Nghiên cứu thiết kế mô hình cảnh báo và xử lý một số tình huống cho kho chứa hàng ứng dụng bộ điều khiển PLC

Lời Nói Đầu Ngy ny vi s phát trin ngày cao ca khoa hc k thut , thit b iu khin t ng công ngh c ang dn dn c thay th bng công ngh hin i Các thit b công ngh tiên tin vi hệ thống điều khiển lập tr×nh nh- vi điều khiển, vi xử lý, PLC… Đang ứng dụng rộng r·i công nghip, dây truyn sn xut Trong công nghiệp công nghiệp đại nói tiêu chí đánh giá phát triển kinh tế quốc gia mức độ tự động hoá trình sản xuất tr-ớc hết suất sản xuất chất l-ợng sản phẩm tạo Sù ph¸t triĨn nhanh chãng cđa khoa hoc kü tht nh- máy tính công nghệ thông tin thành tựu lý thuyết điều khiển tự động đà làm sở hỗ chợ phát triển t-ơng xứng lĩnh vực tự động hoá năm gần với đòi hỏi sản xuất nh- đảm bảo an toan công tác phòng chay chữa chay việc áp dụng tiến khoa học kỹ thuật mà đặc biệt tự động hoá phòng chống cháy nổ n-ớc ta đa trở thành yêu cầu cấp thiêt ng-ời dân nh- doanh nghiệp Một ứng dụng mà đồ án thiết kế :( Tự động điều khiển hệ thống phòng cháy chữa cháy, báo ngập ,báo m-a ) Đồ án em bao gôm ch-ơng: Ch-ơngI: Tổng quan hệ thống phòng cháy chữa cháy, chống ngạp , báo m-a Ch-ongII: Giới thiệu PLC Ch-ơngIII: Thiết kế ch-ơng trình điều khiển hệ thống Đ-ợc h-ớng dẫn , bảo tân tình thầy : nguyễn đức minh,cùng thầy cô giáo khoa Điện Truờng Đại Học Dân Lâp Hải Phòng Đến em đà hoan thành đề tài tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng ngày 20-10-2010 Sinh viên thực Bùi văn giang Ch-ơng I Tổng quan hệ thống phòng cháy chữa cháy, chống ngập, báo m-a kho chũa hàng 1.1 Tổng quan công tác phòng cháy chũa cháy Hiện ý thức phòng cháy chũa cháy quần chúng nhân dân nh- doanh nghiệp thiếu yếu Đây nhiệm vụ không riêng quan phòng cháy chũa cháy(pccc) mà trách nhiệm ng-òi xà hội tất quan doanh nghiƯp x­ëng s¶n xt … nh­ chóng ta đà biết thảm hoạ cháy nổ hàng năm đà c-ớp nhiều sinh mạng gây thiệt hại kinh tế nhà n-ớc nhân dân hàng trâm tỷ đồng năm với thực trạng naylực l-ợng công an phòng cháy chữa cháy mỏng, trang thiết bị thiếu ý thức pccc ng-ời dân nh- doanh nghiệp phải đ-ợc nâng cao Để tăng c-ờng hiệu lực quản lý nhà n-ớc đề cao trách nhiệm toàn dan hoạt động phòng cháy chữa cháy bảot vệ tính mạng, sức khoẻ ng-òi Bảo vệ tài sản nhà nứoc tổ chức cá nhân bảo vệ môi tr-òng bảo đảm an ninh Trật tự an toàn xà hội quốc hội ban hàng luật phòng cháy chữa cháy luật quy định phòng cháy chũa cháy xây dựng lực l-ợng trang bị ph-ơng tiện xách cho hoạt động phòng cháy chữa cháy Đây điều kiện kiên đẻ thành lập doanh nghiệp hay x-ởng sản xuất thoe luật phòng cháy chũa cháy tất DN hoạt động VN phải thành lập đào tạo tổ phòng cháy sở quan cảnh sát phòng cháy chũa cháy cấp tỉnh tiến hầnh tra sở kinh doanh th-òng xuyên hay ngẫu nhiên sở kinh doanh thói quen làm việc bạn không tuân thủ quy định phòng cháy chũa cháy bạn phải nộp phạt từ 50000 đến 5000000 đòng theo quy định hành đội phòng cháy chữa cháy sơ phải gồm ng-ời đứng đầu doanh nghiệp sở nhỏ lÃnh đạo bổ nhiệm Trong doanh nghiệp có d-ới 10 nhân viên làm việc thức tất nhân viên điều phải tham gia vào đội phòng cháy chũa cháy sở, đ-ợc huấn luyện trình huấn luyện thành viên đội phải đ-ợc h-ởng nguyên l-ơng chợ cấp (nếu có) nh- tiền bồi d-õng huấn luyện t-ơng đ-ơng nửa số l-ơng ngày cho ngày tham gia huấn luyện doanh nghiệp có từ 10 đến 50 nhân viên thức đội phòng cháy chữa cháy sở phải có 10 ng-ời gồm có đội tr-ởng ®éi phã doanh nghiƯp 50 ®Õn 100 ng-êi lµm việc thức đội phòng cháy chữa cháy sở phảI có 15 ng-ời gồm có đội tr-ởng đội phó doanh nghiệp có đến 100 nhân viên thức đội phòng cháy chữa cháy sở phải có 25 ng-ời gồm đội tr-ởng đội phó Nếu doanh nghiệp có nhiều x-ởng nhiều ca làm việc x-ởng ca phảI có từ 5/7 ng-ời thành viên đội phòng cháy chữa cháy sở, tất doanh nghiệp phải có hồ sơ giám sát quản lý hoạt động phòng cháy chữa cháy gồm : Nội quy phòng cháy chữa cháy xem chi tiết thông t04/2004/TT- BCA Thế phân loại sở hoạt động phòng cháy chữa cháy Quyết định lập đội phòng cháy chữa cháy sở Kế hoạch phòng cháy chữa cháy đ-ợc phê duyệt Hồ sơ đợt tra an toàn cháy nổ Hồ sơ đào tạo đào tạo đội phòng cháy chữa cháy Danh sách vị trí thiết bị chữa cháy VV Thông kê tai nạn cháy nổ Để hạn chế đến mức thấp thiệt hại cháy nổ gây cho doanh nghịêp hay tổ chức sản xuất hệ thống phòng cháy đ-ợc -u tiên tiến đại hoá Vì hệ thống phát sớm nguy cháy nổ từ ta đ-a ph-ơng án chữa cháy kịp thời làm giảm nguy bùng phát lan rộng đám cháy 1.2 Tổng quan vµ chèng ngËp vµ b·o m-a 1.2.1 HƯ thèng b·o m-a Do yêu cầu công nghệ kho chứa hàng công ty có hệ thống sân phơi trời để phơi sấy khô phẩm nhằm tiết kiệm chi phí sản xuất Do điều kiện khí hậu n-ớc ta nhiệt đới ẩm, m-a nắng thất th-ờng Độ tiết kiệm nhân công hạn chế thiệt hại điều kiện thời tiết gây hệ thống sân phơi cần đ-ợc tự động hoá cách là: Nừu sẩy m-a khu phơi sản phẩm hệ thống mái nhà kho đ-ợc tự động đ-a đẻ che sản phẩm phơi lại sản phẩm cần phơi đ-ợc che đậy oan toàn Sau m-a kết thúc, trời nắng trở lại từ hệ thống tự động kéo mái che vào đẻ phơi sản phẩm lại nh- ban đầu Hệ thống tiết kiệm đ-ợc nhiều lao động để phơi sản phẩm hạn chế tối thiểu thiệt hại điều kiện thời tiết gây 122 Hệ thống bÃo ngập Do điều kiện vị trí địa lý kho chũa hàng vị trí thấp th-ờng bị ngập có chiều cuờng cực đại m-a lớn kéo dài, yêu cầu kho cần có thiết bị báo động sẩy ngập đẻ báo cho ban th-ờng trực bố trí nhân lực di chuyển sản phẩm d-ói san thấp lên vị trí cao tự động khởi động bơm hút n-ớc cần thiết 1.3 Giới thiệu Cảm biến sử dụng hệ thống 1.31 Khái niệm cảm biến Cảm biến thiết bị chịu tác động l-ơng tính chất điện VD : Âm thanh, ánh sáng, nhiệt độ, lực, hoá chất Và đặc tr-ng mang chất điện VD: {U,I,R,C,C} S =F(m) m : đại l-ơng không điện S : đại l-ơng điện Việc đo đọc scho phép ta xác định (m) đặc tuyến cảm biến đ-ờng thể đại l-ơng không điện đầu vào l-ơng điện đầu Cầu có hàng loạt giá trị (m) từ đo giá trị (s) t-ơng ứng s q0 s2 s1 s0 m0 m1 m2 m đồ thị khảo sát chê tạo s s2 s1 s0 m0 m1 m m2 đồ thị cho ng-ời sử dụng 1.32 độ nhạy cảm biến Độ nhạy cảm biến đ-ợc xác định tỷ số biến thiên đại l-ơng đầu (s) biến thiên đại l-ơng đầu vào (m) (ký hiệu là: s) sung quanh giá trị mi ®ã S S mi m o C ®èi víi c¶m biến chế tạo mong muốn bị ảnh h-ởng giá trị đại l-ơng đo, thời gian sử dụng {độ giá hoá } bị ảnh h-ởng yếu tố vật lý khác đại l-ơng cầu đo độ nhạy chế độ tĩnh ®é dèc cđa ®Ỉc tun s si m S = si m Nừu cảm biến có đặc tuyến tuyến tính đo nhạy phụ thuộc vào điểm làm việc độ dốc đại tuyến lớn đọ nhạy cao s s2 s2 s1 s1 m m S S2 S2nhạy S1 độ nhạy chế độ động đ-ợc xác định đại l-ơng m hàm tuần hoàn theo thời gian đến s hàm tuần hoàn thoe thời gian VD: mt =m0 + m1coswt St = s0 + s1 cos ( t + ) Vậy độ nhạy: S = s1 m1 s +s0 s0 -s0 q0 +m0 m0 -m0 m 1.3.3 Độ nhanh thời gian hồi đáp độ nhanh khoảng thời gian từ đại l-ơng đầu vào biến đổi đột ngột đến gía trị đại l-ơng đầu giá trị cuối 10% giá trị cực đại Thời gian hồi đáp thời gian dùng để xác định giá trị ®é nhanh m t s t t0 ts ts t1 t0 : thời gian trễ ban đầu t1 : lµ thêi gian trƠ sau t+s : lµ thêi gan s-êc tr-íc t-s : la thêi gian s-ên sau 1.3.4 Mét sè c¶m biÕn sư dơng hƯ thèng Đầu báo nhiệt cố định MB9920 Kiểu dáng trang nhà phù hơp với kiến trúc xây dựng Đen led hiển thị trạng thái báo động, dòng báo động thấp DảI điện áp đầu vào rộng giảm thiểu sụt áp đ-ờng tín hiệu Phù hợp với tiêu chuẩn UL268.EN54.CNS TC PCCC VN Phï hỵp víi khÝ hËu ViƯt Nam ứng dụng Đầu báo nhiệt cố định Model MB9920 thích hơp với công trình nhà cao cấp, văn phòng làm việc , nhà nga, sân bay,phòng máy tính,khách sạn,kho hàng hoá Bán kính bảo vệ 3m dau báo Chiều cao trung bình 4m Thông số kĩ thuật MB9920 Nhiêt độ cài đặt 700c tuỳ theo chọn lựa Nhiệt độ báo động Theo En54.CNS tiêu chuẩn VN Điện đầu vào 12- 30VDC Dòng báo động 25mA Nhiệt độ môi tr-ờng hoạt động 100c- +550c Vật liệu cấu tạo Nhựa chịu nhiệt Kích th-ớc Rộng 102mm- cao 47mm Trọng l-ợng 100g Màu Trắng Đầu báo nhiệt cố định mb9920 đầu báo nhiệt gia tăng horing ah-0633 Xuấ xứ : đài loan Mà hiệu sản phẩ HA-0633 Thông số kĩ thuật Mà sản phảm Ah-0633-2 Điện áp vào Dòng báo động Nhiệt độ báo động Ah-0633-3 12-30V DC 40mA 40mA 00- 550c động Vật liệu cấu tạo Nhựa chịu nhiệt Kích th-ớc Rộng 102mm cao52mm Mầu 45mA Theo tiêu chuẩn Việt Nam EN54 Nhiệt độ môi tr-ờng hoạt Trọng Ah-0633- 140g 140g 155g Trắng đầu báo nhiệt gia tăng horing ah-0633 10 2.4.5.2 Cu trỳc ca sổ lập trình - Bảng khai báo phụ thuộc khối Dùng để khai báo biến tham số khối - Phần soạn thảo chứa chương trình, chia thành Network Các thông số nhập kiểm tra lỗi cú pháp Nội dung cửa sổ “Program Element” tuỳ thuộc ngơn ngữ lập trình lựa chọn Có thể nhấn đúp vào phần tử lập trình cần thiết danh sách để chèn chúng vào danh sách Cũng chèn phần tử cần thiết cách nhấn nhả chuột Các công cụ thường sử dụng * Các Menu công cụ thường dùng - New (File Menu) Tạo - Open (File Menu) Mở file - Cut (Edit menu) Cắt - Paste (Edit Mennu) Dán - Copy (Edit Menu) Sao chép 48 - Download (PLC Menu) Tải xuống - Network (Insert) Chèn network - Program Elements (Insert) Mở cửa sổ phần tử lập trình - CLear/Reset (PLC) Xố chương trình thời PLC - LAD, STL, FBD (View) Hiển thị dạng ngôn ngữ yêu cầu Các phần tử lập trình thường dùng (cửa sổ Program Elements) * Các lệnh logic tiếp điểm: * Các loại counter * Các lệnh toán học Số nguyên: Số thực: * Các loại times: 49 * Các lệnh chuyển đổi liệu: * Các lệnh so sánh: 2.4.5.3 Đổ chương trình Ta phải thiết lập sẵn sàng kết nối đến PLC (hình 5.19) để đổ chương trình 50 2.4.5.4 Giám sát hoạt động chương trình Để quan sát trạng thái hoạt động thời PLC ta dùng chức Kiểm tra quan sát Trong chế độ kiểm tra phần tử LAD/FBD hiển thị màu khác Có thể định dạng màu menu Opton -> Customize Để kích hoạt chức kiểm tra quan sát ta Click vào biểu tượng mắt kính cơng cụ vào menu Debug -> Monitor Khi chương trình có đặc điểm: - Trạng thái thực có màu xanh liền nét - Trạng thái khơng thực có dạng đường đứt nét * Chú ý: Ở chế độ kiểm tra, thay đổi chương trình khơng thể thực 51 PHỤ LỤC PLC Simentic S7-200 có thơng số kỹ thuật sau: Đặc trưng khối vi xử lý CPU212 CPU214 giới thiệu bng: 52 Ch-ong III Thiết kế ch-ơng trình điều khiển hệ thống 3.1 yêu cầu công nghệcủa hệ thống hệ thống phải làm việc tin cậy,chính xác đối víi hƯ thèng b¸o ch¸y hƯ thèng ph¸t hiƯn cháy hệ thống tự động khởi động chuông báo động khởi động bơm áp lức tự động cát nguồn địa l-ới cấp vào kho có cố sẩy cháy hệ thống báo ngập ngừng hoạt động ch-ơng chình đ-ợc re xét không tín hiệu báo cháy với hệ thèng b·o ngËp, s¶y ngËp ë kho mức n-ớc ngập đến vị trí hệ thốn tự động đ-a tiín hiệu báo động khởi động bơm hút n-ớc sân kho n-ớc sân đ-ợc hút hết bơn tự tắt hệ thống bÃo m-a sảy m-a khu vực phơi sản phẩm hệ thống tự động khởi động kéo mái kho để che sản phẩm phơi lại.khi tạnh m-a trời nắng trở lại hệ thống khởi động thu mái vào đẻ phơi sản phẩm 3.2 Các đầu vào PLC Kí hiệu Địa Dữ liệu Chú giải L1 I0.0 Bool Báo lỗi hệ thống bơm cứu hoả L2 I0.1 Bool Báo lỗi hệ thống kéo mái che S1 I0.2 Bool Cảm biến báo cháy S2 I0.3 Bool Cảm biến báo ngập S3 I0.4 Bool Cảm biến báo mua S4 I0.5 Bool Cảm biến thông l-ợng ¸nh s¸ng R I0.6 Bool Nót Ên reset hƯ thèng K1 Q0.0 Bool Công tắc tơ nguồn điện l-ới K2 Q0.1 Bool Công tắc tơ bơm áp lực kứu hoả K3 Q0.2 Bool Công tắc tơ bơm hút n-ớc ngập K4 Q0.3 Bool Động tời máI che sản phẩm K5 Q0.4 Bool Động tời mái vào phơi sản phẩm L Q0.5 Bool Đèn báo cố 53 3.3 Qua trình hoạt động hệ thống Giả sử hệ thống dang hoạt động sẩy cháy vị trí kho cảm biến nhiện cảm biến khói phát đám cháy báo tín hiệu cho PLC Khi S1 mức cao, PLC đ-a tín hiệu toàn kho tắt nguồn điện l-ới kho để đảm bảo an toàn cho công tác chữa cháy khởi động bơm áp lực cứu hoả để chữa cháy dám cháy đà dập tắt hoàn toàn ta phải tắt hệ thống để bảo d-ỡng, sửa chữa, thay lại thiết bị hệ thống (Nếu sẩy hỏng) Sửa chữa lại mạng điện l-ới kho (Nếu cần ) Sau ta đ-ợc bật hệ thống hoạt động trở lại Tr-ờng hợp phơi sản phẩm mà sảy m-a cảm biến báo m-a phát tín hiệu PLC,PLC điều khiển cho động kéo mái che đe che sản phẩm lại Sau trời tạnh m-a nắng trở lại, cảm biến báo m-a ngừng phát tín hiệu PLL PLC điều khiển động thu mái che lại đẻ tiếp tục công đoạn phơi sản phẩm Nếu sẩy tr-ờng hợp trời tạnh m-a nh-ng không nắng lại (tối ,đêm) cảm biến ánh sáng báo cho PLC biết để không kéo mái vào trời nắng trở lại thực kéo mái vào Giả sử trình hoạt động động kéo mái cho mái vào , mái che bị kẹt dẫn đến làm tải động kéo làm cho rơ le nhiệt bảo vệ động tác động tắt động mái che không hết hành trình Khi PLC lấy tín hiệu điều khiển tiép điểm th-ờng mở rơ le nhiệt làm tín hiệu điều khiển để đ-a tín hiệu báo lỗi hệ thống mái che Đối với bơm ¸p lùc cđa hƯ thèng cøu h Khi sÈy hoả hoạn PLC đà đ-a tín hiệu điều khiển bơm áp lực nh-ng lý mà sau khoàng thời gian bật bơm mà áp lực n-ớc đ-ờng ống ,hoặc nhỏ d-ơi mức cho phÐp, luc ®ã PLC sÏ lÊy tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn báo lỗi hệ thống bơm Nếu sẩy ngâp kho cảm biến báo ngâp báo cho PLC PLC d-a lệnh điều khiển khởi ®éng b¬m hót n-íc chèng ngËp cho ®Õn møc n-ơc hạ suống đên d-ới mức nguy hiểm thi dừng bơm 54 3.4 Sơ đồ kết nối thiết bị 3.4.1 Sơ đồ kết nối thiết bị cảm biến Sơ đồ kết nối thiết bị báo cháy Vì tín hiệu đầu thiết bị tín hiệu dạng đống cắt (ON,OFF) có cháy thiết bị đóng kín mạch kết nối thiết bị song song với đ-ờng truyền tín hiệu Đầu input, nối với nguồn tín hiệu, đầu ouput nối với đầu vào PLC để đảm bảo an toàn phòng cháy đầu báo đ-ợc lắp xen kẽ đầu báo nhiệt đầu báo khói đầu báo lửa , đầu báo nhiệt sử dụng hệ thống không cần nguồn nuôi đầu báo khói đầu báo nửa cần có nguồn nuôi chiều cao lắp đặt đầu báo từ (3 m -4m) khoảng cách tối thiểu 2đầu báo 3m Sơ đồ kết nối thiết bị báo ngập Vì thiết bị báo ngập đ-ợc đặt vị trí thấp sàn kho nên ta cần dùng từ đến 2đầu báo ngËp 12v 0v s1 in out s2 S¬ đồ kết nối thiết bị báo m-a để đảm bảoan toàn tín hiệu thiết bị báo m-a cần đến đầu báo loại , 55 đầu báo ánh nắng đầu báo m-a Đầu vào báo lỗi ta cần lấy tiếp điểm th-ờng mở cửa rơ le nhiệt bơm tăng áp động kéo mái 3.42 Sơ đồ kết nối PLC đầu vµo cđa PLC I0.0 Reset +24v I0.1 q0.0 k1 q0.1 k2 q0.2 k3 q0.3 k4 q0.4 k5 I0.2 I0.3 Plc s7-200 I0.4 I0.5 I0.6 q0.5 L1+ l1 L+ l +24v 0v 56 3.43 Sơ đồ động lực hệ thống Vì chiêu dài đ-ờng ống nhỏ , ông dẫn đ-ợc đăt theo ph-ơng nằm ngang mặt đất công suất động sử dụng hệ thống nhỏ ta khởi động động ph-ơng pháp đổi nối sao/tam giac bảo vệ apto mát rơle nhiệt, nguồn điện sử dụng cho động pha (nguồn cấp I) để đảm bảo an toàn phòng cháy ,chữa cháy , động bơm hoả ta phải sử dụng động M1 M2 hoạt động song song A B C A A1 C A2 K2 K2 Rt1 Rt2 M1 KY1 B K M2 K KY2 Sơ đồ mạch động lực đông hút n-ớc chống ngập M3 động kéo mái M4 57 A B C A B C A2 A3 K4 K5 K3 Rt3 Rt4 M3 M4 K KY3 K KY4 3.4.4 Ch-ơng trình điều khiĨn hƯ thèng 58 59 60 KẾT LUẬN Sau thời gian làm đồ án, hướng dẫn tận tình thầy giáo TH.S Nguyễn Đức Minh nỗ lực thân tác giả đến tác giả hồn thành đồ án Để hồn thành đồ án tác giả nghiên cứu, tìm hiểu vấn đề cấu tạo, nguyên lý hoạt động, kĩ thuật lập trình PLC, vấn đề khác lien quan đến đề tài Tuy nhiên thời gian trình độ chun mơn có hạn nên cịn nhiu thiu sút Em mong đ-ợc s- gop ý thầy, cô em xin chân thành cám ơn! 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình PLC Hà Văn Trí_NXB Khoa học kĩ thuật [2] Trang bị điện-Điện tử máy công nghiệp dùng chung Vũ Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Lan Anh (1996)_ Nh xut bn giỏo dc [3] Tiêu chuẩn an toàn phòng cháy chữa chay Nhà xuất ban t- pháp 62 ... vụ tốn điều khiển số PLC cịn cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác đếm (Counter), định (Timer) khối hàm chuyên dụng Hình 1.2 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC 12 Hình 1.3: Hệ thống điều khiển. .. Misubishi có họ: Fx, Fxo, Fxon 2.1.3 Các điều khiển phạm vi ứng dụng 1.1.3.1 Các điều khiển Ta có điều khiển: Vi xử lý, PLC máy tính 1.1.3.2 Phạm vi ứng dụng Máy tính 13 - Dùng chương trình phức... định môi trường công nghiệp - Giá cạnh tranh Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) (hình 1.1) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thơng