

FC : Function FB: Function Block OB: Organization Block Var : Variable table LB: Lacal Block CM: Communicarion Module

- Cải thiện điều kiện làm việc: tự động hoá là loại bỏ công việc lặp lại và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công nghệ, tắt bật

cơ cấu chấp hành, ghi chép số liệu, sự cố, Tự động hoá và giám sát bằng máy tính làm tiện lợi thêm khả năng khống chế từ xa một số lượng lớn các thông tin, đơn giản hoá nhiệm vụ khai thác, giám sát và quản lý

- Nâng cao hiệu quả của thiết bị: Trước hết ta có thể cải thiện được áp suất nước đi đến các khu vực tiêu thụ bằng hệ thống bơm nước mạnh mẽ Thay thế các hệ thống bơm nước cũ điều chỉnh bằng tay bằng các thiết bị đo và điều chỉnh tự động hoá quá trình, cho phép giải phóng con người và làm tăng tốc độ tin cậy của hệ thống Nhưng quan trọng là nâng cao độ chắc chắn vận hành của thiết bị có tính đến các tiêu chuẩn

độ tin cậy qua việc nghiên cứu các sự cố vận hành Nghĩa là dự phòng các phương án

để thiết bị có thể làm việc liên tục trong trường hợp bị hỏng hóc một bộ phận nào đó bằng cách đưa tự động các thiết bị dự phòng vào làm việc và giải quyết hỏng hóc Tự động hoá cho phép việc nghiên cứu thống kê các dữ liệu đã thu được, mở ra con đường tối ưu của việc xử lý

- Tăng năng suất lao động: Tự động hoá nhằm nâng cao năng suất bằng cách giảm chi phí vận hành Ta cũng có thể tối ưu hoá giá thành năng lượng chi phí hàng giờ và chi phí vật liệu Giảm nhân công vận hành và giảm công việc bảo dưỡng cũng cho phép giảm giá thành

- Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến đổi, phát hiện báo động, đặt các phương tiện ghi các dữ liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy tính

- Chính vì vậy, tự động hoá là điều cần thiết và tất yếu trong các trạm bơm cấp nước tưới tiêu cho vùng nông thôn, cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư như hiện nay Nội dung: Giới thiệu các khái niệm, thuật ngữ, các chương trình phần mềm sử dụng trong đồ án Tìm hiểu nguyên lý làm việc của các thiết bị

2.1 Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp

Hình 2.1 Mô hình phân cấp quản lý sản xuất trong công nghiệp 2.1.1 Cấp chấp hành

- Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (smart device)

có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển

2.1.2 Cấp điều khiển

- Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý các thông tin theo thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống cấp chấp hành

Các thiết bị thông minh ở cấp cảm biến/chấp hành cũng có thể đảm nhận một phần việc này Ngoài ra, việc thực hiện các chức năng ở bất kỳ cấp nào bên trên đều mang bản chất chất là xử lý thông tin Cấp điều khiển và cấp chấp hành cũng hay được gọi chung là cấp trường (field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường, gần kề với hệ thống kỹ thuật

2.1.3 Cấp điều khiển quá trình

- Điều khiển quá trình tức là điều khiển và vận hành một quá trình kỹ thuật Khi đa số các chức năng như đo lường điều khiển, điều chỉnh, bảo trì hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của các cấp điều khiển quá trình là hỗ trợ người

sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động hay dừng và điều khiển theo công thức (ví dụ như trong chế biến dược phẩm, hoá chất) Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển quá trình thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có giao diện mạng ngoài các máy tính điều hành Hiện nay, do nhu cầu tự động hoá tổng thể ở các cấp điều hành sản xuất và quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian không cần thiết trong mô hình chức năng trở nên cần thiết Cũng vì thế, ranh giới giữa cấp điều khiển quá trình và điều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai cấp này thành một cấp duy nhất, gọi chung là cấp điều khiển

2.2 Giới thiệu chung về các loại trạm bơm nước

2.2.1 Khái niệm:

Hệ thống công trình trạm bơm là tổ hợp các công trình thủy công và các trang thiết bị cơ điện…Nhằm đảm lấy nước từ nguồn nước,vận chuyển và bơm nước đến nơi sử dụng hoặc cần tiêu nước thừa ra nơi khác

2.2.2 Các thành phần công trình của hệ thống trạm bơm

Hình 2.2: Sơ đồ khối các công trình trạm bơm

Công trình cửa lấy nước 1, lấy nước từ nguồn (lấy từ sông, hồ, kênh dẫn…) Công trình dẫn nước 2, có nhiệm vụ đưa nước từ cửa lấy nước về bể tập trung nước trước nhà máy bơm Công trình dẫn nước có thể là kênh dẫn, đường ống dẫn Trên công trình dẫn có thể có bể lắng cát 3 Bể tập trung nước 4 nằm trước nhà máy bơm, nó có nhiệm vụ nối tiếp đường dẫn với công trình nhận nước (bể hút) của nhà máy sao cho thuận dòng Công trình nhận nước 9 (bể hút) lấy nước từ bể tập trung

và cung cấp nước cho ống hút hoặc ống tự chảy vào máy bơm Nhà máy bơm 5, đây là nơi đặt các tổ máy bơm và các thiết bị phụ cơ điện Đường ống áp lực (ống đẩy) 6, đưa nước từ máy bơm lên công trình tháo 7 Công trình tháo 7 ( bể tháo) nhận nước từ ống đẩy, làm ổn định mực nước, phân phối nước cho kênh dẫn 8 hoặc công trình nhận nước

2.2.3 Phân loại trạm bơm

Phân theo mục đích sử dụng của trạm bơm:

+ Trạm bơm tưới, mục đích làm việc của nó là cung cấp nước tưới cho nông nghiệp

+ Trạm bơm tiêu , mục đích của nó là đưa nước thừa vào vùng nhận nước tiêu + Trạm bơm tháo nước, nhằm chuyển nước mưa, nước sinh hoạt và nước công nghiệp

+ Trạm bơm cấp nước nông thôn, nhằm cấp nước cho các hộ dùng nước nông thôn

Phân loại theo sơ đồ bố trí hệ thống các công trình của trạm:

+ Bố trí kết hợp hay riêng biệt giữa nhà máy và công trình lấy nước

+ Bố trí kết hợp hay riêng biệt giữa nhà máy với công trình tháo nước

+ Bố trí toàn khối

Phân loại theo nguồn cấp nước:

+ Nguồn cấp nước là sông

+ Nguồn cấp nước là hồ chứa

2.2.3.1 Trạm bơm tưới

Trạm bơm tưới có những đặc điểm sau đây:

Làm việc vào thời kỳ khô hạn trong năm Việc ngừng làm việc chỉ cho phép tùy thuộc vào cấp an toàn cấp nước Nói chung không yêu cầu nước phải sạch về bùn cát và vật nổi, chỉ cần không để những đối tượng và hạt có khả năng mài mòn và làm hư hỏng bánh xe công tác của máy bơm Riêng những trạm bơm cấp nước cho các máy tưới phun mưa thì yêu cầu nước phải qua lưới lọc kỹ để loại bỏ những hạt

có đường kính lớn lấp nhét lỗ phun Do trạm bơm làm việc theo mùa do vậy cho phép đơn giản nhiều về kết cấu nhà máy, giảm yêu cầu về khả năng ổn định nhiệt của trang thiết bị và kết cấu bao che Nhà trạm còn có thể được thay thế bằng trạm

di động hoặc phao nhẹ nhàng hơn khi máy bơm nhỏ nhẹ Gian máy cho phép thấp hơn do đặt cần trục bên ngoài

2.2.3.2 Trạm bơm tiêu

Trạm bơm tiêu được xây dựng để bơm nước từ kênh tiêu hở, từ các giếng khoan đứng, từ các hố móng của vùng ngập nước… Ở nước ta do các sông chia cắt ruộng đất thành từng vùng có đê ngăn lũ bảo vệ, do vậy về mùa mưa, lũ mực nước sông lên cao hơn mặt ruộng trong đồng, nước thừa trong đồng không tiêu tự chảy ra sông được gây nên úng ngập đồng, do vậy cần phải bơm tiêu úng chủ động

