Khởi động phần mềm TIA Portal V15
Hình 2.13: Giao diện tạo dự án mới của TIA Portal
Trong phần Create new project có các mục
− Project name: Tên dự án
− Parth: Đường dẫn đến dự án
− Author: Tác giả
− Comment: Thêm những ghi chú cho dự án
22 Xem project bằng cách click vào Open the project view
Hình 2.14: Mở project Tia Portal
Cấu hình cho PLC
Thêm thiết bị PLC S7-1200 vào dự án. Bằng cách click vào Add new device Trong luận văn sử dụng PLC S7 1200 (CPU 1214 AC/DC/RLY). Thêm CPU phù hợp với PLC thực tế.
Để PC và PLC có thể giao tiếp được với nhau thì PC và PLC phải cùng lớp mạng. Cần đặt địa chỉ IP tĩnh cho PC và PLC.
Đặt địa chỉ IP cho PLC S7-1200 trong IP protocol với thông số:
− IP address: 192.168.1.201
− Subnet mask: 255.255.255.0 2.8 Giới thiệu màn hình HMI
2.8.1 HMI Kinco MT4434TE
HMI là từ viết tắt của Human Machine Interface là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị. Màn hình HMI hiện nay đã được sử dụng phổ biến và
23 rộng rãi trong công nghiệp, có vai trò quan trọng trong việc kết nối người vận hành và máy móc.
MT4434TE là một dòng sản phẩm HMI mạnh mẽ, giúp nâng cao các ứng dụng. Tốc độ xử lý của dòng HMI này cao, hỗ trợ giao tiếp đồng thời thông qua nhiều cổng kết nối với nhiều phương thức truyền thông. Cùng với phần mềm Kinco HMIware, người sử dụng có thể dễ dàng, đơn giản, thuận tiện thiết kế, lập trình, sử dụng màn hình HMI này.
Hình 2.15: Màn hình HMI Thông số kỹ thuật:
• Màn hình 7”
• Độ phân giải: 800 x 480 pixels
• Màu sắc: 65536 màu
• Bảng cảm ứng: Mạng điện trở 4 dây
• Bộ xử lý: CPU RISC 32bit 800MHz
• Bộ nhớ: 128Mb Flash
• Điện áp cung cấp: 24 VDC
• Công suất: 7.2 W
• Nhiệt độ hoạt động: 0 ÷ 50 ℃
• Chế độ làm mát: làm mát bằng không khí
24
• Hỗ trợ giao tiếp truyền thông RS232/RS422/RS485
• Hỗ trợ ngõ Ethernet
2.8.2 Giới thiệu phần mềm Kinco HMIWARE
Phần mềm Kinco HMIware cung cấp môi trường phát triển tích hợp mạnh mẽ cho người sử dụng HMI Kinco. Người dùng có thể dễ dàng thiết kế lập trình trên phần mềm này, nó hỗ trợ kết nối với rất nhiều dòng PLC, biến tần khác nhau, hỗ trợ nhiều phương thức giao tiếp, giúp người sử dụng đơn giản hơn trong việc lựa chọn các thiết bị kết nối khác.
Hình 2.16: Giao diện phần mềm
Phần mềm cung cấp nhiều tính năng hỗ trợ cho việc thiết kế HMI:
• Nhóm các chức năng chỉnh sửa, thiết kế như thay đổi màu sắc, trạng thái hoạt động, chèn hình ảnh, canh lề…
• Các thành phần thiết kế: nút nhấn, đèn, các giá trị input, output chữ và số.
• Chức năng truyền nhận dữ liệu
25
• Chức năng cảnh báo Alarm, báo động hệ thống.
• Các hoạt động có giới hạn điều kiện.
• Hỗ trợ thiết kế nhiều trang màn hình, chức năng chuyển trang, chèn trang…
• Cài đặt mật khẩu bảo vệ, phân quyền sử dụng.
• Ghi đọc các giá trị input, output của thiết bị ngoại vi.
• Hỗ trợ mô phỏng offline/online.
• Các bộ nhớ ngoài như SD card, USB.
• Cho phép xuất file dữ liệu ra ngoài.
26
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG
3.1 . Tính toán các thông số cho hệ thống 3.1.1. Đề tài 3.1.1. Đề tài
Thiết kế hệ thống điều khiển, cấp nước, duy trì áp suất nước đầu ra ở 1.5 ÷ 2 Bar cho tòa nhà chung cư 10 tầng, 60 căn hộ, 300 người, chiều cao 40 m.
Ta có 10 m H2O = 1 Bar, từ đó ta có thể suy ra:
• Áp suất tại tầng 10: 0.4 Bar
• Áp suất tại tầng 9: 0.8 Bar
• Áp suất tại tầng 8: 1.2 Bar
• Áp suất tại tầng 7: 1.6 Bar
• Áp suất tại tầng 6: 2.0 Bar
• Áp suất tại tầng 5: 2.4 Bar
• Áp suất tại tầng 4: 2.8 Bar
• Áp suất tại tầng 3: 3.2 Bar
• Áp suất tại tầng 2: 3.6 Bar
• Áp suất tại tầng 1: 4.0 Bar
Dựa trên TCVN, áp suất cần duy trì ở mỗi tầng là 1 ÷ 4 Bar, tối ưu nhất là 1.5 ÷ 2 Bar vì vậy nhóm đưa ra giải pháp sau:
27
3.1.2 Tính toán hệ thống 3.1.2.1. Lưu lượng (Q)
Chọn tiêu chuẩn dùng nước cho dân cư là 300 (l/ngày đêm) theo TCXDVN 33: 2006 (Bảng 2.1 trang 5) [12].
Ta có:
+ Q = 300 (người) × 300 (l/ ngày đêm) = 90 000 (l/ ngày đêm) = 90 (m3/ ngày đêm). Vậy Qtổng = 90 m3/ ngày đêm.
3.1.2.2. Bể chứa ngầm
Qbể = 1.5 × Qtổng = 135 m3/ ngày đêm. (Mục 8.11 TCVN 4153: 1988) [13]
3.1.2.3. Đồng hồ nước
Dựa vào bảng 6 TCVN 4513: 1988 [13]
Trong đó Qtổng = 90 m3/ ngày đêm = 3.75 m3/ giờ Vậy chọn Đồng hồ đo nước loại tuốc bin cỡ 50 (từ 15 ÷ 140 m3/ ngày đêm)
3.1.2.4. Bể nước mái
Qbể mái = 0.3 × Qtổng = 27 m3
3.1.2.5. Bơm nước
Pmáy bơm tính toán= cột áp (Pa)× 10 -3 × Ql/s
Hiệu suất máy bơm (3.1)
Pmáy bơm thực tế = Pmáy bơm tính toán × Hệ số dự trữ (3.2)
Cột áp: 40 m ≈ 4 Bar ≈ 4 x 105 Pa
Lưu lượng lít trên giây: Ql/s = α × 0.2 × √N (Bảng 9 TCVN 4153: 1988) [13] Với α là hệ số phụ tùng chức năng (Bảng 6 TCVN 4513:1998), chọn α = 2.5 N là tổng đương lượng của các dụng cụ vệ sinh trong nhà, tính theo bảng 3.1 Ta chọn hệ số đương lượng là 10/ 1 căn hộ, vậy N = 10×60 = 600
Vậy Ql/s = 2.5 × 0.2 × √600 = 12.25 (l/s) Chọn hiệu suất máy bơm = 0.65
Từ (3.1) suy ra Pmáy bơm tính toán = (4.105 x 10-3 x 12.25)/0.65 = 7538.5 (W) Chọn Hệ số dự trữ là 1.4
28
Bảng 3.1: Bảng đương lượng các dụng cụ vệ sinh
3.1.2.6 Đường kính ống
Dựa trên TCVN 4513:1988 [13]
Bảng 3.2: Đường kính ống theo TCVN 4513:1988
Tổng số đương lượng của các dụng cụ vệ sinh
1 3 6 12 20
Đường ống cấp nước (mm)
10 15 20 25 32
Hệ số đương lượng của thiết bị vệ sinh là 12, vì vậy ta chọn đường kính ống cấp nước theo Bảng 3.2:
Vậy D = 25, suy ra chọn ống dẫn có phi 25
3.1.3 Thiết kế hệ thống 3.1.3.1 . Sơ đồ khối
• Khối nguồn: cấp nguồn cho các thiết bị, hệ thống hoạt động. Bao gồm nguồn 24VDC cấp nguồn nuôi các HMI, cảm biến, relay… Nguồn 220VAC cấp cho các motor bơm nước, các biến tần, là nguồn đầu vào PLC, sử dụng cho các đèn báo tín hiệu, các relay 220VAC.
