4.2. Thi cơng phần điện
Hình 4.8: Thi cơng tủ điện
Bước 1. Khoan lỗ bảng điện, tủ điện: xác định các vị trí đặt nút nhấn và đèn
Chương 4: Thi công hệ thống
Bước 2. Tiến hành khoan lỗ lắp ráp các thiết bị lên bảng điện: đặt các thiết bị
lên bảng điện, sau đó dùng bút đánh dấu các vị trí cần khoan lỗ. Tiến hành khoan, bắt ốc lên các thanh nhôm làm đế thiết bị. Tiếp theo lắp thiết bị vào các vị trí như bản vẽ thiết kế.
Bước 3. Đi dây các thiết bị: đi dây các thiết bị như thiết kế, các dây được đấu
vào thiết bị và dây được đi trong các máng điện để tạo sự gọn gàng tăng tính thẩm mỹ.
Bước 4. Dùng VOM kiểm tra theo sơ đồ đấu dây: sau bước đi dây cần dùng
VOM kiểm tra lại mạch điện xem đã đúng yêu câu đề ra hay chưa, phải đảm bảo an toàn về điện.
Bước 5. Bật nguồn và chạy thử: hoàn thành tủ điện và bật nguồn chạy thử
chương trình đã viết cho hệ thống trên máy tính.
4.3. Cài đặt biến tần
Bước 1. Reset biến tần: để reset biến tần ta chọn các thông số sau: P0003 = 1,
P0010 = 30, P0970 = 21.
Bước 2. Chọn tần số hoạt động: chọn tần số 50 Hz cho động cơ ba pha. Bước 3. Cài đặt thông số của biến tần dùng cho động cơ ba pha như sau:
Điện áp động cơ 230 V: P0304 = 230
Dòng điện động cơ 5.5 A: P0305 = 5.5
Công suất động cơ 0.75 kW: P307 = 0.75
Hiệu suất động cơ 0.8: P0308 = 0.8
Tần số động cơ 50 Hz: P03010 = 50
Tốc độ danh định của động cơ là 3000 RPM: P0311 = 3000
Bước 4. Chọn Connection Macro: chọn Connection Macro Cn010 để cho phép
biến tần nhận tín hiệu từ PLC thơng qua giao thức USS.
Bước 5. Chọn Application Macro: chọn AP010 dành cho máy bơm công suất
nhỏ.
4.4. PID trong phần mềm TIA Portal
Để PLC có thể điều khiển tốc độ của máy bơm 1, trước tiên PLC sẽ đọc giá trị cảm biến để nhận biết khi đóng mở van, sau đó ra lệnh cho biến tần điều chỉnh tốc độ máy bơm. Q trình này cần phải có sự tham gia của hàm PID trong phần mềm. Để sử dụng hàm PID, thực hiện các bước như sau:
Bước 1. Thêm hàm ngắt: chọn Add new block, Cyclic interrupt.
Hình 4.9: Thêm hàm ngắt
Bước 2. Thêm hàm PID: chọn PID_Compact để thêm vào chương trình.
Chương 4: Thi công hệ thống
Bước 3. Tiến hành cài đặt thông số cho PID: cài đặt các thông số cần điều
khiển cho PID như áp suất, khoảng đo…
Hình 4.11: Cấu hình cho hàm PID
Bước 4. Cho hàm PID chạy Pretuning, Finetuning: dùng để cập nhật các giá trị
cho bộ điều khiển theo yêu cầu của hệ thống.
4.5. Thi công giao diện giám sát, điều khiển, viết chương trình4.5.1. Viết chương trình 4.5.1. Viết chương trình
Bước 1. Tạo một project mới, thêm các thiết bị cần thiết (cụ thể là CPU 1214 DC/DC/DC): cần chọn version mới nhất cho thiết bị để phù hợp với phần mềm,
ngồi ra có thể thêm vào các module AI, AQ nếu cần thiết.
Hình 4.13: Tạo project lập trình
Bước 2. Viết chương trình trong phần Program block
Tiến hành viết từng phần của chương trình: chương trình con, hàm ngắt, khối lưu trữ dữ liệu... Tùy thuộc vào yêu cầu hệ thống mà chương trình sẽ đơn giản hoặc phức tạp.
Chương 4: Thi công hệ thống
Bước 3. Tiến hành chạy thử: sau khi viết xong chương trình, ta biên dịch
chương trình và cho chạy mơ phỏng để kiểm tra xem chương trình đã hoạt động tốt hay chưa, sau đó có thể tiến hành sửa đổi, bổ sung…
Hình 4.15: Biên dịch chương trình
Hình 4.16: Nạp chương trình vào PLC
Hình 4.18: Kiểm tra các trạng thái hoạt động4.5.2. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát 4.5.2. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát
Yêu cầu thiết kế đối với giao diện giám sát:
Phác họa về hệ thống gồm tòa nhà, đường ống và máy bơm…
Theo dõi được trạng thái vận hành của hệ thống.
Hiển thị thông tin về các giá trị như áp suất, tần số…
Thiết kế đơn giản, dễ hiểu.
Các bước thiết kế giao diện được tiến hành như sau:
Bước 1. Thêm thiết bị cần thiết: đầu tiên cần thêm một HMI vào chương trình,
sau đó ta kết nối PLC và HMI để chúng có thể giao tiếp với nhau.
Chương 4: Thi cơng hệ thống
Hình 4.20: Kết nối HMI với PLC
Bước 2. Tiến hành thiết kế giao diện: trước tiên ta thêm một màn hình Scada
mới, sau đó có thể tiến hành thiết kế giao diện và thêm các hiệu ứng, chuyển động…
Hình 4.21: Thêm màn hình Scada
Hình 4.23: Thêm đặc điểm, hiệu ứng cho các đối tượng
Bước 3. Thêm các tag vào PLCSIM: để thuận tiện cho việc quan sát và tiến
hành mơ phỏng, ta có thể thêm những tag cần thiết vào giao diện PLCSIM
Hình 4.24: Thêm các tag vào PLCSIM
Bước 4. Tiến hành chạy thử: sau khi hoàn tất, ta kiểm tra lại, biên dịch chương
Chương 4: Thi công hệ thống
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ5.1. Kết quả nghiên cứu 5.1. Kết quả nghiên cứu
Sau khi đề ra phương án, trải qua q trình thiết kế và thi cơng, hệ thống cấp nước cho tòa nhà đã được hồn thiện. Qua q trình nghiên cứu, dễ dàng nhận thấy đặc điểm của hệ thống này là khả năng đáp ứng phụ thuộc nhiều vào bộ điều khiển PID, bởi vì với mỗi thơng số khác nhau của bộ điều khiển PID sẽ cho một kết quả khác nhau. Dựa vào đó, để có một bộ số PID đáp ứng tốt, hệ thống đã được thử nghiệm nhiều lần và hiệu chỉnh phù hợp, sau đó đưa ra kết quả cuối cùng.
5.2. Kết quả thi cơng cơ khí
Dựa trên tính tốn và thiết kế bản vẽ trước đó, sau thi cơng thì mơ hình được hồn chỉnh và đáp ứng tốt các yêu cầu đã đặt ra.
Hình 5.1: Kết quả thi cơng mơ hình
Một số nhận xét về kết quả thi cơng phần cơ khí:
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Một số vị trí chưa đáp ứng tốt yêu cầu như phần mica xung quanh chưa khớp hồn tồn với phần khung, các van nước đơi khi bị rò rỉ nên được gia cố thêm bằng băng keo đen.
Đáp ứng yêu cầu về thẩm mỹ và chắc chắn.
5.3. Kết quả thi công phần điện
Phần điện và các kết nối được gói gọn vào trong tủ điện. Dây điện và dây cáp kết nối sẽ được đặt trong các máng điện để đảm bảo yêu cầu về cách điện, thẩm mỹ.
Hình 5.2: Kết quả thi cơng tủ điện
Kết quả đạt được sau khi thi công phần điện:
Chất lượng tổng thể đạt mức yêu cầu.
Các thiết bị được đấu nối và đặt trong tủ điện đảm bảo các yêu cầu về cách điện.
5.4. Kết quả giao diện giám sát và điều khiển
Giao diện giám sát SCADA được thiết kế trên phần mềm TIA Portal V15, cung cấp cho người giám sát thông tin về trạng thái vận hành của hệ thống, áp suất thực tế và giá trị đặt, tần số và hoạt động của các máy bơm.
Đánh giá giao diện giám sát:
Giao diện đơn giản, dễ dàng quan sát.
Có tích hợp hiệu ứng cho các thiết bị để nhận biết khi chúng hoạt động.
Các thông số cần theo dõi được thể hiện đầy đủ.
Hình 5.3: Kết quả giao diện giám sát5.5. Kết quả vận hành hệ thống 5.5. Kết quả vận hành hệ thống
Ta có thể vận hành hệ thống ở 2 hình thức:
Mơ phỏng: chạy mô phỏng để xem trước sự hoạt động của các biến, các tag hay các hiệu ứng, ngồi ra có thể xem trước hoạt động của bộ điều khiển PID. Ưu điểm của hình thức này là hạn chế các rủi ro xảy ra trước khi vận hành, tuy nhiên sẽ khơng có số liệu thực của áp suất và tần số mà ta phải tự tác động cho áp suất thay đổi.
Vận hành thực tế: hệ thống sẽ vận hành một cách tự động, từ đó ta dễ dàng quan sát được cách mà áp suất và tần số thay đổi tỉ lệ với nhau, hay các máy bơm tự hoạt động dựa trên các thơng số đã cài đặt. Ưu điểm của hình thức này là quan sát dễ dàng hơn nhưng phải đảm bảo
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
chương trình và các phần khác hoạt động tốt với nhau, nếu khơng sẽ gây hư hỏng đến hệ thống.
Hình 5.4: Hệ thống ở trạng thái OFF
Hình 5.5: Hệ thống ở trạng thái vận hành
Về cơ bản, giao diện giám sát của cả 2 hình thức này đều như nhau, chỉ khác ở việc khi mơ phỏng thì ta tác động trên phần mềm (có thể tác động ON, OFF hay tăng giảm áp suất một cách tùy ý); khi vận hành thực tế sẽ tác động trên tủ điện (cụ thể là các nút ON, OFF, áp suất thay đổi khi ta đóng mở các van)
Một số hình ảnh khi mơ phỏng:
Hình 5.6: Một số hình ảnh mơ phỏng hệ thống
Hình 5.7: Một số hình ảnh mơ phỏng hệ thống
Để có được bộ số PID tốt nhất, hệ thống được thử nghiệm trong nhiều trường hợp khác nhau, sau đó tùy trường hợp mà có thể điều chỉnh các hệ số của bộ điều khiển để đem đến kết quả tốt nhất. Trong q trình thử nghiệm hệ thống, có thể dị được rất nhiều những bộ số khác nhau của bộ điều khiển PID, với mỗi bộ số thì khả năng đáp ứng của hệ thống đều khác nhau. Do đó chỉ có thể lấy ra một vài trường hợp điển hình để xem xét.
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Một số trường hợp khi vận hành thực tế:
Trường hợp 1: quan sát đồ thị có 2 đường màu xanh và đỏ lần lượt tương ứng
với áp suất thực tế và tần số ngõ ra. Có thể thấy trong trường hợp này thời gian quá độ ở mức trung bình, vọt lố cao.
Hình 5.8: Kết quả vận hành hệ thống, trường hợp 1
Hình 5.9: Thơng số PID của trường hợp 1
Trường hợp 2: có thể thấy hệ thống có thời gian q độ trung bình, vọt lố ban
đầu thấp hơn tuy nhiên kéo theo tình trạng mất ổn định hơn so với trường hợp đầu tiên.
Hình 5.10: Kết quả vận hành hệ thống, trường hợp 2
Hình 5.11: Thơng số PID của trường hợp 2
Trường hợp 3: lúc này thời gian quá độ ở mức khá nhanh, vọt lố tăng cao, tuy
nhiên hệ thống duy trì tần số và áp suất ở một mức độ ổn định hơn so với hai trường hợp ban đầu.
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Hình 5.12: Kết quả vận hành hệ thống, trường hợp 3
Hình 5.13: Thơng số PID của trường hợp 3
Trường hợp 4: cũng là bộ số PID được lựa chọn để sử dụng, có đặc điểm: thời
Hình 5.14: Kết quả vận hành hệ thống, trường hợp 4
Hình 5.15: Thơng số PID của trường hợp 4
Ngồi ra, có thể thấy áp suất thay đổi tăng hoặc giảm khi đóng, mở van nước.
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1. Kết luận
Sau khi tìm hiểu và hồn thành đề tài “Thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống cấp nước trong tịa nhà” đã đáp ứng được tương đối những nội dung và mục tiêu đã đề ra ban đầu. Mơ hình đã đáp ứng được vấn đề ổn định áp suất trong đường ống theo đúng như yêu cầu. Do trong trường hợp này, hệ thống chỉ đang ở mức độ mơ hình nên khơng thể đạt nhiều yêu cầu như trong thực tế.
Các nội dung đã đạt được:
Hồn thành mơ hình đúng với yêu cầu đề ra về cơ khí, điện, giao diện giám sát...
Chương trình chính và bộ điều khiển PID ổn định áp suất ở mức 0.7 bar.
Có thêm kiến thức về PLC, bộ điều khiển PID cũng như những mặt khác của hệ thống.
Bên cạnh đó, cũng có những hạn chế:
Mơ hình bị rung nhẹ khi máy bơm hoạt động.
Một vài vị trí của đường ống bị rỉ nước.
Các u cầu điều khiển của mơ hình đơn giản.
6.2. Hướng phát triển
Hệ thống này có khả năng áp dụng cao trong các nhà máy hay khu công nghiệp, khi mà lượng nước yêu cầu rất lớn và phải đảm bảo về mặt áp suất. Để tối ưu hơn có thể mở rộng sử dụng thêm nhiều máy bơm để tăng khả năng đáp ứng áp suất trong đường ống. Ngồi ra cịn có thể sử dụng thêm màn hình HMI thay vì thiết kế giao diện trên SCADA để thuận tiện hơn cho người sử dụng.
Tài liệu tham khảo
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Báo cáo của Sở Xây dựng TP. HCM về nhà chung cư, 2019.
[2] Muhammad Farrukh1, Design and Implementation of PLC based Automatic Liquid Distillation System, 2017.
[3] Saif Aldeen Saad Alkadhim, Three-phase Induction Motor: Types and Structure, 2020.
[4] Ahmed M. T. Ibraheem Al-Naib, Single-Phase Induction Motors, 2019.
[5] Siemens, SINAMICS V: Speed Control of a V20 with S7-1200 (TIA Portal) via USS Protocol with HMI, 2014.
[6] Lý thuyết PID, Internet: https:// vi.wikipedia.org/wiki/ Bộ_điều_khiển_PID. [7] Siemens, S7-1200 System Manual, 2013.
[8] Siemens, SINAMICS V20 Inverter Manual, 2014.
[9] Siemens, Siemens PLC V20 Speed Control S7-1200 USS RS485-VN, 2014 [10] Siemens, Simple Speed Control of an SINAMICS V20 with S7-1200/1500 using the USS Protocol, 2014
Phụ lục