Đồ án Trạm bơm nước tự động sử dụng PLC và cộng nghệ PID

thiết kế hệ thống trạm bơm nước sử dụng thuật toán PID

Trang 1

Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế trạm bơm nước thải sinh hoạt

Sinh viên thực hiện : Phạm Đức Thiện

 Múc đích

Ô nhiểm môi trường đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu hiện nay Đề tài này góp phần giảm thiểu ô nhiểm môi trường do nguồn nước thải gây ra

Giúp tiết kiệm năng lượng, mang lại hiệu quả kinh tế cao

Thay thế các trạm bơm cũ, điều khiển chủ yếu bằng tay, cần có người giám sát

 Kết quả mong muốn

Hệ thống hoạt động ổn định, chính xác, tiết kiệm năng lương và đáp ứng được yêu cầu thực tế

Giao diện wincc đơn gian, dễ dang điều khiển, giảm sát được hoạt động của hệ thống

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Phạm Đức Thiện 105120435 12TDH Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

2 Đinh Khánh Trường 105120440 12TDH Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

1 Tên đề tài đồ án:

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ TRẠM BƠM NƯỚC THẢI SINH HOẠT

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

 Dùng bộ điều khiển khả trình PLC S7 200

 Có sử dụng biến tần điều khiển động cơ

 Dùng các cảm biến phù hợp cho mô hình

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Phần chung:

1 Phạm Đức Thiện Chương 1 : Giới thiệu chung về trạm bơm nước thải sinh hoạt

Chương 4 : Chương trình điều khiển và giám sát

Chương 5 : Lắp ráp hệ thống thực tế

2 Đinh Khánh Trường

b Phần riêng:

1 Phạm Đức Thiện Chương 3 : Giới thiệu biến tần và các thiết bị

2 Đinh Khánh Trường Chương 2 : Gíơi thiệu PLC và các phần mềm lập trình

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

 1 Bản vẽ A1 phần đấu nối thiết bị

 1 Bản vẽ A1 phần chương trình điều khiển và lưu đồ thuật toán

 1 bản slide thuyết trình

6 Họ tên người hướng dẫn : PGS.TS Đoàn Quang Vinh

Trang 3

…… /……./201…

Đà Nẵng, ngày tháng năm 201

Trang 4

i

Ngày nay trước sự phát triển của các ngành công nghiệp,sự tăng nhanh dân số Dẫn đến nhu cầu dùng nước cho công nghiệp và sinh hoạt của con người tăng nhanh,nếu đã có nhu cầu sử dụng nước thi cũng có nhu cầu thải nước.bên cạnh đó lượng nước thải ra ngoài môi trường rất lớn Với hàm lượng các chất ô nhiễm cao,lượng chất thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người

Hệ thống thoát nước là một hệ thống kĩ thuật không thể thiếu đối với các khu dân cư và các khu công nghiệp.Nó làm nhiệm vụ thu,vận chuyển,xử lý và xả ra nguồn tiếp nhận lượng nươc đã sư dụng.Trạm bơm là một công trình quan trọng trong hệ thống thoát nước Thiết kế trạm bơm nước thải là một quy trình quan trọng không thể thiếu trong hệ thống xử lý nước thải.Trạm bơm nước thải có chức năng và tính chất làm việc khác hẳn

so voi trạm bơm cấp nước

Vì vậy với mục đích giảm thiểu ô nhiểm môi trương và đáp ứng được nhu cầu vận chuyển

nước thải đến nơi xử lý nên chúng em đã “nghiên cứu và thiết kế trạm bơm nước thải sinh

hoạt” với mong muốn giải quyết được phần nào vấn đề trên

Chúng em đã hoàn thành đề tài này với nội dung gồm các chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung về trạm bơm nước thải sinh hoạt

Chương 2: Giới thiệu PLC và phần mềm lập trình

Chương 3: Giới thiệu biến tần và các thiết bị

Chương 4: Chương trình điều khiển và giám sát

Chương 5: Lắp ráp hệ thống thực tế

Với thời gian và trình độ giới hạn, chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót trong

đề tài này, chúng em xin được nhận những nhận xét góp ý từ quý thầy, cô để đề tài này có thể phát triển hơn nữa

Chúng em xin cảm ơn PGS.TS.Đoàn Quang Vinh đã hướng dẫn tận tình chúng em để hoàn thành đề tài nà

Trang 5

ii

Em xin cam đoan:

1 Những nội dung trong bản thuyết minh này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn

của thầy PGS.TS.Đoàn Quang Vinh

2 Mọi tham khảo dung trong bản thuyết minh này đều được trích dẫn rõ ràng tên tác

giả, tên công trình, thời gian địa điểm công bố

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, em xin chịu

hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Phạm Đức Thiện

Trang 6

iii

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu i

1.6.1 Sơ đồ cung cấp điện

1.6.2 Cấu tạo trạm bơm nước thải sinh hoạt

Trang 7

iv

2.3.2 Thiết bị lập trình

2.3.3 Giao diện làm việc

2.3.4 Các khối sử dụng trong giao diện lập trình

2.5.1 Khái quát về WIN CC

2.5.2 Các bước để tạo một Project trong WinCC

2.5.3 Trình tự tạo một Project

2.5.4 Giao diện Wincc sử dụng trong hệ thống

Chương 3 Giới thiệu biến tần và các thiết bị

3.2.5 Kiểm tra chế độ chạy

3.2.6 Khóa chuyển đổi dip 50/60 Hz

3.2.7 Cài đặt thông số

3.3 Các tham số cài đặt trong biến tần ứng dụng vào đề tài 38

Chương 4 Chương trình điều khiển và giám sát

4.4.3 Bảng thông sô PID

Chương 5 Lắp ráp hệ thống thực tế

Trang 9

vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Trang

BẢNG 2.1 Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X 11

BẢNG 3.1 Chức năng phím bấm trên biến tần m420 36

BẢNG 3.2 Các lỗi trong biến tần 39

BẢNG 3.3 Thông báo lỗi 40

BẢNG 3.4 Thông số kỹ thuật EM235 41

BẢNG 3.5 Điều chỉnh độ phân giải EM235 42

BẢNG 4.1 Các biến được sử dụng trong chương trình 53

BẢNG 4.2 Thông số PID 61

BẢNG 5.1 Quy định ngõ ra ngõ vào 63

HÌNH 1.1 Quy trình vận chuyển nước thải 7

HÌNH 1.2 Sơ đồ cung cấp điện 7

HÌNH 1.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống 8

HÌNH 2.1 Các Modul của một PLC 10

HÌNH 2.2 CPU PLC 11

HÌNH 2.3 Cấu trúc bộ nhớ của PLC 13

HÌNH 2.4 CPU 224 DC/DC/DC 17

HÌNH 2.5 Giao diện làm việc STEP 7 19

HÌNH 2.6 Cách tạo chương trình con hay chương trình ngắt 20

HÌNH 2.7 Khối data block 21

HÌNH 2.8 Bảng symbol table 22

HÌNH 2.9 Khối Status Chart 23

HÌNH 2.10 Khối Cross Reference 23

HÌNH 2.11 Câu lệnh PID 24

HÌNH 2.12 Giao diện chính WINCC 26

HÌNH 2.13 Giao diện vẽ Graphic 28

HÌNH 2.14 Giao diện trạm bơm trên wincc 28

HÌNH 3.1 Cấu trúc bộ biến tần trực tiếp 30

HÌNH 3.2 Cấu trúc bộ biến tần gián tiếp 31

HÌNH 3.3 Sơ đồ biến tần gián tiếp nguồn áp 32

HÌNH 3.4 Sơ đồ mạch động lực 32

HÌNH 3.5 Biến tần Micromaster 420 33

HÌNH 3.6 Hình tháo mặt trước vỏ máy 34

HÌNH 3.7 Các mạch đầu động lực 34

HÌNH 3.8 Sơ đồ nguyên lý biến tần 35

HÌNH 3.9 Màn hình Biến Tần 36

HÌNH 3.10 Module EM235 41

Trang 10

HÌNH 4.3 Giao diện giám sát, điều khiển 62

Trang 11

viii

DANH SÁCH KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT:

- PLC : Progammable Logic Controller

- PID : Proportional Integral Derivative

- SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition

- CPU : Central Processing Unit

- I : input

- O : output

Trang 12

Sinh viên thực hiện : Phạm Đức Thiện Hướng dẫn : PGS.TS.Đoàn Quang Vinh 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BƠM NƯỚC THẢI SINH

HOẠT

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trạm bơm thoát nước là một bộ phận không thể tách rời trong hệ thống thoát nước sinh hoạt, sản xuất hay cả thành phố Nhất là trong thời điểm hiện nay khi mà mật độ dân

cư ngày càng cao, nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng kéo theo hệ thống xử lý thoát nước phải luôn luôn phát triển, mở rộng quy mô Hệ quả thường thấy khi hệ thống bơm nước thải không đáp ứng được là hiện tượng ngập úng trong những ngày mưa

Trạm bơm, máy bơm nước thải được dùng khi điều kiện địa hình không cho phép nước thải tự chảy đến nơi cần thiết Thường xảy ra khi cống tự chảy đã quá sâu, thấp hơn

hồ xử lý nước thải Khi đó cần đặt trạm bơm để nâng chiều cao của dòng chảy tự nhiên lên, sau đó tiếp tục để tự chảy hoặc qua ống áp lực dẫn tới các nhà máy xử lý nước thải, hoặc xả vào các nguồn tiếp nhận

Trong hệ thống thoát nước, trạm bơm, máy bơm nước được phân biệt 4 nhóm như sau:

Trạm bơm nước sinh hoạt bao gồm

+ Trạm bơm chính dùng để đưa toàn bộ nước thải lên trạm xử lý hoặc xả vào các nguồn tiếp nhận

+ Trạm bơm khu vực (lưu vực), được sử dụng cho từng khu vực nhỏ trong hệ thống, thường có nhiệm vụ bơm từ thấp lên cao từ lưu vực này sang lưu vực khác

+ Trạm bơm cục bộ, phục vụ cho 1 hay 1 vài nhà để bơm nước ra hệ thống thoát nước ngoài thành phố

Trạm bơm nước sản xuất, thường là trạm máy bơm nước lớn, chất lượng và loại bơm phụ thuộc vào loại nước cần thoát

Trạm bơm nước mưa, thường là các loại bơm tiêu năng, dùng khi dòng nước không thể tự chảy, có thể dùng trục đứng hoặc trục ngang, bơm thải thả chìm

Trạm bơm bùn, thuộc 1 trong các hạng mục xử lý nước thải và bùn lắng trong hồ xử lý hoặc trong các khu vực luân chuyển tầng cao của dòng chảy nước thải

Ô nhiễm nguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt và sản xuất đang là vấn đề bức xúc hiện nay Việc bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn nước để cung cấp cho các hoạt

Trang 13

động sinh hoạt và sản xuất, đáp ứng nhu cầu hiện tại và thỏa mãn nhu cầu của tương lai

Đã và đang là bài toán nan giải đối với quốc gia Việt Nam nói riêng và Thế giới nói chung Tp.Đà Nẵng là một thành phố lớn, có tầm quan trọng không những ở trên bình diện quốc gia mà còn cả quốc tế Định hướng phát triển kinh tế của thành phố sẽ tập trung vào phát triển mạnh các ngành dịch vụ như thương mại, tài chính, ngân hàng, du lịch, giao thông vận tải, văn hoá, y tế, đào tạo, công nhân kỹ thuật cao Tuy nhiên, trong giai đoạn phát triển của thành phố các tác động tiêu cực ảnh hưởng đến môi trường nảy sinh

là tất yếu Môi trường không khí, đất, nước mặt, nước ngầm… đều bị tác động ở nhiều mức độ khác nhau do các loại chất thải phát sinh Đặc biệt là vấn đề nước thải từ các khu tập thể và các hoạt động sản xuất dịch vụ vẫn chưa được xử lý mà thải thẳng ra sông Để góp phần vào việc bảo vệ môi trường chung của thế giới và giảm bớt nỗi lo về hậu quả ô nhiễm môi

trường của nhân loại đề tài “Thiết kế trạm bơm nước thải sinh hoạt “ được hình thành

1.1.2 Mục tiêu đề tài

Thiết kế trạm bơm nước thải sinh hoạt cho khu dân cư để nước thải sau khi được thải ra

từ các hộ gia đình được dẫn đến nhà máy xử lý nước thải Tùy vào lượng nước thải thải ra

mà trạm bơm có thể hoạt động ở công suât lớn hay nhỏ và tất cả đều được điều khiển một cách tự động

Góp phần kiểm soát ô nhiễm do nước thải phát sinh ra trong sinh hoạt và hoạt động sản

xuất của Khu dân cư

1.1.3 Phạm vi áp dụng

Áp dụng cho các khu tập thể, khu dân cư, khu ký túc xa, các nhà máy vừa và nhỏ

1.2 Vài nét về đề tài

Mỗi một trạm bơm thường có nhiều máy bơm cùng cấp nước vào một đường ống chung

Áp lực và lưu lượng của đường ống thay đổi hàng giờ theo nhu cầu Bơm và các thiết bị

đi kèm như đường ống van, đài nước được thiết kế với lưu lượng nước bơm rất lớn Vì thế điều chỉnh lưu lượng nước bơm được thực hiện bằng các phương pháp sau:

- Điều chỉnh bằng cách khép van trên ống đẩy của bơm

- Điều chỉnh bằng đóng mở các máy bơm hoạt động đồng thời

- Điều khiển thay đổi tốc độ quay bằng khớp nối thuỷ lực

Điều khiển theo những phương pháp trên không những không tiết kiệm được năng lượng điện tiêu thụ mà còn gây nên hỏng hóc thiết bị và đường ống do chấn động khi đóng mở van gây nên, đồng thời các máy bơm cung cấp không bám sát được chế độ tiêu

Trang 14

thụ trên mạng lưới Để giải quyết các vấn đề kể trên chỉ có thể sử dụng phương pháp điều khiển truyền động biến đổi tốc độ bằng thiết bị biến tần.Thiết bị biến tần là thiết bị điều chỉnh biến đôỉ tốc độ quay của động cơ bằng cách thay đổi tần số của dòng điện cung cấp cho động cơ Hiện nay thiết bị biến tần trên thế giới có nhiều nhà cung cấp thiết bị biến tần như Danfoss ,Siemen, Mitsubishi,ABB…Không chỉ cung cấp thiết bị cho ngành cấp thoát nước mà cho nhiều ngành công nghiệp khác

 Nguyên tắc điều khiển máy bơm của thiết bị biến tần:

Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh một cách linh hoạt lưu lượng và áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ

Với tín hiệu từ cảm biến mức nước phản hồi về thiết bị biến tần, bộ vi xử lý của biến tần

sẽ so sánh giá trị truyền về với giá trị cài đặt để từ đó thay đổi tần số dòng điện, điện áp

cung cấp cho động cơ làm thay đổi tốc độ quay của động cơ để đảm bảo lưu lượng và

áp lực cấp vào nhà máy

+ Sự điều chỉnh linh hoạt các máy bơm khi sử dụng biến tần được cụ thể như sau:

- Điều chỉnh tốc độ quay khi mức nước cùng thay đổi

- Đa dạng trong phương thức điều khiển các máy bơm trong trạm bơm Một thiết

bị biến tần có thể điều khiển đến 5 máy bơm Có ba phương thức điều khiển các máy bơm:

 Điều khiển theo mực nước: Trên cơ sở tín hiệu mực chất lỏng trong bể hút hồi tiếp về

biến tần Bộ vi xử lý sẽ so sánh tín hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng được cài đặt Trên cơ

sở kết quả so sánh biến tần sẽ điều khiển đóng mở các máy bơm sao cho phù hợp để mực chất lỏng trong bể luôn bằng giá trị cài đặt Ngược lại khi tín hồi tiếp lớn hơn giá trị cài đặt, biến tần sẽ điều khỉên cắt lần lượt các bơm đểmực chất lỏng luôn đạt ổn định

ở giá trị cài đặt

 Điều khiển theo hình thức chủ động/ thụ động: Mỗi một máy bơm được nối với một bộ

biến tần trong đó có một biến tần chủ động và các biến tần khác là thụ động Khi tín hiệu hồi tiếp về biến tần chủ động thì bộ vi xử lý của biến tần này sẽ so sánh với tín hiệu được cài đặt để từ đó tác động đến các biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay của các máy bơm cho phù hợp và không gây ra hiện tượng va đập thuỷ lực phản hồi từ hệ thống Phương thức điều khiển này là linh hoạt nhất, khắc phục những khó khăn trong quá

Trang 15

trình vận hành bơm khác với thiết kế Phương thức này được sử dụng cho trường hợp thay đổi cả về lưu lượng và áp lực trên mạng lưới

 Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển một bơm(PID): Một máy bơm chính

được điều chỉnh thông qua thiết bị biến tần Khi tín hiệu áp lực và mực nước trên mạng lưới hồi tiếp về biến tần Bộ vi xử lý sẽ so sánh với giá trị cài đặt, và điều khiển tốc độ máy bơm chính chạy với tốc độ phù hợp qua thuật toán PID

 Những ưu điểm khi điều khiển tốc độ bơm bằng thiết bị biến tần

- Hạn chế được dòng điện khởi động cao

- Tiết kiệm năng lượng

- Điều khiển linh hoạt các máy bơm

- Sử dụng công nghệ điều khiển vecto

Ngoài ra còn các ưu điểm khác của thiết bị biến tần như:

- Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400 Kw

- Tự động ngừng khi đạt tới điểm cài đặt

- Tăng tốc nhanh giứp biến tần bắt kịp tốc độ hiện thời của động cơ,

- Tự động tăng tốc giảm tốc tránh quá tải hoặc qúa điện áp khi khởi động,

- Bảo vệ được động cơ khi : ngắn , mạch, mất pha lệch pha, quá tải, quá dòng, quá nhiệt

- Kết nối với máy tính chạy trên hệ điều hành Windows,

- Kích thước nhỏ gọn không chiếm diện tích trong nhà trạm,

- Mô men khởi động cao với chế độ tiết kiệm năng lượng,

- Dễ dàng lắp đặt vận hành,

- Hiển thị các thông số của động cơ và biến tần

Từ những ưu điểm trên của thiết bị biến tần ta lựa chọn phương án lắp máy biến tần cho trạm bơm thay thế cho việc xây dựng đài nước trên mạng lưới nhằm tiết kiệm chi phí trong xây dựng và vận hành quản lý

1.3 Giới hạn của đề tài

Từ những kiến thức học được tại trường và ngoài thực tế thì trong đồ án này em chỉ có thể thực hiện được một số công việc mà thôi Em còn hạn chế về kiến thức cũng như khả năng về kinh tế và thời gian có hạn nên cũng chỉ có thể tạo được mô hình nhỏ, nhưng với

mô hình này đã thể hiện được quy trình hoạt động của một hệ thống bơm cấp thoát nước thực tê Một số công việc thực hiện trong đồ án:

Trang 16

- Tìm hiểu mô hình bơm cấp nước hoạt động trong thực tế

- Tìm hiểu và nghiên cứu PLC S7 – 200

- Giao tiếp PLC với Wincc giám sát hệ thống

- Giao tiếp PLC với Biến tần, thiết kế giao diện điều khiển tự động bằng WinCC Điều khiển PID cho máy bơm chạy sao cho giá trị mức nước không thay đổi dù tải có thay đổi

- Trên màn hình điều khiển sẽ cho thấy tất cả trạng thái hoạt động của hệ thống, các số liệu luôn được cập nhật về liên tục để tiện theo dõi

- Kiểm tra và xử lý khi có sự cố bất thường, nó được quan sát và điều khiển thông qua dao diện Scada

- Thi công mô hình phần cứng

1.4 Mô tả hoạt động và hướng thực hiện của đề tài

1.4.1 Mô tả hoạt động

Trong hệ thống có 1 máy bơm 3 pha Biến tần sẽ điều khiển trực tiếp máy bơm 3 pha, ngoài ra chúng ta có thể lắp thêm một máy bơm 1 pha, máy bơm 1 pha sẽ bơm dự phòng khi mà máy bơm 3 pha có lỗi ko hoạt động Máy bơm dự phòng này sẽ được điều khiển trực tiếp bằng điện lưới 220V

Khi khởi động hệ thống lên thì máy bơm 3 pha được điều khiển bằng Biến tần sẽ được khởi động chạy cho tới khi đạt được mức nước đặt, khi mức nước trong hồ chưa đạt mức nước đặt thì biến tần sẽ giữ ổn định tốc độ của máy bơm này

Trường hợp lượng nước thải thay đổi tức là mức nước thay đổi, tùy theo lượng nước thải tăng hay giảm thì Biến tần sẽ điều khiển máy bơm chạy nhay hay chạy chậm Khi lượng nước thải tang tức là mức nước tăng, lúc này muốn ổn định mức nước thì Biến tần

sẽ điều khiển máy bơm chạy nhanh hơn ( tức là tăng tần số của máy bơm 3 pha) cho tới khi đạt được mức nước đặt Ngược lại, khi lượng nước thải giảm thì Biến tần sẽ giảm tần

số của máy bơm xuống cho tới khi đạt được mức nước đặt Trường hợp, nếu máy bơm 3 pha có lôi ko hoạt động thi ta khơi động may bơm 1 pha đê dự phong trong quá trinh khắc phục

1.4.2 Hướng thực hiện đề tài

Đối với các hệ thống bơm cấp nước trong thực tế thì người ta sử dụng máy bơm công suất lớn, biến tần công suất lớn, để bơm cấp nước cho cả khu dân cư, thành phố, cho các khu công nghiêp Nhưng với đề tài này thì em đã mô hình hóa hệ thống nên em chỉ sử dụng máy bơm và biến tần có công suất nhỏ, chính vì vậy mà em chỉ ổn định áp suất đặt

Trang 17

với giá trị nhỏ Một phần là vì những máy bơm công suất lớn rất nặng và to nên em không thể làm mô hình được, lý do nữa là chi phí cho các máy bơm và biến tần công suất lớn thì quá lớn đối với khả năng của em

- Nghiên cứu kỹ hệ thống bơm cấp nước sử dụng biến tần trong thực tế

- Nắm rõ trình tự điều khiển từng máy bơm

- Tìm hiểu về biến tần sử dụng

- Lựa chọn máy bơm và biến tần có công suất hợp lý

- Tìm hiểu về giao tiếp PLC với biến tần

- Lập trình PLC

- Lập trình bộ PID để điều khiển máy bơm

- Thiết kế giao diện SCADA để giám sát hệ thống

- Giao tiếp PLC với SCADA thông qua phần mềm Win CC

- Thi công mô hình và chạy thử kiểm tra, sửa lỗi

1.5 Yêu cầu công nghệ

Nước thải sinh hoạt tại các hộ gia đình được dẫn và gom vào 1 bể chứa Tại bể này có hệ thống trạm bơm dẫn nước thải về nhà máy xử lý

Mô hình trạm bơm hoạt động dựa trên điều khiển cân bằng mực nước của bể Mực nước của bể được giám sát bằng cảm biến mực nước từ đây giá trị đo của cảm biến được gởi về PLC, giá trị đo này sẽ được gửi lên máy tính để giám sát, thông qua truyền thông của PLC

và máy tính, từ giá trị đo được từ bể ta có thể điều khiển mực nước trong bể bằng cách nhập giá trị đặt từ máy tính gởi về PLC Ở đây PLC sẽ điều khiển biến tần, biến tần sẽ điều khiển động cơ để điểu khiển mực nước trong bể sao cho giá trị đo được từ cảm biến

sẽ trùng với giá trị đặt từ máy tính

Hệ thống điều khiển mực nước này dùng để giám sát và ổn định mực nước thải trong bể tránh hiện tượng tràn bể khi đầy Khi nước thải trong bể tăng nhanh thì bơm sẽ chạy nhanh, hay ít thì bơm sẽ chạy chậm để bám theo mực nước mà người giám sát đã quy định

