đồ án học phần thiết kế hệ thống bơm nước

Nội dung: xây dựng hệ thống gồm máy tính điều khiển giám sát, trạm điều khiển cục và hệ thống bơm nước trong đó: P: điểm đo áp suất (có điều khiển và cảnh báo) có dải đo từ [0 - 5] bar, điểm làm việc là 3.5 bar. L: điểm đo mức (cảnh báo) có dải đo từ [o - 5] m. RUN: đèn báo hệ thống đang làm việc. HAP: đèn cảnh báo áp suất cao (lớn hơn 4.5 bar). LAL: đèn cảnh báo mức thấp (nhỏ hơn 1.0m). HAL: đèn cảnh báo mức cao (lớn hơn 4m). START, STOP: hai nút nhấn khởi động và dừng hệ thống.

GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 3,4 (VXL, VKĐ, SCADA) ĐỀ TÀI SỐ 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC Hà Nội ngày…tháng…năm… ĐỀ 3 Đồ án học phần 3 và 4 Page 1 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Nội dung: xây dựng hệ thống gồm máy tính điều khiển giám sát, trạm điều khiển cục và hệ thống bơm nước trong đó: P: điểm đo áp suất (có điều khiển và cảnh báo) có dải đo từ [0 - 5] bar, điểm làm việc là 3.5 bar. L: điểm đo mức (cảnh báo) có dải đo từ [o - 5] m. RUN: đèn báo hệ thống đang làm việc. HAP: đèn cảnh báo áp suất cao (lớn hơn 4.5 bar). LAL: đèn cảnh báo mức thấp (nhỏ hơn 1.0m). HAL: đèn cảnh báo mức cao (lớn hơn 4m). START, STOP: hai nút nhấn khởi động và dừng hệ thống. PHẦN 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1. Mục đích Nguồn nước rất quan trọng đối với sự sống và mọi hoạt động của con người, nguồn nước ở 1 số nơi trên thế giới rất là khan hiếm và tình trạng ô nhiễm nguồn Đồ án học phần 3 và 4 Page 2 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ nước ngày càng gia tăng.Trước thực trạng ấy chúng ta cần phải có giải pháp để khai thác và sử dụng nguồn nước sạch 1 cách hiệu quả và tiết kiệm. Muốn làm được điều này,chúng ta phải đưa hệ thống điều khiển vào bể chứa để điều khiển mức nước trong bể dùng PLC,qua đó duy trì mức nước trong bể ở trong giới hạn mức cho phép. Khi đó nước sẽ được bơm và sử dụng một cách hợp lý. I. Phương pháp đo áp suất Phương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất 1. Đo áp suất tĩnh - Đo trực tiếp chất lưu thong qua 1 lỗ khoan trên thành bình - Đo gián tiếp thong qua biến dạng của thành bình dưới tác động của áp suất 2. Đo áp suất động - Dựa theo nguyên tức chung là đo hiệu suất tổng và áp suất tĩnh - Có thể đo bằng cách đặt áp suất tổng lên màng trước, đặt áp suất tĩnh lên màng sau của màng đo, tín hiệu đưa ra là đọ chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh - Áp suất có đơn vị đo là pascal (Pa) - Trong công nghiệp còn dùng đơn vị đo là bar (1bar= 10^5 Pa) Công thức xác định dF: lực tác dụng dS: diện tích thành ống chị lực tác dụng II. Phương pháp đo mức chất lỏng Đồ án học phần 3 và 4 Page 3 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng. Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không. Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu: - Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện. - Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu. - Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu. Một số loại cảm biến đo mức chất lưu * Cảm biến độ dẫn Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~ 50μScm -1 ). Trên hình 20.22 giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng. Hình 20.22: Cảm biến độ dẫn a) Cảm biến hai điện cực b) Cảm biến một điện cực c) Cảm biến phát hiện mức Sơ đồ cảm biến hình 20.22a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫn điện. Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~ Đồ án học phần 3 và 4 Page 4 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ 10V (để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực). Dòng điện chạy qua các điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng chìm trong chất lỏng. Sơ đồ cảm biến hình 20.22b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình chứa bằng kim loại. Sơ đồ cảm biến hình 20.22c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại,vị trí mỗi điện cực ngắn ứng với một mức ngưỡng. Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện trong mạch thay đổi mạnh về biên độ. * Cảm biến tụ điện Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ hai là thành bình chứa nếu thành bình làm bằng kim loại. Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chất lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng. Việc đo mức chất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi theo mức chất lỏng trong bình chứa. Điều kiện để áp dụng phương pháp này hằng số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí (thường là gấp đôi). Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một điện cực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi còn chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai. Đồ án học phần 3 và 4 Page 5 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ 1.2. Tìm hiểu về PLC 1.2.1. Khái quát chung về PLC S7-300 1.3.1.1. Cấu trúc PLC S7-300 PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình ( Khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét. Đồ án học phần 3 và 4 Page 6 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Hình 1.8 Nguyên lí chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Để có thể thực hiện được một chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và tất nhiên phải có cổng vào/ ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)và những khối hàm chuyên dụng (hình 1.8). • Các module của PLC S7-300 Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không được cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là các module nhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như các module PID, điều khiển động cơ Chúng được gọi chung là modul mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thanh ray (Rack). Hình 1.9. Cấu trúc một thanh Rack của PLC S7-300 Module CPU Đồ án học phần 3 và 4 Page 7 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Hình 1.10. Hình ảnh module CPU 312C Modul CPU là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào/ra onboard. Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul 312, modul 314, modul 315 Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ modul 312 IFM, modul 314 IFM Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU được phân biệt với những modul CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi. Ví dụ modul 315- DP, 315-2DP Module mở rộng Module mở rộng được chia thành 5 loại chính : Đồ án học phần 3 và 4 Page 8 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Hình 1.11 Hình ảnh thực tế các module mở rộng của PLC S7-300 - Module nguồn – PS ( Power supply) Có chức năng cung cấp nguồn cho các module của hệ Simatic S7_300. Module nguồn có 3 loại : 2A, 5A, 10A *PS 307 2A dòng ra 2A Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz) *PS 307 5A dòng ra 5A Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz) *PS 307 10A dòng ra 10A Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz) - Module tín hiệu SM (Signal module) SM (Signal modul): modul mở rộng cổng tín hiện vào/ra bao gồm: + DI (digital input): modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại module. + DO (digital output): modul mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại modul + DI/DO (digital input/digital output): modul mở rộng các cổng vào/ra số. Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8vào/8ra, 16vào/16 ra theo từng loại modul. + AI (analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất chúng chính là các bộ chuyển đổi tương tự số12 bit (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được Đồ án học phần 3 và 4 Page 9 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bit. Số các cổng vào tương tự có thể là 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul. + AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Về bản chất chúng chính là các bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2 hoặc 4 tuỳ từng loại modul. +AI/AO (analog input/analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4vào/4 ra tuỳ từng loại modul. - Module ghép nối IM (Interface module) Modul ghép nối. đây là loại modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản ly chung bởi modul CPU. Thông thường các modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 modul mở rộng (không kể modul CPU, modul nguồn nuôi. Một modul CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được với nhiều nhất 4 Racks và các Racks này phải được nối với nhau bằng modul IM - Module chức năng FM ( Function module) Modul có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ bước, modul điều khiển động cơ servo, modul PID, modul điều khiển vòng kín. - Module truyền thông CP ( Communication module) Phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. 1.3.1.2. Cách thức PLC thực hiện chương trình PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan), mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo Q tới các cổng ra số, vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm soát lỗi. Đồ án học phần 3 và 4 Page 10 Chuyển dữ liệu từ cổng vào tới I [...]... máy bia, cảm biến áp suất MBS3000 được sử dụng rộng rãi như lắp đặt trên đường ống để đo áp suất hệ thống cấp nước nấu bia (hệ thống nước nóng 80 độ; hệ thống nước lạnh 2 độ và nước thường 26 độ), hệ thống xử lý nước (áp suất nước giếng cấp; áp suất vào lọc cát AGF; áp suất sau lọc cát AGF), hệ thống xử lý nước thải, Lựa chọn cảm biến MBS3000-20-2-1-1AB04 của hãng Danfoss Hình 2.1 Cảm biến áp suất của... trung tâm (ở đây ta sử dụng phần mềm WinCC v7.0 dùng để giám sát và Step7 dùng để quản lý PLC) Khối biến tần: nhận tín hiệu điều khiển từ PLC để điều khiển tốc độ động cơ bơm nước hệ thống Khối động cơ gồm động cơ bơm nước 2.2.2 Xây dựng sơ đồ đấu dây Đồ án học phần 3 và 4 Page 31 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ 2.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán MAIN Khởi động hệ thống Đo, điều khiển và cảnh... P1082 = 60: tần số max Kết thúc chọn P0010 = 0: chế độ sẵn sàng hoạt động 2.1.5 Lựa chọn động cơ bơm nước Chọn máy bơm là động cơ KĐB 3 pha rô to dây quấn với số liệu: ,Y-380V,,; Đồ án học phần 3 và 4 Page 30 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ 2.2 Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 2.2.1 Xây dựng sơ đồ khối Máy tính Biến tần PLC Động cơ Cảm biến Hình 2.9 Sơ đồ khối của hệ thống - - Khối cảm biến:... 2.11 Lưu đồ thuật toán điều khiển và cảnh báo áp suất - Lưu đồ thuật toán đo và cảnh báo mức nước Đo và cảnh báo mức nước Đồ án học phần 3 và 4 Page 34 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ TG=1 S Đ Nhận tín hiệu tự cảm biến và xử lí tín hiệu Đ Mức4000mm Đ Bật đèn cảnh báo mức cao HAL RET Hình 2.12 Lưu đồ thuật toán đo và cảnh báo mức nước II.4Sơ đồ đấu... NGUYỄN THU HÀ Khởi động hệ thống S START=1 Đ STOP=1 Đ TG=1 TG=0 END Hình 2.11 Thuật toán khởi động hệ thống - Lưu đồ thuật toán đo, điều khiển và cảnh báo áp suất Đo và cảnh báo và điều khiển áp suất Đồ án học phần 3 và 4 Page 33 S GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ TG=1 S Đ Nhận tín hiệu tự cảm biến và xử lí tín hiệu Đ Ápsuất4.5 Khởi động động cơ bơm nước Đ Bật đèn cảnh báo... Đo và cảnh báo mức nước MEND Hình 2.10 thuật toán điều khiển của hệ thống - Chương trình chính của bài toán bao gồm 2 công việc : Công việc 1 : Đo và cảnh báo áp suất Tín hiệu áp suất trả về từ cảm biến được đưa vào PLC đọc và trả ra giá trị áp suất, từ đó để điều khiển động cơ bơm nước và cảnh báo mức áp suất cao Công việc 2 : Đo và cảnh báo mức nước cao và mức nước thấp Đồ án học phần 3 và 4 Page 32... bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phần cứng phải bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cứng tối thiểu của máy tính cho việc sử dụng phần mềm WinCC và các thiết bị khác phục vụ cho việc truyền thông Đồ án học phần 3 và 4 Page 20 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ • Các thành phần cơ bản của WinCC - Communications Drivers : là các driver giúp WinCC có thể thực hiện giao tiếp với các thiết. .. của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc thì đó là một HMI Cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều Đồ án học phần 3 và 4 Page 18 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ... người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyểnđổi đo ( bộ transducer) Đồ án học phần 3 và 4 Page 16 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Module analog Thiết bị cảm biến Thiết bị chuyển đổi 0 – 10V Đầu... ngõ vào, 2 ngõ ra Độ phân giải 12 bits Đo từ 0 đến 10V hoặc từ 0 đến 20mA Đồ án học phần 3 và 4 Page 27 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ - Ngõ ra từ 0 đến 10V hoặc từ 0 đến 20 mA Hình 2.6 Sơ đồ đấu dây với ngõ vào điện áp và ngõ ra điện áp Đồ án học phần 3 và 4 Page 28 GVHD: TH.S ĐỖ DUY PHÚ TH.S NGUYỄN THU HÀ Hình 2.7 Sơ đồ đấu dây với ngõ vào dòng điện vào ngõ ra dòng điện 1 Nguồn nội 2 Bộ chuyển . ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 3,4 (VXL, VKĐ, SCADA) ĐỀ TÀI SỐ 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC Hà Nội ngày…tháng…năm… ĐỀ 3 Đồ án học. xuống Cú pháp FN <toán hạng> • Nhóm lệnh so sánh số thực 32bit - Lệnh so sánh bằng nhau giữa 2 số thực 32bit Cú pháp ==R Đồ án học phần 3 và 4 Page 14 GVHD: