Downloaded 294 times
More Related Content
Similar to ứNg dụng plc s7 1200 giám sát và điều khiển bơm ổn định áp suất nước 5583654
ứNg dụng plc s7 1200 giám sát và điều khiển bơm ổn định áp suất nước 5583654
- 1. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNGĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7-1200 GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC Giáo viên hướng dẫn: TH.S NGUYỄN ANH TUẤN Tp.HCM, ngày , tháng , năm 2019
- 2. NHẬN XÉT CỦAGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………
- 3. NHẬN XÉT CỦAGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………
- 4.
- 5.
- 6.
- 7. 1 CHƯƠNG 1:LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng dần và đã có rất nhiều cảnh báo về tiết kiệm năng lượng. Các ngành công nghiệp nói chung và ngành nước nói riêng vẫn sử dụng công nghệ truyền động không thích hợp, điều khiển thụ động, không linh hoạt. Đối với nhà máy nước, yếu tố cấu thành giá nước bị chi phối phần lớn bởi chi phí điện bơm nước (30-35%). Trước đây tồn tại quan điểm việc đầu tư vào tiết kiệm năng lượng là một công việc tốn kém và không mang lại hiệu quả thiết thực. Với công nghệ biến tần tính toán đã chỉ ra việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm năng lượng cho trạm bơm có thời gian hoàn vốn đầu tư hết sức ngắn và giảm được chi phí cho công tác quản lí vận hành thiết bị. Máy bơm và quạt gió là những ứng dụng rất thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm năng lượng. Trong phạm vi đồ án, chúng ta chỉ đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần trong điều khiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm mà vẫn ổn định áp suất trong đường ống cấp nước. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đối với các hệ thống bơm cấp nước trong thực tế, người ta sử dụng máy bơm công suất lớn, biến tần công suất lớn để bơm cấp nước cho cả khu dân cư, thành phố, cho cả khu công nghiệp. Với đề tài này, chúng em đã mô hình hóa hệ thống nên chỉ sử dụng biến tần công suất nhỏ và bơm công suất nhỏ để mô tả hoạt động của hệ thống. Một phần vì máy bơm ba pha thường rất to và nặng kéo theo hệ thống sẽ không đơn giản, lý do nữa là chi phí cho một đồ án như vậy là quá lớn với khả năng của chúng em. Để thực hiện được đề tài chúng em đã: - Nghiên cứu kĩ hệ thống bơm cấp nước trong thực tế, nắm rõ trình tự điều khiển từng máy bơm - Tìm hiểu về PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-1200 - Tìm hiểu về cách sử dụng biến tần - Lựa chọn biến tần và động cơ có công suất hợp lý - Tìm hiểu giao tiếp giữa PLC S7-1200 và biến tần - Lập trình PLC
- 8. - Lập trìnhbộ PID để điều khiển máy bơm - Tìm hiểu Module truyền thông GPRS CP 1242-7 V2 để điều khiển và giám sát từ xa thông qua GPRS - Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA PORTAL dùng để lập trình cho PLC S7-1200 và WinCC để thiết kế giao diện. 1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài Đề tài cho thấy việc ứng dụng của tự động hóa vào cuộc sống là rất cần thiết, nó giúp ta tiết kiệm được thời gian, công sức, tiền bạc nhưng vẫn mang lại hiệu quả kinh tế cao và hoạt động rất ổn định. Từ đề tài nghiên cứu về điều khiển ổn định áp suất nước cho đường ống nước, chúng ta có thể mở rộng cho hệ thống điều khiển lò nhiệt, hệ thống điều hòa không khí,… 1.4 Phạm vi nghiên cứu Từ những kiến thức cơ sở học được tại trường và ngoài thực tế, do còn hạn chế về kiến thức cũng như về khả năng kinh tế và thời gian có hạn nên chúng em chỉ có thể tạo mô hình mang tính chất mô phỏng cao để thể hiện quy trình hoạt động của hệ thống cấp nước trong thực tế. Trong đó, chúng em đã thực hiện một số công việc: - Lập trình PLC theo thuật toán đưa ra - Giao tiếp PLC với WinCC giám sát hệ thống - Giao tiếp truyền thông PLC với biến tần - Thiết kế giao diện điều khiển tự động với WinCC - Lập trình PID bằng PLC cho động cơ hoạt động theo giá trị áp suất yêu cầu - Điều khiển và giám sát hệ thống từ xa qua GPRS
- 9. 2 CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cùng cấp nước vào cùng một đường ống. Áp lực và lưu lượng của đường ống thay đổi hàng giờ theo nhu cầu sử dụng. Bơm và các thiết bị đi kèm như đường ống, van, đài nước được thiết kế với lưu lượng nước bơm rất lớn. Vì thế điều chỉnh lưu lượng nước bơm được thực hiện bằng các phương pháp sau: - Điều chỉnh bằng cách khép van trên ống đẩy của bơm - Điều chỉnh bằng cách đóng mở các máy bơm hoạt động đồng thời - Điều khiển thay đổi tốc độ quay bằng khớp nối Điều khiển theo những phương pháp trên không những không tiết kiệm được năng lượng điện tiêu thụ mà còn gây nên hỏng hóc thiết bị và đường ống do chấn động khi đóng mở van gây nên, đồng thời các máy bơm cung cấp không bám sát được chế độ tiêu thụ trên mạng lưới. Để giải quyết các vấn đề kể trên chỉ có thể sử dụng phương pháp điều khiển truyền động biến đổi tốc độ bằng biến tần kết hợp với thuật toán điều khiển PID. Thiết bị biến tần là thiết bị điều chỉnh biến đổi tốc độ quay của động cơ bằng cách thay đổi tần số của dòng điện cung cấp cho động cơ. 2.1 Nguyên tắc điều khiển trong hệ thống Đầu ra của PLC được nối với biến tần để điều khiển biến tần và từ dây biến tần điều khiển tốc độ động cơ. Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh một cách linh hoạt lưu lượng và áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ. Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi về PLC, PLC sẽ so sánh giá trị truyền về này với giá trị đặt để từ đó ra lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ của động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng điện đưa vào động cơ để đảm bảo áp suất nước trong đường ống được ổn định. Sử điều chỉnh linh hoạt các máy bơm khi sử dụng biến tần được cụ thể như sau: - Điều chỉnh tốc độ quay khi áp suất thay đổi - Đa dạng trong phương thức điều khiển các máy bơm trong trạm bơm. Một thiêt bị biến tần có thể điều khiển tới 5 máy bơm
- 10. 1.1.1 Phương thứcđiều khiển bơm Có 3 phương thức điều khiển các máy bơm: - Điều khiển theo mực nước: Trên cơ sở tín hiệu mực chất lỏng trong bể hút hồi tiếp về PLC. Bộ vi xử lý sẽ so sánh tín hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng được cài đặt. Trên cơ sở kết quả so sánh, PLC sẽ điều khiển đóng mở các máy bơm sao cho phù hợp để mực chất lỏng trong bể luôn bằng giá trị cài đặt. Ngược lại khi tín hiệu hồi tiếp lớn hơn giá trị cài đặt, biến tần sẽ điều khiển các bơm để mực chất lỏng luôn đạt giá trị đặt. - Điều khiển theo hình thức chủ động thụ động: Mỗi một máy bơm được nối với một bộ biến tần trong đó có một biến tần là chủ động, các biến tần khác là thụ động. Khi tín hiệu hồi tiếp về biến tần chủ động thì bộ vi xử lý của biến tần này sẽ so sánh với tín hiệu được đặt để từ đó tác động đến các biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay của các máy bơm cho phù hợp và không gây ra hiện tượng đập thủy lực phản hồi từ hệ thống. Phương thức điều khiển này là linh hoạt nhất khắc phục những khó khăn trong quá trình vận hành bơm khác với thiết kế. Phương thức này được sử dụng cho trường hợp thay đổi cả về lưu lượng và áp suất trên mạng lưới. - Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển một bơm: Một máy bơm chính thông qua thiết bị biến tần, các máy bơm còn lại đóng mở trực tiếp bằng khởi động mềm. Khi tín hiệu áp lực và lưu lượng trên mạng lưới hồi tiếp về PLC, bộ vi xử lý sẽ so sánh với giá trị cài đặt và điều khiển tốc độ máy bơm chính chạy với tốc độ phù hợp. Đây cũng chính là cách mà nhóm em đã tiến hành làm. Khi mà bơm được điều khiển bằng biến tần hoạt động ở chế độ định mức mà vẫn chưa đáp ứng được áp suất trên đường ống thì PLC sẽ ra lệnh để đưa các máy bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm duy trì được áp suất mong muốn trong đường ống. Đến một lúc nào đó, khi mà áp suất trong đường ống đã đủ thì PLC sẽ ngắt các bơm phụ ra dần dần tránh áp suất cao gây nguy hiểm cho đường ống. Trong trường hợp ngắt tất cả các bơm mà áp suất vẫn còn cao thì PLC sẽ ra lệnh cho biến tần để biến tần giảm dần tần số của động cơ để đưa áp suất trong đường ống về gần bằng giá trị đặt nhanh
- 11. nhất trong thờigian có thể. Tất cả những việc này được theo dõi và giám sát bằng Tia Portal qua màn hình máy tính (hoặc được điều khiển bằng tay). 2.1.1 Những ưu điểm khi điều khiển tốc độ bơm bằng thiết bị biến tần - Hạn chế dòng khởi động cao - Tiết kiệm năng lượng - Điều khiển linh hoạt các máy bơm - Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400KW - Tự động ngừng khi đạt tới điểm cài đặt - Tăng tốc nhanh giúp biến tần bắt kịp tốc độ hiện thời của động cơ - Tự động tăng tốc giảm tốc tránh quá tải hoặc quá điện áp khi khởi động - Bảo vệ được động cơ khi: ngắn mạch, mất pha, lệch pha, quá tải, quá dòng, quá nhiệt,… - Kết nối được với máy tính chạy trên hệ điều hành Window - Kích thước nhỏ gọn, không chiếm diện tích trong nhà trạm - Mô-men khởi động cao với chế độ tiết kiệm năng lượng - Dễ dàng lắp đặt vận hành - Hiển thị các thông số của động cơ và biến tần 2.1.2 Mô tả hoạt động của hệ thống (được điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển một bơm) Trong hệ thống có tất cả là 2 máy bơm: một máy bơm 3 pha và một máy bơm 1 pha. Biến tần sẽ điều khiển trực tiếp máy bơm 3 pha, máy bơm 1 pha sẽ bơm dự phòng khi mà máy bơm 3 pha chạy hết công suất định mức mà áp suất vẫn chưa ổn định ở giá trị setpoint. Máy bơm dự phòng này sẽ được điều khiển trực tiếp bằng điện lưới 220V. Khởi động hệ thống lên thì máy bơm 3 pha được điều khiển bằng biến tần sẽ được chạy cho đến khi đạt được áp suất đặt, khi áp suất trong đường ống đã bằng áp suất đặt thì biến tần sẽ giữ ổn định tốc độ của máy bơm này. Trường hợp tải thay đổi tức là áp suất thay đổi, tùy theo tải tăng hay giảm thì biến tần sẽ điều khiển máy bơm chạy nhanh hay chậm. Khi tải tăng tức là áp suất giảm, lúc này muốn ổn định áp suất thì biến tần sẽ điều khiển máy bơm chạy nhanh hơn (tăng tần số của máy bơm 3 pha) cho tới khi đạt áp suất đặt. Ngược lại, khi tải giảm thì biến tần sẽ giảm tần số của máy bơm xuống cho tới khi đạt áp suất đặt.
- 12. Nếu lúc tảigiảm mạnh nhất (áp suất tăng lên cao) thì bơm dự phòng sẽ tự động dừng chỉ còn bơm biến tần hoạt động. Hệ thống cứ hoạt động liên tục như vậy, áp suất trong đường ống luôn luôn giữ ổn định tránh tình trạng áp suất tăng quá cao sẽ gây vỡ đường ống. 2.2 Hệ thống điều khiển áp suất Sử dụng biến tần Mitsubishi E720 điều khiển động cơ bơm, công suất tiêu thụ của động cơ sẽ được biến tần điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu phụ tải. Động cơ thứ 2 sẽ sử dụng chạy nền nếu sau này phụ tải phát triển lớn hơn. Một sensor áp suất được đưa vào đầu ra nước cấp của Nhà máy để đo áp lực nước đưa về hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển là 1 PLC S7-1200 (Siemens) đảm bảo cho việc tự động hóa hoàn toàn quá trình bơm cấp nước của Nhà máy. Vận hành hệ thống thông qua Tia Portal. Figure 1: Biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển bơm Như vậy với viêc đưa biến tần vào hệ thống sẽ hoạt động bám sát theo đúng thực tế lưu lượng phụ tải, do vậy sẽ giảm đáng kể năng lượng tiêu hao không cần thiết vào các giờ phụ tải thấp điểm. Hệ thống sẽ tự động giám sát áp suất nước trên đường ống và điều khiển ngược lại để đảm bảo giữ đúng áp suất theo yêu cầu. PLC sẽ điều khiển áp suất nước trên đường ống theo đồ thị phụ tải hàng ngày, tức là hệ thống sẽ điều khiển áp suất theo thời gian thực. Hệ thống điều khiển tự động này thực hiện một số chức năng chính sau:
- 13. Đo lường:do đầu đo áp suất đo lường và chuyển đổi để đưa về CPU của S7- 1200 Xử lý thông tin: bộ điều khiển trung tâm sẽ đảm nhiệm vấn đề này Điều khiển: S7-1200 sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu Giám sát: S7-1200 sẽ kết nối đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động Giao tiếp giữa người vận hành và thiết bị: sử dụng phần mềm giao diện người máy Tia Portal. Đồng thời để cho phép mở rộng và phát triển phụ tải sau này, hệ thống có thể sử dụng cùng lúc hai bơm nếu cần. Bơm thứ hai sẽ được đóng chạy trực tiếp thông qua contactor như là một bơm nền và bơm có biến tần sẽ chạy điều chỉnh cho phù hợp với phụ tải.
- 14. 3 CHƯƠNG 3:TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 2.3 Giới thiệu về PLC S7-1200 2.3.1 Lịch sử ra đời và phát triển của PLC 2.3.1.1 Định nghĩa PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic khả trình), được dùng để thay thế chức năng của các bộ rơle, bộ đếm hay bộ định thời trong các thiết bị điều khiển, đồng thời có thêm khả năng tính toán cơ bản giúp khả năng điều khiển dễ dàng được thực hiện. Hiệp hội những nhà sản xuất điện quốc gia (NEMA) định nghĩa “PLC là thiết bị điện tử định hướng kĩ thuật số, sử dụng bộ nhớ có thể lập trình được để thực hiện những chức năng đặc biệt như logic, chuỗi, định thời, đếm và tính toán thông qua các mô-đun vào/ra số hoặc tương tự, có khả năng điều khiển các máy móc và các bộ xử lí khác nhau”. 2.3.1.2 Lịch sử ra đời Khái niệm PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng General Motors vào năm 1968, với ý tưởng ban đầu là thiết kế và chế tạo một thiết bị với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển sau: - Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển. - Cấu trúc dạng mô-đun dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa. - Đảm bảo độ tin cậy hơn bộ điều khiển rơle. - Đầu ra phải có khả năng kết nối tới các máy tính bậc cao hơn. - Có hiệu quả kinh tế hơn so với bộ điều khiển rơle. - Điện áp đầu vào sử dụng nguồn 115 VAC. - Điện áp đầu ra 115 VAC, 2A. - Trang bị bộ nhớ có khả năng lập trình được. - Có khả năng mở rộng mà không cần phải thay đổi toàn bộ hệ thống. Năm 1970, bộ điều khiển logic khả trình đầu tiên đã ra đời, đáp ứng được các thông số kỹ thuật cơ bản và mở ra sự phát triển cho một công nghệ điều khiển mới. PLC có thể được coi là một tiến bộ mới với những chức năng giống như hệ điều khiển sử dụng rơle, thiết bị tương tự, hay các bộ xử lý logic khác. Theo thời gian, các
- 15. chức năng củaPLC ngày càng được cải thiện nhưng các tiêu chí thiết kế cũng như chi tiết kỹ thuật vẫn dựa trên những ý tưởng ban đầu là dễ sử dụng và có khả năng tái sử dụng. Những tiến bộ về phần cứng: - Dung lượng bộ nhớ lớn hơn. - Số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn. - Nhiều loại mô-đun chuyên dụng hơn. - Có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra từ xa thông qua kỹ thuật truyền thông. - Phát triển và hoàn chỉnh hơn về tốc độ xử lý cũng như hiệu suất làm việc bằng cách áp dụng những tiến bộ trong công nghệ điện tử và vi xử lý. - Chi phí giá thành thấp. - Giao diện điều khiển được cải thiện. Về phần mềm cũng có sự phát triển cụ thể là: - Lập trình hướng đối tượng đa ngôn ngữ dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3. Nhưng ngôn ngữ được sử dụng nhiều và hiệu quả nhất là ngôn ngữ bậc thang. - Ngôn ngữ lập trình bậc cao như C hay Passcal đã được sử dụng để lập trình cho các mô-đun của PLC, giúp tạo sự linh hoạt hơn khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và thao tác dữ liệu. - Các lệnh lập trình đơn giản nhờ có sự mở rộng của các khối chức năng. - Hệ thống chuẩn đoán và phát hiện lỗi đã được mở rộng và đơn giản hóa, nhằm phát hiện lỗi trong điều khiển bao gồm chuẩn đoán máy, tìm lỗi trong quá trình điều khiển. - Từ các lệnh logic đơn giản thì ngày nay các bộ PLC được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thời, tác vụ đếm, sau đó làcác lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung ở tốc độ cao, tính toán số thực 32-bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch giúp PLC có khả năng thực hiện các yêu cầu phức tạp. - Thao tác và xử lý dữ liệu được đơn giản hóa phù hợp với các yêu cầu điều khiển phức tạp. Ngày nay, PLC cung cấp khả năng dự đoán cao. Chúng có thể giao tiếp với các hệ thống điều khiển khác, đưa ra các báo cáo sản xuất, lập kế hoạch sản xuất, và dự đoán lỗi của hệ thống trong quá trình hoạt động. Chính những tiến bộ đó đã góp phần làm cho
- 16. PLC ngày càngđóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu về chất lượng và năng suất công việc.