Trang 18

Hình 1.1 Quy trình vận chuyển nước thải 1.6 Sơ đồ khối và cấu tạo hệ thống

1.6.1 Sơ đồ cung cấp điện

Hình 1.2 Sơ đồ cung cấp điện

Trang 19

1.6.2 Cấu tạo trạm bơm nước thải sinh hoạt

Hệ thống trạm bơm nước thải sinh hoạt được sử dụng rộng rãi khắp cả nước Trạm bơm nước thải được dùng để vân chuyển nước thải sinh hoạt từ nhưng hộ dân cư về nhà máy

xử lý nước thải để xử lý

Cấu tạo trạm bơm gồm :

- Bể chứa nước thải : gom nước thải từ các hộ dân dẫn về

- Mạch động lực bao gồm máy bơm và biến tần

- Mạch điều khiển bao gồm PLC và cảm biển có kết nối máy tính để giám sát

Trang 20

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ là:

Sơ đồ công nghệ hoạt động dựa trên điều khiển cân bằng mực nước của bể Mực nước của

bể được giám sát bằng cảm biến mực nước từ đây giá trị đo của cảm biến được gởi về PLC, giá trị đo này sẽ được gửi lên máy tính để giám sát, thông qua truyền thông của PLC

và máy tính, từ giá trị đo được từ bể ta có thể điều khiển mực nước trong bể bằng cách nhập giá trị đặt từ máy tính gởi về PLC Ở đây PLC sẽ điều khiển biến tần, biến tần sẽ điều khiển động cơ để điểu khiển mực nước trong bể sao cho giá trị đo được từ cảm biến

sẽ trùng với giá trị đặt từ máy tính

Hệ thống điều khiển mực nước này dùng để giám sát và ổn định mực nước thải trong bể tránh hiện tượng tràn bể khi đầy Khi nước thải trong bể tăng nhanh thì bơm sẽ chạy nhanh, hay ít thì bơm sẽ chạy chậm để bám theo mực nước mà người giám sát đã quy định Để bám sát mức nước đặt trong bể chúng ta sử dụng thuật toán PID, dựa vào thuật toán này chúng ta có thể điều khiển mức nước 1 cách ổn định và chính xác nhất

Trang 21

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PLC VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH

2.1 Giới thiệu PLC

2.1.1 Khái niệm PLC

PLC được viết tắt từ cụm từ (Programmable Logic Control) nghĩa là điều khiển logic

khả trình Đây là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển số

thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện các phép toán bằng các mạch số Do đó PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ dàng trao đổi thộng tin với môi trường xung quanh ( với các loại PLC khác hoặc với máy tính) Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích ( ngõ vào ) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kỳ hay các sự kiện được đếm

Thông thường, một PLC được cấu tạo bởi 7 module phần cứng sau: Module nguồn, module đơn vị xử lý trung tâm, module bộ nhớ chương trình và dự liệu, module đầu vào, module đầu ra, modul phối ghép, module chức năng

Hình 2.1 Các Modul của một PLC

2.1.2 Khái quát về họ PLC S7-200 của Siemens.

PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens ( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge ) Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mới ), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa Họ 21X có các đời sau: 210,

212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM

Panel lập

trình, vận

hành, giám sát

Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ dữ liệu

Nguồn

Đơn vị xử

lý trung tâm Khối ngõ vào

Khối ngõ vào

Quản

lý việc phối ghép

Trang 22

Bảng 2.1 Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X :

2.1.3 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-200

2.1.3.1 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài

Hình 2.2 CPU PLC

Trang 23

 Các đầu vào/ra số:

 Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện áp vào tiêu chuẩn 24VDC - Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ) - Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU)

 Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF)

 Port truyền thông:

 Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần…

 Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng

 Công tắc chuyển chế độ:

 RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN ( quan sát đèn trạng thái )

 STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF - TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để download chương trình người dùng

 Vít chỉnh tương tự:

 Mỗi PLC đều có từ một đến hai vít chỉnh tương tự có thể xoay được 270 độ để thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương trình

2.1.3.2 Cấu trúc phần cứng PLC

 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):

CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm

CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:

 Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần

xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài

Trang 24

 Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán,

đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn

 Bộ nhớ:

Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần xử

lý trong chương trình của PLC

Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU

Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện

Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC

 Khối quản lý ghép nối:

Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp

DỮ LIỆU

CHƯƠNG TRÌNH

VÙNG ĐỐI TƯỢNG

DỮ LIỆU

CHƯƠNG TRÌNH THAM SỐ

DỮ LIỆU THAM SỐ

Trang 25

o Vùng nhớ chương trình: Là miền nhớ được dùng để lưu trữ các lệnh được dùng trong chương trình.Vùng này thuộc kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được

o Vùng nhớ tham số: Dùng để lưu giữ các tham số như từ khóa, địa chỉ trạm… Vùng này thuộc kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được

o Vùng dữ liệu: Dùng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả các phép tính, các hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông…

o Vùng đối tượng: Bao gồm các bộ đếm, bộ định thì, các cổng vào ra tương tự Vùng này không thuộc kiểu non-volatile nhưng có thể đọc và ghi được

Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình

 Vùng nhớ chương trình:

Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT

o OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét

o SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính

o INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra

 Vùng nhớ dữ liệu:

Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ… Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ để phục

vụ cho những mục đích và công dụng khác nhau, bao gồm các vùng sau:

o V (Variable memory): Vùng nhớ biến

o I (Input image register): Vùng đệm đầu vào

o Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra

o M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội

o SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt

Cách thức truy cập địa chỉ của vùng nhớ dữ liệu:

Trang 26

o Truy cập theo từ kép: Tên miền + D + địa chỉ byte cao trong miền.Ví dụ VD345 chỉ từ

kép gồm 4 byte 345, 346, 347, 348 trong miền nhớ V trong đó 345 là byte cao trong từ kép

31 24 23 16 15 8 7 0

VD183

 Truy cập gián tiếp:

Truy cập địa chỉ gián tiếp thông qua con trỏ (pointer) Con trỏ là một miền nhớ từ kép chứa địa chỉ của vùng nhớ khác Các vùng nhớ V, L và thanh ghi chỉ mục ( AC1,AC2,AC3 ) có thể được sử dụng như là con trỏ Để sử dụng con trỏ phải sử dụng lệnh MOVE_D để chuyển địa chỉ của vùng nhớ được định địa chỉ gián tiếp vào vùng con trỏ Con trỏ cũng có thể được chuyển tới chương trình con như là một tham số

S7-200 cho phép con trỏ truy cập các vùng nhớ V,M,I,Q,S,T,C theo giá trị hiện hành

và không cho phép truy cập theo từng bit và các vùng nhớ AI,AQ,HC,SM,L

Để truy cập gián tiếp dữ liệu địa chỉ của một vùng nhớ, phải tạo một con trỏ cho vùng

đó bằng cách sử dụng ký tự & cùng với vùng nhớ có địa chỉ cần lấy Toán hạng đầu vào của lệnh phải bắt đầu với ký tự & để chỉ rằng địa chỉ vùng nhớ, thay cho nội dung của nó được chuyển vào vùng định nghĩa toán hạng đầu ra của lệnh Quy ước sử dụng con trỏ để truy nhập như sau:

o & địa chỉ byte (cao): Toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép VD: MOVD

&VW100,AC1: Tạo con trỏ bằng cách đưa địa chỉ byte cao VB100 vào trong thanh ghi AC1, thanh ghi AC1 sẽ chứa địa chỉ của VW100

o * con trỏ: Toán hạng lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép mà con trỏ chỉ vào Theo ví

dụ trên, khi đã tạo con trỏ ta có thể lấy nội dung của AC1 và chuyển vào VW300 bằng cách dùng toán hạng lấy nội dung trỏ vào thanh ghi AC1 VD: MOVW

&AC1,VW300: Nội dung của AC1 được chuyển vào VW300

 Vùng đối tượng:

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, Counter, HSC, bộ đệm vào ra tương tự và các thanh ghi chỉ mục 2.1.3.4 Module mở rộng

Các PLC họ S7-200 đều có thể mở rộng thêm các đầu vào/ra và các chức năng nâng cao khác bằng cách ghép nối thêm các module mở rộng về phía bên phải của PLC tạo thành một móc xích các module Địa chỉ của các vị trí các module được xác định bằng kiểu vào

ra và vị trí của các module trong móc xích, bao gồm các module có cùng kiểu Các module mở rộng số hay tương tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm tương ứng với số đầu vào

Trang 27

o Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC /RELAY/230VAC

o Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 20mA…

0-10V,4-o M0-10V,4-odule đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra

o Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra

o Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông

2.1.3.5 Thực hiện chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp gọi là một vòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc Sau giai đoạn thực hiện chương trình

là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra

Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản

lý Khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra

Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với các chế độ ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chương trình ngắt chỉ được thực hiện khi có sự kiện báo ngắt và có thể xảy ra bất kỳ lúc nào trong một vòng quét

Chu kỳ quét của PLC

Lặp lại chu kỳ quét

Nhập dữ liệu từ ngoài vào

Thực hiện chương trình Truyền thông và tự kiểm tra lỗi

Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ra

Trang 28

2.2 PLC S7-200, CPU224XP DC/DC/DC

Hình 2.4 CPU 224 DC/DC/DC

Đối với loại CPU 224 DC/DC/DC:

PLC Siemens S7-200, CPU 224,Nguồn DC,14 DI,10 DO

- Số đầu vào/ra có sẵn: 14 DI / 10DO

- Số đầu vào / ra số cực đại ( nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng: DI/DO/MAX: 94 /

74 / 168)

Trang 29

- Số đầu vào / ra tương tự ( nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng: AI/AO/MAX:

- Chương trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, từng phần nằm trong những khối riêng biệt (OB1, SUBROUTIN, INTERRUPT) Loại chương trình này thường áp dụng với những yêu cầu phức tạp và nhiều khâu Khi lập trình chương trình có cấu trúc thường sử dụng ngoài chương trình chính còn có chương trình con và chương ngắt Chương trình con được viết trong khối chương trình con và được gọi trong chương trình chính khi có lệnh gọi Chương trình ngắt được viết trong khối chương trình ngắt và thực hiện mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra bất kể trong thời điểm nào của vòng quét Cả hai loại chương trình này đều có khả năng trao đổi dữ liệu với các chương trình khác

2.3.2 Thiết bị lập trình

Có hai loại thiết bị có thể dùng để lập trình cho PLC S7- 200 là PG và PC

o PG: Là thiết bị lập trình chuyên dụng được dùng cho PLC S7-200 tuy nhiên chỉ sử dụng để lập trình với ngôn ngữ STL

o PC: Là máy tính cá nhân trên đó có cài phần mềm STEP7-MICROWIN Phần mềm này cho phép lập trình với cả ba ngôn ngữ là STL, LAD và FBD Để cài phần mềm này người phải có bản quyền và PC phải cài hệ điều hành WIN98/2000/NT/XP.Hiện nay hầu hết sử dụng STEP7- MICROWIN 3.0, 3.2, 4.0 để lập trình cho S7 để có thể

sử dụng được những ứng dụng nâng cao

Trang 30

2.3.3 Giao diện làm việc:

Sau khi đã cài đặt phần mềm STEP7-MICROWIN và vào chương trình làm việc, giao diện làm việc sẽ được thể hiện như sau:

Hình 2.5 giao diện làm việc STEP 7

o Navigation Bar: Thể hiện các khối và các lệnh làm việc được tạo sẵn trong phần mềm

Để sử dụng các khối này ta chỉ cần kích vào nút biểu tượng tương ứng với khối cần dùng

o Instruction Tree: Thể hiện tất cả các khối và lệnh sử dụng trong chương trình dưới dạng cây thư mục Muốn làm việc với lệnh nào chỉ việc Click đúp chuột vào vị trí đó

o Menu bar và Toolbar: Là các thanh công cụ giúp thực hiện nhanh các lệnh và chức năng sử dụng trong chương trình

Trang 31

2.3.4 Các khối sử dụng trong giao diện lập trình:

 Khối Programe Block:

Gồm ba khối chính:

1 Khối OB1: Là khối chứa chương trình chính, luôn được quét trong mỗi vòng vòng

quét Đây là khối chính trong việc thiết kế chương trình và bắt buộc phải có

2 Khối SUBROUTIN: Là khối chứa chương trình con Chương trình chứa trong khối

này sẽ được thực hiện mỗi khi có lệnh gọi thực hiện từ chương trình chính

3 Khối INTERRUPT: Là khối chứa chương trình ngắt Khối này sẽ được thực hiện mỗi

khi có sự kiện ngắt xảy ra

Hình 2.6 Cách tạo chương trình con hay chương trình ngắt

Có thể tạo nhiều chương trình con hay chương trình ngắt tuy nhiên không thể tạo

nhiều chương trình chính do chương trình chính chỉ có một

 Khối Data Block:

Đây là khối chứa dữ liệu của một chương trình Ta có thể định dạng dữ liệu trước

trong khối này và sử dụng chúng trong chương trình Khi tải chương trình vào PLC thì

toàn bộ nội dung của khối sẽ được lưu vào bộ nhớ của PLC Khối chỉ làm việc với dữ liệu

của vùng nhớ V Để tạo dữ liệu trong khối này ta có click vào biểu tượng trên màn hình

hoặc trên cây thư mục chọn khối và click vào biểu tượng “USER”, khi đó màn hình

chương trình sẽ chuyển sang làm việc với khối Cách tạo dữ liệu được thể hiện bên dưới

Trang 32

Ví dụ về cách tạo một Data Block

Hình 2.7 Khối data block

 Khối System Block:

Đây là khối định dạng các chức năng làm việc của hệ thống Khối này gồm có 10 khối chính:

1 Communication Ports: Định dạng cho cổng giao tiếp của PLC Địa chỉ mặc định của PLC là 2, có thể thay đổi địa chỉ này Tốc độ truyền mặc định là 9600kbps

2 Retentive Ranges: Khối này cho phép chọn 5 vùng nhớ có thể lưu dữ liệu khi PLC bị

mất điện, nếu vùng nào được chọn thì dữ liệu vùng đó được giữ, ngược lại sẽ bị reset

về 0

3 Password: S7-200 có 3 mức chọn mật mã,thông thường chọn mức cao nhất để bảo mật bản quyền, số ký tự tối đa là 8 Trường hợp PLC đã có password thì người không có password không thể upload từ PLC về máy tính nhưng có thể DownLoad chương trình vào PLC bằng các chọn “clear PLC”, khi đó toàn bộ dữ liệu sẽ bị xóa

4 Output table: Khối này cho phép chọn trạng thái ngõ ra của PLC là ON hay OFF khi PLC chuyển trạng thái từ RUN sang STOP Chế độ mặc định của phần mềm là OFF

5 Input Filter: Cho phép chọn thời gian lọc tín hiệu ngõ vào của PLC Thời gian lọc tín hiệu ngõ vào là thời gian mà ngõ vào không đổi trạng thái thì PLC mới cho phép nhận trạng thái đó Nếu sự thay đổi trạng thái diễn ra trong thời gian ngắn hơn thời gian lọc thì PLC sẽ không nhận tín hiệu đó và coi như trạng thái của ngõ vào là không thay đổi Thời gian lọc mặc định của đầu vào là 6.4ms

Trang 33

6 Pulse Catch Bits: PLC cho phép chọn ngõ vào có thể bắt những tín hiệu nhanh khi chu

kỳ quét chưa kịp quét, tín hiệu đó sẽ được giữ cho đến khi chu kỳ quét được thực hiện

7 Background Time: Background time còn gọi là thời gian nền, được chuyên dùng cho việc xử lý các yêu cầu truyền thông trong chế độ chạy ở trạng thái biên dịch hoặc đáp ứng Background time được cho dưới dạng phần trăm và tác động đến thời gian quét Khi tỷ lệ chọn càng tăng thì thời gian quét càng chậm Tỷ lệ hợp lý được chọn là 10%

8 EM Configuration: Khối này cho phép người sử dụng xem được cấu hình vị trí của module được sử dụng Địa chỉ này được lưu trong vùng nhớ V

9 Configure LED: Khối này cho phép người dùng đặt cấu hình cho đèn SF/DIAG Có

hai chế độ có thể được sử dụng để thông báo

10 Increase Memory: Khối cho phép người dùng tăng hoặc không tăng bộ nhớ trong chế

độ chạy của PLC bằng cách đánh dấu vào vị trí “Disable Edit in Run to increas memory”

 Khối Symbol Table:

Khối này cho phép người dùng đặt biểu tượng và chú thích các địa chỉ sử dụng trong chương trình Khi ta đặt biểu tượng ( symbol ) và chú thích ( comment ) thì trong chương trình sẽ thể hiện các biểu tượng này thay cho địa chỉ Công việc này sẽ giúp cho người dùng dễ dàng giám sát các địa chỉ được sử dụng trong chương trình

Hình 2.8 Bảng symbol table

Trang 34

 Khối Status Chart:

Khối này giúp người dùng có thể giám sát và hiệu chỉnh các dữ liệu trong chương trình bằng cách đưa các dữ liệu cần giám sát vào trong khối Quá trình quan sát dữ liệu chỉ được thực hiện khi PLC đang ở chế độ RUN Người dùng có thể giám sát dữ liệu bằng hai cách: Dùng Chart Status hoặc Trend View trên thanh công cụ Chart Status thể hiện giá trị dữ liệu ở dạng bảng và Trend View thể hiện dữ liệu dưới dạng biểu đồ theo thời gian Có thể quan sát dữ liệu thông qua các công cụ là Chart Status hoặc Single read tuy trong đó chức năng Chart Status có thể cập nhật giá trị của dữ liệu khi PLC chuyển sang chế độ STOP còn chức năng Single Read thì không Ta có thể thay đổi và cập nhật giá trị

của dữ liệu thông qua các chức năng Write và Force trên thanh công cụ

Hình 2.9 Khối Status Chart

 Khối Cross Reference:

Khối Cross Reference được thể hiện dưới dạng bảng giúp người dùng có thể giám sát được vị trí và loại của dữ liệu dùng trong chương trình Bảng chỉ được thể hiện khi chương trình được Download xuống PLC và quan sát ở chế độ online

Hình 2.10 Khối Cross Reference

Trang 35

2.4 Giới thiệu vòng lặp PID

Lệnh vòng lặp PID là lệnh tính toán vòng lặp PID (PID Loop) theo các đầu vào và những thông số từ bảng được định địa chỉ bởi TBL

Hình 2.11 câu lệnh PID

Lệnh PID Loop (Proportional, Integral, Derivative Loop) được sử dụng để tính toán vòng lặp PID Lệnh này chỉ được thực hiện nếu như đỉnh của ngăn xếp (Top Of Stack) bằng 1 trong STL, hay có Power Flow trong LAD Lệnh này có hai toán hạng: [TBL] là địa chỉ byte đầu tiên của một bảng dữ liệu còn [LOOP] là một số nằm trong khoảng từ 0 đến 7 Điều này cũng có nghĩa là chỉ có tối đa 8 lệnh PID Loop có thể đượcsử dụng trong một chương trình Nếu có hai lệnh PID Loop với cùng một số [LOOP] thì dù chúng có sử dụng hai bảng khác nhau đi nữa cũng vẫn ảnh hưởng đến nhau và có thể gây những hậu quả không lường trước được

Bảng dữ liệu của lệnh PID Loop bao gồm 09 tham số dùng để điều khiển hoạt động của vòng lặp: giá trị tức thời và giá trị kế trước (current and previous value) của biến điều khiển (process variable), giá trị yêu cầu (setpoint), giá trị xử lý (output - đầu ra của PID),

Trang 36

hệ số khuếch đại (gain), thời gian lấy mẫu (sample time), hệ số tích phân (integral time - reset), hệ số vi phân (derivative time - rate) và integral sum (bias)

Để thực hiện lệnh này ở một tần suất lấy mẫu xác định, nó phải hoặc là được đặt trong một ngắt thời gian hoặc là được thực hiện trong chương trình chính qua kiểm soát bởi một

bộ định thời Đồng thời, thời gian lấy mẫu tương ứng phải được đưa vào bảng dữ liệu của lệnh

Trong STEP 7 Micro / Win 32, chúng ta có thể sử dụng PID Wizard để tạo thuật toán với PID cho một mạch điều khiển kín bằng cách chọn Tools Instruction Wizard -> PID từ Menu chính

Ở trạng thái ổn định, một bộ điều khiển PID sẽ điều chỉnh sao cho sai số giữa giá trị yêu cầu (setpoint SP) và giá trị điều khiển (process variable PV) bằng 0 Nguyên lý của một

bộ điều khiển PID như vậy thể hiện trong phương trình sau:

trong đó:

M(t): đầu ra của PID (đại lượng xử lý) như một hàm theo thời gian

Kc: hằng số khuếch đại

e: sai số e = SP – PV

Mi: giá trị ban đầu của PID

Nhằm mục đích áp dụng bộ điều khiển PID trên máy vi tính hay PLC nói riêng và trong kỹ thuật số nói chung, chúng ta phải tiến hành “rời rạc hóa” phương trình nêu trên

Cụ thể là lấy mẫu và lượng tử hóa các biến Phương trình được viết lại như sau:

Trong đó:

Mn: đầu ra của PID (đại lượng xử lý) ở thời điểm lấy mẫu n

Trang 37

Kc: hằng số khuếch đại

en: sai số ở thời điểm lấy mẫu n en = SPn – PVn

en-1: sai số ở thời điểm lấy mẫu ngay trước đó (n-1)

2.5 Giới thiệu về WINCC

2.5.1 Khái quát về WIN CC

WINCC ( Windows Control Center ) : là chương trình kết hợp với PLC dùng để giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển các hệ thóng tự động hóa quá trình sản xuất, nó là một chương trình HMI (Human Machine Interface) hỗ trợ người dùng lập trình thiết kế giao diện người – máy

WINCC là hệ thống trung tâm điều khiển của cả hệ thống, nó cung cấp các tính năng như : hiển thị hình ảnh, các số liệu, lưu trữ dữ liệu, cảnh báo, giao diện thân thiện, dễ điều khiển…

Hình 2.12 Giao diện chính WINCC

Trang 38

2.5.2 Các bước để tạo một Project trong WinCC

- Khởi động WINCC

- Tạo một Project mới

- Cài đặt Driver kết nối PLC

- Định nghĩa các Tag sử dụng

- Tạo một giao diện người dùng

- Cài đặt thông số cho WinCC Runtime

- Chạy chương trình (Activate)

- Có thể dùng chương trình WinCC Variable Simulation để mô phỏng hoạt động của các Tag

Gõ tên Project vào Project name

Màn hình WinCCExplorer xuất hiện

 Cài đặt Driver kết nối với PLC:

Nhấp chuột phải vào Tag Management Chọn Add New Driver

 Tạo Tag cho chương trình:

Vì trong đề tài có sử dụng PC-Access nên việc tạo Tag đã được trình bày trong phần tạo Tag trong PC-Access Ta chỉ cần Add tất cả các Tag từ PC-Access qua WinCC là xong

Trang 39

 Tạo một Graphic mới:

Nhấp chuột phải Graphic Design New picture sau đó chọn Rename để đổi tên Màn hình soạn thảo của Graphics Designer

Hình 2.13 Giao diện vẻ Graphic

2.5.4 Giao diện Wincc sử dụng trong hệ thống

Hình 2.14 Giao diện trạm bơm trên wincc

Trang 40

Trong giao diện wincc này cho phép người sử dụng giảm sát hệ thống và điều khiển

hệ thống bơm một cách dễ dàng mà không cần phải đứng tại hệ thống bơm Nhìn vào giao diện chúng ta cũng thấy được thông số của mức nước trong bể chứa và có thể cài đặt mức nước trong bể mà người điều khiển mong muốn

Trong giao diện có tất cả bốn phím bấm gồm :

- Start : khởi động hệ thống

- Stop : dừng hệ thống

- Auto : cho phép hệ thống chạy tự động

- Manua : cho phép điều khiển hệ thống bằng tay

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	3,5 MB