Cảm biến áp suất nước

Chương 4 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM, MƠ HÌNH

4.4. Chọn thiết bị điều khiển

4.4.4. Cảm biến áp suất nước

Hình 4. 26: Cảm biến áp suất nước

Thơng số kỹ thuật :

✓ Dãy đo áp suất thông thường từ 0-3 bar

✓ Tín hiệu ngõ ra dạng 0-5V

✓ Nhiệt độ làm việc thông thường từ 25ºC

✓ Sai số theo từng năm < 0.3% là đạt tiêu chuẩn

Công dụng :Đưa dữ liệu áp suất nước đường ống về PLC 4.4.5. Cảm biến mức nước

Thông số kỹ thuật :

Điện áp danh định và dòng 220V / 7,5AAC, 110V / 5AAC - Hướng lắp đặt theo chiều dọc

- Phạm vi kiểm soát mức nước 0.2-5.0 mét. - Nhiệt độ 5-75 ° C

- Công suất lớn nhất của bơm điều khiển trực tiếp 0.75kw (1.0HP)

4.5. Thiết kế giao diện Scada WinCC 4.5.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống 4.5.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống

Hệ thống gồm một bơm chạy nền và một bơm điều chỉnh áp suất, áp suất nước được đọc bởi cảm biến áp suất được lắp đặt ở đường nước cấp. Hệ thống được bảo vệ bơm bởi cảm biến mực nước, khi mực nước thấp bơm sẽ không chạy

Bồn chứa nước Bơm số 1(1 pha) Bơm số 2(3 pha) sử dụng biến tần Bơm hút nước từ bồn chứa nước Cấp nước đến người sử dụng Cảm biến áp suất

Cảm biến mực nước

4.5.2. Lập trình giao diện Scdada WinCC 4.5.2.1. Giới thiệu sơ lược về WinCC 4.5.2.1. Giới thiệu sơ lược về WinCC

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chun ngành tự động hóa.

Hình 4. 29: Phần mềm WinCC Scada

WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các cơng cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển.

4.5.2.2. Các bước thiết lập giao diện WinCC Bước 1: Nhấn nút Start→TiaportoV16

Hình 4. 30: Tạo project mới WinCC

Bước 2: Device & networks → Add new device → PC station

Bước 3: Chọn card mạng IE general kết nối với PLC-S7-1200 1212C AC/DC/RL.

Hình 4. 32: Chọn cấu hình card mạng

Thành quả đạt được

Chi tiết thực hiện được mơ tả ở chương thi cơng mơ hình

4.6. Chọn thiết bị phần cứng.

4.6.1. Bồn chứa nước cho hệ thống

Hình 4. 34: Bồn nước cấp của hệ thống Bồn số 1 Bồn số 2 Mực nước Áp suất Bơm nước

Xây dụng hệ thống gồm 2 bồn nước:

- Bồn số 1: Mô phỏng bồn chưa nước của hệ thống - Bồn số 2: Mô phỏng nước cấp của hệ thống.

4.6.2. Ống nhựa PVC, phụ kiện keo dán, cao su non.

Hình 4. 35: Ống nhựa PVC

Ống được sử dụng trong mơ hình là ống nhựa PVC phi 21, có chức năng dẫn nước.

Hình 4. 36: Phụ kiện co ống

Hình 4. 37: Đầu ren nối vào bình

Phụ kiện đầu ren có chức năng nối bình nước vào ống nước.

Hình 4. 38: Keo dán ống

Có chức năng kết dính các ống lại với nhau.

Hình 4. 39: Cao su non

4.6.3. Chọn Bơm cho hệ thống 4.6.3.1. Bom nước 1 pha 4.6.3.1. Bom nước 1 pha

Hình 4. 40: Bơm nước 1 pha GP-129JXK

Thơng số kỹ thuật:

- Màu sắc Xanh dương

- Kích thước 206mm x 152mm x 212mm

- Họng hút xả 3cm

- Loại máy bơm Máy bơm nước đẩy cao

- Nguồn điện áp 220V / 50Hz

- Công suất 125W

- Lưu lượng nước 30 lít/phút

- Độ hút sâu 9m

- Độ cao đẩy 21m

- Trọng lượng sản phẩm 5,4kg

- Sản xuất tại Indonesia

- Bảo hành 24 tháng

- Thương hiệu Nhật Bản

4.6.3.2. Bom nước 3 pha

Hình 4. 41: Bơm nước TECO G-31-50 2P 1HP 0.75KW

Thông số kỹ thuật phù hợp với biến tần 0.75KW

Thông số kỹ thuật:

- Mã: G-31-50

- Công suất: 0.75kw = 1Hp

- Điện áp: 3 pha 380V - Tốc độ: 2P-2900

- Lưu lượng: 12.8 – 19.2 m3/h

- Cột áp: 9.5 - 7 m

- Đường kính hút xả: 51-54 mm

- Thương hiệu: Teco

Chương 5. THI CƠNG THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH 5.1. Viết chương trình cho PLC S7-1200 AC/DC/RL 5.1. Viết chương trình cho PLC S7-1200 AC/DC/RL

5.1.1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm TiaportoV16 Bước 1: Chúng ta mở phần mềm và tạo dự án mới Bước 1: Chúng ta mở phần mềm và tạo dự án mới

Hình 5. 1: Tạo project mới cho dự án

Nhấp vào biểu tượng TIA Portal trên màn hình máy tính sau đó chọn “Create new projiect”.

