Nghiên cứu tổng quan về hệ thống bơm trong công nghiệp thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển bằng PLC và biến tần

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM TRONG CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM LUÂN PHIÊN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC VÀ BIẾN TẦN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2019 HẢI PHÒNG - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM TRONG CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM LUÂN PHIÊN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC VÀ BIẾN TẦN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên:Vũ Quốc Tưởng Người hướng dẫn: Th.S Đinh Thế Nam HẢI PHỊNG - 2019 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Vũ Quốc Tưởng – MSV : 1412101058 Lớp : ĐC1802- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Nghiên cứu tổng quan hệ thống bơm công nghiệp Thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển PLC biến tần NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đinh Thế Nam Thạc Sĩ Trường Đại học dân lập Hải Phịng Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2019 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Vũ Quốc Tưởng Th.S Đinh Thế Nam Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Nội dung hướng dẫn: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM 1.1.TỔNG QUAN VỀ BƠM 1.1.1 Khái niệm bơm 1.1.2 Phân loại bơm 1.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦABƠM 1.2.1 Cấu tạo bơm 1.2.2 Nguyên lý hoạt động bơm 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CÁC PHẦN TỬ QUAN TRỌNG CỦA BƠM 1.3.1 sơ đồ phần tử quan trọng hệ thống bơm 1.3.2 Phương pháp tăng lưu lượng cột áp hệ thống bơm 10 CHƯƠNG 13 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ BIẾN TẦN 13 2.1 GIỚ THIỆU VỀ BIẾN TẦN LS(IG5A) 13 2.1.1 Loại 230V (0.5-5.4) 14 2.1.2 Loại 460V (0.5-5.4HP) 14 2.1.3 Các đặc tính ưu việt biếntần 14 2.1.4 Các ký hiệu mặt điềukhiển 16 2.1.5 Cài đặt thay đổi thôngsố 17 2.1.6 Lắp đặt 19 2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC PLC S7 –200 24 2.2.1 Cấu trúc chung plc s7 –200 24 2.2.2 Thực chươngtrình 30 2.2.3 Phương pháp lập trình vớiplc 31 2.2.4 Các lệnh plc simatic s7-200 32 CHƯƠNG 3: 49 THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 49 3.1 YÊU CẦU CÔNGNGHỆ 49 3.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 50 3.3 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 51 3.3.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀUKHIỂN 53 KẾT LUẬN 59 LỜI NÓI ĐẦU Ngày trước phát triển khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào thực tế sản xuất phát triển rộng rãi quy mô lẫn chất lượng Trong ngành tự động hóa chiếm vai trị quan trọng làm giảm nhẹ sức lao động cho người mà cịn góp phần lớn việc nâng cao xuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, tự động hóa ngày khẳng định vị trí vai trị ngành cơng nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống công nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng Chiếm vị trí quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic PLC Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Không thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật rơle trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác Bên cạnh việc sử dụng biến tần đem lại cho nhiều lợi ích, đặc biệt hệ truyền động biến tần – động điều chỉnh vơ cấp tốc độ động thay đổi theo ý muốn dải rộng Xuất phát từ thực tế đó, trình học tập trường đại học Dân Lập Hải Phòng, em nhận đồ án với đề tài là: “Nghiên cứu tổng quan hệ thống bơm công nghiệp Thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển PLC biến tần” Đồ án bao gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống bơm Chương 2: Tổng quan PLC biến tần Chương 3: Thiết kế mơ hình hệ thống CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM 1.1.TỔNG QUAN VỀ BƠM 1.1.1 Khái niệm bơm Bơm loại máy thủy lực sử dụng để vận chuyển chất lỏng (nước, dầu, hóa chất…) từ nơi thấp lên nơi cao từ nơi đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển đường ống nên đầu đường ống phải gia tăng áp lực để thắng trở lực hiệu áp suất hai đầu đường ống Năng lượng cấp cho chất lỏng thường lấy từ nhiều nguồn khác như: Máy nổ, máy nước… Tuy nhhiên trạm nhiều bơm động cấp cho bơm lấy từ động điện, việc cho phép bơm làm việc nhiều chế độ khác đơn giản cho người công nhân vậnhành Điều kiện làm việc bơm khác nhau: Trong nhà, trời, độ ẩm cao, nhiệt độ cao… Do vậy, tùy theo yêu cầu mà vật liệu chế tạo bơm cấu truyền động phải chống chịu với môitrường làm việc Ngày bơm sử dụng rộng rãi sinh hoạt ngành cơng nghiệp nhiệm vụ quan trọng Hiện nhiều nhà máy xí nghiệp coi bơm phụ tải số 1, hệ thống ngừng hoạt động gây thiệt hại lớn kinh tế, gián đoạn ngừng sản xuất, ảnh hưởng đến suất giá thành sản phẩm 1.1.2 Phân loại bơm Có nhiều cách để phân loại bơm thông thường người ta dựa vào nguyên lý làm việc cấu tạo Trong STL lệnh thực phép chia số nguyên 16 bit n1 cho số nguyên chứa từ thấp (từ bit đến bit 15) toán hạng 32 bit n2 (4byte) Bảng 2.20: Mô tả cú pháp lệnh chia số nguyên 16 bit LAD Toán hạng STL IN1, n1, IN2(từ) VW, T, CIW, QW, MW SMW AC,AIW, DIV n1 n2 CONST, *VD *AC OUT, n2, VD, ID, QD(Từ kép) MD, SMD, AC*VD, *AC 2.2.4.8.5 MUL_R (LAD): R(STL) Trong LAD lệnh thực phép nhân số thực 32 bit IN1và IN2 kết số thực 32 bit ghi vàoOUT Trong STL lệnh thực phép nhân số thực 32 bit IN1và IN2 kết số thực 32 bit ghi vàoIN2 Bảng 2.21: Mô tả cú pháp lệnh nhân số nguyên 16 bit LAD Toán hạng STL IN1, IN2 VD, ID, QD, (Từkép)MD, MUL n1 n2 SMD, AC, HC, CONST, *VD, *AC OUTVD,ID,QD(Từkép) MD, SMD, AC*VD,*AC 2.2.4.8.6 DIV_R (LAD): R(STL) Trong LAD lệnh thực phép chia số thực 32 bit IN1cho số thực 32 bit IN2 kết số thực 32 bit ghi vào từ kép OUT (4byte) 46 Trong STL lệnh thực phép chia số thực32 bit IN1 cho số thực 32 bit IN2 Kết 32 bit ghi vào IN2 Bảng 2.22: Mô tả cú pháp lệnh chia số nguyên 16 bit LAD Toán hạng STL IN1, IN2VD, ID, QD, (Từ kép) MD,SMD,AC,HC,CONST, DIV_R IN1 IN2 *VD,*AC OUT VD, ID, QD(Từ kép) MD, SMD, AC*VD,*AC Các lệnh dịch chuyển thực việc di chuuyển chép số liệu từ vùng liệu sang vùng liệu khác nhớ Trong LAD STL lệnh dịch chuyển thực việc di chuyển hay chép nội dung byte, từ, hay từ kép giá trị thực từ vùng sang vùng khác nhớ 2.2.4.8.7 MOV_B (LAD): MOV_B(STL) Lệnh chép nội dung byte IN sang byte OUT Cú pháp lệnh MOVB STL LAD sau Bảng 2.23: Mô tả cú pháp lệnh MOVB LAD Toán hạng STL IN VD,ID,QD,MD,SMD (Từ kép) HC, AC, hằngsố *VD*AC, MOV_RIN OUT OUT VD, ID, QD, MD,SMD (Từ kép) AC, *VD, *AC 47 2.2.4.4.8 MOV_W (LAD): MOV_W(STL) Lệnh chép nội dung từ đơn IN sang từ đơn OUT Cú pháp lệnh MOVW STL LAD sau: Bảng 2.24: Mô tả cú pháp lệnh MOVB LAD Toán hạng STL IN VW, T, C, IW, QW, MW (Từ)AC, AIW, số, *VD, MOV_W INOUT *AC OUT VW, T, C, IW, QW, MW (Từ) AQW, AC, *VD, *AC Lệnh chép nội dung từ kép IN sang từ kép OUT.Cú pháp lệnh MOVDW STL LAD sau Bảng 2.25: Mơ tả cú pháp cú pháp lệnh MOVDW LAD Tốn hạng STL INVD,ID,QD,MD,SMD (Từ kép)HC, AC,hằngsố*VD, *AC MOV_RIN OUT OUT VD, ID, QD, MD,SMD (Từ kép)AC, *VD, *AC 48 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 3.1 U CẦU CƠNGNGHỆ PLC xuất tín hiệu điều khiển biến tần khởi động cho bơm 1, sau đạt tốc độ định mức, PLC điều khiển bơm lấy điện trực tiếp từ lưới Sau thời gian, bơm khởi động biến tần, trình tiếp tục với bơm Sau thời gian, bơm khởi động biến tần, trình tiếp tục với bơm Quá trình cụ thể sau: bấm start I0.0, P1 đóng điện cho biến tần hoạt động, đồng thời cuộn hút K1 có điện, biến tần khởi động cho bơm Sau thời gian 20s, cuộn hút K1 điện, sau 0.5s K2 có điện động lấy nguồn từ lưới Sau 1s tiếp điểm P1 bị ngắt ra, biến tần bắt đầu q trình dừng Q trình điều chỉnh biết tần, chọn 10s; 16s sau trình dừng bắt đầu (5s sau tần số trở số 0) P1 đóng lại Q trình khởi động tiếp tục diễn cho bơm bơm 49 3.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC R S T F4 F5 BT F1 F6 F7 F8 F9 F10 F11F12 F2 F3 K1 K2 M1 K4 K3 M2 Hình 3.2:Sơ đồ mạch động lực 50 K6 K5 M3 3.3 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 0V 220V R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 L+24V L+ Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 N L PLC S7-200 I0.0 L+ I0.1 Start Stop Hình 3.3:Sơ đồ kết nối PLC S7 200 Nút khởi động / dừng biến tần R7 220V R1 K1 K2 K3 K4 K5 33 44 55 R2 R3 R4 R5 K6 R6 Hình 3.4:Sơ đồ kết nối mạch điều khiển động lực 51 M * Nguyên lý hoạt động: Đầu tiên bấm I0.0, P1 đóng điện cho biến tần hoạt động, đồng thời cuộn hút K1 có điện, biến tần khởi động cho bơm Sau thời gian 20s, cuộn hút K1 điện, sau 0.5s K2 có điện động lấy nguồn từ lưới Sau 1s tiếp điểm P1 bị ngắt ra, biến tần bắt đầu trình dừng Q trình điều chỉnh biết tần, chọn 10s; 16s sau trình dừng bắt đầu (5s sau tần số trở số 0) P1 đóng lại Q trình khởi động tiếp tục diễn cho bơm bơm 52 3.3.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀUKHIỂN 53 54 55 56 57 58 KẾT LUẬN Sau thời gian dài nghiên cứu tài liệu thực đề tài “Nghiên cứu tổng quan hệ thống bơm công nhiệp Thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển PLC biến tần ” Đây đề hay phù hợp với thực tế sản xuất nay, sâu nghiên cứu thấy hấp dẫn thấy vai trị việc điều khiển tự động Trong đề tài em nghiên cứu giải vấn đề sau: Biết cách lập trình thành cơng PLC, cài đặt khai thác biến tần Tuy nhiên để làm việc cần đòi hỏi tầm hiểu biết định điện tử, tin học…nên em gặp khơng khó khăn Trong q trình làm đồ án, cố gắng kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo đóng góp thầy, cô giáo bạn để đồ án hoàn thiệnhơn Em xin chân thành cảm ơn Th.S Đinh Thế Nam, người trực tiếp hướng dẫn, bảo tạo điều kiện cho em nghiên cứu hoàn thành đồ án Em xin cảm ơn thầy cô giáo môn, bạn sinh viên lớp ĐC1802 đưa nhiều góp ý để em hoàn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hải phòng, ngày… tháng… năm 2018 Sinh viên thực Vũ Quốc Tưởng 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tăng văn Mùi ( 2003 ), Điều Khiển LOGIC LẬP TRÌNH PLC, Nhà xuất ThốngKê Vũ Quang Hồi (2000), Trang bị điện - điện tử công nghiệp, Nhà xuất giáodục Nguyễn Thái Hưng (2002), Tự động hóa với SIMATIC S7 – 200, Nhà xuất khoa học kỹthuật GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (1999), Máy điện, Nhà xuất giao thông vận tải http:// www.Google.com.vn 60 ... ? ?Nghiên cứu tổng quan hệ thống bơm công nghiệp Thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển PLC biến tần? ?? Đồ án bao gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống bơm Chương 2: Tổng quan PLC biến. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM TRONG CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM LUÂN PHIÊN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC VÀ BIẾN TẦN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... : Nghiên cứu tổng quan hệ thống bơm công nghiệp Thiết kế hệ thống bơm luân phiên điều khiển PLC biến tần NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn,