Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển hệ thống cấp nước nóng cho tòa nhà bằng PLC s7 1200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NĨNG CHO TỊA NHÀ BẰNG PLC S7-1200 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hữu Nghĩa ThS Nguyễn Văn Định Sinh viên thực hiện: Trần Văn Nam Mã số sinh viên: 56130169 Khánh Hòa – 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NĨNG CHO TỊA NHÀ BẰNG PLC S7-1200 GVHD: TS Nguyễn Hữu Nghĩa ThS Nguyễn Văn Định SVTH: Trần Văn Nam MSSV: 56130169 Khánh Hòa, tháng 7/2018 i MỤC LỤC TRANG BÌA PHỤ i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH .iv DANH MỤC BẢNG vi LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nhiệm vụ đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan PLC S7-1200 2.1.1 Sơ lược PLC S7-1200 2.1.2 So sánh PLC với hệ thống điều khiển khác[8] 2.1.3 Cấu trúc phần cứng PLC S7-1200[2] 2.1.4 Phần mềm STEP Professional 2.1.5 Một số lệnh PLC 10 2.2 Tổng quan hệ thống cấp nước nóng[3] 13 2.2.1 Khái niệm chung hệ thống cấp nước nóng 13 2.2.2 Mạng lưới cấp nước nóng 23 2.2.3 Quản lý hệ thống cấp nước nóng 25 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÓNG 28 3.1 Hệ thống cung cấp nước nóng tịa nhà 28 3.1.1 Các thiết bị hệ thống 28 3.1.2 Hoạt động hệ thống: 28 3.1.3 Yêu cầu điều khiển hệ thống cung cấp nước nóng 29 3.2 Ứng dụng PLC vào điều khiển hệ thống cung cấp nước nóng 30 3.2.1 Chọn module PLC 30 3.2.2 Viết chương trình điều khiển PLC S7-1200 32 CHƯƠNG THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MƠ HÌNH THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 43 4.1 Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển cấp nước nóng dùng PLC S7-1200 43 ii 4.1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị điều khiển 43 4.1.2 Mạch điện điều khiển 44 4.1.3 Chức thiết bị sơ đồ 44 4.2 Dụng cụ cần thiết để lắp đặt mơ hình 47 4.3 Lắp đặt mơ hình 48 4.3.1 Rơle điều chỉnh áp suất 49 4.3.2 Bình đun nước nóng 49 4.3.3 Các thiết bị khác 50 4.4 Chạy thử mơ hình, kiểm tra sửa lỗi 52 4.4.1 Chạy thử 52 4.4.2 Kiểm tra, sửa lỗi 58 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 5.1 Kết luận 60 5.2 Kiến nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 iii DANH MỤC HÌNH Hình 2-1 Phần cứng CPU S7-1200 Hình 2-2 Hệ thống đun nước nóng cột đun 16 Hình 2-3 Hệ thống đun nước nóng nồi đun 17 Hình 2-4 Đun nước nóng nồi thiết bị đun nước nóng loại dung tích 17 Hình 2-5 Đun nước nóng nồi với thiết bị đun loại lưu tốc 19 Hình 2-6 Đun nước nóng thiết bị đun dùng nước 20 Hình 2-7 Đun nước nóng thiết bị đun loại lưu tốc, với nguồn truyền nhiệt mạng lưới cấp nhiệt thành phố 20 Hình 2-8 Thiết bị sản xuất nước nóng lượng mặt trời 21 Hình 2-9 Bình nước nóng lượng mặt trời đối lưu cưỡng 22 Hình 2-10 Sơ đồ bố trí đường ống dẫn nhiệt 24 Hình 3-1 Hệ thống cung cấp nước nóng tịa nhà 29 Hình 3-2 PLC S7-1200 sơ đồ chân đấu 30 Hình 3-3 Cấu tạo mặt trước module 31 Hình 3-4 Sơ đồ chân đấu nối module 32 Hình 3-5 Điều khiển bơm cấp nước (chạy/dừng) 38 Hình 3-6 Điều khiển bơm cấp nước nóng (chạy/dừng) 39 Hình 3-7 Đóng/mở van cấp 39 Hình 3-8 Báo cố hụt nước bình đun 40 Hình 3-9 Báo cố mức nước cực cao bình đun 41 Hình 3-10 Tắt chng báo cố 41 Hình 3-11 Bật cơng tắc chế độ OFF 42 Hình 4-1 Sơ đồ bố trí thiết bị điều khiển hệ thống cấp nước nóng tịa nhà PLC S71200 43 Hình 4-2 Mạch điện điều khiển 44 iv Hình 4-3 Kìm điện 47 Hình 4-4 Máy khoan cầm tay 48 Hình 4-5 Tua vít 48 Hình 4-6 Mơ hình hồn thiện 49 Hình 4-7 Rơle điều chỉnh áp suất 49 Hình 4-8 Bình đun nước nóng 50 Hình 4-9 Bật CB cấp nguồn 53 Hình 4-10 Bật cơng tắc hệ thống 53 Hình 4-11 Hệ thống báo cố mức nước mức cực thấp 54 Hình 4-12 Contactor bơm nước lạnh hoạt động 54 Hình 4-13 Contactor bơm nước lạnh ngừng 55 Hình 4-14 Hệ thống báo cố mức nước vị trí cực cao 56 Hình 4-15 Mở van cấp vào bình đun 56 Hình 4-16 Đóng van cấp 57 Hình 4-17 Bơm nước nóng hoạt động 57 Hình 4-18 Bơm nước nóng hoạt động 58 Hình 4-19 Ngừng bơm nước nóng 58 v DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1 Bảng thông số kiểu liệu Timer 12 Bảng 2-2 Bảng giá trị Time 13 Bảng 3-1 Khai báo đầu vào/ra PLC 37 Bảng 4-1 Các thiết bị khác mơ hình 50 Bảng 4-2 Các lỗi trình lắp đặt chạy thử 58 vi LỜI CẢM ƠN Trải qua bốn năm học tập trường Đại học Nha Trang, bảo dạy dỗ tận tình Thầy, Cơ Khoa Thầy, Cơ trường giúp tơi tích lũy nhiều kiến thức tảng quý giá, đến giai đoạn cuối chương trình đào tạo trường thực đồ án tốt nghiệp đại học Để hồn thành đồ án tốt nghiệp, tơi nhận giúp đỡ vô quý giá từ Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí, bảo, sẵn sàng giúp đỡ Thầy, Cô môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lời biết ơn sâu sắc tới Thầy TS Nguyễn Hữu Nghĩa Thầy ThS Nguyễn Văn Định trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp Trong trình thực đồ án tốt nghiệp, hạn chế kiến thức kỹ thực tế nên đồ án cịn nhiều thiếu sót Tơi kính mong Thầy, Cơ bạn bè có ý kiến đóng góp quý báu để kiến thức lĩnh vực hoàn thiện Sau cùng, tơi xin kính chúc q Thầy, Cơ Khoa Cơ khí thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh tốt đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Tôi xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng năm 2018 Sinh viên thực Trần Văn Nam CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Ngành nhiệt lạnh đời từ lâu người bắt đầu biết cách điều khiển nhiệt độ không khí theo mục đích sử dụng Sau nhiều thời gian nghiên cứu tìm hiểu người tìm hệ thống điều khiển nhiệt độ khơng khí để phục vụ sinh hoạt như: bảo quản thực phẩm, làm mát không gian sinh hoạt Trong năm gần đây, ngành kỹ thuật lạnh nước ta ứng dụng mạnh mẽ ngành như: sinh học, hóa chất, công nghiệp dệt, thuốc lá, rượu, bia, điện tử, tin học, y tế, thực phẩm, chế biến bảo quản thủy sản Hơn nữa, ngành nhiệt lạnh ứng dụng nhiều lĩnh vực cần nguồn nhiệt nóng như: ngành nhiệt điện, công nghệ thực phẩm, dệt, công nghiệp sản xuất, nhà hàng, khách sạn, khu nghỉ mát Bên cạnh đó, yếu tố tự động hóa thiết bị dần cải thiện Chúng ngày ăn sâu vào trình điều khiển hệ thống cách tự động linh hoạt hơn, nhằm giúp trình vận hành người ngày đơn giản Vì thế, nhằm đơn giản hóa, tự động hóa cho trình điều khiển tay vào máy, thiết bị lạnh ta thay thành điều khiển tự động lập trình PLC Qua đó, sau thời gian học tập trường, bảo hướng dẫn nhiệt tình Thầy, Cơ mơn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh trường Đại học Nha Trang, nên giao thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống cấp nước nóng cho tòa nhà PLC S7-1200” với trợ giúp Thầy TS Nguyễn Hữu Nghĩa Thầy ThS Nguyễn Văn Định 1.2 Nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống cung cấp nước nóng - Thiết kế mơ hình thiết bị điều khiển thực tế 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Lập trình điều khiển mức nước bình đun nước nóng - Lập trình điều khiển cấp nước nóng đến nơi sử dụng - Lập trình điều khiển nhiệt độ bình đun nước nóng - Thử nghiệm điều khiển mơ hình thực tế 1.4 Đối tượng nghiên cứu - Bộ lập trình PLC S7-1200, phần mềm STEP - Hệ thống cung cấp nước nóng tịa nhà 1.5 Nội dung nghiên cứu - Mở đầu - Tổng quan - Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển hệ thống cung cấp nước nóng - Thiết kế, lắp đặt mơ hình thiết bị điều khiển - Kết luận kiến nghị - Đèn báo: thể trình thiết bị hoạt động (sáng) ngừng hoạt động (tắt) - Chuông báo cố: báo động cho người vận hành biết hệ thống gặp cố - Nút nhấn Reset: dùng để Reset chuông báo động hệ thống gặp cố - Domino : dùng để đấu nối mạch điện dễ dàng 4.2 Dụng cụ cần thiết để lắp đặt mơ hình - Các thiết bị, dụng cụ hỗ trợ việc lắp đặt mô hình: + Kìm điện: dùng để cắt bóc vỏ dây điện Hình 4-3 Kìm điện 47 + Máy khoan: dùng khoan lỗ, bắt vít cho thiết bị điện Hình 4-4 Máy khoan cầm tay + Tua vít: dùng cố định vít bảng điện bắt dây điện vào thiết bị điện Hình 4-5 Tua vít + Và số dụng cụ khác 4.3 Lắp đặt mô hình Mơ hình điều khiển hệ thống cấp nước nóng cho tòa nhà PLC S7-1200 sau lắp đặt xong: 48 Hình 4-6 Mơ hình hồn thiện Chú thích thiết bị mơ hình: 4.3.1 Rơle điều chỉnh áp suất Hình 4-7 Rơle điều chỉnh áp suất – Chân lấy nguồn 24VDC PLC – Chân cảm biến áp suất đầu đẩy bơm nước nóng để truyền tín hiệu điều khiển PLC để điều khiển bơm nước nóng hoạt động 4.3.2 Bình đun nước nóng Sử dụng bình nhựa có mức cảm biến nước để mơ bình đun nước nóng 49 Hình 4-8 Bình đun nước nóng + Chân 1: kết nối nguồn 24VDC PLC + Chân 2: cảm biến mức nước cực thấp + Chân 3: cảm biến mức nước thấp + Chân 4: cảm biến mức nước cao + Chân 5: cảm biến mức nước cực cao + Chân 6: điện trở đốt (mô dàn trao đổi nhiệt ống xoắn) 4.3.3 Các thiết bị khác Bảng 4-1 Các thiết bị khác mô hình Tên thiết bị Số Cơng dụng lượng Nhận tín hiệu nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ nước nóng bình đun 50 Hình ảnh Mơ hoạt động của: Contactor 220V Bơm nước lạnh Bơm nước nóng Van cấp Rơle trung gian Làm tiếp điểm phụ để 24VDC đóng Contactor CB 40A Cơng tắc ON-OFF Đèn báo Cấp nguồn 220V cho PLC Mô công tắc chung hệ thống Báo hiệu thiết bị hoạt động 51 1 Chuông báo Dây cáp mạng LAN Dây điện Domino Báo động có cố Kết nối PLC với máy tính để nạp chương trình Đấu nối thiết bị điện Dùng để đấu điện dễ dàng 4.4 Chạy thử mơ hình, kiểm tra sửa lỗi 4.4.1 Chạy thử - Bật CB: cấp nguồn cho PLC 52 Hình 4-9 Bật CB cấp nguồn - Bật cơng tắc chung sang chế độ ON, hệ thống bắt đầu hoạt động Hình 4-10 Bật cơng tắc hệ thống - Thử mức nước bình đun nước nóng: + Khi mức nước bình vị trí cực thấp ( I 0.1  ) hệ thống ngừng hoạt động, hệ thống đèn báo chuông cố hoạt động ( Q0.3  , Q0.5  ), người vận hành khắc phục cố 53 Hình 4-11 Hệ thống báo cố mức nước mức cực thấp + Khi mức nước bình chưa đạt đến vị trí cao ( I 0.2  1, I 0.3  ) bơm nước lạnh ln chạy ( Q0.0  ) để cấp nước vào bình đun nước nóng Hình 4-12 Contactor bơm nước lạnh hoạt động 54 + Khi mức nước bình vị trí cao ( I 0.3  ) dừng bơm nước lạnh ( Q0.0  ) Hình 4-13 Contactor bơm nước lạnh + Khi mức nước bình vị tríngừng cực cao ( I 0.4  1) dừng hệ thống, đèn báo chng cố hoạt động ( Q0.3  , Q0.5  ), người vận hành khắc phục cố Hình 4-14 Hệ thống báo cố mức nước vị trí cực caoHình 4-15 Contactor bơm nước lạnh ngừng 55 Hình 4-14 Hệ thống báo cố mức nước vị trí cực cao - Thử nhiệt độ để mở van cấp vào bình đun nước nóng: + Khi nhiệt độ nước nóng bình đun chưa đạt đến mức cài đặt ( I 0.7  1) mở Hình 4-16 Mở van cấp vào bình đunHình 4-17 Hệ thống báo cố van cấp ( Q0.4  ) vào để đun nóng nước mức nước vị trí cực cao Hình 4-15 Mở van cấp vào bình đun + Khi nhiệt độ nước bình đun đạt nhiệt độ cài đặt ( I 0.7  ) đóng van cấp ( Q0.4  ) vào bình đun 56 Hình 4-16 Đóng van cấp - Thử áp suất đầu đẩy bơm nước nóng: + Khi áp suấtHình đầu đẩy bơm nước nóng giảm xuống 2.5 bar lúc bơm nước 4-18 Bơm nước nóng hoạt độngHình nóng hoạt động ( Q 0.1  , Q0.2 ) bơmvan vàcấp bơm chạy ln phiên nhau:  1Đóng 4-19 Hình 4-17 Bơm nước nóng hoạt động 57 Hình 4-18 Bơm nước nóng hoạt động + Khi áp suất đầu đẩy bơm nước nóng đạt đến bar bơm nước nóng ngừng hoạt động ( Q 0.1  , Q0.2  ) dừng bơm bơm 2: Hình 4-20 Ngừng bơm nước nóng 2Hình 4-21 Bơm nước nóng hoạt động Hình 4-19 Ngừng bơm nước nóng 4.4.2 Kiểm tra, sửa lỗi Một số lỗi Hình q trình lắpNgừng đặt mơbơm hìnhnước chạy thử1 4-22 nóng Bảng 4-2 Các lỗi trình lắp đặt chạy thử STT Lỗi Khơng nạp chương trình vào module PLC Nguyên nhân Khắc phục lỗi Không chọn version phần mềm 58 Chọn version phù hợp Đèn báo không sáng Không chọn đèn phù hợp Chọn đèn 24VDC Khơng nhận tín hiệu Cảm biến mức nước bị Vệ sinh mức cảm mức nước bám cáu cặn biến 59 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Đồ án thể nội dung thiết kế điều khiển bơm cấp nước vào bình đun, điều khiển bơm nước nóng chạy/dừng điều khiển đóng/mở van cấp vào bình đun nước nóng lập trình PLC S7-1200, điều khiển được: - Khi mức nước thấp  Bơm nước lạnh chạy - Khi mức nước cao  Bơm nước lạnh dừng - Khi mức nước thấp  Dừng bơm nước lạnh, dừng cấp hơi, dừng bơm nước nóng báo cố - Khi mức nước cao  Dừng bơm nước lạnh, dừng cấp hơi, dừng bơm nước nóng báo cố - Khi nhiệt độ thấp  Mở van cấp - Khi nhiệt độ cao  Đóng van cấp - Khi áp suất thấp  Bơm nước nóng chạy - Khi áp suất cao  Bơm nước nóng dừng 5.2 Kiến nghị Mặc dù tơi có nhiều cố gắng để hồn thành đề tài “Nghiên cứu thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống cấp nước nóng cho tịa nhà PLC S7-1200” báo cáo nhiều hạn chế, thiếu sót Sau nghiên cứu này, tơi đề xuất thêm nhiều mơ hình khác ứng dụng lập trình PLC như: - Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí, hệ thống cấp đông - Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống xả cặn cho lò cấp đến nơi sử dụng - Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 để kiểm soát nhiên liệu cấp cho lị cơng nghiệp 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Hiếu (2011) Tự động hóa PLC S7-1200 với Tia Portal, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Võ Sỹ Phương Nam (2017) Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển lị cơng nghiệp, Trường Đại học Nha Trang GS.TS.NGND Trần Hiếu Nhuệ (2012) Cấp thoát nước, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật TS Trần Đại Tiến (2011) Bài giảng tự động hóa hệ thống lạnh, Trường Đại học Nha Trang TS Trần Đại Tiến (2013) Bài giảng cấp thoát nước, khí đốt sinh hoạt, Trường Đại học Nha Trang  Nguồn: http://cosin.vn/tin-tuc/tong-quan-ve-plc/nid/31.html https://chuyennganhdien.com/baiviet/267-Gi%E1%BB%9Bi-thi%E1%BB%87uchung-v%E1%BB%81-PLC-S7-1200 https://123doc.org/document/3054157-giao-trinh-plc-co-ban-nghe-dien-tu-congnghiep-trinh-do-trung-cap-tong-cuc-day-nghe.htm http://www.tpnewtech.com/tin-cong-nghe-plc/gioi-thieu-plc-s7-1200/361/458 61 ... LẮP ĐẶT MƠ HÌNH THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 4.1 Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển cấp nước nóng dùng PLC S7- 1200 Mơ hình điều khiển hệ thống cấp nước nóng tịa nhà dùng PLC S7- 1200 thể Hình 4-1 4.1.1... nước nóng đun than, củi - Hệ thống cấp nước nóng đun điện - Hệ thống cấp nước nóng đun nước - Hệ thống cấp nước nóng đun đốt - Hệ thống cấp nước nóng lượng mặt trời 14 d) Theo cách nối với hệ thống. .. an toàn cho người sử dụng Nên đồ án này, tiến hành nghiên cứu ứng dụng PLC S7- 1200 để điều khiển hệ thống cấp nước nóng cho tịa nhà 27 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PLC S7- 1200 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NĨNG