Thiết kế hệ thống điều khiển đài phun nước tự động sử dụng PLC s7 1200 trong 02 hồ ở thành phố bắc ninh

Bản luận văn tập trung vào việc xây dựng chương trình và giao diện điều khiểnhoạt động hệ thống đài phun nước tại 2 hồ nhân tạo trước Tỉnh ủy và UBND tỉnhBắc Ninh.. Sau thời gian dài, lớ

LỜI CAM ĐOAN

chép bất hợp pháp từ nghiên cứu của người khác Nếu sai tôi hoàn toàn chịutrách nhiệm

Người cam đoan

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp lần này tôi xin gửi lời cảm ơn tới

qua, đã tạo điều kiện cho tôi tiếp cận, nghiên cứu các yếu tố kỹ thuật và giúp đỡ

tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện những nghiên cứu của tôi

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo của KhoaĐiện – Điện

tử cùng các thầy cô giáo bộ môn đã truyên đạt những kiến thức mới và bổ íchcho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Học viên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN .ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1

3 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI 2

5 PHUƠNGPHÁP NGHIÊNCỨU 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1Tổng quan về hệ thống hồ nhân tạo trước UBND tỉnh Bắc Ninh 3

1.2 Hệ thống đài phun nước 5

1.2.1 Cấu tạo của đài phun nước 6

1.2.2 Cơ chế hoạt động của đài phun nước 9

1.2.3 Một số hệ thống đài phun nước đã xây dựng 9

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 12

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.1 Đối tượng nghiên cứu 13

2.1.1 Giới thiệu chung về PLC 13

2.1.2 Giới thiệu về PLC S7 – 1200 15

2.1.3 Giới thiệu chung về phần mềm TIA Portal 22

2.2 Nguyên lý hoạt động và chi tiết thiết bị 25

2.2.1 Hệ thống bơm chìm 25

2.2.2 Van điều chỉnh 26

2.2.3.Hệ thống đầu phun tạo hình 26

2.2.4 Hệ thống đèn led trang trí 29

2.2.5 Hệ thống cảm biến 31

2.2 Nội dung nghiên cứu 33

2.3 Phương pháp nghiên cứu 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Thiết kế, xây dựng chương trình điều khiển 35

3.1.1 Quy trình công nghệ 35

3.1.2 Lựa chọn bộ điều khiển 35

3.1.3 Xây dựng bảng phân công tín hiệu vào ra 36

3.1.4 Xây dựng lưu đồ thuật toán 36

3.1.5 Chương trình điều khiển (xem phụ lục ) 39

3.2 Thiết kế giao diện điều khiển 39

3.2.1 Các bước thiết kế giao diện điều khiển 39

3.3 Hướng dẫn sử dụng giao diện để điều khiển hoạt động đài phun nước 49

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 52

1 Kết luận 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 55

DANH MỤC BẢNG

Hình 1.1 Hồ nhân tạo trước Tỉnh ủy và UBND tỉnh Bắc Ninh 3

Hình 1.2 Bơm bìm đài phun nước 6

Hình 1.3 Hệ thống vòi phun nước 7

Hình 1.4 Hệ thống chiếu sáng đài phun nước 8

Hình 1.5 Hệ thống đài phun nước nằm trong hồ Buji ở DuBai 9

Hình 1.6 Đài phun nước Jet d’Eau 10

Hình 1.7 Hệ thống phun nước cho hồ tự nhiên tại Becamex Bình Dương 11

Hình 2.1 PLC S7 – 1200 15

Hình 2.2 Một số module hỗ trợ PLC S7 – 1200 17

Hình 2.3 Các kiểu cấu trúc chương trình 21

Hình 2.4 Phần mềm TIA Portal V13 22

Hình 2.5 Bơm chìm đài phun nước 24

Hình 2.6 Đầu phun tạo hình 26

Hình 2.7 Đầu phun tạo hình 26

Hình 2.8 Đầu phun tạo hình 26

Hình 2.9 Đầu phun tạo hình 27

Hình 2.10 đèn led âm dạng chân đế 28

Hình 2.11 Đèn led âm nước dạng bánh xe 29

Hình 2.12 Đèn led dây dưới nước 29

Hình 2.13Cảm biến mưa 30

Hình 2.14Công tắc dòng chảy 31

Hình 2.15 Rọ bơm bị rêu bám 31

Hình 3.1 CPU 1214C và hướng dẫn kết nối tín hiệu 33

Hình 3.2 Lưu đồ hoạt động hệ thống đài phun nước 35

Hình 3.3 Chọn kết nối PLC vs máy tính 36

Hình 3.4 Chọn kết nối 36

Hình 3.5 Biểu tượng phần mềm Tia portal 37

Hình 3.6 Tạo project mới 37

Hình 3.7 Nhập tên cho project 37

Hình 3.8 Chọn cấu hình thiết bị 38

Hình 3.9 Cửa sổ chọn thiết bị mới 38

Hình 3.10 Chọn loại CPU điều khiển 39

Hình 3.11 Giao diện sau khi đã chọn xong CPU 39

Hình 3.13 Giao diện sau khi đã add thêm các modul mở rộng 40

Hình 3.14 Cửa sổ viết chương trình điều khiển 40

Hình 3.14 Cửa sổ dowload để nạp chương trình 41

Hình 3.16 Cửa sổ chọn cáp kết nối 41

Hình 3.17 Cửa sổ kết thúc quá khi nạp chương trình 42

Hình 3.18 Chọn giao diện điều khiển 42

Hình 3.19 Tạo kết nối cho WinCC 43

Hình 3.20 Màn hình thiết kế giao diện điều khiển 43

Hình 3.21 Giao diện khởi động 44

Hình 3.22 Giao diện điều khiển 44

Hình 3.23 Giao diện điều khiển ở chế độ điều khiển bằng tay 45

Hình 3.24 Giao hiện điều khiển tự động 46

Hình 3.25 Giao diện cài đặt thời gian hoạt động 46

DANH MỤC HÌNH VẼ Bảng 2.1 So sánh các kiểu CPU của PLC S7 – 1200 16

Bảng 2.1 So sánh các kiểu CPU của PLC S7 – 1200 17

Bảng 3.1 Bảng phân công tín hiệu 33

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

Trong công cuộc đổi mới đất nước, song song với quá trình công nghiệphóahiện đại hóa thì việc xây dựng cơ sở hạ tầng cũng được tiến hành Quá trìnhnâng cấp, xây dựng cảnh quan ở các khu đô thị cũng không nằm ngoàikế hoạch.Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũngđược nâng cao một cách nhanh chóng Nhu cầu cuộc sống trong các lĩnh vực:công nghiệp dịch vụ, du lịchvà sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Chínhdonhững yêu cầu này, đòi hỏi các nhà kĩ thuật, mỹthuật, nhà khoa học phải nghiêncứu, tìm hiểu để tạo ra các sản phẩm nhằm đáp ứng các nhu cầu của họ

Thiết kếhệ thống đài phun nước giúp nâng cao cảnh, làm đẹp đô thị nhưngvẫn đảm bảo các yêu cầu như: tiết kiệm được điện năng, chi phí đầu tư nhỏ, đảmbảo mỹ quan, vận hành tin cây… Với một công trình đài phun nước thànhcôngsẽ mang lại cho con người nhiều tiện ích, thoải mái trong công việc, học tậpcũng như thư giãn

Trên cơ sởđó, tôi tiếp nhận đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển Đài phun nước tự động sử dụng PLC S7-1200 trong 02 hồ ở thành phố Bắc Ninh.”.

Bản luận văn tập trung vào việc xây dựng chương trình và giao diện điều khiểnhoạt động hệ thống đài phun nước tại 2 hồ nhân tạo trước Tỉnh ủy và UBND tỉnhBắc Ninh

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Hiện nay, việc điều khiển thiết bị tự động được ứng dụng rông rãi Tuynhiên các bộ điều khiển nhập ngoại có giá thành cao Việc tự thiết kế, cải tiếntận dụng các thiết bị sẵn có nhằm tiết kiệm chi phí nhiệm vụ của các nhà khoahọc, các giảng viên và người học Luận văn hướng đến mục tiêu thiết kế chươngtrình điều khiển tự động cho hệ thống đài phun nước

3 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

4 CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI

Do nhu cầu cuộc sống ngày càng được nâng cao, khoa học cần đáp ứng nhucầu củathực tế cho nên sau đề tài này có thể ápdụng vào vận hành hệ thống đàiphun nước Sau đề tài này có thể giúp các học viên có nhiều phạm vi nghiên cứuhơn, phát huy tính sáng tạo, khả năng tự giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt

ra và đây cũng là dịp để tôi tựkhẳng định mình trước khi tốt nghiệp tham gia vàocác hoạt động sản xuất của xã hội Mặt khác luận văn này cũng có thể làm tàiliệu tham khảo cho những học viên khóa sau giúp họ hiểu rõ hơn về lập trìnhPLC

- Chạy thử giao diện giám sát nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi, từ hoànthiện việcthiết kế hệ thống.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về hệ thống hồ nhân tạo trước UBND tỉnh Bắc Ninh

Hình 1.1 Hồ nhân tạo trước Tỉnh ủy và UBND tỉnh Bắc Ninh

Cụm vườn hoa cây xanh trước Tỉnh ủy và UBND tỉnh Bắc Ninh được quyhoạch tổng thể đẹp, kết hợp với mặt nước tạo nên 1 không gian xanh cho thànhphố Điểm nhấn phông nền cho cụm các công trình hành chính và tuyến phốtrung tâm kết hợp với quảng trường tượng đài Lý Thái Tổ và Trung tâm văn hóaKinh Bắc Đây cũng là khu vực hay diễn ra các hoạt động văn hóa lớn của tỉnh,thành phố và được nhân dân trong thành phố lui tới để rèn luyện sức khỏe hằngngày

Các hồ trước Tỉnh ủy và UBND tỉnh Bắc Ninh là 2 hồ nhân tạo, được xâydựng theo quy hoạch đồng bộ của thành phố Để tạo điểm nhấn cà sinh động cho

2 mặt nước này, đã xây dựng lắp đặt hệ thống đài phun nước Xong, do sau thời

gian dài sử dụng, hệ thống đã xuống cấp không đem lại hiệu quả thẩm mỹ,thường suyên bị hư hỏng do nước hồ bẩn và rác thải Nên thường phải thực hiệnsửa chữa, kinh phí sửa chữa bảo trì nhiều nhưng không triệt để.

Nước của 2 hồ đã bị ô nhiễm do quá trình sử dụng, thẩm thấu nước ngầm,người dân xả rác tùy tiện, lá cây quanh hồ rụng xuống Nên khi vận hành hệthống đài phun nước hiện có, gây ô nhiễm không khí quanh khu vực hồ, ảnhhưởng sức khỏe và tâm lý của nhân dân

Sau thời gian dài, lớp bùn lắng đọng lại trong hồ tích tụ với khối lượng lớn.Khi vận hành hệ thống đài phun hiện có gây sục mặt nước, làm ô nhiễm nước hồ

và gây tắc nghẽn hệ thống đường ống và máy bơm phun Cần phải tiến hành nạovét lớp bùn này trước khi thi công lắp đặt đài phun mới

Phương án cải tạo sơ bộ:

- Dự án là tận dụng các ô giữa 2 hồ được xây kiên cố làm bể lọc tuần hoànphục vụ nước bơm cho giàn phun, các cột chiếu sáng để treo hệ thống loa âmthanh mới, làm mới hệ thống đài phun nước theo phương án thiết kế đã được phêduyệt, lắp đặt đồng bộ hệ thống chiếu sáng trình diễn với vòi phun nước, lắp đặt

hệ thống âm thanh, máy bơm nước cho đài phun, Với hệ thống đài phun nướcmới này lớn, biện pháp neo giữ hệ đường ống của đài phun cần chắc chắn, đảmbảo sự làm việc ổn định, Do đó cần thi công hệ thống móng, để neo giữ hệthống đài phun nước xuống đảm bảo khi vận hành không ảnh hưởng chất lượngthẩm mỹ trình diễn và tuổi thọ thiết bị

- Mạng lưới cấp – thoát nước hiện trạng phục vụ thuận tiện cho công trình

- Cần bổ sung thêm hệ thống âm thanh trình diễn kết hợp đồng bồ với đàiphun nước Vị trí điều khiển âm thanh, ánh sáng và đài phun nước cần được bốtrí tại vị trí phù hợp, quan sát được trực tiếp hoạt động của các hệ thống xongphải dễ dàng quản lý, bảo vệ

- Cần thi công hệ thống đường ống đi dây ngầm dọc theo tuyến dây tín hiệu

âm thanh mới tới các chân cột treo loa âm thanh

Hiện trạng cấp điện: Tại vị trí trạm biến áp treo có công suất 400kVA đảmbảo cấp điện cho hệ thống đài phun nước mới của 2 hồ.

Việc nghiên cứu phương án cải tạo, nâng cấp hệ thống đài phun nước của 2

hồ nhằm nâng cao hơn nữa giá trị thẩm mỹ và hiệu quả sử dụng của mặt nướccảnh quan Đồng thời cũng cải tạo lại môi trường nước của 2 hồ phục vụ yêu cầuvận hành, quản lý đồng bộ.Tạo điểm nhấn cho không gian đô thị, thể hiện sự vănminh hiện đại của Thành phố

1.2 Hệ thống đài phun nước

Đài phun nước là nơi nguồn nước được phát ra bởi hệ thống đài phun nước,tùy theonhu cầu sử dụng mà đài phun nước được thiết kế có hình dáng vàkíchthước khác nhau.Đài phun nước còn là một công trình kiến trúc, thể hiện nétvăn hóa của các quốc gia ởcác châu lục khác nhau.Trước kia đài phun nước đượckết nối với các suối nước, các bể chứa nước lớn để truyềnnước đến các khu dân

cư, các làng phố để cung cấp nước cho việc sinh hoạt Ngày nay,chúng ta cũng

có thấy ở các nước Châu Âu như Pháp, Đức, Tây Ban Nha, có các đàiphunnước ở các khu đô thị,công viên mà ở đóngười dân,khách du lịch có thể vuichơi,tắmmát

Đài phun nước được xem là công trình kiến trúc nghệ thuật nằm trongnhững công trìnhxây dựng lớn, đài phun nước càng lớn, càng hoàng tráng thìcàng thể hiện sự thịnh vượng,đẳng cấp của công trình đó Vì thế, nên đài phunnước thường hay được xây dựng ở nhữngcông trình mang tầm vóc quốc gia,quốc tế Không những thế, đài phun nước còn đượcquan niệm là có tính phongthủy lớn đối với một công trình Có đài phun nước chính là cósự sống, sự phồnvinh và nước cuốn trôi đi những dơ bẩn, những điều không tốt đẹp trongcuộcsống, đó chính là quan niệm phong thủy trong đài phun nước và nó đượcnhữngnhà doanh nhân áp dụng khi xây dựng một cơ nghiệp kinh doanh củamình Và ngày nay,chúng ta thấy rất nhiều đài phun nước lớn nhỏ ở các công

trình, các ngôi nhà, các nhàhàng, quán cafe, được xây dựng với nhiều phongcách thiết kế đài phun nướckhácnhau.

1.2.1 Cấu tạo của đài phun nước

Nhìn bằng mắt thường thì không thể biết được đài phun nước có cấu tạonhư thế nào Đài phun nước gồm 3 thành phần chính bao gồm : hệ thống vòiphun,hệ thống bơm và hệ thống ánh sáng Trong đó:

- Hệ thống máy bơm chìm: gồm 2 máy bơm chìm và 1 bình nén Máy bơmnước đầu tiên sẽ có tác dụng cung cấp nước từ nguồn nước vào cho bồn nướccủa vòi phun Máy bơm này có nhiệm vụ đảm bảo lượng nước luôn có lượngnhất định để đưa duy trì hoạt động của đài phun nghệ thuật Máy bơm nước thứ

2 là một dạng bơm chìm cao áp, có nhiệm vụ đẩy nước từ chân bồn đài phun lênđầu phun để tạo áp lực nước lên xuống Bình nén có chứa cảm biến bên trong,khi áp suất trong bình vượt quá mức cho phép thì van mở sẽ xả nước cho đến khi

áp suất giảm sẽ tự động đóng lại

Hình 1.2 Bơm bìm đài phun nước

- Hệ thống vòi phun nước sẽ chính thức hoạt động khi nước được đưa từbồn lên thông qua tác dụng đẩy áp của máy bơm chìm Các đầu phun sẽ quyết

định tính thẩm mỹ của cả công trình đài phun nước Các vòi phun sẽ hoạt độngtheo nguyên tắc tự động, có thể là vòi phun ở vị trí trung tâm sẽ hoạt động vàphun những dòng nước, tia nước đầu tiên, sau đó đến các tia xung quanh nó.

Hình 1.3 Hệ thống vòi phun nước

- Hệ thống đèn trang trí đài phun nướccũng đóng vai trò quan trọng trongviệc trang trí và làm nổi bật thêm tính thẩm mỹ cho tổng thể công trình Đèndùng cho đài phun nước chia làm 2 loại chính là đèn chiếu sáng và đèn trang trí.Với đèn chiếu sáng ta tập trung cho loại có ánh sáng trắng, có tác dụng đảm bảo

và duy trì độ sáng ở mức thích hợp nhất giúp cho mọi người dễ dàng quan sátxung quanh Đèn trang trí đài phun nước chủ yếu dùng loại đèn led đa sắc âmnước Với kiểu đèn này sẽ giúp chođài phun nước lung linh màu sắc, nổi bật vàcuốn hút khi trời tối

– Trong quá trình thiết kế chiếu sáng đài phun nước cần xem xét và tính đếncác yếu tố: Hình dạng, kích thước các luồng tia nước, những hạn chế về vị trí lắpđặt thiết bị chiếu sáng, hướng quan sát chính và bảo vệ chống phá hoại

– Hệ thống chiếu sáng phải sử dụng các thiết bị có chất lượng cao, có khảnăng chống thấm nước tốt Các loại đèn bố trí phía trên mặt nước có cấp bảo vệtối thiểu IP X5, các loại đèn bố trí ngầm dưới nước phải có cấp bảo vệ tối thiểu

Hình 1.4 Hệ thống chiếu sáng đài phun nước

Ngoài ra còn có hệ thống thiết bị bảo vệ Đây chủ yếu là các thiết bị cảmbiến như cảm biến mực nước, cảm biến nước mưa, rơ le nhiệt Những sản phẩmnày giúp chủ động duy trì lượng nước ổn định, áp suất và nhiệt độ cho phép

Về chất liệu của đài phun nước thì chủ yếu làm bằng các vật liệu không gỉ

để có thể đạt được hiệu suất tối đa trong môi trường hoạt động có nước liên tục,đồng thời làm gia tăng vẻ đẹp mỹ quan cho tổng thể công trình

Nhận làm đồ án

https://www f a c e b oo k c o m/N han L a m D o A n T u D o n g H o a /

1.2.2 Cơ chế hoạt động của đài phun nước

Đài phun nước hoạt động dựa trên cơ chế lực áp suất Máy bơm nước sẽ hútnước từ hồ, bể chứa nước và đưa tới vòi phun Dưới tác động của lực áp suất củamáy bơm tạo ra sẽ tạo thành cột nước có chiều vuông góc với mặt nước hoặc cộtnước hình vòng cung Quá trình tạo ra cột nước theo phương thẳng đứng hayhình vòng cung hay vòng tròn là do sự điều khiển của vòi phun đã được lập trìnhsẵn Từ đó chúng ta sẽ thấy được hình được tạo thành từ cột nước trông rất đẹpmắt

1.2.3 Một số hệ thống đài phun nước đã xây dựng

- Hệ thống đài phun nước nằm trong hồ Buji ở DuBai

Hình 1.5 Hệ thống đài phun nước nằm trong hồ Buji ở DuBai

hệ thống đài phun nước lớn nhất thế giới nằm trên hồ nhân tạo Burj Khalifarộng hơn 120.000 mét vuông, tại trung tâm Downtown Dubai ở Dubai, Cáctiểu vương quốc Ả Rập thống nhất Nó được thiết kế bởi WET Design, công ty

có trụ sở tại California chịu trách nhiệm về các đài phun nước tại hồKhách sạn Bellagio ở Las Vegas Được chiếu sáng bởi 6.600 đèn chiếu sáng

Nhận làm đồ án

https://www f a c e b oo k c o m/N han L a m D o A n T u D o n g H o a /

và 25 máy chiếu màu, dài 75 m và phun nước lên tới 152,4 m vào khôngtrung kèm theo

Nhận làm đồ án

https://www f a c e b oo k c o m/N han L a m D o A n T u D o n g H o a /

với chi phí 800 triệu AED (218 triệu USD)

Tên của đài phun nước được chọn sau một cuộc thi do nhà phát triển Emaar

nghiệm của đài phun nước bắt đầu vào tháng 2 năm 2009và đài phun nước đãchính thức khánh thành vào ngày 8 tháng 5 năm 2009 cùng với lễ khai mạcchính thức của Dubai Mall

- Đài phun nước Jet d’Eau là biểu tượng của hồ Geneva với vẻ đẹp hoànhtráng và hùng vĩ hấp dẫn khách du lịch đến với hồ Geneva

Hình 1.6Đài phun nước Jet d’Eau

Đài phun nước Jet d’Eau là đài phu nước cao nhất thế giới với chiều cao tối

đa lên tới 150m với 7 tấn nước phun Ở khu trung tâm Geneva từ mọi phía nhìn

về hướng hồ đều có thể thấy cột nước cao vút của Đài phun nước Jet d’Eau Dukhách có thể ngắm những cột nước thú vị khi dùng bữa, khi tản bộ quanh côngviên thành phố hay đến thật gần và ngắm cận cảnh

Đài phun nước Jet d’Eau được xây dựng vào năm 1981 sau khi người dânphát hiện có áp lực dưới hồ thỉnh thoảng có hiện tượng phun nước ngoạn mục, vìthế nên người dân đặt máy bơm có công suất cực lớn để phun nước tạo cảnhquan vô cùng thích thú với người dân và cả du khách.

Ngoài việc có thể ngắm đài phun nước tuyệt vời này, gần đó có cả bãi tắmBains de Pâquis Du khách có thể đến gần đài phun nước và hãy sẵn sàng bịnước bắn ướt khi gió bất ngờ đổi chiều

Đài phun nước Jet d’Eau hoạt động gần như liên tục, quanh năm và đẹp nhấtvào ban đêm, khi được chiếu sáng bởi 12 ngọn đèn màu, tạo nên một vẻ đẹp kỳ

bí, nhưng đôi khi có thể bị tạm dừng vì gió mạnh hoặc nhiệt độ quá thấp, làmnước đóng băng

Du khách có thể ngắm toàn cảnh đài phun nước từ đỉnh Nhà thờ St Pierrehoặc ngắm đài phun nước từ xa xa khi tản bộ trong Vườn Anh (Jardin Anglais),ngắm những vườn hoa xinh đẹp cùng đồng hồ hoa Horloge Fleurie nổi tiếng củaGeneva

- Hệ thống phun nước cho hồ tự nhiên tại Becamex Bình Dương

Hình 1.7Hệ thống phun nước cho hồ tự nhiên tại Becamex Bình Dương

Thành phố mới Bình dương, cách trung tâm Thị xã Thủ Dầu Một khoảng10km Thành phố đang dần định hình với các tòa nhà đang hối hả xâydựng.Công viên trung tâm thành phố, với các cây xanh đang lớn nhanh từngngày, với đài phun nước có hệ thống ánh sáng rực rỡ dần dần quen thuộc vớingười dân Bình dương Vào các buổi tối cuối tuần, mọi người lại nô nức đến đâychụp ảnh, thư giãn

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Qua nghiên cứu thực trạng 02 hồ nhân tạo trước UBND tỉnh Bắc Ninh vàcấu tạo, nguyên lý hệ thống đài phun nước, ta thấy rằng việc tích hợp hệthốngđiều khiển tự động vào vận hành hệ thống đài phun nước là vô cùng cần thiếtTrên cơ sở nghiên cứu về tổng quan về 02 hồ nhân tạo trước UBND tỉnh BắcNinh va cấu tạo hệ thống đài phun nước Nội dung chương 2, chúng tôi đi tiếnhành nghiên cứu về bộ điều khiển và các thiết bị trong hệ thống đài phun nước

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Giới thiệu chung về PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller) là loạithiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lậptrình, thay vì phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển màkhông cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổichương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng.Hơn nữa, chúng ta còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt độngnhanh hơn so với những hệ thống truyền thông mà đòi hỏi cần phải thực hiệnviệc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời Về phần cứng, PLC tương tự như máytính “truyền thông”, và chúng có đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiểntrong công nghiệp

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

- Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp

- Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ – le chức năngtương đương

- Giá thành cạnh tranh

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điềukhiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.

Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sảnxuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý

và hiệu suất Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ 20 ngõ vào/ra vàdung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC có cấu trúc Modulenhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng:

- Xử lý tín hiệu liên tục (analog)

- Điều khiển động cơ servo, động cơ bước

bị mở rộng khác như: các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input),các thiết bị hiển thị, các bộ vào

Như vậy, PLC là một bộ điều khiển gọn, nhẹ và dễ trao đổi thông tin với môitrường bên ngoài, (với các PLC khác hoặc máy tính, màn hìn…) Toàn bộchương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khốichương trình và được thực hiện theo chu kỳ của vòng quét (scan)

2.1.2 Giới thiệu về PLC S7 – 1200

Hình 2.1 PLC S7 - 1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7 – 1200 dùng để thay thế cho S7 –

200 So với S7 – 200 thì S7 – 1200 có những tính năng nổi trội:

- S7 – 1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thế kiểmsoát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnhmạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng với S7 –1200

- S7 – 1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tíchhợp sẵn các đầu vào/ra (DI/DO)

- Một số tính năng

chương trình điều khiển:

bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và

+ Tất cả CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

- S7 – 1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TC/IP.Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485hoặc RS232

- Phần mềm dùng lập trình cho S7 – 1200 là Step 7 Basic, nó hỗ trợ ba ngônngữ lập trình là FBD, LAD, SCL Phần mềm này được tích hợp sẵn trong TIAPortal v11, v13 của Siemens

Vậy để làm một dự án với S7 – 1200 chỉ cẩn cài TIA Portal vì phần mềmnày đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI Các kiểu CPU của PLC S7 – 1200

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng khác vàdung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứngdụng khác nhau

Bảng 2.1 So sánh các kiểu CPU của PLC S7 – 1200

2 ngõ ra

8 ngõ vào/6ngõ ra

2 ngõ ra

14 ngõ vào/10 ngõ ra

2 ngõ ra

Độ mở rộng các module tín

hiệu

Bảng 2.2 So sánh các kiểu CPU của PLC S7 – 1200

Thời gian lưu giữ đồng hồ

3 Cổng Ethernet của CPU

4 Bảng tín hiệu (SB): tối đa là 1, được chèn vào CPU

5 Module tín hiệu (SM) dành cho I/O tương tự hay số: tối đa là 8

Họ PLC S7 – 1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảngtín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêmcác module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

Bảng 2.3 Bảng thông số các module

In/OutModule tín

16x Relay Out

16x DC In/16

x DC Out16x DC In/16

x Relay OutKiểu tương tự 4 x Analog In

hiệu (SB)

DC Out

Module truyền thông (CM)

RS 485

RS 232

Vòng quét chương trình của PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi làvòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từcác cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chươngtrình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đếnlệnh kết thúc của khối OB1 Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạnchuyển các nội dung của bộ đếm áo Q đến các cổng ra số Vòng quét được kếtthúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòngquét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòngquét nào cũng được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tùy thuộc

vào số lênh trong chương trình được thực hiện, vào khối dữ liệu được truyềnthông… trong vòng quét đó Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử

lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thờigian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyếtđịnh tính thời gian thực của chương trình càng cao

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt Chương trìnhcủa các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báongắt cùng chủng loại Các khối chương trình này có thể được thực hiện tại mọiđiểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiệnchương trình Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ởgiai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyềnthông, kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với khối tín hiệu báongắt đó Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ cànglớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét Do đó, để nângcao tính thời gian thực cho chương trính điều khiển tuyệt đối không nên viếtchương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắttrong chương trình điều khiển

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trựctiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đếm ảo của cổng trong vùng nhớ tham

số Ở một số Module CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức hệ thống sẽ chodừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnhtrực tiếp với cổng vào/ra

và chỉ là khối mã được yêu cầu đối với chương trình Nếu ta bao hàm các OBkhác trong chương trình, các OB này sẽ ngắt sự thực thi của OB1 Các OB khácthực hiện các hàm đặc trưng, ví dụ như cho các tác vụ khởi động, cho việc xử lýcác ngắt và lỗi, hay cho việc thực thi mã chương trình đặc trưng tại các khoảngthời gian dừng riêng biệt.

- Khối chức năng (FB): là một đoạn chương trình con được thực thi khi

nó được gọi từ khối mã khác (OB, FB hay FC) Khối đang gọi chuyển tiếp cácthông số đến FB và còn nhận dạng một khối dữ liệu đặc trưng mà khối dữ liệu đólưu trữ dữ liệu cho lần gọi riêng hay cho giá trị mẫu của FB đó Việc thay đổi

DB mẫu cho phép một FB chung điều khiển sự hoạt động của một tổ hợp cácthiết bị Ví dụ, một FB có thể điều khiển một vài máy bơm hay van, với các DBmẫu chứa các thông số vận hành riêng biệt của mỗi máy bơm hay van

- Mã chức năng (FC): là một chương trình con mà được thực thi khi nó đượcgọi từ một khối mã khác (OB, FB hay FC) FC không có một DB mẫu có liênquan Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FC Các giá trị ngõ ra từ FCphải được ghi đến một địa chỉ nhớ hay đến một DB toàn cục

- Khối DB (Data Block): khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình.Các tham số của khối do người sử dụng đặt Một chương trình ứng dụng có thể

có nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng số nguyêntheo sau nhóm ký tự DB Chẳng hạn như DB1, DB2

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối

và chuyển khối Các chương trình con được phép gọi lồng nhau, tức là mộtchương trình con này gọi một chương trình con khác và từ chương trình conđược gọi lại gọi một chương trình con thứ 3

Các kiểu cấu trúc chương trình

Dựa trên các yêu cầu của ứng dụng, ta có thể chọn cấu trúc thẳng còngọi làlậptrình tuyến tính hay cấu trúc kiểu khối kết cấu để tạo ra chương trình

Chương trình thẳng thực thi tất cả các lệnh của tác vụ về tự độngtheo tuầntự,lệnh này theo sau lệnh kia Thông thường, chương trình thẳng đặt tất cả cáclệnh chương trình vào trong OB dành cho việc thực thi theo chu trình củachương trình (OB 1) Loại cấu trúc thẳng chỉ thích hợp cho những bài toán tựđộng nhỏ, ít phức tạp.

Chương trình khối kết cấu sẽ gọi các khối mã đặc trưng mà khối mã đó thựchiện các tác vụ riêng biệt Để tạo ra một cấu trúc theo khối kết cấu, ta chia tác vụthành nhiều tác vụ phụ nhỏ hơn phù hợp với các chức năng về mặt kỹ thuật củatiến trình Mỗi khối mã cung cấp đoạn chương trình cho mỗi tác vụ phụ Ta cấutrúc chương trình bằng cách gọi một trong số các khối mã từ một khối khác Loạilập trình cấu trúc có thể giúp ta giải quyết những bài toán điều khiển nhiềunhiệm vụ và phức tạp dễ dàng hơn

Hình 2.3 Các kiểu cấu trúc chương trình

Các chế độ hoạt động của CPU

CPU có 3 chế độ hoạt động: chế độ STOP, chế độ STARTUP và chế độRUN.Các LED trạng thái trên mặt trước của CPU biểu thị chế độ hiện thời của

sự vậnhành

-Trong chế độ STOP, CPU không thực thi chương trình nào, và ta có thể tảixuống một đề án.

-Trong chế độ STARTUP, các OB khởi động (nếu có) được thực thi mộtlần.Các sự kiện ngắt không được xử lý cho đến pha khởi động của chế độ RUN.Trong chế độ RUN, chu kỳ quét được thực thi một cách lặp lại Các sự kiệnngắt có thể xuất hiện và được thực thi tại bất kỳ điểm nào nằm trong pha chu kỳchương trình

-Ta không thể tải xuống một đề án trong khi đang ở chế độ RUN

2.1.3 Giới thiệu chung về phần mềm TIA Portal

Hình 2.4 Phần mềm TIA Portal V13

Ban Tự động hóa Công nghiệp Siemens giới thiệu phần mềm tự động hóađầu tiên trong công nghiệp sử dụng một môi trường, một phần mềm duy nhấtcho tất cả các tác vụ trong tự động hóa, gọi là Totally Intergrated AutomationPortal (TIA Portal)

Phầm mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệthống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tíchhợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ

Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợpcho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự

Nhận làm đồ án

https://www f a c e b oo k c o m/N han L a m D o A n T u D o n g H o a /

động hóa Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dung để lập trình, cấu hình,tích hợp các thiết bị trong dải sản phầm tự động hóa toàn diện (TIA) củaSiemens

Để thiết kế TIA Portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứngdung điển hình trong tự đông hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhucầu của khách hàng trên toàn thế giới Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phầnmềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm nàychia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tínhtoàn vẹn cho ứng dụng Ví dụ tất cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã

có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ Hướng ứng dụng, các khái niệm vềthư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chuẩn đoán lỗi, các tính năng online lànhững đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệuTIA Portal

Tất cả các bộ điều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động củaSiemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA Portal Việc này giúp giảm thờigian trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này Ví dụ người sử dụng

có thể sử dụng tính năng “kéo và thả” một biến của chương trình điều khiển PLCvào một màn hình của chương trình HMI Biến này sẽ được gán vào chươngtrình HMI và sự kết nối giữa PLC – HMI đã được tự động thiết lập, không cầnbất cứ sự cấu hình nào thêm

Phần mềm mới Simatic Step 7 V11, cũng được tích hợp trên TIA Portal,dùng để lập trình cho S7-1200, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-basedSimatic WinAC Simatic Step 7 V11 được chia thành các module khác nhau, tùytheo nhu cầu của người sử dụng Simatic Step 7 V11 cũng hỗ trợ tính năngchuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trênTIA Portal

Phầm mềm mới Simatic WinCC V11, cũng được tích hợp trên TIA Portal,dùng để cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort,

Nhận làm đồ án

https://www f a c e b oo k c o m/N han L a m D o A n T u D o n g H o a /

cũng như để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA) Việc thiếtlập, cấu hình cho các Sinamics biến tần cũng sẽ được tích hợp vào TIA Portaltrong các phiên bản sau

Hình 2.5 Bơm chìm đài phun nước

Kiểm tra lỗi và cách khắc phục:

- Kiểm tra điện áp trước khi phun ( điện áp làm việc định mức là 400V )

- Trước khi phun hoặc trong quá trình phun người vận hành và bảo vệ khuvực phải có trách nhiệm đảm bảo không có người đứng trong lòng bể, nếu có thìkhông được vận hành

- Khi xảy ra sự cố thường gặp thì hệ thống tủ điện điều khiển sẽ hoàn toàn

tự ngắt đèn báo sự cố trên hệ thống tủ điện sẽ báo cho người vận hành biết sự cố

gì của bơm Nếu hệ thống tủ điện không báo lỗi thì người sử dụng có thể yêu cầunhà cung cấp lên kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị