32 5. Danh sách vật liệu và linh kiện:
a) PLC Siemens S7-1200:
Hình 34: PLC Siemens S7-1200 (nguồn: Internet)
33 Chức năng:
- Được kết nối với biến tần và màn hình HMI để giám sát, điều khiển, truyền và nhận dữ liệu.
- Lập trình cho tồn bộ hệ thống.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT Model: S7-1200
Điện áp nguồn cung cấp Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
Số ngõ vào / ngõ ra 14 In/10 Out Ngõ vào ra tương tự 2 in
Vùng nhớ Truy suất bit (M) 4096 Byte
Bộ nhớ làm việc 50Kb
Bộ nhớ lưu trữ 2Mb
Bộ nhớ retentive 2Kb
Kết nối truyền thông 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
Bộ đếm tốc độ cao 1 Pha 3 x 100KHz/3 x 30KHz Ngõ ra xuất xung tốc độ cao 2
Module tín hiệu mở rộng 8
Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày Thực thi lệnh nhị phân: 0.1 µs/lệnh
34 b) Biến tần Mitsubishi E700:
Hình 35:Biến tần Mitsubishi E700 (nguồn: Internet)
35 THƠNG SỐ KỸ THUẬT
Model: Mitsubishi E700
Dải cơng suất và điện áp 1 pha 200V: 0.1 - 3.7kW, 3 pha 200V: 0.1 - 18.5kW, 3 pha 400V: 0.2 - 18.5kW
Khả năng quá tải 150% trong 60s, 200% trong 3s.
Ngõ vào analog 2 cổng
Tín hiệu ngõ vào analog 0 – 10V, 0 – 5V, 4 – 20mA
Ngõ vào digital 7 cổng
Tín hiệu ngõ vào digital 24Vdc, điều khiển Run/Stop, Forward/Reverse, Multi speed, Fault reset…
Ngõ ra digital 5 cổng. Báo trạng thái hoạt động của biến tần, báo lỗi, có thể cài đặt các cổng theo từng ứng dụng cụ thể. Tần số sóng mang 0.2 đến 400 Hz
Chế độ điều khiển Forward/Reveres, Multi speed, PID control, truyền thông…
Tần số ngõ ra tối đa 400Hz
Chức năng bảo vệ động cơ khi quá tải, ngắn mạch khi đang hoạt động. Có chân kết nối điện trở thắng cho ứng dụng cần dừng nhanh.
Có thể gắn thêm card mở rộng I/O, card truyền thơng.
36 Chức năng:
– Tiết kiệm điện năng tiêu thụ: Biến tần có thể tiết kiệm lượng điện năng tiêu thụ lên tới hơn 30%, giữ ổn định áp suất độc lập với lưu lượng tiêu thụ khí, nâng cao chất lượng điều khiển q trình.
– Cơ chế để máy nén khí biến tần có thể giúp tiết kiệm điện năng là khi các dịng máy nén khí trục vít vận hành ở chế độ đóng cắt tải on/off thơng thường hoặc chế PID thì máy sẽ chạy êm hơn, giảm tiếng ồn, giảm dòng khởi động. Và đặc biệt nhất là giảm tốc độ vịng quay đến mức tối thiểu tại chế độ khơng tải, tại đó máy nén khí vẫn đảm bảo dầu được lưu thơng đến các vị trí cần bơi trơn như vịng bi, trục vít…cũng như giải nhiệt mà khơng cần phải sử dụng mức tiêu thụ điện năng lớn để thực hiện những công đoạn này.
– Vận hành êm ái: Nhờ biến tần máy nén khí sẽ vận hành êm hơn, giảm dịng khởi động. Từ đó, giúp giảm mức điện năng tiêu thụ tại chế độ khơng tải của máy bơm khí nén bằng việc giảm tốc độ vòng quay xuống mức thấp nhất. Trong khi đó, dầu vẫn được đảm bảo lưu thơng tới các vị trí bơi trơn cần thiết như trục vít,… cũng như làm mát.
– Ổn định áp suất: Khi tích hợp bộ VSD, tốc độ quay động cơ được điều chỉnh, thơng qua đó điều chỉnh lưu lượng khí. Mối liên quan giữa áp suất và lưu lượng máy sẽ ổn định mức áp suất theo tải tiêu thụ.
– Kéo dài tuổi thọ cho máy: Ngoài ra, máy nén khí biến tần khơng chỉ có lợi ích trong việc giúp tiết kiện điện năng và tiết kiệm năng lượng mà cịn giúp các dịng máy nén khí ln vận hành ổn định trong thời gian dài.
37 c) Cảm biến áp suất:
Hình 37: Cảm biến áp suất (nguồn: Internet)
38 THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Model: MPM B-12
Dãy đo áp suất thường dùng 0 - 4 bar, 0 - 6 bar, 0 - 10 bar, 0 - 16 bar, 0 - 25 bar Tín hiệu ngõ ra 4 - 20mA hoặc 0 - 10V
Kết nối cơ khí G1/2 hoặc G1/4
Nguồn cấp Dạng Loop Power supply 8 - 30VDC
Màng Inox 316L
Kết nối tín hiệu Chuẩn ISO 4400 hoặc Cable hoặc Plug 4 pin
Nhiệt độ làm việc 85
Tín hiệu báo lỗi 3.7mA hoặc 25mA
Sai số < 0.5%
Thời gian đáp ứng 4 m/s
Khả năng chịu rung động 10 - 2000 Hz Khả năng chịu Shock 60 - 100 m/s Kháng nước, kháng bụi Tiêu chuẩn IP65
Chức năng:
– Dùng để đo áp lực đầu ra của máy nén khí ở từng khu vực để đảm bảo áp suất trong giới hạn cho phép.
– Ngoài nhiệm vụ đo áp suất trên máy nén khí, cảm biến áp suất cịn có nhiệm vụ đo áp suất trên đường ống khí nén để giám sát từng đường ống khí nén có đủ áp suất hay không.
– Để giám sát áp suất của máy nén khí chúng ta thường dùng cảm biến áp suất, đồng hồ áp suất và cơng tắc áp suất. Trong đó cơng tắc áp suất dùng để đóng ngắt, cảnh báo áp suất cao, còn cảm biến áp suất và đồng hồ áp suất để giám sát áp suất liên tục.
39 d) Nguồn 24V-5A:
Hình 39: Nguồn tổ ong 24VDC (nguồn: Internet)
40 THÔNG SỐ KỸ THUẬT Đầu ra (Output) Điện áp 24VDC Dòng định mức 1.1A Công suất định mức 26.4W
Dải điều chỉnh điện áp 21.6 – 26.4VDC
Dung sai điện áp +1%
Đầu vào (Input)
Khoảng điện áp 85 ~ 264 VAC
120 ~ 370 VDC Khoảng tần số 47 – 63Hz Hiệu suất 86% Dòng điện 0.55A/115VAC 0.35A/230VAC Dòng rò < 2mA/240VAC
Bảo vệ Quá tải 110 - 150% công suất định mức
Quá điện áp 27.6 – 32.4 V
41 e) Máy nén khí Ribbin 1HP:
Hình 41: Máy nén khí Ribbin 1HP (nguồn: Internet)
42 THƠNG SỐ KỸ THUẬT
Model: Ribbin Air Compressors 1 HP
Công suất 1 HP Nguồn điện 220V / 50Hz Chỉ số nén 0.8Mpa Lưu lượng 0.08m3 / phút Dung tích 6 lít Trọng lượng 16 kg Chức năng:
– Là thiết bị cung cấp nguồn khí nén cho các hoạt động sản xuất trong đời sống và được ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp, sản xuất lớn nhỏ.
– Phổ biến trong các ngành luyện kim, in ấn, chế tạo,…phục vụ cho công việc chế tạo, sửa chữa hay cung cấp khí cho cá thiết bị khác hoạt động. Sử dụng để điều khiển hệ thống tự động, sản xuất bao bì chân khơng để bảo quản thực phẩm, vệ sinh làm sạch bụi và xì khơ…
– Cung cấp khí nén sử dụng trong những dây chuyền sản xuất tự động, vệ sinh bao bì, khn mẫu và làm mát nhanh thực phẩm, thổi chai lọ,…
– Cung cấp khí nén để vệ sinh cho xe, làm sạch được những vị trí ngóc ngách. Xì khơ sau khi rửa xe giúp xe hạn chế han gỉ, chập điện, nước đọng lại trong động cơ xe.
– Trong ngành y tế, dược phẩm chủ yếu sử dụng máy nén khí khơng dầu bởi nó cung cấp lượng khí sạch , giúp đảm bảo vệ sinh. Thường được dùng để: sản xuất thuốc kháng sinh, đẩy nhanh q trình sấy, đóng gói, vệ sinh vỏ thuốc…
43 f) CB MPE MP6-C206:
Hình 43: CB MPE MP6-C206 (nguồn: Internet)
44 THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Model: MP6-C206
Số cực: 2P
Dòng điện định mức In (A): 6A
Icu (kA) 6kA
Chức năng:
– Chuyển mạch (đóng cắt). – Bảo vệ chống ngắn mạch. – Bảo vệ chống quá dòng. – Bảo vệ chống dòng rò. – Bảo vệ quá tải.
g) Màn hình HMI:
45 Chức năng:
– Kiểm sốt các quy tình cơng nghiệp tại chỗ hoặc từ xa. – Theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực.
– Tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, động cơ và hơn thế nữa thông qua các phần mềm giao diện người - máy (HMI).
– Ghi lại sự kiện vào tệp nhật ký (log file).
THƠNG SỐ KỸ THUẬT Model: eMT3070A
Kích thước hiển thị 7 inch TFT Độ phân giải (WxH dots) 800 x 4800
Độ sáng (cd/m2) 500
Tuổi thọ LCD 30000 giờ
Màu sắc 16,7 triệu màu
Loại cảm ứng 4-wire Resistive Type
Bộ nhớ (MB) 256
RAM (MB) 256
Vi xử lý 32 Bit RISC CPU 600 MHz
Khe cắm thẻ SD Có RTC Built-in Ethernet Có Canbus Có Ngõ ra Audio Có Nguồn 24VDC
46 h) Tủ điện:
Hình 46: Tủ điện cơng nghiệp nhỏ (nguồn: Internet)
THƠNG SỐ KỸ THUẬT
Chất liệu Sắt
Kích thước 30 x 40 x 15cm
Cánh cửa Cửa nối
Đế bên trong Đế sắt
Màu sắc Màu kem, sơn tĩnh điện
Khố tủ Khóa bấm hoặc khóa trịn tay gặt
Chức năng: Bảo vệ các thiết bị điện bên trong hoạt động một cách tốt nhất, vỏ tủ điện sắt có thể chống nước, sử dụng được trong nhà và ngoài trời, đảm bảo an toàn đến người sử dụng.
47 i) Đèn báo:
Hình 47: Đèn báo cơng nghiệp (nguồn: Internet)
Hình 48: Kích thước đèn báo cơng nghiệp (nguồn: Internet)
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Nguồn 220V
Kích thước lỗ Φ22
Nhiệt độ hoạt động -20 C TO + 55 C
Tiêu chuẩn bảo vệ Panel front IP65 (IEC 60529) Terminal IP20 (IEC 60529)
Điện trở tiếp xúc 50 mΩ maximum
48 Chức năng: Được sử dụng để hiển thị các tín hiệu của hệ thống tủ bảng điện như: báo pha, báo lỗi,… Đèn báo có thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm khơng gian. Đèn báo pha có độ sáng cao và góc nhìn rất rộng, vật liệu trên bề mặt thiết bị được thiết kế để giảm khả năng phản xạ ánh sáng bên ngồi.
j) Nút nhấn:
Hình 49: Nút nhấn cơng nghiệp (nguồn: Internet)
Hình 50: Cấu tạo nút nhấnn (nguồn: Internet)
Màu đỏ: màu để dừng hệ thống.
49 Chức năng:
– Đóng ngắt hoặc khởi động điện của hệ thống từ xa. – Ngồi ra cịn có nút nhấn giữ và nút nhấn nhả.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Dải Điện áp AC 50Hz/60Hz, AC380V/DC220V
Kích thước lỗ Phi 25
Số tiếp điểm 1NO + 1NC (1a1b)
Dòng điện tiếp điểm 5A
Điện trở tiếp xúc ≤ 50 mΩ
Tuổi thọ đóng ngắt điện 1x10⁵ Nhiệt độ làm việc -5ºC ÷ 50ºC
50 k) Cáp kết nối PLC Siemens với màn hình HMI:
Hình 51: Cáp kết nối PLC - Siemens với màn hình HMI (nguồn: Internet)
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Giao thức kết nối RS485
Kích thước lỗ Phi 25
Đường kính ngồi sợi cáp 5.0mm
Chiều dài sợi cáp 2m
Số dây truyền dẫn tín hiệu 3 sợi với 3 mầu khách biệt nhau + 1 sớp tiếp mát Vỏ PVC cách điện chịu nhiệt cáp mềm dẻo PVC 80 độ C điện áp 30V
51 l) Module In/Out Analog Siemens:
Hình 52: Module In/Out Analog Siemens (nguồn: Internet)
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Model: 6ES7 234-4HE30-0XB0
Điện áp 4 AI, ±10 V, ±5 V, ±2.5 V hoặc
0 - 20 mA / 4 - 20 mA, 12 bit + dấu (13 bit ADC)
Kích thước 8,80 x 112,0 x 5,60
Khối lượng 0,190 kg
Chức năng: Mở rộng các ngõ ra Input/Output Analog nhờ đó người dùng có thể sử dụng được nhiều chức năng hơn từ những bộ lập trình.
52 CHƯƠNG 5: THI CƠNG MƠ PHỎNG
1. Mơ phỏng trên LabView:
Hình 53: Mơ phỏng trên LabView
2. Thiết kế mô phỏng đề tài trên TIA Portal V15.1: - Chọn PLC s7-1200 và modun In/Out Analog: - Chọn PLC s7-1200 và modun In/Out Analog:
53 - Chọn PC-system:
Hình 55: Chọn PC-system
- Kết nối PLC-s7 1200 với PC-system:
54 - Add new block để lập trình PLC:
Hình 57: Add new block để lập trình PLC
- Thiết kế giao diện HMI:
55 - Chương trình chính:
56 - Chương trình con Analog Input:
57 - Chương trình con Analog Output:
Hình 61: Chương trình con Analog Output
- Chương trình con Auto Off:
58 - Chương trình PID:
59 - Bảng địa chỉ Data:
Hình 64: Bảng địa chỉ Data
- Bảng Địa chỉ PLC tag:
60 Thuyết minh chương trình PLC
- Khi nhấn start biến tần hoạt động. - Gọi chương trình con Analog Input.
+ Điều khiển Sensor Simulation bằng tay do mô phỏng cảm biến áp suất. + Xử lý tín hiệu điện áp cảm biến áp sang đơn vị Bar.
- Gọi chương trình con Analog Output.
+ Xử lý tín hiệu Output PER áp sang đơn vị Hz. - Gọi hàm PID.
- Chế độ tự động tắt.
+ Biến tần sẽ dừng khi Sensor Simulation lớn giá trị đã thiết lập. 3. Thiết kế màn hình HMI giám sát:
61
Hình 67: Màn hình dữ liệu đồ thị áp suất bằng PID
Thuyết minh cơ chế hoạt động: - Nhấn start biến tần hoạt động
- Ta nhập dữ liệu giá trị set point là 8 Bar
- Ta điều khiển cột sensor simulation lên số bất kì - Khi đó PID hoạt động và xuất giá trị ra biến tần
62 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
1. Phân tích, đánh giá kết quả: a) Những kết quả đã đạt được: a) Những kết quả đã đạt được:
- Hồn thiện mơ phỏng kiểm sốt được đầu ra của áp suất máy nén khí theo yêu cầu. - Sử dụng các phần mềm linh hoạt để mơ phỏng và thiết kế hình ảnh hệ thống, điều khiển giáp sát. Cài đặt và giám sát thơng số áp suất, bảo vệ q dịng, sự cố máy nén khí.
- Sử dụng biến tần kết hợp PLC để điều khiển máy nén khí tiết kiệm điện, tăng tuổi thọ cho động cơ máy nén khí.
- Áp dụng PID để ổn định hệ thông làm việc ổn định.
- Giám sát và vận hành hệ thống thông qua giao diện SCADA.
- Ngồi ra nhóm em cịn học được tinh thần làm việc nhóm. Giúp đỡ lẫn nhau trong q trình thực hiện để hồn thành đồ án tốt nhất.
63 b) So sánh lượng kết quả điện năng tiêu thụ của máy nén khí sử dụng biến tần
so với máy nén khí thường chạy chế độ Load - Unload (tải - khơng tải):
Hình 68: Biểu đồ so sánh điện năng tiêu thụ của máy nén khí sử dụng biến tần so với máy nén khí thường chạy chế độ Load - Unload (tải - không tải)
c) Những mặt hạn chế:
Do tình hình dịch Covid-19 nên nhóm có rất nhiều khó khăn trong việc đi mua linh kiện nên chưa thể hồn thành một mơ hình hồn chỉnh. Với kiến thức còn hạn chế, thời gian có hạn và chưa có kinh nghiệm nên các thiết kế, mơ phỏng cịn đơn giản, các cơ cấu bảo vệ còn đơn giản, chưa ứng dụng được một các thực tế các kiến thức đã học.
64 2. Kết luận:
Với thời lượng làm đồ án giới hạn nhưng vẫn hồn kịp tiến độ, nhóm em xin chân thành cảm ơn tới thầy Lê Quang Đức là người đã dẫn dắt, đóng góp ý kiến, chỉ bảo chúng em và các thầy cô trong Viện kỹ thuật HUTECH, nếu khơng có thầy đề tài của chúng em có thể khơng hồn thành. Về phần đồ án thì nhóm em cịn nhiều mặt thiếu sót nhưng thiếu sót lớn nhất là vẫn chưa hồn thành được mơ hình, các mơ phỏng chỉ mang tính tương đối, khơng thể hiện triệt để những gì mà bản thân mong muốn.
Sau một thời gian thực hiện đề tài, em nhận thấy quá trình tìm hiểu các linh kiện hiện đại, đọc các tài liệu tiếng Anh vẫn còn là một điều mới mẻ đối với sinh viên. Vì vậy, em cũng mong muốn được nghiên cứu và tìm hiểu các đề tài thực tế, hiện đại để tích luỹ kinh