Hình 2.12: Sơ đồ mạch đấu nối PLC - điều khiển tự động 2.7.1 Bộ điều khiển PLC S7-300 CPU 313 của hãng Siemens.
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm.
PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay Stale Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Omron, Mitsubishi, ….
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 2.13: Mô hình tổng quát của một PLC S7-300
Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300 CPU 313
Hình 2.14: Hình ảnh cấu trúc của PLC S7-300 CPU 313
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 2.15: Hình ảnh thực tế của PLC S7-300 CPU 313C
- Kết nối
PlC Siemens S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như PROFIBUS,
CAN, DeviceNet, ASi.
+ PROFIBUS: là một tiêu chuẩn mạng trường mở. Quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà. Các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt. PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp. Trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình. Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP.
+ CAN: viết tắt của Controller Area Network và được tạm dịch là Mạng Điều Khiển Vùng. Mạng CAN ra đời gần như đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện trong xe. Với truyền tải dữ kiện trên 2 dây dẫn, tốc độ truyền tải cao, độ sai số rất thấp, độ tin cậy cao. Các hệ thống điện đã được nối với nhau bởi mạng CAN 2 dây này.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
+ DeviceNet: là một hệ thống bus được hãng Allen-Bradley phát triển dựa trên cơ sở của CAN. Devicenet dùng để nối mạng cho các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành. Sau này, chuẩn DeviceNet được chuyển sang dạng mở dưới sự quản lý của hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor Asscociation) và được dữ thảo chuẩn hóa IEC 62026-3. + AS-I: là hệ thống kết nối cho cấp thấp nhất trong hệ thống tự động hóa. Các cơ cấu chấp
hành và cảm biến được nối với trạm hệ thống tự động qua bus giao tiếp AS (AS-I bus). AS-I là kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đó có SIEMENS AG, Festo KG, Peppert
& Fuchs GmbH.
- Ngôn ngữ lập trình: PLC Siemens S7-300 được lập trình qua các ngôn ngữ như: Step 7 (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGrap.
+ Dạng LAD (Ladder Logic): Phương pháp hình thang, thích hợp với những người quen thiết kế mạch điện tử logic.
Hình 2.16: Ngôn ngữ lập trình dạng LAD
PLC đọc chương trình từ trên xuống, từ trái qua phải sau đó lặp lại ở vòng quét tiếp theo.
+ Dạng STL (Statement List): Phương pháp liệt kê. Là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Mỗi một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh, mỗi câu lệnh có cấu trúc chung gồm “tên lệnh + toán hạng”.
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 2.17: Ngôn ngữ lập trình dang STL
PLC đọc chương trình từ trên xuống dưới sau đó lặp lại ở vòng quét tiếp theo
+ Dạng FBD (Function Block Diagram): Phương pháp hình khối. Là kiểu ngôn ngữ đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số.
Hình 2.18: Ngôn ngữ lập trình dạng FBD
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
– Giống như ngôn ngữ LAD, ngôn ngữ FBD cũng là một ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa. Sự hiển thị của mạch logic được dựa trên các biểu tượng logic đồ họa sử dụng trong đại số Boolean.
– Các hàm toán học và các hàm phức khác có thể được thể hiện một cách trực tiếp trong sự kết hợp với các hộp logic. Để tạo ra logic cho các vận hành phức tạp, ta chèn các nhánh song song giữa các hộp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Dạng SCL: Có cấu trúc gần giống với ngôn ngữ dạng STL nhưng được phát triển nhiều hơn. Nó gần giống với các ngôn ngữ bậc cao như Pascal để người lập trình dễ thao tác.
2.7.2 HMI
Là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị. - Ứng dụng: trong cấp điều khiển giám sát
Hình 2.19: Sơ đồ vị trí ứng dụng HMI
- Cấu tạo: gồm 2 phần: Phần cứng và phần mềm - Phần cứng:+ Màn hình
+ Phím bấm + Chíp: CPU
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
+ Bộ nhớ chương trình: ROM, RAM, … - Phần mềm: + Các đối tượng
+ Các hàm lệnh
+ Phần mềm phát triển
+ Các công cụ xây dưng HMI
+ Các công cụ kết nối nạp chương trình, gỡ rối + Các công cụ mô phỏng
- Truyền thông:
+ Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB.
+ Các giao thức truyền thông: Mobus, Can, PPI, MPI, Profilebus. - Nguyên lí hoạt động:
HMI là giao diện vận hành giữa người và máy thông qua PLC, chúng được kết nối với nhau bằng cáp tín hiệu. Khi người vận hành tác động nhấn nút trên màn hình hoặc cài đặt thông số, yêu cầu sẽ được gửi đến PLC, PLC điều khiển máy móc dây chuyền hoạt động.
Ngược lại, hệ thống máy móc dây chuyền có thể gửi trạng thái hoạt động hoặc thông số hiện tại lên màn hình HMI thông qua PLC giúp cho con người thực hiện quá trình giám sát và điều khiển.
2.7.3 Cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất là thiết bị dùng để đo áp suất & biến đổi áp suất thành tín hiệu
điện. Tín hiệu được truyền về các bộ hiển thị hay bộ điều khiển, PLC bằng dây cáp
điện. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến áp suất là tín hiệu Analog với các loại tín hiệu: 0- 5V, 0-10V, 2-10V, 0,5-4.5V, 4-20mA, 0-20mA …
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 2.20: Cấu tạo cảm biến áp suất
a, Cấu tạo: Gồm 2 phần chính:
- Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý. Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện… về khối xử lý.
- Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA (tín hiệu thường được sử dụng nhất), (0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC)
b, Nguyên lí hoạt động
Hình 2.21 Nguyên lí hoạt động của cảm biến áp suất
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Theo như hình trên, giả sử khi áp suất dương (+) đưa vào thì lớp màng sẽ căng lên từ trái sang phải, còn khi đưa vào áp suất âm (-) thì lớp màng sẽ căng ngược lại. Tùy theo độ biến dạng của lớp màng mà bộ xử lý bên trong sẽ biết được giá trị áp suất đang là bao nhiêu. Chính nhờ sự thay đổi này tín hiệu sẽ được xử lý và đưa ra tín hiệu để biết áp suất là bao nhiêu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lớp màng của cảm biến sẽ chứa các cảm biến rất nhỏ để phát hiện được sự thay đổi. Khi có một lực tác động vào thì lớp màng sẽ bị thay đổi theo chiều tương ứng với chiều của lực tác động. Sau đó các cảm biến sẽ so sánh sự thay đổi đó với lúc ban đầu để biết được nó đã biến dạng bao nhiêu %.
c, Cách tính giá trị áp suất theo tín hiệu y = ax + b
Trong đó :
y : tương ứng giá trị mA ( bất kỳ )
x : tương ứng với giá trị áp suất ( bất kỳ )
b : hằng số bằng 4 tương ứng với mức min của 4-20mA
a : hằng số được xác định bởi công thức ” 20-4ma / thang đo áp suất của cảm biến ” . VD : cảm biến có áp suất 0-50 bar thì a = (20-4mA) / 50 bar = 0.32mA/bar
Hình 2.22: Sơ đồ tín hiệu ngõ ra 4-20mA tương ứng với áp suất và tỉ lệ phần
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 3.1 Thiết bị mạch động lực
3.1.1 Máy bơm
Bảng 3-1: Bảng lượng nước tiêu thụ của khu chung cư
Giờ trong ngày Chế độ dùng nước (% Q ngày đêm) Chung cư 800 người ( 5 người/căn hộ), Tiêu chuẩn dùng nước lấy 200 l/ng/ngày đêm.Q = 200 x 800/1000=160 m³ /ngày đêm 0h-1h 1h-2h 2h-3h 3h-4h 4h-5h 5h-6h 6h-7h 7h-8h 8h-9h 9h-10h 10h-11h 11h-12h 12h-13h 13h-14h 14h-15h 15h-16h 16h-17h 17h-18h 18h-19h 19h-20h 20h-21h 21h-22h 22h-23h 23h-24h 24h-0h
Công suất động cơ bơm: (cột áp cao 40m, bơm đặt dưới tầng hầm 5m, lưu lượng 13,6m3/h):
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3600
Trong đó: P là Công suất động cơ (kW)
P bơm =2,083
0,43 = 4,84kW => Chọn bơm có công suất 5.5kW
Hình 3.1: Máy bơm công nghiệp CM40- 200B
Bảng 3-2: Thông số kỹ thuât bơm công nghiệp CM40- 200B
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58
3.1.2 Biến tần
Ta lựa chọn biến tần để phù hợp với yêu cầu công nghệ và với động cơ đã chọn: + Kỹ thuật điều khiển yêu cầu cao cấp từ PLC, HMI xuống biến tần thì ta sử dụng truyền thông RS485
+ Động cơ dùng cho tải nhẹ
+Chế độ vận hành ngắn hạn: Chọn các biến tần để điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, đảo chiều quay liên tục, chạy, dừng, ... Chế độ này cần chọn loại biến tần –
inverter có khả năng chịu quá tải cao, chế độ tản nhiệt đáp ứng đủ
+ Với công suất động cơ 3 pha 380V đã chọn là 7Hp/5.5kW. Thiết bị biến tần được chọn sao cho thỏa mãn điều kiện: ≥ đ
+ 2 biến tần điều khiển cho 3 bơm với 2 bơm chính và bơm dự phòng Công suất biến tần sử dụng là: = 1.5 ∗ đ
Ta chọn biến tần loại Shilin dòng SF-G với ưu điểm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Có khả năng chạy quá tải lên đến 150% trong vòng 60s hoặc 200% trong 60s + Sử dụng công nghệ điều khiển vector thông minh nâng cao hiệu năng làm việc + Thiết kế tối ưu nhằm bảo vệ cơ cấu phần cứng
+ Hỗ trợ giao thức truyền thông RS485 đồng thời cung cấp phần mềm chuyên dụng cho biến tần
+ Khả năng tích hợp nhiều module mở rộng khác nhau + Có khả năng thay đổi giữa loại tải nhẹ và tải nặng
+ Cho phép sao lưu cài đặt giữa các loại biến tần cùng loại
+ Khả năng lưu trữ 12 lỗi cảnh báo gần đây nhất giúp cho việc giám sát thuận lợi hơn
Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp định mức ngõ ra: 3 pha 380/480 VAC
+ Điện áp nguồn điện cung cấp ngõ vào: 3 pha 380/830VAC Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58
Vương Văn Sơn
+ Biến động điện áp ngõ vào cho phép: 342/528 VAC + Tần số nguồn điện cung cấp ngõ vào: 50/60Hz + Biến động tần số ngõ vào cho phép: ± 5% + Giải nhiệt: quạt
Chọn 2 biến tần Shihlin SF-040-11K/7.5K-G + 7.5kw cho tải nặng, 11kw cho tải nhẹ. + Dòng điện IN(A): 32/24 A
+ Kích thước HxWxD (mm): 323x200x186 mm + Khối lượng: 5.6 kg
Hình 3.2 Biến tần Shilin SF-040-11K/7.5K-G
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.1.3 MCB
+ Dòng điện định mức của động cơ là: =
Trong đó: : Dòng điện định mức của động cơ (A) : Công suất định mức động cơ (kW) : Điện áp định mức của động cơ (V) + Dòng định mức của MCB là:
= 1,2*13,06 = 15,67(A)
Tra catalog và chọn MCB có dòng định mức bằng hoặc lớn hơn 15.67(A) =>Chọn MCB có dòng định mức 20A mã EZC100B3020 của hãng Schneider.
Hình 3.3: Các loại MCB schneider
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
Hình 3.4: MCB Schneider EZC100B3020
3.1.4 Contactor
- Khi chọn Contactor điều khiển động cơ ta sẽ chọn loại AC-3: Tải cuộn kháng + Dòng điện định mức contactor khi khởi động trực tiếp là:
=1,2* =1,2*13,06=15,67(A)
+ Dòng điện định mức Contactor khởi động định mức Y/∆ là: = =13.06=7,54 (A)
√3 √3
=>Chọn Contactor có dòng định mức 12A mã LC1D12 của hãng Schneider.
Hình 3.5: Các loại Contactor Schneider
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.6: Contactor Schneider LC1D12
3.1.5 Relay nhiệt
+ Dòng định mức relay nhiệt khi khởi động trực tiếp là: =1,2* =1,2*13,06=15,67(A)
Chọn Relay RLE21 + Dòng điện định mức relay nhiệt khởi động định mức Y/∆ là:
= =13.06=7,54 (A) √3 √3
Chọn Relay RLE 14
Hình 3.7: Các loại Relay nhiệt Schneider
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.2 Thiết bị sử dụng trong hệ thống 3.2.1 Bể chứa nước ngầm
- Nhà dân cư 1600 người (lấy trung bình 5 người/căn hộ), Tiêu chuẩn dùng nước lấy 200 l/ng/ngày đêm.
=> Lưu lượng nước dân cư Q = 200 x 1600/1000=320 m³ /ngày đêm.
- Tính toán nhu cầu cấp nước cho các dịch vụ công cộng: tưới cây, rửa sàn ...Chọn theo tiêu chuẩn: TCXDVN-33-2006, chọn lưu lượng nước cấp cho nhu cầu công cộng bằng 10% lưu lượng tính toán cho tòa nhà.
=> Lưu lượng nước cho các dịch vụ công cộng: Qcc = 320 x 0,1 = 32 m³/ngày đêm Tổng lưu lượng nước cấp vào cho tòa nhà:
=> Qtc = Q+ Qcc = 320+32 =352 m³/ngày đêm. Ta chọn 360 m³/ngày đêm. Dung tich bể chứa nước ngầm được tính theo công thức:
=> Qbể = (0,5÷2) x Qngày/đêm = 1,6 x 360 = 576m³/ngày đêm. => Chọn bể nước ngầm có dung tích: 600 m³
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 Vương Văn Sơn
3.2.2 Tính chọn đồng hồ nước
Bảng 3-3: Kiểu đồng hồ đo nước
Kiểu đồng hồ đo nước
Cánh quạt
Tuốc bin
*Nguồn: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4513-1988
- Trong đó chọn Q ngày đêm = 160 khối/ngày đêm = 7 khối/ giờ.
- Chọn đồng hồ đo nước loại cánh quạt trục ngang cở đồng hồ 50 (từ 10 - 60 Khối/ngày).
Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58