Trạm bơm tiêu được phân ra các loại: trạm tiêu nước mặt, trạm tiêu nước ngầm, trạm bơm tiêu kết hợp cả nước mặt lẫn nước ngầm Thời gian làm việc của các trạm bơm tiêu cũng khác nhau: các trạm bơm tiêu nước lũ và nước mưa rào làm việc có tính chu kỳ, thời gian ngắn trong năm, còn bơm nước ngầm thông thường làm việc quanh năm Ở nước ta hiện nay chủ yếu là tiêu nước mặt cho cây trồng

2.2.3.3 Trạm bơm cấp nước nông thôn

Người ta gọi nhà máy trong đó chứa các máy bơm chính và máy bơm phụ cùng các trang thiết bị liên quan nhằm cấp nước cho vùng nông thôn là trạm bơm cấp nước nông thôn Đặc điểm của trạm bơm cấp nước nông thôn là thời gian làm việc tiến hành cả năm

Loại trạm bơm này được phân chia ra theo các cách:

Phân theo vị trí tuyến bơm nước

Phân theo công dụng của trạm

Phân theo đặc điểm kết cấu

Yêu cầu đặt ra đối với loại trạm bơm này:

- Có tính an toàn cao Vì vậy ngoài thiế bị bơm chính còn phải lắp đặt các tổ máy bơm dự phòng và các trang thiết bị phụ trợ

- Đảm bảo yêu cầu vệ sinh cao Xung quanh trạm bơm cần bảo đảm vệ sinh, bên trong nhà máy cần có các công trình vệ sinh và bố trí các phòng cho nhân viên trực ban nghỉ Cần có mức tự động hóa cao Lưu lượng trạm bơm cấp tương đối nhỏ, bởi vậy các đường ống được làm bằng thép cán có đường kính nhỏ , điều này cho phép

dễ dàng lắp ghép đường ống trong nhà máy

- Thành phần của các trạm bơm loại này có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên Bởi vậy, thường bố trí tối ưu của chúng được chọn thông qua kết quả so sánh kinh tế - kỹ thuật nhiều phương án

2.2.4 Các loại động cơ sử dụng trong trạm bơm

Các thiết bị chính trong trạm bơm gồm có: các thiết bị cơ khí thủy lực chính

và các thiết bị về năng lượng chính Các thiết bị cơ khí thủy lực chính của trạm bơm đảm bảo cung cấp đủ nước cho các hộ dùng 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 quá trình công nghệ bơm nước theo biểu đồ lưu lượng đã định như: các máy bơm chính, các thiết bị trên đường ống áp lực (van, thiết bị an toàn, van ngược…) Các thiết bị năng lượng chính của trạm bơm nhằm đảm bảo làm việc của các máy bơm chính, gồm có: động cơ để kéo máy bơm chính và các thiết bị để truyền công suất từ trục động cơ 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 trong 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 như 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 trong suốt mùa với mức an toàn và kinh tế cao

+ Làm việc với hiệu suất cao trong mọi chế độ làm việc

+ Có kích thước và khối lượng nhỏ nhất

+ Có khả năng 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 trong lắp đặt và vận hành, dễ sữa chữa

+ Có khả năng chống được nước xâm thực

+ Máy bơm đã được sản xuất hàng loạt nhằm giá rẻ và tiến độ lắp ráp nhanh

Tất nhiên chọn được một máy bơm đồng thời thỏa mãn các yêu cầu nêu trên cần thỏa mãn biểu đồ yêu cầu dùng nước (về lưu lượng và lượng nước yêu cầu) mà trạm bơm đảm nhận sao cho hiệu quả kinh tế là cao nhất Muốn vậy phải qua so sánh kinh tế - kỹ thuật về các phương án số máy bơm về cả đầu tư cơ bản lẫn chi phí vận hành hàng năm mà quyết định số tổ máy và loại máy bơm Các máy bơm được chọn phải thỏa mãn những yêu cầu đặt ra đối với trạm bơm

2.2.5 Động cơ điện kéo máy bơm

Để truyền động máy bơm có thể dùng động cơ điện, động cơ đốt trong , máy hơi nước, động cơ gió, máy thủy lực…vv Trong đó động cơ điện được dùng phổ biến nhất Động cơ đốt trong chỉ được dùng đối với máy bơm di động hoặc trạm bơm dã chiến ở các vùng xa, động cơ chạy bằng sức gió chỉ dùng ở nơi có điều kiện thích hợp sử dụng gió…Bởi vậy chỉ nghiên cứu về động cơ điện Hệ thống truyền động máy bơm với sự tác động của năng lượng điện gọi là truyền động điện Quy ước có thể chia hệ thống này làm ba phần: động cơ điện – thiết bị điều khiển động

cơ điện – trang thiết bị truyền năng lượng từ động cơ điện đến máy bơm Động cơ

điện được sử dụng rộng rãi trên trạm bơm do tính ưu việt của nó so với các loại

truyền động khác: khối lượng xây lắp được giảm nhỏ - nền móng và thiết bị truyền

năng lượng từ động cơ đến máy bơm đơn giản hơn (trục động cơ và trục máy bơm

có thể được nối qua khớp nối trục) - dễ tự động hóa khi khởi động hoặc dừng máy -

chi phí vận hành nhỏ - điều kiện làm việc tốt nhất - gian máy sạch sẽ…Trong trạm

bơm thường sử dụng động cơ điện xoay chiều ba pha dị bộ

2.2.5.1 Động cơ điện dị bộ

Động cơ điện dị bộ là động cơ có tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ của từ

trường quay,quay cùng chiều với từ trường Động cơ dị bộ có hai loại: có rôto ngắn

mạch (còn gọi là động cơ lồng sóc) và loại rôto dây quấn Động cơ rôto ngắn mạch

so với động cơ dây quấn có kết cấu đơn giản hơn, kích thước và khối lượng nhỏ

hơn,giá thành rẻ hơn, còn động cơ rôto dây quấn đắt hơn, nặng hơn nhưng có tính

năng động tốt hơn, do có thể tạo các hệ thống khởi động và điều chỉnh

Hình 2.3: Cấu tạo động cơ điện dị bộ

Nguyên lý làm việc của động cơ điện dị bộ gồm 3 cuộn dây đặt cách nhau trên

chu vi động cơ một góc 1200, rô to là cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào 3

hiệu dụng như sau:

Do cuộn rô to kín mạch, nên sẽ có dòng điện chạy trong các thanh dẫn của cuộn dây này Sự tác động tương hỗ giữa dòng điện chạy trong dây dẫn rô to và từ trường, sinh ra lực, đó là các ngẫu lực (2 thanh dẫn nằm cách nhau đường kính rô to) nên tạo ra mô men quay Mô men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại

sự tăng từ thông móc vòng với cuộn dây Nhưng vì stato gắn chặt còn rô to lại treo trên ổ bi, do đó rô to phải quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường Tuy nhiên tốc độ này không thể bằng tốc độ quay của từ trường, bởi nếu n=ntt thì từ

từ trường lại cắt các thanh dẫn, nên lại có sđđ, lại có dòng và mô men, rô to lại quay Do tốc độ quay của rô to khác tốc độ quay của từ trường nên xuất hiện độ trượt và được định nghĩa như sau:

So với một điểm không chuyển động của stato, từ trường này sẽ quay với tốc độ:

ntt2s = ntt2 + n = sntt + n = sntt2 + ntt (1-s) = ntt (1.7)

Như vậy so với stato, từ trường quay của rô to có cùng giá trị với tốc độ quay của

từ trường stato

2.3 Giới thiệu về biến tần LS (IG5A)

Hình 2.4 : Hình ảnh biến tần LS (IG5) 2.3.1 Các kiểu biến tần trong họ iG5:

 Loại 230V (0.5-5.4Hp)

Bảng 2.1: Các thông số đặc trưng của biến tần loại 230V

 Loại 460V (0.5-5.4Hp)

Bảng 2.2: Các thông số đặc trưng của biến tần loại 460V

2.3.2 Các đặc tính ưu việt của biến tần LS (IG5A)

- Kích thước nhỏ gọn dễ sử dụng

- Tiết kiệm năng lượng

- Có nhiều công suất để lựa chọn

- Điều khiển tối đa 8 cấp tốc độ khác nhau

- Tích hợp đường truyền RS

2.3.3 Các ký hiệu trên mặt điều khiển

Hình 2.5: Ký hiệu trên mặt điều khiển của biến tần

Mặt điều khiển có thể tháo rời khỏi biến tần một cách dễ dàng và có thể kéo ra xa bởi một dây cáp truyền theo phương thức 1:1 Màn hình hiểm thị các dữ liệu liên quan như tần số chuẩn, tần số hoạt động và các giá trị cài đặt cho các thông số của biến tần

Các phím chức năng:

- [ENT]: Thay đổi giá trị cài đặt cho các thông số

- [RUN]: Phím khởi động khi biến tần đang chọn chế độ hoạt động với bộ giao diện LED-100

- []: Tăng giá trị của các thông số và các giá trị đặt

- []: Giảm giá trị của các thông số và các giá trị đặt

- [Stop/Reset]: Phím dừng biến tần khi hoạt động với bộ giao diện đồng thời làm chức năng như phím Reset khi có lỗi đối với biến tần

- Các đèn hiển thị: Thể hiện khi biến tần đang hoạt động hay nhấn các phím chức năng tương đương Khi tất cả các đèn led trên mặt điều khiển đều nhấp nháy đó là lúc biến tần đang có lỗi cần phải khắc phục ngay, nếu không sẽ dẫn đến hư hỏng biến tần

2.3.4 Cài đặt và thay đổi các thông số

- Nhóm DRV: Thông số cơ bản là điều chỉnh tần số, thời gian tăng và dừng động cơ,

số vòng quay, chế độ chạy

- Nhóm FU1: Các hàm chức năng 1, tần số tối đa, momen xoắn, các chế độ bảo vệ như quá tải, quá nhiệt …

Hình 2.6a: Các nhóm thay đổi thông số

- Nhóm FU2: Các hàm chức năng 2, chọn thông số hiểm thị như tần số, điện áp, tốc

độ vòng, khôi phục lại thông số mặc định của nhà sản xuất, khóa dữ liệu không cho phép điều chỉnh, chạy chế độ PID…

- Nhóm I/O: Lựa chọn chức năng chạy nhiều tốc độ, chức năng kết nối với các thiết

bị như máy tính, PLC thông qua cổng truyền thông RS-485 hay Modbus…

Hình 2.6b: Các phím chức năng

Dùng phím [] và [] di chuyển đến các nhóm cần thay đổi thông số, sau đó nhấn phím [ENT] khi đó đèn SET sẽ sáng lên và sử dụng lại 2 phím [],[] để thay đổi các giá trị của các thông số Sau khi đã nhập các thông số nhấn lại phím [ENT] một lần nữa để lưu lại các giá trị vừa cài đặt…

Hình 2.6c: Các thông số cài đặt của biến tần 2.3.5 Lắp đặt

Biến tần phải được lắp đặt trong không gian theo kích thước như sau:

Hình 2.7 : Khoảng cách lắp đặt biến tần

Khoảng cách giữa biến tần so với tủ điều khiển hoặc các thiết bị khác theo

chiều đứng: 150 mm và theo chiều ngang: 50mm

2.3.6 Cách đấu dây

Nối dây chỉ được thực hiện sau khi chắc chắn nguồn điện đã được cắt Nếu không

sẽ gây giật Chỉ kiểm tra hoạt động của biến tần khi nút khẩn cấp (Emergency Stop) trên bảng điều khiển đã nhấn Nguồn điện trước khi vào biến tần phải được nối qua một MCCB (Aptomat) và thực hiện các biệm pháp an toàn khác đối với ngắn mạch bởi các dây nối bên ngoài Nếu không có thể gây ra cháy nổ Các trạm nối dây ở biến tần phải đảm bảo nối chắc chắn Nếu không có thể gây tai nạn hoặc hư hỏng biến tần Tùy thuộc vào từng loại biến tần phải chọn các đầu nối và tiết diện dây dẫn cho phù hợp Không được nối điện xoay chiều (AC) vào các đầu ra U, V, W của biến tần Với biến tần đầu vào là 1phase 220V thì nguồn cung cấp sẽ được nối vào 2 trạm nối R, T của biến tần Đảm bảo điện áp danh định đầu vào của biến tần phù hợp với điện áp cấp AC Nếu không biến tần sẽ báo lỗi hoặc gây hư hỏng

2.3.7 Sơ đồ đấu dây của biến tần

Hình 2.8a : Cách đấu dây động lực cho loại 3 pha 220vAC

Hình 2.8b : Cách đấu dây động lực cho loại 3 pha 380vAC

Hình 2.8c: Sơ đồ đấu dây của biến tần

2.3.7.1 Sơ đồ nối các đầu dây mạch chính

Hình 2.9: Nối các đầu dây

- Luôn nối các đầu vào qua một MCCB (Aptomat) phù hợp với biến tần

- Lắp 1 MCCB cho mỗi biến tần được sử dụng

- Chọn MCCB phù hợp với biến tần

- Nếu 1 MCCB được sử dụng chung cho nhiều biến tần hay với nhiều thiết bị khác, hãy tạo một mạch rẽ nhánh được đóng hay cắt bởi contactor sao cho nguồn cấp cho biến tần không bị ảnh hưởng khi sự cố xảy ra cho các mạch nhánh khác

2.3.7.2 Nối dây mạch điều khiển

Hình 2.10: Nối dây mạch điều khiển

Chú giải:

- Lựa chọn phương thức đầu vào: Có hai phương thức đầu vào tùy thuộc swith trên

bo mạch chuyển đổi NPN hoặc PNP:

Hình 2.11: Lựa chọn phương thức đầu vào

2.4 Màn hình HMI

Hình 2.12 Màn hình HMI DELTA DOP-AS57BSTD

Là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một máy móc thì đó là một HMI Cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI,… Bộ truyền và cảm biến trước kia đều không có HMI, nhiều thiết bị trong số

đó thậm chí không có cả một HMI đơn giản như một hiển thị đơn thuần Rất nhiều trong số đó không có hiển thị, chỉ với một tín hiệu đầu ra Một số có một HMI thô sơ: một hiển thị ASC II đơn hoặc hai dòng ASCII với một tập hợp các arrow cho lập trình, hoặc 10 phím nhỏ Có rất ít các thiết bị hiện trường, cảm biến và bộ phân tích từng có bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp hình ảnh đồ họa tốt, có cách thức nhập dữ liệu và lệnh đơn giản, dễ hiểu, đồng thời cung cấp một cửa sổ có độ phân giải cao cho quá trình HMI sử dụng toàn bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế đối với các phòng điều khiển

2.4.1 Các thiết bị HMI truyền thống

2.4.1.1 HMI truyền thống bao gồm

- Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm

- Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy

2.4.1.2 Nhược điểm của HMI truyền thống

- Thông tin không đầy đủ

- Thông tin không chính xác

- Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế

- Độ tin cậy và ổn định thấp

- Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng

2.4.2 Các thiết bị HMI hiện đại

Do phát sự phát triển của Công nghệ thông tin và Công nghệ Vi điện tử, HMI ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẽ

2.4.2.1 HMI hiện đại chia làm 2 loại chính:

• HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA

• HMI trên nền các máy tính nhúng: HMI chuyên dụng

• Ngoài ra còn có một số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm, PoketPC

2.4.2.2 Các ưu điểm của HMI hiện đại

• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin

• Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết

• Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa

• Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức

• Khả năng lưu trữ cao

• Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối