ứng dụng mạng truyền thông cclink để điều khiển và ổn định áp suất nước trong đường ống

MỤC LỤC PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii PHIẾU TỔNG HỢP CÁC NỘI DUNG CHỈNH SỬA viii MỤC LỤC .ix LIỆT KÊ HÌNH xiii LIỆT KÊ BẢNG xvii TÓM TẮT xviii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan PLC Mitsubishi dòng QnA 2.2 PID 2.2.1 Đồ thị hệ dao động bậc 2.2.2 Lý thuyết điều khiển PID 2.2.3 Phương pháp Ziegler–Nichols thứ .13 2.3 Giới thiệu mạng CC LINK 14 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ .19 3.1 Yêu cầu điều khiển .19 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 20 3.2.1 Sơ đồ khối 20 3.2.2 Tổng quan thiết bị sử dụng .21 3.2.2.1 Nguồn PLC – A1S62P 22 3.2.2.2 CPU – Q2ASHCPU (S1) .23 3.2.2.3 Module I/O – A1SX48Y58 26 3.2.2.4 Module AI – A1S68AD 28 3.2.2.5 Module CClink – A1SJ61QBT11 31 3.2.2.6 Nguồn tổ ong 33 3.2.2.7 Đồng hồ 33 3.2.2.8 Cảm biến Keller PA-21Y .34 3.2.2.9 Biến tần 35 3.2.2.10 Bơm pha .40 3.2.2.11 HMI GOT1000 V12 .41 3.2.3 Sơ đồ điện 42 3.2.3.1 Sơ đồ kết nối module phần cứng PLC 42 3.2.3.2 Sơ đồ kết nối module CC-Link với biến tần .42 3.2.3.3 Sơ đồ kết nối module AI với cảm biến 43 3.2.3.4 Sơ đồ kết nối module I/O với nút nhấn đèn báo .43 3.3 Giới thiệu phần mềm sử dụng 44 3.4 Giải thích chương trình 47 3.4.1 PLC Parameter .47 3.4.2 Module A1S68AD 47 3.4.3 Chương trình NORM-SCALE 51 3.4.4 Vòng lặp PID 54 3.4.5 Truyền thông CCLink .58 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 63 4.1 Thi công phần cứng 63 4.1.1 Bồn nước 63 4.1.1.1 Bồn nước 63 4.1.1.2 Bồn nước 63 4.1.2 Khung sắt .64 4.1.3 Các mặt mica 65 4.1.3.1 Mặt trước 65 4.1.3.2 Mặt 66 4.1.3.3 Mặt sau .66 4.2 Thiết kế phần mềm .67 4.2.1 Chương trình & Lưu đồ 67 4.2.1.1 Chương trình ( Xem phần Phụ lục) 67 4.2.1.2 Lưu đồ giải thuật .67 4.2.2 Giao diện HMI .70 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 73 5.1 Kết thi công 73 5.2 Nhận xét đánh giá 75 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77 6.1 Kết luận 77 6.2 Hướng phát triển 78 Tài liệu tham khảo .79 Phụ lục 80 LIỆT KÊ HÌNH Hình 1: Ứng dụng đề tài Hình 2: CPU dòng QnA Mitsubishi Hình 3: Đáp ứng độ hệ dao động bậc .7 Hình 4: Bộ điều khiển PID hệ thống Hình 5: Biểu đồ mơ Pout với Kp khác 10 Hình 6: Biểu đồ mơ Iout với Ki khác 11 Hình 7: Biểu đồ mơ Dout với Kd khác 12 Hình 8: Đáp ứng nấc hệ kín K=Kgh 13 Hình 9: Mơ tả mạng CCLink .16 Hình 10: Các thông số bật mạng CCLink 18 Hình 11: Các khối chức hệ thống 20 Hình 12: Các khối chức hệ thống (Chi tiết) 21 Hình 13: Nguồn A1S38B 22 Hình 14: Mặt bên nguồn A1S62P 22 Hình 15: PLC Q2ASHCPU-S1 23 Hình 16: So sánh thơng số dòng CPU QnA 24 Hình 17: A1SX48Y58 .26 Hình 18: Mặt bên A1SX48Y58 .26 Hình 19: Sơ đồ đấu dây A1SX48Y58 .26 Hình 20: Thông số kỹ thuật A1SX48Y58 27 Hình 21: A1S68AD 28 Hình 22: Mặt bên A1S68AD 28 Hình 23: Thơng số kỹ thuật chung A1S68AD 29 Hình 24: Cấu trúc phần cứng-công tắc chuyển đổi A1S68AD .30 Hình 25: Module CC-Link .31 Hình 26: Cấu hình trạm chế độ module 31 Hình 27: Chế độ điều khiển 32 Hình 28: Tốc độ truyền thông 32 Hình 29: Nguồn tổ ong 33 Hình 30: Đồng hồ 33 Hình 31: Cảm biến Keller PA-21Y 34 Hình 32: Biến tần FR-E520 35 Hình 33: Mặt bên Biến tần FR-E520 35 Hình 34: Bên biến tần FR-E520 36 Hình 35: Cấu tạo biến tần FR-520 37 Hình 36: Biến tần FR-E720 38 Hình 37: Mặt bên biến tần FR-E720 38 Hình 38: Cấu tạo biến tần FR-E720 39 Hình 39: Máy bơm pha .40 Hình 40: Mặt trước HMI GOT1000 .41 Hình 41: Mặt sau HMI GOT1000 41 Hình 42: Các module phần cứng PLC 42 Hình 43: Sơ đồ kết nối module CC-Link với biến tần 42 Hình 44: Sơ đồ kết nối module AI với cảm biến .43 Hình 45: Sơ đồ kết nối module I/O với nút nhấn đèn báo 43 Hình 46: Phần mềm GX Developer .45 Hình 47: Phần mềm GX Developer .45 Hình 48: Phần mềm GT Designer .46 Hình 49: Logo phần mềm GX Developer GT Designer 46 Hình 50: Phân vùng địa 47 Hình 51: Các bit đặc biệt A1S68AD 47 Hình 52: Bộ nhớ đệm A1S68AD 48 Hình 53: Lưu đồ chương trình đọc tín hiệu chuyển đổi 49 Hình 54: Lệnh FROM 49 Hình 55: Lệnh TO 50 Hình 56: Chương trình NORM 51 Hình 57: Đồ thị chương trình NORM .51 Hình 58: Chương trình SCALE_P 52 Hình 59: Đồ thị chương trình SCALE_P 53 Hình 60: Cấu tạo khối PID QnA CPU 54 Hình 61: Lệnh PIDINIT 54 Hình 62: Thơng số cho lệnh PIDINIT 55 Hình 63: Thơng số cho lệnh PIDINIT 56 Hình 64: Lệnh PIdCONT .57 Hình 65: Thơng số cho lệnh PIDCONT 57 Hình 66: Kết nối dây dẫn CCLINK 58 Hình 67: Truyền thơng CCLINK 58 Hình 68: Chức bit RX RY 59 Hình 69: Chức ghi 59 Hình 70: Cấu hình CCLINK GX Developer 60 Hình 71: Địa bắt đầu Module Master .61 Hình 72: Cấu hình cho CC-Link 61 Hình 73: Bồn nước 63 Hình 74: Bồn nước 63 Hình 75: Khung sắt 64 Hình 76: File SolidWork mặt trước 65 Hình 77: Mặt 66 Hình 78: Mặt sau 66 Hình 79: Lưu đồ chương trình .67 Hình 80: Lưu đồ chế độ MANUAL 68 Hình 81: Lưu đồ chế độ AUTO 69 Hình 82: Giao diện giới thiệu - đăng nhập - tóm tắt 70 Hình 83: Giao diện chế độ MONITOR 70 Hình 84: Giao diện chế độ AUTO 71 Hình 85: Giao diện chế độ MANUAL 71 Hình 86: Giao diện chế độ ALARM .72 Hình 87: Mơ hình thực tế .73 Hình 88: Bồn 74 Hình 89: Táp lô điều khiển 74 Hình 90: Đồ thị chế độ AUTO .75 Hình 91: Đồ thị chế độ MANUAL 76 LIỆT KÊ BẢNG Bảng 1: Ảnh hưởng thông số đến chất lượng hệ thống .12 Bảng 2: Thông số điều khiển theo phương pháp Ziegler–Nichols 13 Bảng 3: Thông số kỹ thuật chung mạng CCLink .15 Bảng 4: Thông số kỹ thuật chung cảm biến Keller PA-21Y .34 Bảng 5: Thông số kỹ thuật máy bơm pha .40 Bảng 6: Thông số kỹ thuật HMI GOT1000 41 Bảng 7: Thông số kỹ thuật HMI GOT1000 42 Bảng 8: Thơng số chương trình NORM 52 Bảng 9: Thông số chương trình SCALE_P 53 TĨM TẮT Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu sợ lược qui trình hoạt động máy bơm ổn định áp suất nước nhà máy, tòa nhà cao tầng Từ kiến thức học trường kinh nghiệm thực tiễn cộng với giúp đỡ nhiệt tình giáo viên hướng dẫn anh(chị) trước nhóm lựa chọn thiết bị cần thiết phương pháp phù hợp để thực đề tài Trong mô hình nhóm sử dụng PLC Q2ASHCPU-S1 cho hệ thống sử dụng HMI GOT 1000 để giám sát điều khiển mơ hình Cảm biến áp suất liên tục cập nhật giá trị áp suất đường ống để gửi PLC, đồng thời PLC gửi tín hiệu điều khiển tốc độ máy bơm thông qua biến tần E720 E520 Nhóm hồn thành mơ hình ổn định áp suất nước đường ống với tính bản, tự động điều khiển tốc độ máy bơm để ổn định áp suất đường ống Mơ hình hoạt động tương đối ổn định, bên cạnh cịn số hạn chế nhỏ chế hoạt động đơn giản, chưa mơ hết lỗi hay gặp phải ngồi thực tế với mơ hình 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG 69 Hình 80: Lưu đồ chế độ MANUAL ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG 70 Hình 81: Lưu đồ chế độ AUTO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 714.2.2 Giao diện HMI Hình 82: Giao diện giới thiệu - đăng nhập - tóm tắt Hình 83: Giao diện chế độ MONITOR ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG 72 Hình 84: Giao diện chế độ AUTO Hình 85: Giao diện chế độ MANUAL ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 73 Hình 86: Giao diện chế độ ALARM - Với lỗi xảy ra: 1) Quá áp: hệ thống đọc áp suất 0.8 bar vòng 10s nhấp nháy đèn cảnh báo lỗi, sau 10s, hệ thống ngừng khẩn cấp để tránh áp suất cao gây vỡ ống 2) Lỗi Module AI: Phần cứng bị lỗi 3) Lỗi Module AI: Quá trinh ghi bị lỗi 4) Lỗi cảm biến: Cảm biến nguồn,… Sau 10s kể từ hai máy bơm chạy tốc độ 20 Hz khơng có áp suất trả Kiểm tra phần cứng 5) Lỗi truyền thông CCLINK: Kiểm tra kết nối MASTER trạm 6) Lỗi truyền thông CCLINK: Kiểm tra kết nối MASTER trạm 7) Lỗi truyền thông CCLINK: Kiểm tra kết nối MASTER trạm & ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 74 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN Hình 87: Mơ hình thực tế ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 75- Cận cảnh bồn dưới: Hình 88: Bồn - Về hộp điều khiển: Hình 89: Táp lơ điều khiển ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 765.2 Nhận xét đánh giá - Theo Phương pháp Ziegler–Nichols thứ 2, tìm thơng số sau:  Kgh= 3.2  Tgh= 2(s) - Tính tốn theo bảng, ta được:  Kp=0.6xKgh= 1.9  Ti= 0.5xTgh= 1(s)  Td= 0.125xTgh= 0.25(s) => Td= 0.15(s) ( để giảm nhiễu) Hình 90: Đồ thị chế độ AUTO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 77- Nhận xét:  Bám theo Setpoint  Hoạt động tốt Setpoint: 0.3 bar  Khơng có vọt lố  Thời gian đáp ứng: 20s  Sai số xác lập: 5% Hình 91: Đồ thị chế độ MANUAL - Nhận xét:  Chạy theo tần số setup HMI  Còn sai số giá trị cảm biến đọc đồng hồ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 78 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 79 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 806.2 Hướng phát triển - Đề tài dừng việc thiết kế mơ hình mơ cho hệ thống nhỏ, chưa có phản ánh với thực tế để hệ thống phát triển đưa vào thực tế, nhóm xin để xuất vài phương án để cải thiện:  Đưa thiết bị điều khiển vào tủ điện để bảo quản tốt ngồi mơi trường thực tế  Kết hợp biến tần với khởi động mềm để luân phiên hoạt động bơm, làm yêu cầu điều khiển phức tạp phù hợp với thực tế  Sử dụng Bơm & biến tần công suất lớn để tạo áp suất cao  Ứng dụng SCADA vào hệ thống  Dị tìm thơng số PID phù hợp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo Sách tham khảo: [1] Nguyễn Thị Phương Hà Huỳnh Thái Hoàng (2005) Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Web tham khảo:  plcvietnam.com.vn  plccongnghecao.com  tudonghoa.com Datasheet:      A1S68AD User Manual FR-E720 User Manual FR-E520 User Manual PID control For QnA PLC User Manual CCLINK in Automation User Manual ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 82 PHỤ LỤC Phụ lục CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG ... phương pháp phù hợp để thực đề tài Trong mơ hình nhóm sử dụng PLC Q2ASHCPU-S1 cho hệ thống sử dụng HMI GOT 1000 để giám sát điều khiển mơ hình Cảm biến áp suất liên tục cập nhật giá trị áp suất đường. .. đường ống để gửi PLC, đồng thời PLC gửi tín hiệu điều khiển tốc độ máy bơm thơng qua biến tần E720 E520 Nhóm hồn thành mơ hình ổn định áp suất nước đường ống với tính bản, tự động điều khiển. .. kế thi cơng mơ hình điều khiển áp suất đường ống Thiết kế thi công táp lô điều khiển NỘI DUNG - Kết nối PLC với biến tần - Thiết kế, lắp ráp khối vào mơ hình - Vẽ lưu đồ điều khiển, thiết kế giao