Bước 2: Thêm thiết bị vào chương trình

Nhấp chuột vào ô “Device & Networks” và nhấp vào “Add new device”.

Hình 5. 2: Tạo PLC mới cho dự án

Sau khi nhấp chuột vào ô “Add new device” sẽ hiển thị hộp thoại để lựa chọn thiết bị cần sử dụng cho đề án.

Tạo cấu hình cho thiết bị bằng cách chèn một CPU vào đề án: nhấp chuột vào CPU cần sử dụng, chọn loại CPU 1212 AC/DC/RL

Bước 3: Device view gán địa chỉ IP vào PLC.

Hình 5. 4: Đặt địa chỉ IP cho PLC

Bước 4: Thêm các module vào cấu hình

Hình 5. 5: Tạo module mở rộng Analog cho PLC

Để chèn module vào cấu hình phần cứng, ta lựa chọn module cần sử dụng trong danh mục phần cứng “Hardware catalog”, nhấp chuột vào “Controllers”, chọn “SIMATIC S7-

1200”, sau đó chọn kiểu modulE cần sử dụng và nhấp đơi chuột hay kéo module đó đến khe được tơ sáng.

Bước 5: Tiến hành mơ phỏng chương trình.

Nhấp vào biểu tượng mơ phỏng

Như vậy ta đã mơ phỏng được chương trình PLC

Hình 5. 8: PLC ảo

5.1.2. Viết chương trình trên phần mềm TiaportoV16 5.1.2.1. Tạo các khối hàm cho hệ thống 5.1.2.1. Tạo các khối hàm cho hệ thống

Hình 5. 10: Các khối hàm

Chương trình gờm:

- 1 khối chương trình chính

- 2 chương trình con

- 1 chương trình ngắt

- 1 khối DB dữ liệu

5.1.2.2. Chương trình chính (Main)

Chương trình mặt định sẽ chạy chương trình Main.

Hình 5. 12: Chương trình Man bơm số 1

Network 1: Ở network này hệ thống sẽ gọi chương trình con Scale, chương trình này

Network 2: Ở network này chương trình con tính toán gọi bơm

Network 3: Ở network này là chương trình cấp điện cho ngõ ra của bơm số 1 gồm 2

chế độ như sau

Khi “data”.mode băng 1 chương trình sẽ chạy theo nhánh trên dựa vào tính hiệu của “data”.man bơm 1 , khi ta tác động “data”.man bơm 1 thì bơm sẽ được kích hoạt chạy. Chế độ này là chế độ Man của hệ thống

Khi “data”.mode băng 0 chương trình sẽ chạy theo nhánh dưới dựa vào tính hiệu của “data”.enable1 , khi ta tác động “data”.enable1 thì bơm sẽ được kích hoạt chạy. Chế độ này là chế độ Auto của hệ thống

Bơm nước khóa chéo bởi tính hiệu mực nước thấp.

Hình 5. 13: Chương trình Man bơm số 2

Network 4: Ở network này là chương trình cấp điện cho ngõ ra của bơm số 1 gồm 2

chế độ như sau

Khi “data”.mode băng 1 chương trình sẽ chạy theo nhánh trên dựa vào tính hiệu của “data”.man bơm 2 , khi ta tác động “data”.man bơm 2 thì bơm sẽ được kích hoạt chạy. Chế độ này là chế độ Man của hệ thống

Khi “data”.mode băng 0 chương trình sẽ chạy theo nhánh dưới dựa vào tính hiệu của “data”.enable2 , khi ta tác động “data”.enable2 thì bơm sẽ được kích hoạt chạy. Chế độ này là chế độ Auto của hệ thống

Network 6: Chương trình này có tác dụng chuyển đổi giá trị hiện thị Auto/Man trên

WinCC

Hình 5. 14: Chương trình hiển thị Auto Man trên WinCC

5.1.2.3. Chương trình Scale cảm biến (Scale)

Hình 5. 15: Chương trình Scale cảm biến

Network 1: Ở network này chương trình scale cho cảm biến áp suất, cảm biến áp suất

Giá trị ngõ vào là 0-5V tương ứng từ 0-3bar. Sô mặc định của nhà sản suất là 0- 10V tương ứng 0-27648, như vậy ta chia hai số 27648 ta được 13824.

Nhập vào các hàm Norm_X và Scale_X ta được giá trị ra là áp suất.

Network 2: Ở network này chương trình scale cho tín hiệu Analog điều khiển biến tần,

ngõ vào biến tần này được đấu nối vào chấn A0 của module mở rộng có địa chỉ là QW96

Giá trị ngõ ra là 0-10V tương ứng từ 0-50Hz. Sô mặc định của nhà sản suất là 0- 10V tương ứng 0-27648.

Nhập vào các hàm Norm_X và Scale_X ta được giá trị ra là áp suất.

5.1.2.4. Chương trình tính tốn gọi bơm

Network 1: Chương trình sẽ thực hiện như sau:

So sánh áp suát đọc về lớn hơn giá trị cài đặt max sẽ báo vượt ngưỡng So sánh áp suát đọc về lớn hơn giá trị cài đặt min sẽ báo ngưỡng thấp

Network 2: Thực hiện chạy nền bơm 1 khi có tính hiệu start

Network 3: Bơm số 2 sẽ chạy với ngưỡng nhỏ hơn ngưỡng cài đặt max.

5.1.2.5. Chương trình ngắt (Cyclic interrupt)

Hình 5. 17: Chương trình PID

Network 1: Chương trình sẽ gọi khối PID

Hình 5. 18: Thiết lập khối PID

5.1.2.6. Khối Datablock.

Hình 5. 19: Khối datablock

Các thống số này sẽ được liên kết với HMI.

5.2. Lập trình giao diện Scada WinCC 5.2.1. Lập trình giao diện cơ bản 5.2.1. Lập trình giao diện cơ bản

Đầu tiên chúng ta tạo khung tên bằng các lệnh Rectangle, Text, Graphics views

Rectangle

Ở lệnh này chúng ta tạo khung, và chọn màu nền cho khung.

Hình 5. 20: Tạo nền cho giao diện

Text

Ở lệnh này chúng ta tạo chữ và đặt vào khung, và chọn màu chữ và kích thước chữ.

Hình 5. 22: Tạo màu chữ viết

Graphics view

Ở lệnh này ta chèn hình vào, tạo hình logo trường.

Tiếp đến chúng ta sử dụng lệnh Circle để tạo trạng thái cảm biến

Circle

Hình 5. 24: Tạo hiệu ứng cảnh báo

Trong mục Animation ta chọn Apprearance chọn màu cho biến và link point vào Ở bước link point ta chỉ việc chọn point ở PLC

Tiếp đến chúng ta sử dụng thư viện hình ảnh của WinCC tạo ra các hình động cơ đang hoạt động.

Hình 5. 26: Thư viện chương trình WinCC

Chúng ta vào mục Graphics để chọn hình anh phù hợp và đặt vào giao diện kết hợp tạo thành các hình như sau:

Sử dụng khối IO Field để hiển thị thông số và cài đặt thông số

Sử dụng khối Button để điều khiển.

Sử dụng khối Checkbox để chọn Auto/Man

5.2.2. Lập trình giao diện đồ thị. Bước 1: Chọn khối Historical data

Hình 5. 31: Tạo Historical data

Bước 2: Tạo Data logs

Bước 3: Tạo lưu dữ liệu áp suất và áp suất cài đặt

Hình 5. 32: Tạo Data logs

Bước 4:Tạo trang Trend và chọn

Bước 5:Link dữ liệu logging vào đồ thị

5.2.3. Lập trình giao diện báo cáo. Bước 1:Tạo trang Report và chọn Bước 1:Tạo trang Report và chọn

Bước 2:Link dữ liệu logging vào report

Hình 5. 36: Đưa point vào giao diện Report.

5.3. Mô phỏng thực nghiệm PLC và WinCC 5.3.1. Giao diện mô phỏng PLC và WinCC 5.3.1. Giao diện mô phỏng PLC và WinCC

Giao diện mô phỏng PLC

Giao diện chạy của WinCC

5.3.2. Mô phỏng hệ thống chế độ Auto với các ngưỡng áp suất.

Giao diện mô phỏng WinCC

Hình 5. 39: Giao diện WinCC

Nhìn vào giao diện ta có thể thấy được rằng áp suất lúc này bằng 0.0 bar, áp suất cài đặt ngưỡng thấp là 0.3 bar, và bảng trạng thái đang báo hệ thống có áp suất đang ở ngưỡng thấp.

Hình 5. 40: Bảng trạng thái

Hình 5. 41: Thơng số áp suất

Hình 5. 42: Thơng số áp suất cài đặt

Tiếp theo chúng ta chọn chế độ Auto và Start hệ thống

Ở phần ngõ ra PLC ta thấy lúc này 2 bơm sẽ chạy

Hình 5. 44: Bảng trạng thái ngõ vào và ngõ ra của PLC

Phần giao diện hiển thị màu xanh biểu thị hệ thống đã chạy