29
• Khối hiển thị: Màn hình HMI Kinco có nhiệm vụ hiển thị, điều khiển hệ thống.
• Khối trung tâm xử lý: PLC S7-1200, xử lý các tín hiệu của nút nhấn, cảm biến.
• Khối cảm biến: Đo và đưa tín hiệu về cho PLC và HMI để xử lý, tính toán.
• Biến tần: Điều khiển các motor bơm nước, bên cạnh đó bảo vệ các motor khi có lỗi xảy ra.
• Cơ cấu chấp hành: Motor
Hình 3.2: Sơ đồ khối
30
3.1.3.2 . Lưu đồ thuật toán 3.2 Chọn thiết bị cho hệ thống 3.2 Chọn thiết bị cho hệ thống
3.2.1. Chọn thiết bị cho mạch động lực
3.2.2.1 . Lựa chọn bơm 3 pha đầu vào, bơm chính Yêu cầu: Yêu cầu:
• Bơm 3 pha
• Có công suất lớn hơn hoặc bằng 14.2 HP
• Lưu lượng 12.25 l/s
• Cột áp 40 mét
• Áp suất bơm trên 4 bar
Giải pháp:
• Chọn bơm của hãng Ebara – Máy bơm công nghiệp đầu Inox 3(L)M 40-200/11
Các thông số kỹ thuật: • Hãng sản xuất: Ebara • Công suất: 11 kW – 15 HP • Lưu lượng: 4 – 12 l/s • Cột áp: 60 – 70 mét. • Điện áp: 400V • Dòng định mức: 20 A • Tần số: 50Hz • Tốc độ: 2900 v/p
Bảng 3.3: Thông số bơm Ebara, bơm chính
Model 3 (L) M kW HP Abs.Current (A) Three – Phase 230 V 400 V 690 V 32-125/1.1 (M) 1.1 1.5 5.0 2.9 32-160/1.5 (M) 1.5 2 5.9 3.4 32-160/2.2 (M) 2.2 3 8.3 4.8 40-200/7.5 7.5 10 11.8 15.1 6.4 40-200/11 11 15 20.0 8.7
31
Hình 3.4: Đặc tính bơm Ebara, bơm chính 3.2.2.2 . Lựa chọn bơm 3 pha đầu vào, bơm phụ
Yêu cầu: Công suất 50% bơm chính
• Bơm 3 pha
• Có công suất lớn hơn hoặc bằng 7.1 HP
• Lưu lượng 6.125 l/s
• Cột áp 40 mét
Giải pháp: Chọn bơm của hãng Ebara – Máy bơm công nghiệp đầu Inox 3(L)M 32-
200/5.5 Các thông số kỹ thuật: • Hãng sản xuất: Ebara • Công suất: 5.5 kW – 7.5 HP • Lưu lượng: 2 – 6 l/s • Cột áp: 60 – 70 mét. • Điện áp: 400V
32
• Dòng định mức: 11.8 A
• Tần số: 50Hz
• Tốc độ: 2900 v/p
Bảng 3.4: Thông số bơm Ebara, bơm phụ
Model 3 (L) M kW HP Abs.Current (A)
Three – Phase 230 V 400 V 690 V 32-125/1.1 (M) 1.1 1.5 5.0 2.9 32-160/1.5 (M) 1.5 2 5.9 3.4 32-160/2.2 (M) 2.2 3 8.3 4.8 32-200/4.0 4.0 5.5 11.8 9.0 32-200/5.5 5.5 7.5 11.8 6.8
33
3.2.2.3 . Lựa chọn bơm tăng áp Yêu cầu: Yêu cầu:
• Bơm 3 pha
• Cột áp 20m
Giải pháp: Chọn Bơm tăng áp của hãng Panasonic GP – 350JA Thông số kỹ thuật: • Hãng sản xuất: Panasonic • Công suất: 350W • Lưu lượng: 39 – 45 l/phút • Cột áp: 12 – 45 mét. • Điện áp: 400V • Tần số: 50Hz
Bảng 3.5: Thông số bơm tăng áp
3.2.2.4 . Lựa chọn biến tần Yêu cầu: Yêu cầu:
• Biến tần ngõ ra 3 pha 380V.
• Có công suất lớn hơn 0.35kW
• Có điều khiển PID
• Có truyền thông Modbus RS485.
Giải pháp: Chọn biến tần của hãng INVT có model GD20 và biến tần hãng DELTA
34 Hình 3.6: Biến tần GD20 hãng INVT Các thông số kỹ thuật: • Hãng sản xuất: INVT • Mã: GD10-0R7G-S2-B-ZX • Công suất: 0.75 kW • Điện áp vào: 220 – 240V
• Điện áp ra: 3 pha 380V
• Dòng định mức Input: 9.3 A • Tần số: 47 – 63 Hz Hình 3.7: Biến tần VFD - M hãng DELTA Các thông số kỹ thuật • Hãng sản xuất: DELTA • Mã: VFD - M • Công suất: 0.4 kW • Điện áp vào: 220-240V
35
• Điện áp ra: 3 pha 380V
• Dòng định mức Input: 8.5 A
• Tần số: 40-70 HZ
3.2.2.5 . Lựa chọn Contactor Mục đích: Mục đích:
Đóng cắt bơm đầu vào.
Bảo vệ mạch động lực thông qua mạch điều khiển.
Yêu cầu:
• Phù hợp với tải, cho biến tần (AC3)
• Điện áp dây: 380V
• Dòng định mức: Lớn hơn 1.5 Iđm của động cơ – 30A
• Số cực: 03
• Điện áp cuộn hút: Một chiều 24V
Giải pháp: Chọn Contactor của hang ABB: AL30-30-10-81 Các thông số kỹ thuật:
• Loại tải: AC1
• Điện áp dây: 400V
• Dòng điện định mức: 32A
• Điên áp điều khiển: 24 V
• Công suất: 15kW (AC3)
• Tần số: 50/60Hz
• Tiếp điểm phụ: 1NO
36
Bảng 3.7: Cuộn hút Contactor
Điện áp điều khiển định mức Uc Mã catalog AL9 – AL40 12 VDC 80 24 VDC 81 48 VDC 83 125 VDC 87 220 VDC 88 240 VDC 89 3.2.2.6 . Lựa chọn MCCB Mục đích:
Cách ly, đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải cho phần mạch động lực của hệ thống.
Yêu cầu:
Hãng: ABB
Điện áp dây: Lớn hơn 380V
Dòng định mức: 1.3 – 1.5 Iđm của động cơ. Dòng ngắn mạch định mức (Ics): đủ lớn Bảo vệ quá tải cho động cơ
Số cực: 03 Giải pháp: Chọn MCCB của hãng ABB: T2S030TW Các thông số kỹ thuật: Mã sản phẩm: T2S030TW Điện áp: 480 V Dòng ngắn mạch Ics = 35kA; (Icu = 35kA) Dòng định mức: 30 A Số cực: 03
37 Bảng 3.8: Thông số MCCB Loại Giá trị Ic tại 480VAC Dòng định mức (A) Dòng cắt (A) T2S 35kA 15 500 20 500 25 500 30 500 40 500 50 500 60 600 70 700 80 800 90 900 100 1000
3.2.2.7 . Lựa chọn cáp mạch động lực, bơm biến tần Mục đích: Mục đích:
Kết nối các thiết bị trong mạch động lực bơm biến tần
Yêu cầu:
Chịu được dòng quá tải của động cơ
Cách điện tốt phù hợp với Biến tần và động cơ.
Giải pháp:
Chọn dây dẫn mạch động lực gồm dây dẫn cho đầu vào biến tần và ra biến tần chọn theo khuyến cáo của INVT.
Chọn tiết diện dây vào, ra biến tần và vào động cơ 1 pha là 1.5 mm2. Chọn tiết diện dây vào, ra biến tần và vào động cơ 3 pha là 2.5 mm2
38
Bảng 3.9: Cáp cho bơm biến tần
3.2.2.8 . Lựa chọn cáp mạch động lực, bơm đầu vào
Mục đích: Kết nối các thiết bị trong mạch động lực, bơm đầu vào Yêu cầu:
Chịu được dòng quá tải của bơm. Cách điện tốt phù hợp bơm.
