Bài tập lớn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC dùng S7 1200

Ứng dụng PLC của Siemens điều khiển áp suất trên đường ống cấp nước cho chung cư Royal City. : Phân tích yêu cầu công nghệ Khảo sát và chọn công nghệ trong thực tiễn ứng dụng hệ thống điều áp suất trên đường ống Tính chọn các thiết bị trên mô hình đã chọn (cấu tạo, nguyên lý, sơ đồ chân..) Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý mạch lực, mạch cách ly Xác định chu trình cần điều khiển

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoá : ………K10……… Khoa : ……Điện

Giáo viên hướng dẫn : Tống Thị Lí

NỘI DUNG

Đề tài: Ứng dụng PLC của Siemens điều khiển áp suất trên đường ống cấp nước

cho chung cư Royal City

PHẦN THUYẾT MINH

Yêu cầu về bố cục nội dung:

1: Phân tích yêu cầu công nghệ

- Khảo sát và chọn công nghệ trong thực tiễn ứng dụng hệ thống điều

áp suất trên đường ống

- Tính chọn các thiết bị trên mô hình đã chọn (cấu tạo, nguyên lý, sơ

đồ chân )

- Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý mạch lực, mạch cách ly

- Xác định chu trình cần điều khiển 2: Vẽ sơ đồ ghép nối hệ thống với PLC

- Xác định các biến cần điều khiển

- Lập bảng địa chỉ

- Vẽ sơ đồ đấu dây 3: Thiết lập lưu đồ thuật toán

4: Viết chương trình điều khiển trên PLC

Yêu cầu về thời gian :

Ngày giao đề: Ngày hoàn thành

MỤC LỤC

Phần 1: Phân tích yêu cầu công nghệ 4

1.1: Khảo sát và chọn công nghệ trong thực tiễn ứng dụng hệ thống điều áp suất trên đường ống 4

1.2: Tính chọn các thiết bị trên mô hình đã chọn (cấu tạo, nguyên lý, sơ đồ chân ) 6

1.2.1: Chọn PLC 6

1.2.2: Bơm nước 7

1.2.3: Cảm biến mức: 7

1.2.4: Cảm biến áp suất 8

1.3: Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý mạch lực, mạch cách ly 15

1.3.1: Mạch lực 15

1.4: Xác định chu trình cần điều khiển 16

Phần 2: Vẽ sơ đồ ghép nối hệ thống với PLC 17

2.1: Xác định các biến cần điều khiển 17

2.2: Lập bảng địa chỉ 17

2.3: Vẽ sơ đồ đấu dây 18

Phần 3: Thiết lập lưu đồ thuật toán 18

Phần 4: Viết chương trình điều khiển trên PLC 20

Phần 1: Phân tích yêu cầu công nghệ

1.1: Khảo sát và chọn công nghệ trong thực tiễn ứng dụng hệ thống điều áp suất trên đường ống

Điều khiển tự động là xu thế phát triển tất yếu trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như sinh hoạt bởi những ưu điểm vượt trội của nó Ở các hệ thống điều khiển tự động

có quy mô vừa và lớn thì PLC được sử dụng làm thiết bị điều khiển cho toàn hệ thống Kết hợp xây dựng một hệ thống điều khiển tự động với các thiết bị điện tử công suất có ý nghĩa khoa học lớn trong việc xây dựng một hệ thống tự động hoàn chỉnh cả về chức năng lẫn hiệu quả kinh tế Về mặt thực tiễn, đề tài đi theo hướng phát triển mới cho các hệ thống cung cấp nước cho các tòa nhà, khu dân cư…, khắc phục được các nhược điểm trong hệ thống cung cấp nước cũ

*Ưu điểm của phương pháp

So với phương pháp truyền thống, phương pháp dùng biến tần cho hệ thống bơm điều áp có những ưu điểm:

- Việc điều chỉnh áp lực trên đường ống hoàn toàn tự động, tiết kiệm được chi phí nhân công

- Hệ thống bơm được điều khiển hoàn toàn tự động, tốc độ bơm có thể thay đổi một cách linh hoạt

- Áp suất toàn hệ thống không đổi với mọi lưu lượng

- Dòng khởi động được hạn chế sẽ không gây sụt áp khi khởi động, giảm tổn hại chođộng cơ về mặt cơ khí, cho hệ thống truyền động cũng như về mặt điện

- Tiết kiệm năng lượng khi nhu cầu xử dụng thay đổi nhiều

Đề tài của bọn em là “ Ứng dụng PLC của Siemens điều khiển áp suất trên đườngống cấp nước cho chung cư Royal City.” Vì thế trước hết bọn em sẽ tìm hiểu về khuchung cư này

Chung cư Royal City gồm có các tầng hầm từ B1 – B5 và 6 tòa nhà R1 – R6

Trong đó:

+ Tầng hầm B1, B2 là 1 trung tâm thương mại bao gồm Công viên nước, sânbang, rập chiếu phim, Gym, Spa, Games, ẩm thực

+ Tầng hầm B3,B4,B5 là bãi gửi xe

+ Tòa R1-R6 có tầng 1, tầng 2 là Trung tâm thương mại, tầng thượng là Vườndưỡng sinh và Ở giữa là khối căn hộ

Tại bài tập lớn này em sẽ dung PLC để điều khiển áp suất trên đường ống cấp nướccho tòa nhà R1 cao 36 tầng

Tòa nhà sẽ có 2 bể chứa nước, bể 1 là ở tầng hầm, bể 2 là ở trên tầng thượng

+ Ở bể 1 sẽ có CB1,CB2 đưa tín hiệu cho bơm 1 bơm nước từ hệ thống nướcsạch vào bể 1 khi mức nước trong bể giảm xuống mức mình đặt và sẽ ngắt khi bểđầy

+ Ở bể 2 sẽ có CB3,CB4 đưa tín hiệu cho bơm 2 bơm nước từ bể 1 lên bể 2khi mức nước trong bể 2 giảm xuống mức mình đặt và sẽ ngắt khi bể đầy.

****Mục đích chính của đề bài là điều khiển áp suất trên đường ống cấp nước, vì thế

ở trên tầng thượng chúng ta sẽ đặt 2 bơm li tâm với yêu cầu duy trì áp suất và lưulượng không đổi

1.2: Tính chọn các thiết bị trên mô hình đã chọn (cấu tạo, nguyên lý,

sơ đồ chân )

1.1.1: Chọn PLC

 Ở bài này nhóm em sẽ dùng PLC S7-1200 1214DC/DC/DC

Sơ đồ chân PLC S7 1200 1214C DC/DC/DC

1.1.2: Bơm nước

Vì đây là tòa nhà cao tầng, đông dân cư nên ta sẽ sử dụng loại bơm có công suấtlớn, lưu lượng cao, áp suất tốt, vì thế chúng ta sẽ sử dụng bơm ly tâm

1.1.3: Cảm biến mức:

Cả 4 cảm biến ở bể 1, bể 2 chúng ta sẽ sử dụng cảm biến mức.

Cảm biến báo mức dạng điện dung

Sử dụng trong báo mức nước, các loại dung môi dẫn diện, có thể báo mức chất

rắn như bột, kim loại, hạt nhựa, báo mức xi măng, đo mức muối, vật phi kim, vỏ

trấu, bã mía, giấy… Cảm biến điện dung thân teflon thích hợp cho việc báo mức axit rất tốt

Độ nhạy có thể điều chỉnh tùy vào loại cần báo, có thể phân biệt được đâu là vật cần báo thông qua chức năng này, chẳng hạng như nước trong đường ống có thể đặt bên ngoài cũng có thể báo được

Cảm biến báo mức chất rắn điện dung

Cảm biến điện dung có ngõ ra NPN hoặc PNP, ngoài ra còn có loại hai dây mắc nối tiếp qua tải với điện áp 24-220VAC hoặc 24vdc

Loại này có thể thay thế các dạng cảm biến báo mức dạng xoay rất tốt

1.1.4: Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất, cảm biến đo áp suất, cảm biến áp suất xuất xứ Châu

Âu, cảm biến áp suất 1 bar, 2 bar, 3 bar, 4bar, 6bar, 10 bar, 16bar, 25 bar, 40bar, 60 bar, 100 bar, 400 bar…

Cảm biến áp suất với kết cấu cảm biến dạng Ceramic sử dụng trong việc đo ápsuất không khí, áp suất ga, áp suất nước và áp suất dầu, đo áp suất hơi, lò hơi Được thiết kế trong hệ thống phân phối ga, trong các chai, tủ lạnh, máy nén khí, máy bơm chân không và hệ thống thủy lực, hệ thống bơm nước với áp suất cao.

Cảm biến đo áp suất sử dụng trong đo và điều khiển áp suất trong đường ống,

lò hơi thông qua van điều khiển tuyến tính Đo mức nước, báo mức dầu, báo mức chất lỏng thông qua sự thay đổi áp suất

Cảm biến áp suất hoạt động như thế nào?

Các điều kiện khác nhau, phạm vi đo, và vật liệu sử dụng trong cấu trúc cảm biến sẽ có nhiều kiểu thiết kế cảm biến khác nhau, thường thì chúng ta có thể chuyểnđổi tín hiệu áp suất sang các dạng trung gian, chẳng hạng như sự dịch chuyển của màng áp sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu dạng áp hay dòng, từ diện tích mặt màng

áp có thể tính ra áp lực

Cấu tạo bên trong của cảm biến đo áp suất.

Có ba loại cảm biến áp suất phổ biến nhất là dạng cầu (strain gage based), biến dung (variable capacitance), và áp biến (piezoelectric) Trong đó dạng cầu là phổ biến nhất (cầu Wheatstone) vì có độ chính xác, tổi thọ cao và chi phí thấp, dựa trên nguyên lý này ta có thể đo áp suất tuyệt đối, áp suất tương đối và chênh áp Khi

có áp lực tác động lên cầu Wheatstone, làm thay đổi điện trở dẫn đến điện áp thay đổi dạng mV, có nhiều loại cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu mV này để sử dụng, có loại

sẽ chuyển đổi tín hiệu này sang 4-20mA hoặc 0-10VDC thông qua bộ khuếch đại tích hợp

Để hiểu rỏ thêm về cầu Wheatstone ta xem hình sau

Sự thay đổi điện trở do lực tác động trên cầu Wheatstone.

Khi có áp suất tác động lên màn áp, sự biến dạng làm thay đổi chiều dài, khi chiều dài thay đổi điện trở sẽ thay đổi theo Nguyên lý này được dựa trên công thức:

R = p x l/s

Trong đó p là hằng số biến trở tùy thuộc vật liệu, S là tiết diện, l là chiều dài.Thông thường cảm biến áp suất có ngõ ra là 4-20mA thì có hai dây ra, phải mắc nối tiếp với bộ nguồn qua thiết bị đo mới sử dụng được, tham khảo sơ đồ đấu nối ở phần 2

Cảm biến áp suất được thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu, thương hiệu tốt, độ chính xác và tuổi thọ cao, hoạt động ổn định, giá thành cạnh tranh, đó là những tiêu chí mà cảm biến có thể đạt được

Cảm biến đo áp suất hơi, áp suất nước, áp suất dầu.

1 Thông số kỹ thuật cảm biến đo áp suất.

– Phạm vi lựa chọn: Áp suất âm (-1~1 bar), áp suất thường bao gồm nhiều phạm vi

từ 0-600bar

– Sai số chính xác: 1% F.S

– Thời gian đáp ứng: <4ms

– Nhiệt độ hoạt động: -20~80 độ C

– Sensor element: Ceramic in AL2O3

– Ngõ ra: hai dây 4-20mA, ba dây 0-10VDC, 0-5VDC, 1-5VDC

– Nguồn cấp cho cảm biến: 8-30VDC.

– Vật liệu thân của cảm biến: inox 316 chịu áp lực 16 bar

– Cấp độ bảo vệ chống kín nước và bụi: IP65

– Khối lượng cảm biến: 0.12kg

– Kết nối cảm biến với ống: ren 1/4 hoặc ren 1/2 (NPT male)

Có sẵn cảm biến áp suất âm và các áp suất cao lên đến 600 bar Ren kết nối với ống

là 1/2” – 21mm

Nếu có sẵn lỗ ren nhỏ hơn hoặc thấp hơn thì ta có thể mua bộ chuyển ren, hiện nay trên thị trường có rất nhiều và dễ dàng tìm mua tại các tiệm ống nước

Bảng lựa chọn phạm vi hoạt động

Thông qua bộ điều khiển và hiển thị Shihlin mà chúng tôi đang cung cấp, chúng ta cóthể điều khiển áp suất một cách chính xác thông qua chế độ PID, với chế độ On Off

và HYS, chúng ta có thể cài đặt điều khiển máy nén khí tự động bật khi áp suất thiếu

và tự ngắt khi áp suất đủ

Dễ dàng thay đổi các thông số qua các phím chức năng, tích hợp lên đến 2 alarm để cảnh báo và ngắt hệ thống khi áp suất quá cao hoặc quá thấp

2 Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất, cảm biến đo áp suất

Cảm biến áp suất với hai loại ngõ ra analog áp Vdc và dòng mA.

Ngõ ra dòng 4-20mA (hai dây) hoặc ngõ ra áp (ba dây) 0-10VDC, 0-5vdc, 1-5vdc.Nguồn cấp cực kỳ rộng và phổ thông: 8 đến 30VDC

Hai dạng sơ đồ đấu nối với ngõ ra 0-10vdc hoặc 4-20mA.

Theo tìm hiểu về cảm biến áp suất, chúng em sẽ chọn loại cảm biến có dải đo 0 – 25bar để phù hợp với toàn nhà chung cư, độ chính xác cũng sẽ cao

1.3: Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý mạch lực, mạch cách ly

1.1.1: Mạch lực

+ Nguyên lý làm việc

- Hệ thống biến tần áp dụng nguyên lý điều khiển vòng kín

- Tín hiệu áp lực từ mạng lưới cấp nước được đưa về bộ xử lý, so sánh với tín hiệu áp lực được cài đặt theo yêu cầu

sai lệch giữa 2 trị số này sẽ được một chương trình cài đặt riêng cho hệ thống

xử lý để đưa ra tín hiệu điều khiển tối ưu đến bộ biến tần

- Bộ biến tần được lập trình xử lý tín hiệu đó và đưa ra tần số thích hợp cho dòng điện vào động cơ Số vòng quay trên trục bơm được thay đổi và đáp ứngvừa lưu lượng, áp lực yêu cầu trên mạng lưới đường ống

+ Nguyên tắc điều chỉnh hệ thống như sau:

- Khi nhu cầu dùng nước thấp hơn hoặc bằng khả năng cung cấp của một bơm

- Khi nhu cầu dùng nước tăng lên lớn hơn khả năng cung cấp của một máy bơm nước và nhỏ hơn hoặc bằng khả năng cung cấp của hai bơm thì một bơm

sẽ chạy tối đa với số vòng quay định mức, bơm biến tần bổ sung đầy đủ lưu lượng theo yêu cầu

- Khi yêu cầu lưu lượng tăng lên hơn nữa hoặc giảm đi thì việc điều chỉnh cũng diễn ra tương tự

1.4: Xác định chu trình cần điều khiển

……

Tại thời điểm ban đầu khi ấn nút Start, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động Trạng thái củacác cảm biến áp suất, lưu lượng sẽ được đọc về và xử lí theo thuật toán sau:

- Biến tần cấp nguồn, khởi động bơm 3với công suất định mức

- Cảm biến áp suất, lưu lượng cuối đường ống đo giá trị áp suất, lưu lượng vàgửi về trạm điều khiển

- Trạm điều khiển tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến và so sánh với giá trị đặt

- Nếu tín hiệu từ cảm biến lớn hơn giá trị đặt, mạch điều khiến sẽ tính toán sựchênh lệch với tín hiệu đặt và đưa tín hiệu điều khiển xuống biến tần Biến tần sẽđiều khiển bơm 3 giảm công suất theo tín hiệu từ trạm điều khiển đưa xuống

- Nếu tín hiệu từ cảm biến nhỏ hơn giá trị đặt, mạch điều khiển sẽ đưa tín hiệucho biến tần khởi động bơm 3, bơm 4 ở chế độ chờ Khi bơm 3 đạt tới tốc độ tối đa,bơm 4 bắt đầu hoạt động tới khi bể đầy

- Nếu tín hiệu từ cảm biến bằng giá trị đặt, 2 bơm ngưng hoạt động

- Lúc này bơm 3 hoạt động với công suất định mức và bơm 4 hoạt động vớicông suất do biến tần điều khiển

- Cảm biến tại cuối đường ống liên tục đo tín hiệu và gửi về trạm điều khiển.Trạm điều khiển tiếp tục tính toán và gửi tín hiệu điều khiển xuống biến tần để điềukhiển bơm

Phần 2: Vẽ sơ đồ ghép nối hệ thống với PLC

2.1: Xác định các biến cần điều khiển

CB4 I0.4

2.3: Vẽ sơ đồ đấu dây

Phần 3: Thiết lập lưu đồ thuật toán

CB1 tắt  Chạy bơm 1

CB2 bật  Dừng bơm 1

CB3 tắt  Chạy bơm 2

CB4 bật  Dừng bơm 2

ĐBom3=0 Bom4=0

ĐBom1=0,Bom2=0 Bom3=0,Bom4=0

End

Phần 4: Viết chương trình điều khiển trên PLC

Biến đổi tín hiệu từ cảm biến từ Int sang Real