1. Tớnh cấp thiết của đề tài
4.2.4.Lựa chọn thiết bị điều khiển
4.2.4.1. Giới thiệu chung về CPU 226
Bảng 4.1. Thụng số kỹ thuật của CPU 226
Thụng số CPU 226 CPU 226XP Tốc độ xử lớ (ms/phộp tớnh) 0.22 0.22 Bộ nhớ chương trỡnh (kb) 10 20 Bộ nhớ dữ liệu (kb) 24 48
Vựng biển nhớ 32byte (M0.0=>M31.7) 32byte (M0.0=>M31.7) Số đầu vào ra số
(DI/DO) 40 (24DI/16DO) + 2 AI 40 (24DI/16DO) + 1 AI Số đầu vào ra mở rộng
tối đa
AI/AO: (28AI và 7AO) hoặc 14AO
DI/DO: (128DI và 120DO)
AI/AO: (28AI và 7AO) hoặc 14AO
DI/DO: (128DI và 120DO)
Số Timer/Counter 256 Counter(16bit), 256 timer
256 Counter(16bit), 256 timer
Cổng truyền thụng 2 RS485 (MPI, PPI, COM)
2 RS485 (MPI, PPI, COM)
Nguồn điện 24VDC hoặc 220VAC, 50Hz
24VDC hoặc 220VAC, 50Hz
Pin nhớ 100h đến 200 ngày 100h đến 200 ngày
Bộ đếm tốc độ cao 4 bộ 32 bit(fmax=30kHz) +2 bộ 32 bit (fmax=200kHz) 4 bộ 32 bit(fmax=30kHz) +2 bộ 32 bit (fmax=200kHz) Cấp nguồn ra 24 VDC cú bảo vệ ngắn mạch 24 VDC cú bảo vệ ngắn mạch 4.2.4.2. Lựa chọn CPU
Đối với mụ hỡnh bơm thoỏt nước trong phũng thớ nghiệm như đó phõn tớch ở trờn gồm cú cỏc biến đầu vào/ra như hỡnh 4.4:
* Hệ thống gồm cú 16 tớn hiệu vào đú là:
- S1, S2, S3, S4 – Là cỏc tiếp điểm thường mở của cảm biến mức nước. - Start – Nỳt ấn khởi động hệ thống (sử dụng tiếp điểm thường mở). - Stop – Nỳt ấn dừng hệ thống (sử dụng tiếp điểm thường mở).
- RN1, RN2, RN3 – Là 3 tiếp điểm thường mở của rơ le nhiệt để bảo vệ quỏ tải cho cỏc động cơ bơm.
- ON/OFF1, ON/OFF2, ON/OFF3 – Là cỏc nỳt ấn bật tắt bằng tay tương ứng với 3 bơm.
- Au/Man – Là cụng tắc chọn chế độ làm việc của hệ thống. - Q1, Q2, Q3 – là cỏc cảm biến lưu lượng.
Hỡnh 4.4: Cấu trỳc phần cứng của hệ thống
* Hệ thống gồm cú 16 tớn hiệu ra đú là:
- KB1, KB2, KB3 – Là cỏc cuộn dõy điều khiển cấp điện cho 3 động cơ bơm.
- KB1.1, KB2.1, KB3.1 – Là cỏc cuộn dõy cấp điện cho 3 van điện từ để mồi nước cho cỏc bơm.
- CC – Là cuộn dõy cấp điện cho hệ thống chuụng cảnh bỏo.
- Đ1, Đ2, Đ3 – Là cỏc đốn bỏo màu đỏ (bỏo hiệu động cơ đang dừng hoạt động).
- ĐBL1, ĐBL2, ĐBL3 – Là cỏc đốn bỏo lỗi. - VNS1, VNS2, VNS3 – Là cỏc van điện từ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với những yờu cầu thiết kế nờu trờn, lựa chọn CPU 226 là phự hợp. CPU 226 với cỏc tớnh năng kỹ thuật đó nờu ở phần trờn cú 24 cổng vào và 16 cổng ra số onboard, cú giỏ thành phự hợp và đạt cỏc tiờu chuẩn làm việc trong hầm mỏ.
Cỏc tớn hiệu vào
Để thuận lợi cho việc lựa chọn cấu hỡnh hệ thống điều khiển, trong mục sau sẽ giới thiệu ghộp nối phần cứng giữa PLC S7-200 với hệ thống bơm thoỏt nước mỏ thụng qua cỏc cổng vào ra.