- 17. Table 1: Lịchsử ra đời của PLC Năm Sự kiện 1968 Ra đời khái niệm về bộ điều khiển logic khả trình - PLC 1969 Giới thiệu bộ điều khiển logic khả trình PLC đầu tiên với bộ nhớ 1k và xử lý được 128 điểm vào/ra 1975 PLC với bộ điều khiển PID 1980 Các module vào/ra thông minh 1981 PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu 1992 Chuẩn IEC 61131 ra đời 1996 PLC được thiết kế với các khe cắm để có thể mở rộng các mô-đun vào/ra Ngày nay Các PLC có thể kết nối với nhau tạo thành các hệ thống điều khiển phân tán 2.3.1.3 Tiêu chuẩn của PLC a) Tiêu chuẩn IEC (Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế) Ngày nay, nhiều người đã gặp những khó khăn nhất định với ngôn ngữ lập trình và truyền thông khi làm việc với PLC của các nhà sản xuất khác nhau. Để giải quyết vấn đề, IEC đã thống nhất và đưa ra tiêu chuẩn quốc tế IEC 1131. Tiêu chuẩn này bao gồm 5 phần. Phần Mô tả 1 Đặc điểm cơ bản của PLC và định nghĩa các thuật ngữ 2 Các chức năng cần thiết và các điều kiện thử nghiệm của các tính năng 3 Ngôn ngữ lập trình 4 Chú ý cho người sử dụng 5 Giao tiếp và mạng truyền thông 2.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 2.3.2.1 Giới thiệu chung Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nỗi trội: S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200, bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO). Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
- 18. Tất cảcác CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC Tính năng “Know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra bạn có thể dùng các Module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232. Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ 3 ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 14 của Siemems. Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal V14 phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI. 2.3.2.2 Cấu tạo PLC S7-1200 Figure 2: Thành phần của PLC (1) Bộ phận kết nối nguồn. (2) Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên. (3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp. (4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
- 19. Chức năng CPU1211C CPU 1212C CPU 1214C Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng: Bộ nhớ làm việc Bộ nhớ nạp Bộ nhớ giữ lại 25 kB 1 MB 2 kB 50 kB 2 MB 2 kB I/O tích hợp cục bộ: Kiểu số Kiểu tương tự 6 ngõ vào / 4 ngõ ra 2 ngõ ra 8 ngõ vào / 6 ngõ ra 2 ngõ ra 14 ngõ vào / 10 ngõ ra 2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q) Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các module tín hiệu Không 2 8 Bảng tín hiệu 1 Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái) Các bộ đếm tốc độ cao Đơn pha Vuông pha 3 3 tại 100 kHz 3 tại 80 kHz 4 3 tại 100 kHz 1 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz 1 tại 20 kHz 6 3 tại 100 kHz 3 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz 3 tại 20 kHz Các ngõ ra xung 2 Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn) Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác. Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out
- 20. Module tín hiệu (SM) Kiểusố 8 x DC In 8 x DC Out 8 x Relay Out 8 x DC In / 8 x DC Out 8 x DC In / 8 x Relay Out 16 x DC In 16 x DC Out 16 x Relay Out 16 x DC In / 16 x DC Out 16 x DC In / 16 x Relay Out Kiểu tương tự 4 x Analog In 8 x Analog In 2 x Analog In 4 x Analog In 4 x Analog In / 2 x Analog Out Bảng tín hiệu (SB) Kiểu số _ _ 2 x DC In / 2 x DC Out Kiểu tương tự _ 1 x Analog In _ Module truyền thông (CM) RS485 RS232 2.3.2.3 Các bảng tín hiệu Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía trước của CPU. SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC) SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự. Figure 3: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 (1) Các LED trạng thái trên SB (2) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra
- 21. 2.3.2.4 Các moduletín hiệu. Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU. Figure 4: Các Module tín hiệu của PLC S7-1200 Hình 3.3: Các Module tín hiệu của PLC S7-1200 (1) Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu (2) Bộ phận kết nối đường dẫn (3) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra 2.3.2.5 Các module truyền thông. Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485. CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông. Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác). Figure 5: Các Module truyền thông của PLC S7-1200
- 22. (1) Các LEDtrạng thái dành cho module truyền thông (2) Bộ phận kết nối truyền thông 2.3.2.6 Ưu điểm PLC S7-1200 so với những dòng PLC trước 2.3.2.6.1 Về phần cứng Khả năng mở rộng: Figure 6: PLC S7-1200 và S7-200 Tín hiệu I/O và tín hiệu trên PLC: Figure 7: Bảng I/O
- 23. Về cấu hìnhphần cứng: Đối với PLC S7 – 200 không thể thay đổi được vùng địa chỉ I/O mà nó tự động nhận. Đối với PLC S7 – 1200 có thể thay đổi được vùng địa chỉ I/O tùy theo người sử dụng 2.3.2.6.2 Về kết nối, phần mềm SIMATIC S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình. Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và các màn hình HMI. Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển được nhanh chóng, đơn giản. Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các màn hình HMI mới dùng cho S7-1200 cũng được giới thiệu. Tất cả cùng tạo ra một giải pháp tích cực, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ. S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C. Mỗi loại CPU có đặc điểm và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng. Bên cạnh truyền thông Ethernet được tích hợp sẵn, CPU S7-1200 có thể mở rộng được 3 module truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt. 2.4 Giới thiệu biến tần Mitsubishi 2.4.1 Khái niệm và vai trò của biến tần 2.4.1.1 Khái niệm Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).
- 24. Figure 8 Sơđồ cấu tạo biến tần 2.4.1.2 Vai trò của biến tần Năng lượng là nguồn lực quan trọng cho mọi hoạt động sản xuất, là yếu tố đảm bảo cho sự phát triển của mỗi quốc gia. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng lãng phí và kém hiệu quả vẫn còn rất lớn. Phần lớn các doanh nghiệp hiện nay sử dụng các thiết bị, công nghệ lạc hậu có hiệu suất thấp, việc quản lý năng lượng chưa được chú ý dẫn đến tổn thất cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng biến tần nhằm nâng cao hiệu suất cho động cơ xoay chiều trong các dây chuyền sản xuất. Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau: - Hiệu suất làm việc của máy cao. - Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ động cơ và các cơ cấu bền hơn. - An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy... - Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành. - Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay...), trạng thái làm
- 25. việc cũng nhưcho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra. - Điều khiển biến tần ở chế độ PU là sử dụng các phím chức năng được tích hợp trong phần cứng của biến tần để điều khiển hoặc được đưa ra mặt tủ thông qua cáp kết nối. 2.4.2 Biến tần Mitsubishi Biến tần Mitsubishi (Inverter Mitsubishi) được sản xuất bởi Mitsubishi Electric là thương hiệu nổi tiếng của Nhật Bản. Trong nhiều năm qua biến tần Mitsubishi đã được sử dụng rất phổ biến tại Việt Nam. Do đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật khắt khe trong công nghiệp, chất lượng tốt, hoạt động ổn định nên biến tần Mitsubishi được khách hàng tin tưởng sử dụng trong các dây truyền sản xuất, hệ thống tự động hóa, hệ thống điều khiển trong các nhà máy, tòa nhà,... Figure 9 Biến tần Mitsubishi 2.4.3 Đặc điểm nổi bật của biến tần Mitsubishi - Thân thiện với môi trường: bộ lọc EMC giảm nhiễu điện từ (được tích hợp trong FR-A800, FR-F800). Có thể được kết hợp với cuộn kháng AC và DC để triệt tiêu dòng điện hài nhằm cải thiện hệ số công suất. Biến tần Mitsubishi đáp ứng các tiêu chuẩn hạn chế chất độc hại (RoHS) của EU, thân thiện với con người và với môi trường.
