Bảng 4.14: Thanh ghi biến tần GD20
Mô tả thông số Địa chỉ Ý nghĩ giá trị R/W
Lệnh điều khiển 2000H 0001H: chạy thuận 0002H: chạy nghịch 0003H: Jog thuận 0004H: Jog nghịch 0005H: dừng 0006H: dừng khẩn cấp W
62 0007H: reset lỗi 0008H: dừng Jog Địa chỉ cài đặt truyền thông 2000H Đặt tần số (0~Fmax) đơn vị 0.01Hz)
PID tham chiếu
(0~1000,1000 tương ứng là 100%)
SW1 của biến tần 2100H 0001H: chạy thuận 0002H: chạy nghịch 0003H: dừng 0004H: lỗi R Tần số hoạt động 3000H 0.00Hz~50 Hz R Dòng điện ngõ ra 3004H 0.0~3000.0 A R Cài đặt vòng kín 3008H -100.0%~100.0% R
Hồi tiếp PID 3009H -100.0%~100.0% R
Bảng 4.15: Thanh ghi biến tần VFD-M
Mô tả thông số Địa chỉ Ý nghĩ giá trị R/W
Lệnh chạy 2000H Bit 0-1 00: Không có chứ năng 01: Dừng
10: Chạy 11: Chạy Jog
R/W
Bit 2-3 Dự trữ
Bit 4-5 00: Không có chức năng 01: Quay thuận 10: Quay nghịch 11: Đổi chiều Bit 6-15 Dự trữ Tần số ngõ ra 2103H 0~ Fmax (Hz) R Dòng điện ngõ ra 2104H mA R Điện áp ngõ ra 2106H V R
Hồi tiếp PID 210EH 0~ Fmax (Hz) R
63
CHƯƠNG 5: THI CÔNG MÔ HÌNH, THỰC NGHIỆM 5.1 Thi công mô hình
❖ Tổng quan mô hình
Dựa vào các mục tiêu đề ra của đề tài: “MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT NƯỚC CUNG CẤP CHO TÒA NHÀ”, nhóm đã tính toán và thi công mô hình cơ khí một cách phù hợp nhất cả về chi phí và chất lượng của hệ thống.
Mô hình gồm có các phần như hình dưới đây:
Hình 5.1: Bản vẽ mô hình thực nghiệm
- Nước sẽ được bơm từ bể ngầm lên bể mái bằng 3 bơm luân phiên, sau đó nước sẽ được cung cấp từ bể mái xuống các tầng bên dưới.
- Các bơm tăng áp sẽ được điều khiển bởi biến tần và duy trì áp suất trong ống nước theo setpoint cài đặt.
64
5.1.1 Phần số 1: Đầu vào – cung cấp nước
Hình 5.2: Phần đầu vào của mô hình
− Mục đích: Cấp nước đầu vào cho cả hệ thống.
− Các thành phần cơ khí gồm:
+ Bồn nhựa
+ 2 máy bơm
+ Ống nước
+ Các loại core, đầu nối ống
65
5.1.2 Phần số 2: Đầu ra – duy trì áp suất
Hình 5.3: Phần đầu ra của mô hình - Tầng 10
66
− Mục đích: Bơm nước cấp về từ bồn trên và duy trì áp suất đầu ra của máy bơm bằng thuật toán PID thông qua tín hiệu phản hồi về từ cảm biến; Áp suất nước trong ống cũng được hiển thị thông qua đồng hồ áp suất.
− Các thành phần cơ khí gồm: + Bơm tăng áp + Cảm biến áp suất + Đồng hồ áp suất + Van cơ + Ống nước
+ Các loại core, đầu nối ống
5.1.3 Hệ thống điện và điều khiển
67
Hình 5.6: Bản vẽ CAD thiết bị bên trong tủ điện
Bản vẽ AutoCad bên trong tủ điện bao gồm các thiết bị biến tần GD20, Delta VFD-M, PLC S7-1200, các CB, relay, contactor, relay nhiệt, nguồn 24VDC.
68
69
70
5.1.4 Hoàn thiện mô hình
71
5.2 . Thực nghiệm
5.2.1 Tìm thông số cho bộ điều khiển PID
Do 2 biến tần sử dụng chỉ cài đặt được các thông số Kp, Ti, Td nhóm sử dụng phương pháp thủ công để tìm các thông số bộ điều khiển PID cho hệ thống.
Các thông số trên được điều chỉnh dựa vào bảng 2.2.
Đối với hệ thống bơm nước, thời gian xác lập khoảng 2 đến 3 giây.
Đầu tiên ta đặt setpoint áp suất trong ống là 1.5 bar và cài các thông số Kp, Ti, Td của biến tần GD20 mặc định là Kp =1, Ti = 0.1, Td = 0.
Ta có thể thấy hệ thống đáp ứng khá chậm, cần hơn 10 giây để đạt được giá trị 1.5 bar.
Hình 5.10: Thông số PID của GD20 là Kp = 1, Ti = 0.1, Td = 0 Khi ta tăng dần Kp thì thời gian xác lập sẽ giảm.
Khi tăng Kp = 15, thì thời gian xác lập giảm đi, tuy nhiên hệ thống vẫn còn gợn sóng.
72
Hình 5.11: Thông số PID của GD20 là Kp = 5, Ti =0.1, Td = 0
Nếu tăng Kp quá cao thì chậm đạt giá trị ổn định hoặc có thể sẽ dao động tuần hoàn quanh giá trị đặt. Bên dưới là hình ảnh khi ta cài đặt Kp = 40.
73 Dựa vào bảng 2.2 tác động của việc tăng một thông số đặc biệt đến hệ thống, nhóm tìm được các thông số PID phù hợp là Kp = 3, Ti = 0.1, Td = 0, thời gian xác lập đạt khoảng 3 giây.
Hình 5.13: Thông số PID của GD20 là Kp = 3, Ti = 0.1, Td = 0
Tương tự với biến tần Delta, các thông số PID lần lượt là Kp = 3.5, Ti = 0.1, Td = 0. Thời gian xác lập đạt khoảng 3 giây
74
5.2.2 Trang lịch sử đăng nhập
Thể hiện tài khoản đã đăng nhập vào hệ thống, thể hiện thời gian sử dụng hệ thống và trạng thái đăng nhập hoặc đăng xuất trên hệ thống.
Hình 5.15: Trang lịch sử đăng nhập trên Webserver 5.2.3 Trang báo động Alarm
Báo động các lỗi đã đang xảy ra, thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc và thời gian xác nhận lỗi của chúng. Bên cạnh đó còn cho biết báo động là lỗi gì, từ bộ phận, thiết bị nào của hệ thống.
Khi có lỗi xảy ra hệ thống tự tác động đúng với yêu cầu từ bảng 4.1. Lịch sử Alarm giúp kiểm tra các báo động xảy ra trong quá khứ.
Alarm bình thường chỉ có tác dụng cho biết các loại báo động gần đây nhưng lịch sử alarm cho phép ta xem những báo động trong quá khứ.
HMI Kinco hỗ trợ xuất file lịch sử diễn ra các báo động, thời gian xuất hiện, thời gian kết thúc, thời gian xác nhận, tên loại báo động. Hỗ trợ xuất file CSV thông qua các cổng USB, SD card.
75
76
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 . Kết luận
6.1.1 Mục tiêu 1: Tính toán, thiết kế hệ thống bơm
Bằng kiến thức mà nhóm tìm hiểu được và việc vận dụng 2 TCVN 4513: 1988 và TCXDVN 33: 2006 nhóm đã tính toán và đưa ra được một giải pháp tương đối tối ưu cả về kỹ thuật, chi phí và mức độ tin cậy cho tòa nhà 10 tầng, cột áp 40 mét.
6.1.2 Mục tiêu 2: Điều khiển bơm luân phiên đầu vào trực tiếp qua ngõ ra của PLC PLC
Đã lập trình điều khiển 2 bơm luân phiên và một bơm phụ, 3 bơm hỗ trợ lẫn nhau để đảm bảo luôn có nước cho bồn tầng thượng, luân phiên để tăng tuổi thọ của bơm; trong mô hình mà nhóm thiết kế có mô phỏng hoạt động của 2 bơm chính.
6.1.3 Mục tiêu 3: Điều khiển bơm 3 pha đầu ra bằng biến tần INVT
Nhóm đã sử dụng và cài đặt 2 Biến tần sử dụng thuật toán PID để duy trì áp suất đầu ra, đáp ứng tốt.
6.1.4 Mục tiêu 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát với 2 hình thức: thông qua tủ điều khiển hoặc thông qua giao diện WEBSEVER qua tủ điều khiển hoặc thông qua giao diện WEBSEVER
Nhóm đã thiết kế được giao diện SCADA bằng phần mềm Kinco HMIware, tạo được một giao diện thân thiện và tiện nghi cho người giám sát để hệ thống hoạt động một cách tối ưu nhất. Hệ thống có thể được điều khiển bằng điện thoại khi kết nối ở trong mạng nội bộ qua ứng dụng VNC view, có thể kết nối với trạm điều khiển là tủ điện thông qua Internet.
6.2 . Những hạn chế của đề tài
Do điều kiện cũng như khả năng đầu tư có hạn nên nhóm chỉ tập trung vào phần tăng áp suất ở các tầng mái và chỉ sử dụng 2 bơm luân phiên thay vì 3 bơm luân phiên như đã tính toán.
Webserver vẫn chưa tối ưu, còn thiếu sót.
Mô hình đề tài so với thực tế còn nhiều thiếu sót.
6.3 . Hướng phát triển của đề tài. 6.3.1 Khắc phục các hạn chế của đề tài 6.3.1 Khắc phục các hạn chế của đề tài
Đề tài có thể được phát triển để duy trì áp suất nước trong ống từ 1 đến 3 bar để cung cấp nước cho sinh hoạt.
Phát triển, thiết kế hệ thống Webserver tối ưu hơn cho đề tài, giúp việc giám sát, điều khiển bằng chế độ Remote đơn giản, dễ dàng hơn.
Phát triển phần báo động cho hệ thống.
77 Trong thực tế, các chung cư, toàn nhà đều có máy phát điện dự phòng để sử dụng khi mất điện. Tuy nhiên hệ thống máy phát điện này được ưu tiên sử dụng cho hệ thống phòng cháy chữa cháy, hệ thống này cần điện để hệ thống báo cháy, hệ thống phun nước tự động khi có cháy xảy ra, đèn thoát hiểm, các máy bơm nước chữa cháy, các quạt hút khói…
Ta có thể đầu tư một máy phát điện hoặc hệ thống điện năng lượng mặt trời cung cấp cho hệ thống khi hệ thống mất điện tạm thời. Đối với các tòa nhà, chung cư quy mô nhỏ, để có thể giảm chi phí đầu tư, ta có thể đầu tư 1 máy phát điện nhỏ, chỉ tập trung cấp điện cho hệ thống tủ điện, điều khiển các bơm luân phiên duy trì mức nước cho bể mái, ngắt hoạt động các bơm tăng áp cho các tầng mái.
6.3.3 Biện pháp khắc phục cho hệ thống khi cúp nước từ thủy cục
Ta cần tính toàn, thiết kế bồn nước hầm để dự trữ đủ lượng nước có thể cung cấp cho tòa nhà trong thời gian 2 đến 4 ngày và giữ mức nước trong bồn ở mức hợp lý, tránh trường hợp thiếu nước.
78
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Văn Hiệu (2017), Giáo trình Máy bơm và trạm bơm, Nhà xuất bản Hà Nội.
[2]. TS. Lê Xuân Hòa - ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc (9/2004), Giáo trình Bơm, quạt máy nén, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
[3]. Trần Văn Hiếu (2015), Tự động hóa PLC S7-1200 với Tia Portal, NXB Khoa học và kỹ thuật.
[4]. Hoàng Minh Công (2007), Giáo trình Cảm biến công nghiệp, Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng, Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội.
[5]. Cảm biến áp suất SP100 0-10 bar output 4-20mA, http://tmktek.com/san- pham/cam-bien-ap-suat-sp100-0-10bar-output-4-20ma-135.html, truy cập 15/5/2019 [6]. Kico HMIware User Manual, Kinco Automation Ltd.
[7]. General Sensorless Vector Control Micro, Drives VFD – M User Manual [8]. Operation Manual Goodrive20 Series Inverter.
[9]. Trang chủ Siemens, https://www.siemens.com, truy cập 27/6/2019. [10]. Bộ điều khiển PID,
https://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BB%99_%C4%91i%E1%BB%81u_khi%E1 %BB%83n_PID, truy cập 5/7/2019.
[11]. Trang chủ Kinco https://en.kinco.cn/, truy cập 3/6/2019.
[12]. TCXDVN 33: 2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế, Bộ Xây dựng, năm 2006.