ỨNG DỤNG PLC s7 1200 GIÁM sát và điều KHIỂN bơm ổn ĐỊNH áp SUẤT nước

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7-1200 GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC Giáo viên hướng dẫn: TH.S NGUYỄN ANH TUẤN Tp.HCM, ngày , tháng , năm 2019 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG CHƯƠNG 1: LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trên giới Việt Nam nhu cầu tiêu thụ lượng ngày tăng dần có nhiều cảnh báo tiết kiệm lượng Các ngành cơng nghiệp nói chung ngành nước nói riêng sử dụng cơng nghệ truyền động khơng thích hợp, điều khiển thụ động, không linh hoạt Đối với nhà máy nước, yếu tố cấu thành giá nước bị chi phối phần lớn chi phí điện bơm nước (30-35%) Trước tồn quan điểm việc đầu tư vào tiết kiệm lượng công việc tốn không mang lại hiệu thiết thực Với công nghệ biến tần tính tốn việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm lượng cho trạm bơm có thời gian hồn vốn đầu tư ngắn giảm chi phí cho cơng tác quản lí vận hành thiết bị Máy bơm quạt gió ứng dụng thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm lượng Trong phạm vi đồ án, đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần điều khiển tốc độ tiết kiệm lượng cho máy bơm mà ổn định áp suất đường ống cấp nước 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đối với hệ thống bơm cấp nước thực tế, người ta sử dụng máy bơm công suất lớn, biến tần công suất lớn để bơm cấp nước cho khu dân cư, thành phố, cho khu công nghiệp Với đề tài này, chúng em mơ hình hóa hệ thống nên sử dụng biến tần công suất nhỏ bơm công suất nhỏ để mô tả hoạt động hệ thống Một phần máy bơm ba pha thường to nặng kéo theo hệ thống không đơn giản, lý chi phí cho đồ án lớn với khả chúng em Để thực đề tài chúng em đã: - Nghiên cứu kĩ hệ thống bơm cấp nước thực tế, nắm rõ trình tự điều - khiển máy bơm Tìm hiểu PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc - nhớ PLC S7-1200 Tìm hiểu cách sử dụng biến tần Lựa chọn biến tần động có cơng suất hợp lý Tìm hiểu giao tiếp PLC S7-1200 biến tần Lập trình PLC - Lập trình PID để điều khiển máy bơm Tìm hiểu Module truyền thông GPRS CP 1242-7 V2 để điều khiển giám - sát từ xa thơng qua GPRS Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA PORTAL dùng để lập trình cho PLC S7-1200 WinCC để thiết kế giao diện 1.3 Ý nghĩa khoa học đề tài Đề tài cho thấy việc ứng dụng tự động hóa vào sống cần thiết, giúp ta tiết kiệm thời gian, công sức, tiền bạc mang lại hiệu kinh tế cao hoạt động ổn định Từ đề tài nghiên cứu điều khiển ổn định áp suất nước cho đường ống nước, mở rộng cho hệ thống điều khiển lò nhiệt, hệ thống điều hòa khơng khí,… 1.4 Phạm vi nghiên cứu Từ kiến thức sở học trường ngồi thực tế, hạn chế kiến thức khả kinh tế thời gian có hạn nên chúng em tạo mơ hình mang tính chất mơ cao để thể quy trình hoạt động hệ thống cấp nước thực tế Trong đó, chúng em thực số công việc: - Lập trình PLC theo thuật tốn đưa Giao tiếp PLC với WinCC giám sát hệ thống Giao tiếp truyền thông PLC với biến tần Thiết kế giao diện điều khiển tự động với WinCC Lập trình PID PLC cho động hoạt động theo giá trị áp suất yêu cầu Điều khiển giám sát hệ thống từ xa qua GPRS CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cấp nước vào đường ống Áp lực lưu lượng đường ống thay đổi hàng theo nhu cầu sử dụng Bơm thiết bị kèm đường ống, van, đài nước thiết kế với lưu lượng nước bơm lớn Vì điều chỉnh lưu lượng nước bơm thực phương pháp sau: - Điều chỉnh cách khép van ống đẩy bơm Điều chỉnh cách đóng mở máy bơm hoạt động đồng thời Điều khiển thay đổi tốc độ quay khớp nối Điều khiển theo phương pháp không tiết kiệm lượng điện tiêu thụ mà gây nên hỏng hóc thiết bị đường ống chấn động đóng mở van gây nên, đồng thời máy bơm cung cấp không bám sát chế độ tiêu thụ mạng lưới Để giải vấn đề kể sử dụng phương pháp điều khiển truyền động biến đổi tốc độ biến tần kết hợp với thuật toán điều khiển PID Thiết bị biến tần thiết bị điều chỉnh biến đổi tốc độ quay động cách thay đổi tần số dòng điện cung cấp cho động 2.1 Nguyên tắc điều khiển hệ thống Đầu PLC nối với biến tần để điều khiển biến tần từ dây biến tần điều khiển tốc độ động Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh cách linh hoạt lưu lượng áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi PLC, PLC so sánh giá trị truyền với giá trị đặt để từ lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ động cách thay đổi tần số dòng điện đưa vào động để đảm bảo áp suất nước đường ống ổn định Sử điều chỉnh linh hoạt máy bơm sử dụng biến tần cụ thể sau: - Điều chỉnh tốc độ quay áp suất thay đổi Đa dạng phương thức điều khiển máy bơm trạm bơm Một thiêt bị biến tần điều khiển tới máy bơm 1.1.1 Phương thức điều khiển bơm Có phương thức điều khiển máy bơm: - Điều khiển theo mực nước: Trên sở tín hiệu mực chất lỏng bể hút hồi tiếp PLC Bộ vi xử lý so sánh tín hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng cài đặt Trên sở kết so sánh, PLC điều khiển đóng mở máy bơm cho phù hợp để mực chất lỏng bể giá trị cài đặt Ngược lại tín hiệu hồi tiếp lớn giá trị cài đặt, biến tần điều khiển bơm để mực chất lỏng đạt giá trị đặt - Điều khiển theo hình thức chủ động thụ động: Mỗi máy bơm nối với biến tần có biến tần chủ động, biến tần khác thụ động Khi tín hiệu hồi tiếp biến tần chủ động vi xử lý biến tần so sánh với tín hiệu đặt để từ tác động đến biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay máy bơm cho phù hợp không gây tượng đập thủy lực phản hồi từ hệ thống Phương thức điều khiển linh hoạt khắc phục khó khăn q trình vận hành bơm khác với thiết kế Phương thức sử dụng cho trường hợp thay đổi lưu lượng áp suất mạng lưới - Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển bơm: Một máy bơm thơng qua thiết bị biến tần, máy bơm lại đóng mở trực tiếp khởi động mềm Khi tín hiệu áp lực lưu lượng mạng lưới hồi tiếp PLC, vi xử lý so sánh với giá trị cài đặt điều khiển tốc độ máy bơm chạy với tốc độ phù hợp Đây cách mà nhóm em tiến hành làm Khi mà bơm điều khiển biến tần hoạt động chế độ định mức mà chưa đáp ứng áp suất đường ống PLC lệnh để đưa máy bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm trì áp suất mong muốn đường ống Đến lúc đó, mà áp suất đường ống đủ PLC ngắt bơm phụ tránh áp suất cao gây nguy hiểm cho đường ống Trong trường hợp ngắt tất bơm mà áp suất cao PLC lệnh cho biến tần để biến tần giảm dần tần số động để đưa áp suất đường ống gần giá trị đặt nhanh 4.7.3 Angten ANT794 – 4MR Figure 37 Angten ANT794 – 4MR Tổng quan  Ăng ten đa hướng để sử dụng mạng GSM / GPRS / UMTS / LTE  Ăng ten từ xa cho nhà / trời  Hoàn chỉnh với cáp khung lắp để kết nối trực tiếp với modem SINAUT GPRS Lợi ích  Thiết kế chống thấm cho phép lắp đặt bên ngồi tòa nhà để cải thiện độ bền Ứng dụng  Để sử dụng mạng GSM / GPRS / UMTS / LTE  Đối với nhà / trời (độ bảo vệ IP65)  Nhiệt độ hoạt động -40 ° C đến 70 ° C Thiết kế  Radiator chứa ống nhựa để bảo vệ  Cáp RF với kết nối cố định đến ăng-ten Thông số kĩ thuật Tên sản phẩm Thích hợp Ăng-ten ANT794-4MR Cho ứng dụng nhà trời Tần số không dây: Loại mạng di động hỗ trợ Tần số hoạt động GSM, UMTS, LTE 800 MHz, 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, 2600 MHz Dữ liệu điện: Trở kháng Ăng – ten Loại kết nối điện Công suất phát tối đa 50Ω 0DB Kết nối SMA 20W Dữ liệu học: Vật chất: Vỏ bên ngồi PVC cứng, chống tia cực tím Điều kiện mơi trường cho phép Nhiệt độ môi trường xung quanh Trong trình hoạt động Lớp bảo vệ IP -40…+70oC IP65 Thiết kế, kích thước trọng lượng: Chiều rộng Chiều cao Độ sâu Đường kính Khối lượng Loại lắp Dây cáp ăng ten 25 mm 193 mm 25 mm 25 mm 310 g Khung góc phận lắp 5m Figure 38 Mặt cắt bên Ăng-ten ANT794-4MR 4.7.4 Bơm pha Figure 39 Bơm pha Thông số kĩ thuật Model Điện áp Công suất Tần số 1DK-15 220V 370W 50 Hz Tốc độ vòng quay Chiều cao đẩy tối đa Chiều cao đẩy định mức Lưu lượng tối đa Lưu lượng định mức Chiều cao hút tối đa Chiều cao hút định mức 2900 v/phút 15 m 10 m 6.5 m3/h 1.5 m3/h 8m 6m 4.7.5 Cảm biến áp suất nước Figure 40 Cảm biến áp suất Thông số kĩ thuật Hãng Model Dãi áp suất SMC ISE40-01-22L -0.100 – 1.00 MPa Số dây: Brown (+) Black (OUT1) White (OUT2) Gray Blue (-) DC12-24V NPN 80mA NPN 80 mA Analog Out 0V 4.7.6 Khởi động từ Fuji SC-03 Thông số kĩ thuật HP Điện áp (AC) 1PH 3PH 110-120 200 220-240 440-480 550-600 1/3 - 2 5 CB SCCR Max.Ratin g Fuse Max.Ratin g 25kA 30A 10kA 5kA 30A 15A SCCR 5kA K5.RK5 20A 4.7.7 Nguồn DC Figure 41 Nguồn 24 VDC Omron S8VS-03024 Thông số kĩ thuật Ngõ vào điện áp Ngõ điện áp 220 VAC 24 VDC Dòng điện 1.3 A 4.7.8 MCCB 3P Figure 42 MCCB pha 4.8 Thiết kế lắp đặt tủ điện Bước 1: Thiết kế tủ điện phần mềm Autocad để xác định kích thước tủ bố trí thiết bị Bước 2: Mua vỏ tủ thiết bị Bước 3: Lắp thiết bị lên tủ Bước 4: Đi dây tủ điện Bước 5: Kiểm tra test hệ thống Bước 6: Gắn tủ lên mơ hình lắp cảm biến lên mơ hình Figure 43 Bản vẽ bên tủ Figure 44 Mặt trước mặt bên tủ Tủ điện sau hoàn thành: 4.9 Lưu đồ giải thuật START ... giám sát áp suất nước đường ống điều khiển ngược lại để đảm bảo giữ áp suất theo yêu cầu PLC điều khiển áp suất nước đường ống theo đồ thị phụ tải hàng ngày, tức hệ thống điều khiển áp suất theo... cơng suất định mức mà áp suất chưa ổn định giá trị setpoint Máy bơm dự phòng điều khiển trực tiếp điện lưới 220V Khởi động hệ thống lên máy bơm pha điều khiển biến tần chạy đạt áp suất đặt, áp suất. .. Một sensor áp suất đưa vào đầu nước cấp Nhà máy để đo áp lực nước đưa hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển PLC S7- 1200 (Siemens) đảm bảo cho việc tự động hóa hồn tồn q trình bơm cấp nước Nhà