- 26. - Nâng caohiệu suất điều khiển: Biến tần Mitsubishi cung cấp khả năng điều khiển mạnh mẽ và chính xác. Nâng cao hiệu suất động cơ. Cung cấp giải pháp giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả. - Độ bền cao và dễ bảo trì: Tuổi thọ quạt làm mát và tụ điện lên tới 10 năm. Độ suy giảm của tụ điện mạch chính, tụ điện mạch điều khiển và điện trở giới hạn dòng điện có thể được theo dõi. Biến tần tự chẩn đoán mức độ suy giảm và đưa ra cảnh báo, cho phép ngăn ngừa sự cố. Việc nâng cấp cũng như bảo trì rất dễ dàng. - Dễ sử dụng: Cài đặt thông số biến tần trực tiếp thông qua bảng điều khiển hoặc cài đặt từ xa trên máy tính thông qua FR Configurator, FR Configurator2. Biến tần Mitsubishi có các dòng sản phẩm: FR-A800 Series Figure 10 Biến tần Mitsubishi FR-A800 inverter - Biến tần FR-A800 Plus dùng cho các tải nặng như cần cẩu, máy cuốn,... - Biến tần FR-A800 dùng cho tải nặng như băng tải, máy công cụ, thang máy,… FR-F800 Series
- 27. Figure 11 Biếntần Mitsubishi FR-F800 inverter - Biến tần FR-F800 dùng cho quạt, bơm, điều hòa,... FR-A700 Series Figure 12 Biến tần Mitsubishi FR-A700 inverter - Biến tần FR-A700 dùng cho băng tải, thang máy, máy đóng gói, máy công cụ, máy ép,... FR-E700 Series Figure 13 Biến tần Mitsubishi FR-E700 inverter
- 28. - Biến tầnFR-E700 dùng cho băng tải, thang máy, máy đóng gói, máy công cụ, máy ép,... FR-F700 Series Figure 14 Biến tần Mitsubishi FR-F700 inverter - Biến tần FR-F700PJ dùng cho quạt, điều hòa,... FR-D700 Series Figure 15 Biến tần Mitsubishi FR-D700 inverter - Biến tần FR-D700 dùng cho băng tải, thang máy, máy đóng gói,... 2.5 Giới thiệu Module CP 1242 - 7 V2 GPRS 2.5.1 Tổng quan về Module truyền thông GPRS CP 1242 - 7
- 29. Figure 16 Moduletruyền thông GPRS CP 1242 - 7 V2 Ứng dụng Telecontrol Gửi tin nhắn bằng SMS : Thông qua CP 1242-7, PLC của Trạm từ xa có thể nhận hay gửi tin nhắn thông qua mạng GSM. Figure 17: Sending message sms từ S7-200 Truyền thông với trung tâm điều khiển: CP 1242-7 được cài đặt ở chế độ Telecontrol. Trạm từ xa truyền thông thông qua mạng GSM hoặc mạng Internet đến máy chủ. Ngoài ra nó cũng có thể giao tiếp với các hệ thống phức tạp hơn nhờ vào hệ thống OPC.
- 30. Figure 18: Giaotiếp giữa S7-1200 và trung tâm điều khiển Truyền thông giữa các trạm S7-1200 thông qua mạng GSM Dựa vào các dịch vụ GSM và chế độ của CP, truyền thông giữa các trạm được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: - Truyền thông giữa các trạm thông qua 1 trạm chủ - Truyền thông trực tiếp giữa các trạm với nhau Figure 19: Truyền thông giữa các trạm S7-1200 TeleService bằng GPRS Kết nối Teleservice được thiết lập giữa trạm kỹ thuật có cài đặt STEP7 và trạm từ xa thông qua mạng GSM.
- 31. Ta có thểsử dụng ứng dụng này để tải chương trình hay dự án đến CPU của trạm hoặc có thể kiểm tra dữ liệu ở trạm từ xa. Figure 20: TeleService bằng GPRS 2.5.2 Cấu hình và chế độ làm việc 2.5.2.1 Các loại cấu hình Gửi tin nhắn qua SMS giữa trạm trường với đối tác truyền thông là điện thoại di động thông qua GPRS. Truyền thông từ các trạm trường S7-1200 tích hợp CP1242-7 hoặc S7-200 tích hợp MD720-3 đến trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet. Truyền thông trực tiếp giữa các trạm trường với nhau thông qua GPRS Truyền thông giữa trạm trường với trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet có cả trạm kỹ thuật để download chương trình tới trạm trường hoặc tìm, chẩn đoán lỗi của trạm trường. 2.5.2.2 Các chế độ Telecontrol Server Basic (TCSB) là phần mềm cho phép kết nối 5000 trạm từ xa với nhau thông qua truyền thông không dây GSM/GPRS với giao diện OPC để giám sát. Do đó có thể thực hiện cho nhiều ứng dụng khá nhau và là giải pháp mới cho việc truyển thông.
- 32. Ngoài ra phầnmềm này cũng cho phép phân phối các trạm, quản lý các ứng dụng cùng lúc trên cùng 1 máy chủ. Máy tính có kết nối internet được cài đặt TCSB được gọi là Telecontrol Server hay còn gọi là trạm trình tâm. - Chế độ Telecontrol Truyên thông dựa trên các dịch vụ không dây Hoạt động của PLC không phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ Hoạt động của PLC sẽ được bảo mật tuyệt đối nhờ vào APN của nhà mạng Trạm trung tâm sẽ giám sát hoạt động của các trạm từ xa Kết nối các trạm từ xa với trạm trung tâm thông qua giao diện OPC - Chế độ TeleService Dowload chương trình hay dự án đến các trạm từ xa Tìm và chuẩn đoán lỗi của các trạm từ xa - Chế độ bảo vệ Để bảo vệ các trạm khỏi sự truy cập bất hợp pháp, ta có các cách sau: Tài khoản và mật khẩu (User và Password) Sự cho phép người sử dụng (User permissions) Đăng kí chủ số điện thoại (Authorized phone numbers) 2.5.3 Đèn Led của CP 1242 – 7 V2 GPRS Vị trí của các thành phần hiển thị và kết nối điện: Các đèn LED để hiển thị chi tiết về các trạng thái Module được bố trí sau nắp trên của Module Các ổ cắm để cung cấp điện nằm trên đỉnh của Module. Kết nối cho ăng-ten bên ngoài nằm dưới của Module Cách mở thiết bị: Mở nắp trên hoặc dưới cảu thiết bị bằng cách kéo nó xuống hoặc lên như trong hình bên dưới
- 33. Figure 21: Cáchmở Module CP 1242-7 V2 GPRS Đèn LED của Module Các CP có các đèn LED sau để hiển thị trạng thái: - "DIAG" LED trên bảng điều khiển phía trước - Các "DIAG" LED đó là luôn luôn nhìn thấy được cho thấy các trạng thái cơ bản của các Mudule. LED/ Tên màu Ý nghĩa màu đỏ/ xanh lá cây DIAG Trạng thái cơ bản của module Table 2: LED trên bảng điều khiển phía trước
- 34. LED/ Tên màuÝ nghĩa Màu đỏ/xanh lá cây Mạng Tình trạng của các kết nối với mạng không dây di động Màu xanh lá Kết nối Tình trạng của kết nối tới trạm chủ Màu vàng /xanh lá cây Chất lượng tín hiệu Chất lượng tín hiệu của mạng di động không dây Màu xanh lá Teleservice Tình trạng của các kết nối Teleservice Table 3: Đèn LED bên dưới nắp trên của module Chú thích: Màu sắc Led khi khởi động Khi Module khởi động, tất cả Led thấp sáng trong một thời gian ngắn. Tại thời điểm này màu sắc các Led là không rõ ràng. Hiển thị các hoạt động và tình trạng giao tiếp: Ký hiệu - Trạng thái Led Tắt ON( sáng ổn định) Flashing Không liên quan Table 4: Ý nghĩa của các ký hiệu LED 2.5.4 Ứng dụng và chức năng 2.5.4.1 Kết nối S7-1200 với mạng GSM Giao tiếp WAN dựa trên IP qua GSM Sử dụng CP, bộ điều khiển SIMATIC S7- 1200 có thể được kết nối với mạng GSM. CP cho phép các loại truyền thông WAN sau đây:
- 35. + Truyền thôngtừ trạm từ xa đến máy chủ điều khiển từ xa (TCSB) trong trạm chủ (truyền thông từ xa) + Giao tiếp giữa các trạm + Truyền thông giữa các trạm và trạm tổng thể (truyền thông từ xa) + Giao tiếp trực tiếp + Truyền thông trực tiếp giữa các trạm (Open User Communication) CP hỗ trợ các dịch vụ sau cho truyền thông qua mạng GSM và Internet: + GPRS (General Packet Radio Service) Dịch vụ định hướng gói để truyền dữ liệu "GPRS" được xử lý thông qua mạng GSM. Lưu ý: CP không phù hợp với mạng GSM, trong đó sử dụng phương pháp multiplex mã số "Multiple Division Access Division" (CDMA). + SMS (dịch vụ tin nhắn ngắn) CP có thể gửi và nhận tin nhắn SMS. + E-mail CP có thể gửi e-mail qua mạng GSM và Internet. CP hỗ trợ các dải tần số sau: + 850 Mhz + 900 MHz + 1800 MHz + 1900 MHz 2.5.4.2 Các dịch vụ truyền thông - Truyền thông với trung tâm điều khiển Các trạm S7-1200 từ xa truyền thông qua mạng không dây di động và Internet với một máy chủ điều khiển từ xa trong trạm chủ. Máy chủ điều khiển từ xa truyền thông với một hệ thống điều khiển cấp cao hơn sử dụng chức năng tích hợp OPC server. - Gửi tin nhắn theo định hướng bằng tin nhắn SMS hoặc e-mail - Liên lạc giữa các trạm giữa các trạm S7-1200 thông qua máy chủ điều khiển từ xa - Truyền thông giữa các trạm S7-1200 thông qua mạng không dây di động - Tin nhắn SMS và e-mail qua mạng không dây di động
- 36. 2.5.5 Cấu hìnhvà cài đặt CP 1242-7 GPRS V2 Để đảm bảo rằng CP 1242-7 V2 có thể gửi hoặc nhận tin nhắn SMS, bạn phải: + Thiết lập truyền thông di động, + Thiết lập APN, + Nhập số điện thoại được ủy quyền Bảng dưới đây chỉ ra cách cấu hình trạm S7-1200 với CP 1242-7 GPRS V2 để gửi/nhận tin nhắn SMS.
- 37. Table 5 Cấuhình và cài đặt CP 1242-7 V2 Các bước Mô tả 1 Tạo một Project trên Tia A Portol V13 2 Thêm CPU S7-1200 cho trạm SIMATIC1 (Tối thiểu V4.1) 3 Thêm CP 1242-7 GPRS V2 vào trạm. 4 - Click “Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > General > Communication types - Click Activate the online functions and enable S7 communication:
- 38. 5 - Make therequired mobile communication settings - “Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > Mobile wireless communications settings”: + Activate the PIN number + Enable data services and GPRS + Make APN settings / depending on provider 6 Kích hoạt chức năng bảo mật Tạo một người dùng cho chức năng bảo mật “Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > Security > Security properties” 7 Nhập số điện thoại được ủy quyền để nhận tin nhắn SMS “Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > Security > Authorized phone numbers”. 8 Load the project data into the station.
- 39. 2.6 Board truyềnthông CB 1241 RS485 Figure 22 Board truyền thông CB 1241 Rs485
- 41. 2.7 Tổng quanvề bơm và ghép bơm 2.7.1 Khái niệm và phân loại bơm 2.7.1.1 Khái niệm Bơm là loại thiết bị được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, dùng để vận chuyển chất lỏng chuyển động trong ống. Bơm là loại thiết bị chính cung cấp năng lượng cho chất lỏng để thắng trở lực trong đường ống khi chuyển động, nâng chất lỏng lên độ cao nào đó, tạo lưu lượng trong thiết bị công nghệ,… Năng lượng của bơm được lấy từ các nguồn động năng khác. 2.7.1.2 Phân loại Theo nguyên lý hoạt động, bơm chất lỏng chia làm ba nhóm chính sau: - Bơm thể tích: việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích của không gian làm việc trong bơm. Do đó thể tích và áp suất chất lỏng trong bơm sẽ thay đổi, cung cấp năng lượng cho chất lỏng. Việc thay đổi thể tích trong bơm có thể do: Chuyển động tịnh tiến (bơm piston) Chuyển động quay (bơm roto) - Bơm động lực: việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự chuyển động quay tròn của các bơm, khi đó động năng của cánh quạt sẽ truyền vào chất lỏng tạo năng lượng cho dòng chảy. Năng lượng của cánh quạt truyền vào chất lỏng có thể dưới dạng: Lực ly tâm (bơm ly tâm) Lực đẩy của cánh quạt (bơm hướng trục) Lực ma sát (bơm xoáy lốc) - Bơm khí động: việc hút và đẩy chất lỏng được thực hiện nhờ sự thay đổi áp suất của dòng khí chuyển động trong bơm và tạo năng lượng cho dòng chảy. Bơm Ejector: việc thay đổi áp suất dòng khí sẽ tạo ra lực lôi cuốn chất lỏng cùng dòng khí. Thùng nén: tạo áp suất trên bề mặt chất lỏng nhằm tạo cho chất lỏng có thế năng cần thiết để chuyển động.
- 42. 2.7.2 Ghép bơm 2.7.2.1Ghép bơm song song Trong các trạm bơm câp nước cũng như thoát nước, khi yêu câu vận chuyên một lưu lượng nước lớn người ta thường sử dụng nhiêu bơm cùng làm việc. Các bơm khi làm việc cùng cấp nước vào một hệ thống đường ống gọi là làm việc song song. Vì thế khi các bơm làm việc song song trong hệ thống thì chúng có cột áp bằng nhau và bằng cột áp yêu cầu của hệ thống, còn lưu lượng của hệ thống sẽ bằng tổng lưu lượng của các bơm. Trong thực tế người ta có thể ghép hai hoặc nhiều bơm làm việc song song trên cùng một hệ thống đường ống. Thậm chí có những trường hợp hai trạm làm việc song song trên một hệ thống đường ống. Để xác định điểm làm việc của từng bơm phải dựng đường đặc tính tổng cộng của chúng khi làm việc song song. Hai bơm cùng đặc tính làm việc song song: Trên hình giới thiệu hai bơm cùng đặc tính Q-H làm việc song song trên cùng đường Ống. Do khi làm việc song song, cột áp tổng H,„ của hệ thống băng cột áp của từng bơm: = = = =... = (1) và lưu lượng tông cộng bằng tông lưu lượng của các bơm cùng làm việc: = = = =... = (2)
- 43. nên khi dựngđường đặc tính tổng cộng chỉ cần nhân đôi hoành độ ( lưu lượng) còn tung độ (cột áp) giữ nguyên. Figure 23 Đặc tính làm việc song song của hai bơm giống nhau Ví dụ : tìm c trên đường đặc tính tổng cộng Q-, chỉ việc lấy ac = 2ab. Tương tự như vậy sẽ tìm được các điểm của đường đặc tính tổng công Q-. Giao điểm giữa hai đường đặc tính đường ống DE và đường đặc tính tổng cộng Q- là điểm làm việc của hai bơm ghép song song, hoành độ cho lưu lượng tổng cộng Q-, tung độ cho cột áp tổng cộng . Từ điểm 2 kẻ đường song song với trục hoành, đường này cắt đường đặc tính của mỗi bơm Q- tại điểm 1 cho lưu lượng cột áp của từng bơm khi làm việc song song trong hệ thống. Như vậy khi hai bơm làm việc song song trong hệ thống, chúng luôn tuân theo điều kiện (1) và (2). Từ đồ Hình 4 thấy : Từ điểm I kẻ đường song song với trục tung được điểm 3 và 4 cho công suất và hiệu suất của từng bơm khi làm việc song song trong hệ thống. Giao điểm 5 của đường đặc tính từng bơm Q- với đường đặc tính đường ống xác định điểm làm việc của từng bơm trong hệ thống cho lưu lượng Q, cột áp H. Từ điểm 5 kẻ
- 44. đường song songvới trục tung được điểm 6 và 7 xác định công suất và hiệu suất của tưng bơm khi làm việc riêng rẽ. Từ đồ thị Hình 4 thấy: Tức là lưu lượng tổng cộng của hai bơm ghép song song trên một hệ thống đường ống nhỏ hơn tổng lưu lượng của chúng khi làm việc riêng rẽ trong hệ thống ấy. Nguyên nhân của sự giảm lưu lượng này là do khi các bơm làm việc song song, lưu lượng trong đường ống tăng lên sẽ làm tăng tôn thất cột áp. Do đó cột áp toàn phần của bơm cũng tăng lên, điểm làm việc lùi về phía có cột áp lớn, vì thế lưu lượng của bơm khi làm việc song song bị giảm đi so với khi làm việc riêng rẽ. Sự làm việc song song của hai bơm có lợi nhất trong trường hợp điểm làm việc 1 ứng với giá trị hiệu suất lớn nhất. Điều đó có thê thực hiện được nếu chọn bơm hợp lý. Khi chọn bơm, lấy lưu lượng của mỗi bơm bằng nửa lưu lượng tính toán, còn cột áp toàn phần xác định ứng với giá trị lưu lượng tính toán. 2.7.2.2 Ghép bơm nối tiếp Các bơm gọi là làm việc nối tiếp nêu sau khi ra khỏi bơm này, chất lỏng được đưa tiếp vào ống hút của bơm kia, rồi sau đó mới được đưa vào hệ thông. Như vậy khi các bơm làm việc nối tiếp, lưu lượng của chúng bằng nhau và bằng lưu lượng tổng cộng của hệ thống: = =...= còn cột áp của hệ thông băng tông cột áp của các bơm: = + + +... Các bơm làm việc nối tiếp được sử dụng khi hệ thống yêu cầu áp lực cao mà một bơm không đáp ứng được.
- 45. Figure 24 Hệthống 2 bơm (cùng đặc tính) ghép nối tiếp Hệ thống 2 bơm (cùng đặc tính) ghép nối tiếp: Trên Hình 5 giới thiệu đặc tính của hai bơm giống nhau làm việc nối tiếp. Đặc tính tổng cộng của hai bơm được dựng bằng cách: ứng với mỗi điểm trên đường đặc tính của bơm, giữ nguyên hoành độ và nhân đôi tung độ. Ví dụ điểm c trên đường đặc tính tổng cộng Q-nhận được bằng cách lấy tung độ ac = 2ab, còn hoành độ giữ nguyên. Đặc tính đường ống CE cắt đặc tính Q- tại A xác định điểm làm việc của hai bơm trong hệ thống. Từ đường đặc tính xác định được lưu lượng và cột áp của hai bơm làm việc nối tiếp. Lưu lượng của mỗi bơm: Và cột áp:
- 46. Figure 25 Đặctính làm việc của hai bơm ghép nổi tiếp (cùng đặc tính) khi H_hh>H_0
- 47. Hình 6: Đặctuyến làm việc của hai bơm ghép nổi tiếp (cùng đặc tính) khi Trên hình 6 giới thiệu đặc tính của hai bơm giống nhau ghép nối tiếp khi có Cách dựng đường đặc tính tổng cộng cũng giống như trường hợp trên. A là điểm làm việc của hai bơm ghép nối tiếp, D là điểm làm việc riêng rẽ của từng bơm cũng trong hệ thống ấy. Từ đồ thị thấy răng, trong trường hợp này khi ghép hai bơm làm việc nối tiếp không những có khả năng tăng cột áp mà còn tăng cả lưu lượng của hệ thống.
- 48. 3 CHƯƠNG 4:BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 3.1 Tổng quan về bộ điều khiển PID 3.1.1 Giới thiệu về bộ điều khiển Từ hơn sáu thập kỷ nay, PID là bộ điều khiển thông dụng nhất trong các hệ thống điều khiển quá trình bởi các lý do sau: - Cấu trúc và nguyên lý hoạt động đơn giản, dễ hiểu và dễ sử dụng đối với những người làm thực tế. - Có rất nhiều phương pháp và công cụ mạnh hỗ trợ chỉnh định các tham số của bộ điều khiển. - Các luật điều khiển P, PI, PID thích hợp cho một phần lớn các quá trình công nghiệp. Nhiều báo cáo đã đưa ra các con số thống kê rằng hơn 90% bài toán điều khiển quá trình công nghiệp được giải quyết với các bộ điều khiển PID, trong số đó khoảng trên 90% thực hiện luật PI, 5% thực hiện luật P thuần túy và 3% thực hiện luật PID đầy đủ, còn lại là những dạng dẫn xuất khác. Figure 26 Sơ đồ khối PID Tải bản FULL (96 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ
- 49. 3.1.2 Chỉnh địnhPID Các phương pháp chỉnh định tham số cho bộ PID được phân loại thành 5 nhóm chính như sau: - Các phương pháp dựa trên đặc tính sử dụng một số đặc điểm của quá trình và tính toán các tham số bộ điều khiển để thu được các đặc tính vòng kín mong muốn. -Các phương pháp mô hình mẫu tổng hợp bộ điều khiển dựa trên mô hình toán học của quá trình và mô hình mẫu của hệ kín hoặc hệ hở ( đưa ra dưới dạng hàm truyền đạt hoặc đặc tính đáp ứng tần số ). - Các phương pháp nắn đặc tính tần số theo quan điểm thiết kế truyền thông, sử dụng mô hình hàm truyền đạt hoặc mô hình đáp ứng tần số của quá trình và tính toán các khâu bù sao cho các đường đặc tính tần số hệ hở hay hệ kín đạt được các chỉ tiêu thiết kế trên miền tần số như dải thông, độ dự trữ biên và pha … - Các phương pháp tối ưu tham số sử dụng mô hình toán học của quá trình toán học của quá trình và xác định các tham số của bộ điều khiển bằng cách cực tiểu hóa/cực đại hóa một tiêu chuẩn chất lượng. - Các phương pháp dựa trên luật kinh nghiệm bắt trước suy luận của con người, có thể sử dụng cả đáp ứng của quá trình và các đặc tính đáp ứng vòng kín mong muốn. 3.1.3 Lựa chọn luật điều khiển Theo astrom và hangglund đưa ra một số nguyên tắc cơ bản sau: - Chọn luật điều khiển PI là đủ nếu như quá trình có đặc tính của một khâu quán tính bậc nhất và không có thời gian trễ, hoặc yêu cầu chính là chất lượng điều khiển ở trạng thái xác lập, còn đặc tính bán tín hiệu chử đạo trong quá trình quá độ không đặt ra hàng đầu. Thành phần I có thể bỏ qua nếu đối tượng đã có đặc tính tích phân hoặc sai lệch tĩnh không nhất thiết phải triệt tiêu. Tải bản FULL (96 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ
- 50. - Chọn luậtđiều khiển PID nếu như quá trình có đặc tính của khâu bậc 2 và thời gian trễ tương đối nhỏ. - Đối với các quá trình có thời gian trễ lớn cần sử dụng các khâu bù trễ - Sử dụng các khâu bù nhiễu nếu khả năng thực hiện cho phép để cải thiện chất lượng điều khiển. - Các luật điều khiển P, PI, PD có thể chưa đáp ứng được yêu cầu đặt ra về chất lượng điều khiển đối với các quá trình bậc cao, thời gian trễ lớn hoặc giao động mạnh. Khi đó cần sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến hoặc các sách lược điều khiển đặc biệt hơn. Kết luận: Từ 5 nguyên tăc trên với nhu cầu đáp ứng theo hệ thống trong đồ án có đối tượng đáp ứng là bậc nhất thì chúng em đưa ra kết luận sử dụng luật điều khiển P hoặc PI. Vì quá trình và cảm biến trong vòng điều khiển áp suất nhanh hơn thiết bị chấp hành. Quá trình có đặc tính tích phân nên sử dụng luật P cho điều khiển lỏng và luật luật PI cho điều khiển chặt (thời gian tích phân lớn ). Nhưng do yêu cầu cao hơn về độ chính xác vì lý do an toàn trong quá trình đo. Ngoài ra còn khâu PID thường đáp ứng với khâu quán tính bậc 2. Và thành phần vi phân D ít sử dụng bởi thực sự không cần thiết, hơn nữa phép đo áp suất ít khi có sự ảnh hưởng của nhiễu. Nên trong quá trình đo áp suất không sử dụng luật PID. Cách chọn luật điều khiển cũng như sự cần thiết sử dụng các sách lược bổ sung tóm tắt trong bảng sau: STT Điều kiện q1và k1 Điều khiển lỏng Điều khiển chặt Nhiễu đo lớn Giới hạn điều khiển nhỏ Nhiễu đo nhỏ và giới hạn điều khiển lớn 1 q1 > 1 k1 < 1, 5 I I+FFC+ (DTC) PI+FFC +(DTC) PI+FFC+DT C 2 0, 6 < q1 > 1 1, 5 < k1 < 2, 25 I or PI I+(FFC) PI+ (FFC) PI+FFC+DT C 3 0,15 < q1 < 0, 6 2, 25 < k1 < 15 PI PI PI or PID PID 4 q1 < 0,15; k1 P or PI PI PI or PID PI or PID 5583654