4.2.5. Thiết kế sơ đồ điện cho mụ hỡnh * Sơ đồ mạch lực của mụ hỡnh.
Hỡnh 4.5: Sơ đồ mạch lực của mụ hỡnh
Do mụ hỡnh mang tớnh chất mụ phỏng quỏ trỡnh hoạt động của hệ thống bơm thoỏt nước ngoài thực tế, để thuận tiện cho việc lắp đặt vận hành và sử dụng mụ hỡnh ta chọn cỏc động cơ bơm B1, B2, B3 là loại động cơ 1 pha cụng suất nhỏ Uđm=220vAC, cỏc van điện từ là sử dụng loại van D25; Uđm = 220v cụng suất nhỏ, vỡ vậy trong phần luận văn này khụng trỡnh bày phương phỏp tớnh chọn cỏc thiết bị trờn sơ đồ. Mụ hỡnh sử dụng điện ỏp xoay chiều 220v
* Sơ đồ mạch điều khiển của mụ hỡnh.
4.2.6. Thiết kế chương trỡnh điều khiển mụ hỡnh bơm thoỏt nước mỏ
4.2.5.1. Bảng xỏc định cỏc tớn hiệu vào/ ra
Ghộp nối giữa Cảm biến, cơ cấu chấp hành với cổng vào/ra của PLC S7-200 được biểu diễn ở bảng 4.2.
Bảng 4.2: Bảng đấu nối vào/ra giữa hệ thống bơm và PLC S7-200
Ghộp nối với cổng vào của PLC
STT Kớ hiệu Tờn thiết bị Kiểu
tiếp điểm
Ghộp nối với PLC
1 S1 Cảm biến đo mức nước NC DI
2 S2 Cảm biến đo mức nước NO DI
3 S3 Cảm biến đo mức nước NO DI
4 S4 Cảm biến đo mức nước NO DI
5 Start Nỳt bấm khởi động NO DI
6 Stop Nỳt bấm dừng NC DI
7 RL 1 Rơ le bảo vệ bơm B1 NC DI
8 RL 2 Rơ le bảo vệ bơm B2 NC DI
9 RL 3 Rơ le bảo vệ bơm B3 NC DI
10 ON/OFF1 Nỳt ấn ĐK bơm B1 NO DI
11 ON/OFF2 Nỳt ấn ĐK bơm B2 NO DI
12 ON/OFF3 Nỳt ấn ĐK bơm B3 NO DI
13 AU/MAN Cụng tắc chọn chế độ auto/man NO DI
14 Q1 Cảm biến lưu lượng 1 NO DI
15 Q2 Cảm biến lưu lượng 2 NO DI (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
16 Q3 Cảm biến lưu lượng 3 NO DI
Ghộp nối với cổng ra của PLC STT Kớ hiệu Tờn thiết bị Kiểu tiếp điểm Ghộp nối với PLC
1 KB1 Cuộn dõy rơ le điều khiển bơm B1 NO DO
2 KB2 Cuộn dõy rơ le điều khiển bơm B2 NO DO
3 KB3 Cuộn dõy rơ le điều khiển bơm B3 NO DO
5 KB2.1 Cuộn dõy rơ le điều khiển bơm mồi 2 NO DO 6 KB3.1 Cuộn dõy rơ le điều khiển bơm mồi 3 NO DO
7 CC Cuộn dõy rơ le điều khiển chuụng NO DO
8 Đ1 Đốn bỏo B1 đang dừng NO DO
9 Đ2 Đốn bỏo B2 đang dừng NO DO
10 Đ3 Đốn bỏo B3 đang dừng NO DO
11 ĐBL1 Đốn bỏo lỗi bơm 1 NO DO
12 ĐBL2 Đốn bỏo lỗi bơm 2 NO DO
13 ĐBL3 Đốn bỏo lỗi bơm 3 NO DO
14 VNS1 Cuộn dõy rơ le điều khiển van năng suất 1
NO DO
15 VNS2 Cuộn dõy rơ le điều khiển van năng suất 2
NO DO
16 VNS3 Cuộn dõy rơ le điều khiển van năng suất 3
NO DO
• Địa chỉ Vào/Ra cho cỏc cổng được biểu diễn trong bảng địa chỉ hỡnh thức (bảng 4.3)
Bảng 4.3: Bảng gỏn địa chỉ vào/ra cho cỏc cổng địa chi hỡnh thức
Địa chỉ cổng DI
STT Tờn cổng Địa chỉ Kiểu dữ liệu Chức năng
1 S1 I0.0 BOOL Đọc mức nước 1
2 S2 I0.1 BOOL Đọc mức nước 2
3 S3 I0.2 BOOL Đọc mức nước 3
4 S4 I0.3 BOOL Đọc mức nước 4
5 Start I0.4 BOOL Nỳt khởi động hệ thống
6 Stop I0.5 BOOL Nỳt dừng hệ thống
7 RL 1 I0.6 BOOL Rơ le bảo vệ bơm B1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
8 RL 2 I0.7 BOOL Rơ le bảo vệ bơm B2
9 RL 3 I1.1 BOOL Rơ le bảo vệ bơm B3
10 ON/OFF1 I1.2 BOOL Nỳt bấm điều khiển bơm
1
11 ON/OFF2 I1.3 BOOL Nỳt bấm điều khiển bơm
12 ON/OFF3 I1.4 BOOL Nỳt bấm điều khiển bơm 3
13 AU/MAN I1.5 BOOL Cụng tắc chọn chế độ
14 Q1 I1.0 BOOL Cảm biến lưu lượng 1
15 Q2 I1.6 BOOL Cảm biến lưu lượng 2
16 Q3 I1.7 BOOL Cảm biến lưu lượng 3
Địa chỉ cổng DO
STT Tờn cổng Địa chỉ Kiểu dữ liệu Chức năng
1 KB1 Q0.0 BOOL Điều khiển bơm 1
2 KB2 Q0.1 BOOL Điều khiển bơm 2
3 KB3 Q0.2 BOOL Điều khiển bơm 3
4 KB1.1 Q0.3 BOOL Điều khiển van mồi 1
5 KB2.1 Q0.4 BOOL Điều khiển van mồi 2
6 KB3.1 Q0.5 BOOL Điều khiển van mồi 3
7 CC Q0.6 BOOL Chuụng cảnh bỏo
8 Đ1 Q0.7 BOOL Đốn bỏo B1 đang dừng
9 Đ2 Q1.0 BOOL Đốn bỏo B2 đang dừng
10 Đ3 Q1.1 BOOL Đốn bỏo B3 đang dừng
11 ĐBL1 Q1.2 BOOL Đốn bỏo lỗi bơm 1
12 ĐBL2 Q1.3 BOOL Đốn bỏo lỗi bơm 2
13 ĐBL3 Q1.4 BOOL Đốn bỏo lỗi bơm 3
14 VNS1 Q1.5 BOOL Van năng suất 1
15 VNS2 Q1.6 BOOL Van năng suất 2
16 VNS3 Q1.7 BOOL Van năng suất 3
4.2.5.2. Thiết kế chương trỡnh điều khiển
b) Thiết kế lưu đồ điều khiển. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ thống bơm thoỏt nước mỏ cú khả năng làm việc ở hai chế độ tự động (Auto) và bằng tay (Man). Trong chế độ tự động hệ thống hoạt động theo nhiều qui trỡnh khỏc nhau phụ thuộc vào mức nước trong mỏ được đo bằng cỏc cảm biến CB1, CB2,...,CB4, do vậy chương trỡnh điều khiển được thiết kế theo phương phỏp lập trỡnh cú cấu trỳc. Cỏc Module chức năng được thiết lập như sau:
- SUB1: chế độ làm việc tự động (Auto) - SUB2: chế độ làm việc bằng tay (Man) - SUB3: Auto1
- SUB4: Auto2 - SUB5: Auto3 - SUB6: Bỏo lỗi
Cấu trỳc toàn bộ chương trỡnh điều khiển được tổ chực theo cơ cấu hỡnh cõy và được biểu diễn trong hỡnh vẽ 4.13:
Hỡnh 4.8: Lưu đồ điều khiển chương trỡnh auto (SUB1)
* Thiết kế lưu đồ điều khiển Auto1
Khi cảm biến S2 cú giỏ trị logic bằng 1 thỡ bơm B1, B2 và B3 hoạt động luõn phiờn trong 8 giờ. Nếu bơm nào hỏng sẽ lập tức được thay thế. Lưu đồ chương trỡnh Auto1 được biểu diễn ở hỡnh 3.4, hỡnh 3.5, hỡnh 3.6 cho cỏc trường hợp cụ thể như sau:
Hỡnh 4.9: Lưu đồ điều khiển chương trỡnh Auto 1
* Thiết kế lưu đồ điều khiển Auto 2
Khi cảm biến S3 cú giỏ trị logic bằng 1 thỡ bơm B1 và bơm B2 làm việc, sau thời gian đặt trước (8 giờ) bơm B1 dừng, bơm B2 và B3 làm việc, sau 8 giờ tiếp theo thỡ bơm B2 dừng, bơm B1 và bơm B3 làm việc, sau 8 giờ tiếp theo bơm B3 dừng, bơm B1 và bơm B2 làm việc, 8 giời tiếp theo quỏ trỡnh được lặp lại như ban đầu cho đến khi giỏ trị của cảm biến S1 = 0. Lưu đồ chương trỡnh Auto 2 được biểu diễn ở hỡnh vẽ cho cỏc trường hợp cụ thể như sau:
Hỡnh 4.10: Lưu đồ điều khiển Auto 2
* Thiết kế lưu đồ điều khiển Auto 3
Khi cảm biến S4 cú giỏ trị logic bằng 1 thỡ bơm B1, B2, B3 làm việc liờn tục, Sau 1 thời gian đặt trước (20 phỳt) mà mức nước vẫn ngập trờn mức S4 thỡ sẽ tự động cảnh bỏo bằng tớn hiệu chuụng. Lưu đồ chương trỡnh Auto 3 được biểu diễn ở hỡnh vẽ cho cỏc trường hợp cụ thể như sau:
Hỡnh 4.11: Lưu đồ điều khiển chương trỡnh Auto 3.
* Thiết kế lưu đồ điều khiển khởi động từng bơm
- Trước khi khởi động bơm nào thỡ van điện từ và van năng suất lắp trờn đường ống của bơm đú sẽ mở ra để mồi nước cho bơm, sau 1 thời gian đặt trước (1 phỳt) đủ để đầy nước mồi thỡ van điện từ và van năng suất được đúng lại và bơm được khởi động.
- Sau khi bơm khởi động được 1 phỳt thỡ sẽ mở van năng suất để bơm nước lờn bể trờn, sau 1 phỳt sẽ kiểm tra lưu lượng của bơm. Nếu lưu lượng của bơm khụng đạt sẽ dừng bơm và bỏo lỗi.
- Nếu nước trong bể chứa cạn dưới mức S1 thỡ hệ thống sẽ tự động dừng bơm.
- Lưu đồ thuật toỏn như sau:
Hỡnh 4.13: Lưu đồ thuật toỏn điển hỡnh bỏo lỗi bơm.
c) Viết chương trỡnh điều khiển bằng ngụn ngữ lập trỡnhLAD LAD
* Chương trỡnh chớnh
* Chương trỡnh SUB1 (Auto).
4.3. Kết quả chạy thớ nghiệm mụ hỡnh và cỏc hỡnh ảnh minh họa.4.3.1. Kết quả chạy thớ nghiệm mụ hỡnh. 4.3.1. Kết quả chạy thớ nghiệm mụ hỡnh.
- Sau khi đấu nối xong ta tiến hành chạy thử mụ hỡnh theo cỏc bước như sau:
Bước 1: Kiểm tra mụ hỡnh: Kiểm tra cỏc điều kiện về cơ, về điện và cỏc điều kiện an toàn của mụ hỡnh.
Bước 2: Cấp điện vào mụ hỡnh. Sau khi đó kiểm tra đảm bảo cỏc điều kiện kỹ thuật cũng như điều kiện an toàn ta tiến hành cấp điện vào mụ hỡnh.
Bước 3: Vận hành mụ hỡnh. Ta tiến hành bật cỏc aptomat và tiến hành vận hành mụ hỡnh theo cỏc trường hợp của yờu cầu cụng nghệ và so sỏnh với yờu cầu cụng nghệ xem cú đỳng khụng.
Sau khi tiến hành vận hành mụ hỡnh theo cỏc bước trờn ta thấy rằng mụ hỡnh hoạt động đỳng theo yờu cầu cụng nghệ đặt ra đối với hệ thống bơm thoỏt nước mỏ từ đú nhận thấy kết quả thiết kế và lắp đặt là hoàn toàn chớnh xỏc.
4.3.2. Cỏc hỡnh ảnh minh họa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 4.14: Ảnh bảng bố trớ thiết bị điện của mụ hỡnh.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• KẾT LUẬN
Sau quỏ trỡnh 6 thỏng nghiờn cứu, làm việc thực tế và viết đồ ỏn, cựng với sự giỳp đỡ nhiệt tỡnh của TS. Khổng Cao Phong cựng cỏc thầy cụ trong bộ mụn Tự động húa mỏ Trường ĐH Mỏ địa chất, cỏc đồng chớ giỏo viờn trường cao đẳng nghề mỏ Hồng Cẩm và đồng chớ cơ điện trưởng cụng ty than Dương Huy đến nay luận văn về:
“xây dựng mô hình thí nghiệm điều khiển hệ thống bơm thoát nớc mỏ ".
đó được hoàn thành theo nhiệm vụ thiết kế luận văn đó được đặt ra. Trong nội dung luận văn đó cung cấp cỏc kiến thức về lý thuyết và thực nghiệm như sau: Về thiết bị phần cứng: Luận văn nghiờn cứu cỏc thiết bị phần cứng thuộc hệ SIMATIC S7 – 200 của Siemens bao gồm: PLC S7 -200, Modul mở rộng, thiết bị hiển thị thường được sử dụng trong thực tế làm cơ sở xõy dựng cấu trỳc phần cứng, đồng thời tỡm hiểu những thụng số, tớnh năng quan trọng của thiết bị được sử dụng trong hệ thống.
Về phần mềm: Giới thiệu tổng quan một số phần mền hỗ trợ cấu hỡnh và lập trỡnh cho hệ SIMATIC S7 – 200 làm cơ sở cho việc xõy dựng phầm mền điều khiển, giỏm sỏt cho hệ thống.
Về thiết kế thực tế: Luận văn đó trỡnh bày toàn bộ quỏ trỡnh thiết kế phần cứng, lập trỡnh phần mền cho hệ thống bơm thoỏt nước mỏ. Được sự cho phộp của lónh đạo trường Đại Học Mỏ Địa Chất Hà Nội tụi đó xõy dựng được mụ hỡnh thớ nghiệm điều khiển hệ thống bơm thoỏt nước mỏ, giỳp người đọc nắm được chức năng và nguyờn lý hoạt động của cỏc phần mền điều khiển giỏm sỏt tổng thể toàn hệ thống.
Tuy đó cú rất nhiều cố gắng, song do thời gian cú hạn và phải thực hiện một khối lượng cụng việc khỏ lớn nờn luận văn của tụi khụng trỏnh khỏi những thiếu sút.
Rất mong sự đỏnh giỏ nhận xột của cỏc thầy cụ và bạn bố đồng nghiệp
• KIẾN NGHỊ
Từ kết quả đó đạt được, tụi nhận thấy đề tài cú thể phỏt triển tiếp:
Đề nghị nhà Trường cho triển khai dự ỏn sản xuất thờm những mụ hỡnh học cụ để mụ tả tổng quan những hệ thống bơm thoỏt nước của những mỏ khỏc giỳp cho việc tiếp thu kiến thức của sinh viờn được chớnh xỏc và tổng quan hơn.
Ứng dụng cho ngành khai cụng nghiệp khai thỏc hầm lũ.
Hạ long, ngày thỏng năm 2012
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Thị Bớch Ngọc (2004), Giỏo trỡnh bơm quạt mỏy nộn, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chớ Minh.
2. Trần Thế San – Nguyễn Ngọc Phương (2008), Sổ tay chế tạo mỏy, Nhà xuất bản Đà Nẵng.
3. Trần Hữu Uyển (2003), Cỏc bảng tớnh toỏn thủy lực cống và mương
thoỏt nước, Nhà xuất bản Xõy Dựng.
4. Phạm Văn Vĩnh (2008), Cơ học chất lỏng ứng dụng và mỏy thủy lực,
Nhà xuất bản Xõy Dựng.
5. Cỏc tài liệu, hồ sơ thiết kế lắp đặt trạm bơm của cụng ty than Mụng Dương.
6. Tài liệu Siemens:
( www. Siemens.com, http://support.automation.siemens.com) - Simatic S7 Catalog 2007
- PLC Manaul
- Simatic Net catalog - Simatic HMI catalog - MicroCoputing Manual
- Win CC Flexible 2007 Manual
7. Tài liệu thiết bị phần cứng cỏc hóng: - www.brodiemeter.com (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});