Hình 3.8: Chọn cáp mạch động lực Giải pháp:
Ta có: Dòng định mức của bơm chính là 20 A suy ra chọn cáp có dòng định mức 20 x 2 = 40 A. Vậy ta chọn cáp có tiết diện ruột dẫn 10 mm2
Ta có: Dòng định mức bơm phụ là 11.8 A suy ra chọn cáp có dòng định mức 11.8 x 2 = 23.6 A. Vậy ta chọn cáp có tiết diện ruột dẫn 4 mm2
39
Bảng 3.10: Thông số cáp động lực
3.2.3 Lựa chọn thiết bị cho mạch điều khiển 3.2.3.1 . Lựa chọn MCB 3.2.3.1 . Lựa chọn MCB
Mục đích: Cách ly, đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải cho mạch điều khiển. Yêu cầu:
• Hãng ABB
• Điện áp dây: 230V
• Dòng định mức phù hợp.
• Dòng cắt mạch phù hợp.
Giải pháp: Chọn MCB của hãng ABB: SH201L – C6 Các thông số kỹ thuật:
40
• Điện áp dây: 230V
• Khả năng cắt: Icu =4.5KA
Bảng 3.11: MCB cho mạch điều khiển
Bảng 3.12: Thông số MCB mạch điều khiển
3.2.3.2 . Lựa chọn cảm biến áp suất
41
Yêu cầu:
Tín hiệu: 4-20mA, để tín hiệu trả về vào ngõ vào Biến tần.
Giải pháp: Chọn Cảm biến SP-100 của TMKTEK
Hình 3.9: Cảm biến áp suất Các thông số kỹ thuật:
• Điện áp: 9-30VDC
• Tín hiệu: 4-20mA tương ứng 0 -10Bar.
• Độ chính xác: 0.5%
3.2.3.3 . Lựa chọn nút nhấn nhả có đèn
Mục đích: Điều khiển và hiển thị trạng thái hệ thống Yêu cầu: Sử dụng với điện áp điều khiển 220V. Giải pháp: Chọn của hãng IDEC YW1L-M2E11Q Các thông số kỹ thuật:
• Điện áp định mức: 220 VAC
• Điện áp đèn báo: 220 VAC
• Đường kính bệ tròn: 22 mm
• Dòng điện tiêu thụ: 15 mA
• Màu : Đỏ, Xanh lá, Vàng.
42
Bảng 3.14: Chọn màu và điện áp hoạt động cho nút nhấn đèn
3.2.3.4 . Lựa chọn nút nhấn Switch Mục đích: Điều khiển hệ thống. Mục đích: Điều khiển hệ thống.
Yêu cầu: Sử dụng với điện áp điều khiển 220 VAC. Giải pháp: Chọn nút nhấn của hãng IDEC YW1S-2E10 Các thông số kỹ thuật: • Điện áp định mức: 220 VAC • Đường kính bệ tròn: 22 mm • Dòng điện tiêu thụ: 15 MA Bảng 3.15: Thông số nút nhấn Switch 3.2.3.5 . Lựa chọn đèn báo Mục đích: Hiển thị trạng thái hệ thống
Yêu cầu: Sử dụng với điện áp điều khiển 220V. Giải pháp: Chọn của hãng IDEC
43
Các thông số kỹ thuật:
• Điện áp định mức: 220 VAC
• Điện áp đèn báo: 220 VAC
• Đường kính bệ tròn: 22 mm
• Dòng điện tiêu thụ : 15 mA
• Màu : Đỏ, Vàng.
Bảng 3.16: Thông số đèn báo
3.2.3.6 . Chọn bộ nguồn AC/DC 24V:
Mục đích: Cấp nguồn 24VDC cho cảm biến áp suất
Giải pháp: bộ nguồn chuyển đổi 220VAC/24VDC của hãng ORMRON 0.7A.
Mã sản phẩm: S8FS-C01524J
44
Bảng 3.17: Thông số Bộ nguồn
3.2.3.7 . Phao điện máy bơm
Mục đích: Dùng để cảnh báo khi nước tràn Giải pháp: Chọn của hãng Wufeng
Hình 3.11: Phao điện Các thông số kỹ thuật:
• Mã hàng: WF-333AB
• Thành phần nhựa PVC
• Màu xám
• Chống chập điện, đậy nắp an toàn