Chọn PLC SIMATIC S7-300 CPU 313C 2DP 6ES7313-6CG04-0AB0 + 16 ngõ vào số/16 ngõ ra số + Bộ nhớ làm việc: 128kB. + Tốc độ xử lý: 0.07us. + Nguồn điện: 24 VDC + Timer/counter: 256/256. + Vùng nhớ: 256 byte. + 3 bộ đếm tốc độ cao 30 kHz
+ Truyền thông: MPI, Profibus DP
+ Kích thước: 8.60 x 10.10 x 7.10
+ Khối lượng: 0,54 kg
+ Hãng sản xuất: Siemens AG
+ Xuất xứ: Germany
+ Điều khiển độ rộng xung. Xuất xung 2.5 kHz. Điều khiển vòng kín.
Hình 4.1: Hình ảnh PLC S7-300 CPU 313C 2DP 6ES7313-6CG04-0AB0
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
+ Module Mở rộng
Hình 4.2: Module PLC Analog SM 334 6ES7334-0CE01-0AA0
Thông số:
SIMATIC S7-300, Analog module SM 334, 4 AI/2 AO, 1x 20-pole, Kích thước: 8.60 x 10.10 x 7.10
Khối lượng: 0,244 Kg Hãng sản xuất: Siemens AG
Xuất xứ: Germany
Bảo hành: Bảo hành chính hãng 12 tháng
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
4.1.2 Cảm biến áp suất
Hình 4.3: Cảm biến áp suất 50 bar M5256-C3079E-050BG
Thông số kĩ thuật:
Cảm biến áp suất M5256-C3079E-050BG
- Phạm vi đo: 0 ~ 50bar
- Ngõ ra: 4~20mA (được bảo vệ nối ngược cực và ngắn mạch).
- Nguồn cấp: 9-30VDC.
- Điện trở cách điện: 100MΩ -500VDC
- Kiểu nối cáp: Mini DIN43650
- Nối ren: PT1/4" - Nhiệt độ hoạt động: -40~125℃. - Áp suất đột ngột: 5 lần áp suất định mức - Thân vỏ thép không gỉ - Chịu rung 20G, 20~200Hz - Trọng lượng: 85g.
- Môi chất: nước, dầu, khí.
- Giấy hợp chuẩn CE về công nghệ nặng.
- Xuất xứ: Korea.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
4.1.3 HMI
Hình 4.4: Màn hình HMI Weintek MT6071IP
Hiển thị:
+ Kích thước hiển thị: 7inch TFT + Độ phân giải (WxH dots): 800×480 + Độ sáng (cd/m2): 350
+ Tuổi thọ LCD: >30,000 hr. + Màu sắc: 16.000 màu
+ Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive Type
Cấu hình:
+ Bộ nhớ (MB): 128 + RAM (MB): 64
+ Cortex A8 CPU 600MHz + USB Host: USB 2.0 x 1 + USB Client: Mico USB + Khe cắm thẻ SD: Không + RTC Built-in
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Truyền thông, in/out: COM1 RS-232, COM2 RS-485 2W/4W
Nguồn: 24 ± 20%VDC
Đặc điểm:
+ Vỏ: Nhựa
+ Kích thước bao ngoài (WxHxD) 200.4 x 146.5 x 34 mm + Kích thước khoét lỗ: 192 x 138 mm
+ Nhiệt độ hoạt động: 0° ~ 50°C (32° ~ 122°F) + Khối lượng: 0.52 Kg
4.2 Chức năng của hệ thống và phân tích hệ thống
- Vận hành hệ thống thông qua HMI
- Hệ thống được hoạt động ở 2 chế độ tự động (Auto) và chế độ bằng tay (MANU) - Các chức năng chính của hệ thống điều khiển tự động:
+ Đo lường: do đầu đo cảm biến áp suất đo lường và chuyển đổi đưa về biến tần, phao điện báo mức bật tắt các bơm.
+ Xử lí thông tin: PLC sẽ xử lí tín hiệu, điều khiển thiết bị đầu ra và hiển thị trên màn hình.
+ Điều khiển: HMI phối hợp biến tần sẽ làm việc này theo yêu cầu
+ Giám sát: HMI và biến tần và cảm biến áp suất sẽ giám sát hệ thống hoạt động
Điều khiển
Hình 4.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 59 Vương Văn Sơn - Trang bị điện CN & GTVT – K58
Phân tích sơ đồ khối:
+ Khi khởi động hệ thống ta sẽ nhập dữ liệu từ màn hình WinCC và chọn chế độ Auto hệ thống hoạt động như sau:
Nếu két nước hết nước thì sẽ điều khiển biến tần 1 bật bơm chính (bơm 1 hoặc bơm 2 theo ca làm việc đã cài đặt theo thời gian thực). Khi đó bơm chính sẽ chạy dần dần đến khi ổn định theo áp suất đã cài đặt.
Nếu tải tăng mà bơm chính chạy hết công suất mà áp suất vẫn nhỏ hơn áp suất đặt thì cảm biến áp suất báo về PLC và sau đó PLC truyền tín hiệu để biến tần 2 bật bơm dự phòng và điều khiển bơm hoạt động sao cho áp suất thực tế lúc này bằng áp suất đặt. Nếu áp suất chưa đủ thì sẽ tăng tốc độ bơm và nếu áp suất vượt quá giá trị cài đặt thì lúc này bơm 3 sẽ dừng.
Khi két nước được bơm đầy thì hệ thống sẽ tự động ngắt các bơm. Tất cả trạng thái hoạt động của hệ thống sẽ được hiển thị trên màn hình.
4.3 Thiết kế hệ thống mô phỏng trên phần mềm Simatic WinCC Explorer4.3.1Giới thiệu tổng quan phần mềm Simatic Wincc Explorer 4.3.1Giới thiệu tổng quan phần mềm Simatic Wincc Explorer
Wincc (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy HMI (Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hóa. Những thành phần dễ sử dụng của WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào. Đặc biệt, với WinCC mọi người có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hóa một cách dễ dàng.
Phần mềm có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như: SIENENS, MITSUBISHI, ALLEN BREDLEY… nhưng nó đặc biệt truyền thông rất tốt với PLC của hãng SIEMENS.
WinCC còn có đặc điểm là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện người – máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống.
Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công ty như việc tích hợp các hệ thống cao cấp như MES (Manufacturing Excution System – Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thế sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của SIEMENS có mặt trên khắp thế giới.
4.3.2 Thiết kế giao diện hệ thống trên Wincc
- Mở phần mềm WinCC và tạo file mới - Mở cửa sổ giao diện WinCC
Hình 4.6: Cửa sổ giao diện WinCC
- Tạo các tag vào – ra
- Sau khi đó tạo các tag thành công, ta đi thiết kế giao diện giám sát bằng cách chọn thẻ Graphics Designer. Cửa sổ thiết kế được mở ra như sau:
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 4.7: Cửa sổ thiết kế giao diện
- Sử dụng các công cụ thiết kế và các thư viện đi kèm để tạo giao diện giám sát. Màn hình giám sát sau khi thiết kế tương ứng với sơ đồ công nghệ như sau:
Hình 4.8: Giao diện giám sát hệ thống
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
CHƯƠNG 5: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƯƠNG TRÌNH 5.1 Lưu đồ thuật toán
Hình 5.1: Lưu đồ thuật toán
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
5.2 Chương trình điều khiển và mô phỏng hệ thống
- Viết chương trình PLC trên phần mền Step7
Hình 5.2: Hình ảnh lập trình khối trên phần mềm Simatic manager
Hình 5.3 Hình ảnh lấy các phần tử để lập trình
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.4 Bật phần mềm mô phỏng PLCSim
Hình 5.5: Nạp chương trình để mô phỏng hệ thống
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.6: Mở phần mềm Wincc rồi chọn giao diện mô phỏng + Chọn giao diện chính (chế độ Auto)
Hình 5.7: Chọn lưu giao diện và bắt đầu mô phỏng
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.8: Cài đặt các nút ấn theo thứ tự để vận hành hệ thống
Đầu tiên ta khởi động hệ thống bằng cách nhấn vào nút start => mô phỏng => cài đặt áp suất đặt => chọn bơm chính và bơm dự phỏng => chọn chế độ Auto:
+ Lúc này hệ thống sẽ tự động chạy: Nước từ nhà máy chảy vào bể nước ngầm, Bơm 1 hoặc 2 chạy theo chu kì thời gian đã cài đặt sẵn bơm nước lên bể mái và áp suất nước 1 lên được hiển thị trên đồng hồ đo áp suất sao cho ổn định tránh sốc áp vỡ ống, nước từ bể mái sẽ chảy xuống cấp nước cho các hộ sử dụng với áp suất thực tế 2 sao cho phù hợp với áp suất đặt.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.9: Hình ảnh bơm 1 và bơm 3 đang hoạt động
Khi bể nước mái (<30m3) cảm biến mức nước đưa thông tin về bộ xử lí sẽ hiển thị đèn báo mức thấp. Lúc này lượng nước thấp không đủ đáp ứngcho hộ tiêu thụ bơm 3 sẽ bật lên bơm trực tiếp vào hộ tiêu thụ để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước. Khi đáp ứng đủ nước và áp suất thực tế 2 bằng áp suất đặt bơm 3 sẽ tắt.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.10: Hình ảnh các bơm ngừng hoạt động khi đầy nước trên bể mái
Khi bể nước mái đầy (>95) cảm biến mức nước báo đèn báo mức cao thì bơm dừng hoạt động.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.11: Đèn báo sự cố bơm
Khi có bơm nào gặp sự cố thì bơm đó ngừng hoạt động còn các bơm khác ổn định thì vẫn hoạt động bình thường.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.12: Chuyển sang chế độ bằng tay
Muốn chuyển từ chế độ Auto sang chế độ bằng tay ta nhấn nút Manu để chuyển sang giao diện bằng tay.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.13: Hình ảnh chế độ bằng tay
Ở chế độ bằng tay ta có hể tùy chọn cài đặt tốc độ bơm và chọn bơm nào hoạt động. Ta nhấn nút Export để chuyển sang giao diện bản báo cáo dữ liệu hằng ngày
Hình 5.14: Hình ảnh bản xuất dữ liệu thông số báo cáo hằng ngày
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 5.15: Hình ảnh hệ thống dừng hoạt động Ta nhấn nút stop thì hệ thống sẽ dừng hoạt động.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
➢ KẾT LUẬN
Qua thời gian thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ Duy Nghĩa, chúng em đã cố gắng hoàn thành đúng theo yêu cầu và thời gian quy định. Trong quá trình làm chúng em đã thực hiện được những công việc như:
+ Tìm hiểu được về các thiết bị tự động hóa trong thực tế. + Tìm hiểu về các công nghệ cấp nước tự động.
+ Tiến hành lựa chọn thiết bị điều khiển PLC S7 – 300 và các thiết bị điều khiển khác nhằm đảm bảo kỹ thuật và kinh tế.
+ Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiền tự động mô hình hệ thống cấp nước tự động cho nhà chung cư. Từ đó viết chương trình điều khiển bằng S7 – 300, đáp ứng được công nghệ đề ra.
+ Tìm hiểu phần mềm Sep7 và Win CC để thiết kế giao diện giám sát trên WinCC để giám sát quá trình hoạt động của hệ thống.
Do trình độ và thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nên chúng em không thể tránh khỏi nhiều sai sót. Em mong thầy cô linh động và mong nhận được sự góp ý cũng như lời chỉ bảo tận tình của các thầy cô và các bạn để chúng em có thể hoàn thiện hơn về đề tài nghiên cứu và tiếp cận gần hơn với thực tế.
➢ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của tự động hóa và để phát triển đề tài được hoạt động một cách tốt hơn để đáp ứng thêm các yêu cầu thực tế thì chúng em cần phải nghiên cứu thêm như: thay phao điện bằng cảm biến mức để hiển thị lượng nước chính xác hơn, lắp thêm còi báo động nếu hệ thống gặp sự cố, …
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hà Văn Trí, bài giảng thiết bị siemens s7-300.
2. Tiêu chuẩn Việt Nam, Cấp nước bên trong-tiêu chuẩn thiết kế, TCVN 4513:1988. 3.Ths.Nguyễn Xuân Quang (2006), Giáo trình PLC s7-300 Lý thuyết và ứng dụng, Nxb
Trường đại học sư phạm kĩ thuật TPHCM.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
PHỤ LỤC Phụ lục 1: Số liệu đầu vào
- Các số liệu yêu cầu
+ Hệ thống điều khiển cấp nước tự động cho tòa chung cư: bơm chính chạy luân phiên theo thời gian thực đã cài đặt và bơm phụ bơm trực tiếp cho hộ tiêu thụ nếu áp suất thực tế thấp hơn áp suất đặt.
+ Sử dụng PLC S7-300 và module mở rộng + Bơm công nghiệp 5.5 kW
+ Biến tần 11KW/7.5KW + Bể nước ngầm 600m3 + Bể mái 100m3
+ HMI
+ Các thiết bị phao điện, bình tích áp, đồng hồ nước, van 1 chiều, cảm biến áp suất
Phụ lục 2: Chương trình và bản vẽ
MAIN
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG FC1
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
FC2
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
FC3
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
FC4
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn