Ứng dụng plc để xây dựng các đặc tính của máy bơm trong phòng thí nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN THANH HẢI ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY BƠM TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 60.52.85 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN CHÍ TÌNH HÀ NỘI 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung trình bày luận văn thân tơi thực Các số liệu tính tốn luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Hải MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1Tổng quan đường đặc tính máy bơm ly tâm 1.1 Vấn đề chung 1.2Vấn đề riêng 1.2.1Tổng quan đường đặc tính máy bơm ly tâm 1.2.2.Đường đặc tính thực nghiệm máy bơm ly tâm 1.2.3 Đường đặc tính tổng hợp 1.2.4 Yêu cầu đặt CHƯƠNG 2Nghiên cứu thiết kế xây dựng mơ hình thí nghiệm 2.1 Tổng quan mơ hình 2.2 Giải thích thiết bị mơ hình 10 2.2.1 Khung mơ hình 10 2.2.2 Bình chứa nước 10 2.2.3Máy bơm ly tâm 10 2.2.4Van điện khí nén 11 2.2.5Bộ điều khiển van điện khí nén SIPART PS2 12 2.2.6Máy khí nén 15 2.2.7Cảm biến lưu lượng 15 2.2.8Cảm biến áp suất PT218B 16 2.2.9Van điện từ on/off 18 2.2.10Đường ống 18 2.3 Tủ điều khiển mơ hình 18 2.3.1 PLC S7-300 PLC S7 - 1200 19 2.3.2 Modul Analog EM235 23 2.3.3 Biến tần LS IE 24 2.3.4Khởi động từ 29 2.3.5Rơ le trung gian 30 2.3.6Aptomat 30 CHƯƠNG 3Chương trình điều khiển, giao diện giám sát 31 3.1 Chương trình điều khiển 31 3.1.1Lưu đồ thuật toán 31 3.1.2 Chương trình ều khiển cho PLC S7-200 37 3.2 Giao diện giám sát 58 CHƯƠNG 4Bài thí nghiệm vẽ đặc tính máy bơm ly tâm 58 4.1 Lấy số liệu cho thí nghiệm 58 4.1.1Bước chuẩn bị 58 4.1.2 Thí nghiệm 58 4.2 Xử lý số 59 4.3 Vẽ đặc tính Q-H phần mềm Matlab 60 4.4.Tính tốn vẽ đặc tính cản hệ thống 61 4.5.Gửi số liệu lên phát Wifi qua PLC S7-1200 65 4.5.1Chương trình điều khiển cho PLC S7-1200 65 4.5.2Đường đặc tính vẽ tự động Website 65 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, hệ thống điều khiển tự động hóa ngày ứng dụng rộng rãi vào sản xuất Việc sản xuất tự động hóa dần thay phương thức sản xuất lạc hậu trước Sản xuất tự động hóa giúp tăng suất lao động, tăng chất lượng sản phẩm giải phóng sức lao động cho người Trong q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa ngành tự động hóa đóng vai trò quan trọng Để trang bị hệ thống mơ hình tự động hóa , nhà trường xây dựng nhiều máy móc thiết bị nhằm phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu giáo viên sinh viên Hiện nay, phịng thí nghiệm mơn Tự động hóa trang bị phần cứng để thí nghiệm xây dựng đường đặc tính bơm Mục đích nghiên cứu Hiện có nhiều PLC để ứng dụng vẽ đường đặc tính máy bơm S7-200, S7-300 v…v… Đề tài: “Ứng dụng PLC để xây dựng đặc tính máy bơm phịng thí nghiệm ” sử dụng PLC S7 -1200 vẽ tự động đặc tính để xác định thơng số máy bơm phục vụ q trình nghiên cứu phịng thí nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu thay đổi sức cản đường ống cách thay đổi độ mở van tiết lưu thay đổi tốc độ động bơm b Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chức từ bả n đến nâng cao, chức đặc biệt số điều khiển khiển thông dụng thực tế như: Bộ điều khiển PLC S7-200, S7-1200, cảm biến v v… Xây dựng mơ hình điều khiển với chức đáp ứng yêu cầu điều khiển t hực tế Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan điều khiển khả trình bao gồm cấu trúc phần cứng cách thức lập trình cho điều khiển - Ứng dụng kỹ thuật vi xử lý, vi điều khiển, kỹ thuật điện tử để xây dựng phần cứng cho điều khiển - Tổng quan hệ thống bơm thủy lực - Giới thiệu xây dựng đường đặc tính máy bơm - Ứng dụng PLC để tự động hóa hệ thống - Sử dụng ngơn ngữ lập trình C#, Win cc Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo tài liệu giới thiệu cấu trúc phần cứng n guyên lý hoạt động điều khiển - Quan sát mơ hình thực hoạt động điều khiển thực tế - Sử dụng công cụ mơ lập trình hãng sản xuất - Tham khảo ý kiến kỹ sư, thầy giáo có kinh nghiệm nhiều năm sử dụng, lắp đặt đào tạo điều khiển khả trình Ý nghĩa khoa học thực tiến đề tài a Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu phát triển mơ hình thí nghiệm điều khiển để ứng dụng PLC vẽ đường đặc tính máy bơm dựa sở xây dựng m ột hệ xử lý, tính tốn làm đa dạng phong phú điều khiển thực tế Ứng dụng thành tựu khoa học lĩnh vực điện tử, tin học vào sản phẩm phục vụ đờ i sống b Ý nghĩa thực tiễn Việc ứng dụng PLC để vẽ đường đặc tính máy bơm phịng thí nghiệm đem lại kết xác có độ xác cao Bên cạnh thơng qua phát Wifi kết nối điều khiển hệ thống dễ dàng thuận tiện Cấu trúc luận văn Luận văn trình bày chương, ph ần mở đầu phần kết luận, tổng cộng gồm 79 trang, 13 biểu, 40 hình vẽ Lời cảm ơn Luận văn hồn thành Phịng thí nghiệm Bộ mơn Tự động hóa Xí nghiệp Mỏ Dầu khí - Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong trình thực tác giả nhận đượ c tận tình bảo, hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Chí Tình, ý kiến đóng góp thầy mơn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Chí Tình, người trực tiếp hướng dẫn khoa học , nhà khoa học đóng góp q báu q trình thực đề tài, tác giả bày tỏ lòng biết ơn đến phòng Khoa học Công nghệ nơi tác giả công tác tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án DANH MỤC CÁC BẢNG Stt Bảng Tên hình Trang 2.1 Thơng số bơm ly âm 11 2.2 Thông số kĩ thuật cảm biến lưu lượng S201 16 2.3 Một số thông số cảm biến PT218B 18 2.4 Bảng chọn độ phân giải cho EM235 23 2.5 Màn hình hiển thị đèn báo biến tần 24 2.6 Phím bấm cài đặt biến tần 24 2.7 Các tham số cài đặt biến tần 29 4.1 Số liệu đo động chạy với tốc độ f= 50Hz 58 4.2 Số liệu đo động chạy với tốc độ f=40Hz 58 10 4.3 Số liệu đo động chạy với tốc độ f=30Hz 59 11 4.4 Tính tốn sức cản đường ống ứng với f=50Hz 61 12 4.5 Tính tốn sức cản đường ống ứng với f=40Hz 62 13 4.6 Tính tốn sức cản đường ống ứng với f=30Hz 62 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH MÁY BƠM LY TÂM 1.1 Vấn đề chung Xây dựng mơ hình thí nghiệm phục vụ cho việc làm luận văn tốt nghiệp tạo điều kiện cho học viên sinh viên khố sau có mơ hình học tập Dưới hướng dẫn, đạo tận tình TS Nguyễn Chí Tình nỗ lực thân, sau Nhà Trường giao đề tài luận văntốt nghiệp em hồn thành mơ hình thí nghiệm “Ứng dụng PLC để xây dựng đặc tính máy bơm phịng thí nghiệm” Đối với tốn xây dựng đặc tính máy bơm ly tâm mơ hình cần có máy bơm, van tỉ lệ, bể chứa nước, biến tần dùng để thay đổi tốc độ bơm, đường ống, cảm biến đo lưu lượng, cảm biến đo áp suất… Các toán vận hành thơng qua tủ điều khiể n máy tính Tủ điều khiển cần có thiết bị bao gồm: PLC, Biến Tần, Rơ le trung gian, Aptomat, Nút bấm, đèn báo, chuyển mạch, thiết bị khác… Phần mềm cần sử dụng: Step Microwin, WinCC, Matlab 1.2 Vấn đề riêng Bơm ly tâm loại bơm cánh dẫn sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp có nhiều ưu điểm bật vượt trội Để sử dụng cách hiệu bơm ly tâm cần chọn bơm theo yêu cầu kĩ thuật, kinh tế cho phù hợp.Sau lý yêu cầu cần thiết vẽ đặc tính máy bơm ly tâm: - Muốn sử dụng tốt bơm ly tâm, nắm vững nguyên lý làm việc, xác định điểm làm việc mà hiệu suất bơm cao cần hiểu đường đặc tính bơm - Hiện nhiều ngành cơng ngh iệp có sử dụng bơm ly tâm, qua trình sử dụng bơm khơng cịn đạt đặc tính ban đầu, việc 65 4.5 Gửi số liệu lên phát Wifi qua PLC S7-1200 4.5.1 Chương trình ều khiển cho PLC S7-1200 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 4.5.2Đường đặc tính vẽ tự động Website Sau có số liệu ba đường đặc tính máy bơm ta cho vào Matlab đồ thị: 76 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Bộ thí nghiệm bơm li tâm thiết kế vững mặt học khung vật liệu chọn thép hợp kim dạng vuông sơn chồng ghỉ để đảm bảo độ bền độ thẩm mĩ cao Mô hình thí nghiệm điều khiển để ứng dụng PLC vẽ đường đặc tính máy bơm dựa sở xây dựng hệ thống xử lý, tính tốn làm đa dạng phong phú điều khiển thực tế Ứng dụng thành tựu khoa học lĩnh vực điện tử, tin học vào sản phẩm phục vụ đời sống Việc ứng dụng PLC để vẽ đường đặc tính máy bơm phịng thí nghiệm em dùng PLC S7 -200 PLC S7-1200 đem lại kết xác có độ xác cao Bên cạnh thơng qua phát Wifi kết nối điều khiển hệ thống dễ dàng thuận tiện Trong thời gian nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp, em đạt kết sau: - Vẽ đặ c tính Q – H máy bơm ly tâm ; - Vẽ đượ c đặ c tính sức cản hệ thống; - Lập trình cho PLC S7 – 200 để tự động lấy số liệu thí nghiệm; - Dùng WinCC để điều khiển giám sát q trình thí nghiệm; - Lập trình PLC S7 -1200 để đưa số liệu lên Website qua lấy số liệu để vẽ đồ thị; - Sử dụng phần mềm Matlab để xử lý vễ đường đặc tính sau lấy số liệu từ Website; - Hiểu rõ thiết bị PLC, biến tần, cảm biến 2.Kiến nghị Để phát triển luận văn em xin kiến nghị vài nội dung sau: - Lập trang Website kết nối Internet để thay Wifi sử dụng 78 - Vẽ đường đặc tính N – Q ,  - Q máy bơm - Đánh giá phương pháp điều khiển bơm - Ứng dụng PLC để vẽ đường đặc tính khác bơm ly tâm - Đánh giá cách để điều khiển bơm 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (1997), Tự động hóa với Simatic S7 – 200, Nhà xuất Nơng nghiệp, Hà Nội Hồng Minh Sơn (2006), Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Siemens – Simatic S7-1200 (2009), Easy book Tài liệu Internet ... hình thí nghiệm ? ?Ứng dụng PLC để xây dựng đặc tính máy bơm phịng thí nghiệm? ?? Đối với tốn xây dựng đặc tính máy bơm ly tâm mơ hình cần có máy bơm, van tỉ lệ, bể chứa nước, biến tần dùng để thay... v…v… Đề tài: ? ?Ứng dụng PLC để xây dựng đặc tính máy bơm phịng thí nghiệm ” sử dụng PLC S7 -1200 vẽ tự động đặc tính để xác định thông số máy bơm phục vụ q trình nghiên cứu phịng thí nghiệm Đối... CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Tổng quan mơ hình Bài tốn Ứng dụng PLC để xây dựng đặc tính máy bơm phịng thí nghiệm sử dụng máy bơm, biến tần PLC để điểu khiển Tủ điều