Luan Van Tot Nghiep

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA -----o0o-----

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN BƠM ỔN ĐỊNH MỨC DÙNG PLC VÀ BIẾN TẦN GVHD: TS. LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

0851050005 0851050025

TP. HỒ CHÍ MINH – 09/2012 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page ii


GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page iii



BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Page iv



BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Page v



LỜI CẢM ƠN

 Để đạt được thành quả ngày hôm nay, chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến toàn thể thầy (cô) khoa Điện –Điện tử viễn thông ,đặc biệt là các thầy (cô) bộ môn Tự Động Hóa của Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường .Đó là những kiến thức quý báu làm nền tảng cho chúng em hoàn thành luận văn này đồng thời là nền móng vững chắc để sau này chúng em tiếp tục học tập và lao động ngoài xã hội . Xin chân thành cảm ơn thầy Lê Quang Đức là người hướng dẫn chính cũng là người đã tận tình chỉ bảo, góp ý và định hướng cho chúng em trong suốt thời gian làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn cô Đoàn Diễm Vương đã góp ý và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành luận văn này. Xin gởi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè, người thân đã động viên, ủng hộ chúng em trong thời gian làm luận văn. Cuối cùng vì kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế, khả năng tiếp thu vấn đề còn giới hạn nên không thề trách được những sai sót, chúng em mong nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy (cô) để luận văn này được đầy đủ và hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Người viết Đặng xuân Hữu Võ Trung Can


Page vi



TÓM TẮT Trong luận văn này chúng em vận dụng các kiến thức cơ bản được học tại trường để ứng dụng vào việc xây dựng các hệ thống ngoài thực tế, nhóm đã chọn bài toán ổn định mức nước trong bồn chứa công nghiệp qua đó vừa củng cố kiến thức vừa tìm hiểu, thiết kế và thi công hệ thống với những mục tiêu sau: 

Tổng kết và phân tích các ứng dụng và giải pháp thực tế vấn đề điều khiển mức nước của bồn chứa trong công nghiệp.



Giải pháp tiết kiệm năng lượng.



Tìm hiểu giao thức USS để xây dựng truyền thông giữa PLC S7-200 và biến tần qua đó có thể cài đặt, giám sát hoạt động của hệ thống.



Tính toán, lựa chọn các thiết bị động lực và điều khiển



Tìm hiểu biến tần MM420 của Siemens, sử dụng chức năng điều khiển PI trong biến tần để ổn định mức nước, tiến hành việc cài đặt các thông số phù hợp với hệ thống bơm ổn định mức.



Hệ thống hoạt động ổn định, tin cậy, đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật.



Xây dựng hệ thống SCADA trên phần mềm Wincc với các chức năng điều khiển, giám sát các thông số kĩ thuật như mức nước, tốc độ động cơ, dòng điện, điện áp…Xuất báo cáo hoạt động của hệ thống hàng tuần, hàng tháng.và lưu trữ dữ liệu. Tạo một Database tùy ý để theo giỏi và truy cập một cách chư động.



Điều khiển giám sát thông qua mạng LAN.


Page vii



MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................. iii BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................................... iv BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... v LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... vi TÓM TẮT ........................................................................................................................... vii MỤC LỤC ......................................................................................................................... viii DANH SÁCH HÌNH VẼ ................................................................................................. xiii DANH SÁCH BẢNG BIỂU ............................................................................................. xvi DANH SÁCH CÔNG THỨC .......................................................................................... xvii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.................................................... 1 1.1.

Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1

1.2.

Tìm hiểu về đối tƣợng ............................................................................................. 2

1.2.1.

Ứng dụng .......................................................................................................... 2

1.2.2.

Giải pháp công nghệ đang đƣợc sử dụng ........................................................ 3

1.3.

Lựa chọn giải pháp và nhiệm vụ đề tài ................................................................... 4

1.3.1.

Lựa chọn giải pháp .......................................................................................... 4

1.3.2.

Nhiệm vụ đề tài................................................................................................. 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT .......................................................................... 8 2.1.

Nhiệm vụ đề tài ....................................................................................................... 8

2.1.1.

Giới thiệu chung về bồn nƣớc .......................................................................... 8

2.1.2.

Bồn nƣớc sử dụng trong đề tài ......................................................................... 9

2.2.

Động cơ không đồng bộ ba pha ............................................................................ 10

2.2.1.

Cấu tạo ........................................................................................................... 10

2.2.2.

Nguyên lí hoạt động ....................................................................................... 11

2.3.

Cảm biến đo mức .................................................................................................. 12


Page viii

Đồ án tốt nghiệp 2.4.


Giải thuật PID ....................................................................................................... 13

2.4.1.

Điều khiển bằng khâu tỉ lệ P .......................................................................... 13

2.4.2.

Điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ PD .......................................................... 13

2.4.3.

Điều khiển bằng khâu tỉ lệ tích phân PI ......................................................... 15

2.4.4.

Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỉ lệ PID .................................................. 16

2.4.5.

ứng dụng điều khiển PI trong biến tần........................................................... 17

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ................................................ 19 3.1.

Vấn đề điều khiển lƣu lƣợng của bơm .................................................................. 19

3.1.1.

Điều khiển theo kiểu truyền thống ................................................................. 19

3.1.2.

Điều khiển bằng biến tần ............................................................................... 19

3.2.

Đặc tính của bơm .................................................................................................. 21

3.3.

Điểm làm việc của tải bơm ................................................................................... 21

3.3.1.

Dùng van tiết lƣu điều chỉnh lƣu lƣợng ......................................................... 22

3.3.2.

Dùng biến tần thay đổi tốc độ động cơ .......................................................... 23

3.4.

Tính toán công suất bơm....................................................................................... 23

3.5.

So sánh dùng van và dung biến tần ...................................................................... 24

CHƯƠNG 4: GIAO THỨC USS....................................................................................... 25 4.1.

Tổng quan về giao thức USS ................................................................................. 25

4.2.

Cấu trúc bức điện .................................................................................................. 25

4.2.1.

Tổng thể .......................................................................................................... 25

4.2.2.

Vùng sữ liệu PKW .......................................................................................... 27

4.2.3.

Vùng xử lí dữ liệu PZD .................................................................................. 30

4.3.

Sử dụng các lệnh trong thƣ viện USS ................................................................... 33

4.3.1.

Lệnh USS_INIT .............................................................................................. 33

4.3.2.

Lệnh USS_CTRL ............................................................................................ 34

4.3.3.

Lệnh USS_RPM_x .......................................................................................... 37

CHƯƠNG 5: CÀI ĐẶT BIẾN TẦN………………….…………………………………42 5.1.

Cài đặt nhanh thông số động cơ ........................................................................... 42


Page ix



5.2.

Nhập thông số biến tần và bảo vệ quá tải động cơ ............................................... 43

5.3.

Cài đặt bảo về biến tần và động cơ ...................................................................... 44

5.5.

Cài đặt cho phép khởi động lại ............................................................................. 45

5.6.

Tối ƣu hóa đặc tính tăng, giảm tốc ....................................................................... 46

5.7.

Cài đặt chức năng giám sát moment..................................................................... 46

5.8.

Cài đặt đầu vào tƣơng tự ADC ............................................................................. 47

5.9.

ổn định mức với chức năng PI .............................................................................. 48

5.10. Cài đặt giao thức USS........................................................................................... 49 CHƯƠNG 6: PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC SỰ CỐ .................................................... 51 6.1.

Sự cố nguồn điện ngắn hạn ................................................................................... 51

6.2.

Sự cố nguồn cấp nƣớc, đƣờng ống, tràn bồn. ....................................................... 52

6.2.1.

Sự cố nguồn cấp nƣớc .................................................................................... 52

6.2.2.

Sự cố đƣờng ống............................................................................................. 53

6.2.3.

Sự cố tràn bồn ................................................................................................ 54

6.3.

Sự cố truyền thông ................................................................................................ 54

6.3.1.

Sự cố trong chƣơng trình ............................................................................... 54

6.3.2.

Sự cố hƣ biến tần, PLC, cảm biến .................................................................. 55

Sự cố hƣ hỏng thiết bị truyền thông ......................................................................... 55

6.4.

CHƯƠNG 7: GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH .............................................................. 56 7.1.

Sơ đồ tổng quát hệ thống ...................................................................................... 56

7.1.1.

Giao tiếp giữa PC và PLC ............................................................................. 56

7.1.2.

Giao tiếp PLC và biến tần .............................................................................. 57

7.1.3.

Cảm biến áp suất và biến tần ......................................................................... 57

7.2.

Giải thuật chƣơng trình ........................................................................................ 58

CHƯƠNG 8: LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ............................. 60 8.1.

Lựa chọn thiết bị ................................................................................................... 60

8.1.1.

Lựa chọn thiết bị động lực ............................................................................. 60

8.1.2.

Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển ................................................................. 63


Page x



Thiết kế hệ thống ................................................................................................... 64

8.2.1.

Thiết kế phần cơ khí ....................................................................................... 64

8.2.2.

Thiết kế hệ thống điện .................................................................................... 65

8.3.

Thi công hệ thống.................................................................................................. 66

CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO HỆ THỐNG ............................... 67 9.1.

Giới thiệu chung về các chức năng sử dụng trong WinCC .................................. 67

9.1.1.

WinCC ............................................................................................................ 67

9.1.2.

Đặc trƣng cơ bản ........................................................................................... 68

9.1.3.

Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL ............................................................................. 68

9.1.4.

Các chức năng sử dụng trong WinCC ........................................................... 70

9.2.

Thiết kế giao diện SCADA trong đồ án................................................................. 78

9.2.1.

Giao diện điều khiển trung tâm ...................................................................... 78

9.2.3.

Giao diện đọc ghi thông số biến tần .............................................................. 83

9.2.4.

Giao diện Alarm ............................................................................................. 84

9.2.5.

Giao diện Report ............................................................................................ 84

9.2.6.

Giao diện Trend/ Table .................................................................................. 86

9.3.

Điều khiển giám sát qua mạng LAN ..................................................................... 92

9.3.1.

Giới thiệu về mạng LAN ................................................................................. 92

9.3.2.

Thiết lập kết nối .............................................................................................. 94

9.3.3.

Ứng dụng vào đề tài ....................................................................................... 96

CHƯƠNG 10: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ............. 98 10.1. Kết quả thực hiện .................................................................................................. 98 10.2. Những khó khăn gặp phải ................................................................................... 100 10.3. Hạn chế đề tài ..................................................................................................... 100 10.4. Hƣớng phát triển đề tài ....................................................................................... 100 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 103 I.

PLC S7-200, CPU 224XP……………………………………….(đính kèm) ........... 103

II.

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA BIẾN TẦN() ............ 103


Page xi



III.

SCADA VÀ PHẦN MỀM WINCC……………………………..(đính kèm) ............ 103

IV.

PHẦN MỀM STEP7 MICROWIN……………………….…..…(đính kèm) ........... 103

V.

PHẦN MỀM PC ACCESS………………………………………(đính kèm) ............ 103

VI.

CHƢƠNG TRÌNH STEP7………………………………………(đính kềm) ............ 103


Page xii


GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang

Hình 1.1: hệ thống bơm nƣớc cho chung cƣ cao tầng ......................................................... 3 Hình 2.1: Bồn kín sử dụng trong công nghiệp ..................................................................... 8 Hình 2.2: Bồn hở sử dụng trong công nghiệp. ..................................................................... 9 Hình 2.3: Bồn nƣớc sử dụng trong đồ án ........................................................................... 10 Hình 2.4: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu tỉ lệ (P) .................................................. 13 Hình 2.5: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PD) với P = 1 .................. 14 Hình 2.6: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PI) với P = 1 ................... 15 Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID ..................................................... 17 Hình 3.1 Họ đƣờng cong đặc tính bơm .............................................................................. 21 Hình 3.2 Điểm làm việc của bơm dùng van tiết lƣu ........................................................... 22 Hình 3.3 Công suất tổn hao với hệ thống dùng van tiết lƣu .............................................. 22 Hình3.4 Điểm làm việc của bơm dùng biến tần ................................................................. 23 Hình 4.1 Cấu trúc tổng thể bức điện .................................................................................. 26 Hình 4.2 Cấu tạo khối dữ liệu ............................................................................................ 26 Hình 4.3 Cấu trúc PKE ...................................................................................................... 27 Hình 4.4: Cấu trúc lệnh USS_INIT .................................................................................... 33 Hình 4.5: Sử dụng lệnh USS_INT trong đề tài .................................................................. 34 Hình 4.6: Cấu trúc lệnh USS_CTRL .................................................................................. 34 Hình 4.7: Sử dụng lệnh USS_CTRL trong đề tài................................................................ 37 Hình 4.8: Cấu trúc lệnh USS_RPM_x ................................................................................ 37 Hình 4.9: Sử dụng lệnh USS_RPM_R đọc giá trị dòng điện động cơ .............................. 39 Hình 4.10: Cấu trúc lệnh USS_WPM_x ............................................................................ 39 Hình 4.11: Sử dụng lệnh USS_WPM_R thay đổi giá trị Kp trong điều khiển PI .............. 41 Hình 7.1: Sơ đổ tổng quát hệ thống ................................................................................... 56 Hình 8.2 Bản vẽ thiết kế cơ khí hệ thống ............................................................................ 64 Hình 8.3 Bản vẽ hệ thống điện ........................................................................................... 65 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page xiii



Hình 8.4: Mô hình hệ thống sau khi hoàn thành ................................................................ 66 Hình 9.1: Tạo một chƣơng trình WinCC ............................................................................ 68 Hình 9.2: Màn hình làm việc của WinCC .......................................................................... 70 Hình 9.3: Màn hình cài đặt thuộc tính Runtime ................................................................. 71 Hình 9.4: Giao diện chƣơng trình PC Access .................................................................... 72 Hình 9.5: Add tag vào WinCC ............................................................................................ 73 Hình 9.6: Một màn hình thiết kế Graphics Designer ......................................................... 74 Hình 9.7: Màn hình Tag Longging ..................................................................................... 74 Hình 9.8: Màn hình Alarm Longging ................................................................................. 75 Hình 9.9: Màn hình tạo Report Alarm ............................................................................... 76 Hình 9.10: Màn hình User Administrator .......................................................................... 77 Hình 9.11: Màn hình điều khiển trung tâm ........................................................................ 78 Hình 9.13: Giao diện đọc ghi thông số biến tần ................................................................ 83 Hình 9.14: Giao diện Alarm ............................................................................................... 84 Hình 9.15: File ACCESS đƣợc xuất ra và lƣu trữ.............................................................. 85 Hình 9.16: Đồ thị dòng điện động cơ ................................................................................. 86 Hình 9.17: Đồ thị điện áp động cơ ..................................................................................... 87 Hình 9.19: Đồ thị tần số động cơ ....................................................................................... 89 Hình 9.20: Đồ thị điện năng tiêu thụ .................................................................................. 90 Hình 9.21: Đồ thị mức nƣớc ............................................................................................... 91 Hình 9.22: Mạng LAN gồm 4 máy tính. ............................................................................. 92 Hình 9.23: Kiểu mạng LAN đấu BUS ................................................................................. 93 Hình 9.24: Kiểu mạng LAN đấu RING ............................................................................... 93 Hình 9.25: Kiểu mạng LAN đấu sao. ................................................................................. 94 Hình 9.26: Khởi tạo kết nối ở máy chủ .............................................................................. 95 Hình 9.27: Điều khiển, giám sát từ máy khách qua mạng LAN ........................................ 96 Hình 9.28: Giao diện SCADA trên máy khách ................................................................... 97


Page xiv




Page xv



DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Ý nghĩa của tham số AK ...................................................................................... 28 Bảng 4.2 Ý nghĩa tham số AK trong bức điện trả lời ......................................................... 29 Bảng 4.3 Mở rộng thông số ................................................................................................ 29 Bảng 4.5 Giá trị tham số STW ............................................................................................ 31 Bảng 4.6 Giá trị tham số ZSW ............................................................................................ 32 Bảng 5.1: Thông số Reset giá trị mặc định ........................................................................ 42 Bảng 5.2: Cài đặt nhanh thông số động cơ ....................................................................... 42 Bảng 5.3: Nhập thông số biến tần và bảo vệ quá tải động cơ ........................................... 43 Bảng 5.4: Cài đặt bảo vệ biến tần và động cơ ................................................................... 44 Bảng 5.5: Cài đặt chức năng khởi động bám ..................................................................... 45 Bảng 5.6: Cài đặt chức năng tự khởi động lại .................................................................. 45 Bảng 5.7: Tối ƣu đặc tính tăng, giảm tốc .......................................................................... 46 Bảng 5.8: Chức năng giám sát Moment trong MM430 ..................................................... 47 Bảng 5.9: Cài đặt đầu vào tƣơng tự ADC .......................................................................... 47 Bảng 5.11: Giá trị đặt PI-MOP và giá trị mức nƣớc thực tế ............................................. 49 Bảng 5.12: Cài đặt giao thức USS ..................................................................................... 50 Bảng 6.1: Cài đặt chức năng tự khởi động lại .................................................................. 52 Bảng 6.2: Cài đặt chức năng khởi động bám ..................................................................... 52 Bảng 6.3: Chức năng giám sát Moment trong MM430 ..................................................... 53 Bảng 6.4: Cài đặt đầu vào tƣơng tự ADC .......................................................................... 54 Bảng 8.1 Bảng chọn tiết diện dây dẫn ................................................................................ 62


Page xvi



DANH SÁCH CÔNG THỨC trang 1.1: Tốc độ động cơ 3 pha không đồng bộ ........................................................................ 4 2.1: Quan hệ mức nƣớc với áp suất ............................................................................... 13 2.2: Hàm truyền khâu điều khiển tỉ lệ. .......................................................................... 13 2.3: Hàm truyền khâu điều khiển vi phân tỉ lệ. ............................................................... 14 2.4: Hàm truyền khâu điều khiểntích phân tỉ lệ .............................................................. 15 2.5: Hàm truyền bộ điều khiển PID................................................................................. 17 2.6: Mối quan hệ giữa tín hiệura u(t) với tín hiệu sai lệch e(t) trong bộ PI ................... 17 3.1: Mối quan hệ Momen và tốc độ động cơ tải bơm (quạt) ........................................... 20 3.2: Mối quan hệ công suất, monen vả tốc độ động cơ tải bơm(quạt) ............................ 20 3.3: Mối quan hệ công suất vả tốc độ động cơ tải bơm(quạt) ........................................ 20 3.4: Tính chọn công suất bơm ......................................................................................... 23 5.1: Công thức nội suy 2 điểm .......................................................................................... 50


Page xvii


GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT


Page xviii



CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.

Đặt vấn đề

Tự động hóa quá trình công nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp, là sự lựa chọn tối ưu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng cao, tiết kiệm chi phí sản xuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường. Hiện nay, sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, trong đó kỹ thuật điều khiển tự động cũng góp phần rất lớn tạo điều kiện để nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất. Trong các ngành công nghiệp sản xuất chất lỏng như hóa chất, nước uống đóng chai, sữa, nước mắm, dầu ăn, dầu khí, … vấn đề cần điều khiển mức lưu lượng dòng chảy cần đáp ứng với độ chính xác cao để phục vụ quá trình sản xuất đạt hiệu quả tốt hơn, đảm bảo quá trình sản xuất các chất lỏng không bị gián đoạn, tăng tuổi thọ thiết bị, người vận hành không cần phải trực tiếp kiểm tra trong các bồn chứa hoặc đóng mở bơm liên tục, vấn đề bị cạn hay tràn trong bồn chứa chất lỏng hoàn toàn được khắc phục cho dù đầu ra thay đổi. Chính vì vậy chúng em chọn đề tài là: Điều Khiển Bơm Ổn Định Mức Chất Lỏng. Với yêu cầu ứng dụng thực tế như thế, đối tượng đề tài thực hiện chính ở đây là hệ bồn nước, hệ bồn nứớc được hình thành với hệ thống bơm và van xả chất lỏng nhưng luôn giữ ổn định theo giá trị mức đặt trước, mực chất lỏng của bồn được duy trì ổn định, để làm được điều này thì đòi hỏi ta phải điều khiển lưu lượng chất lỏng từ máy bơm vào hệ thống bồn nước, làm mực nước trong bồn luôn luôn giữ một giá trị đặt trước là không đổi, việc


Page 1



điều khiển hệ thống này để giữ được mức chất lỏng trong bồn ổn định là tương đối khó, cần phải có sự đáp ứng nhanh để điều khiển máy bơm khi lưu lượng nước xả thay đổi. 1.2.

Tìm hiểu về đối tƣợng

1.2.1. Ứng dụng Hệ thống bơm ổn định mức được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp chất lỏng nói riêng như hóa chất, nước uống đóng chai, dầu ăn, sản xuất xi măng, sản xuất giấy, sản xuất điện năng… Đặc biệt trong hệ thống cung cấp nước cho hộ dân, khu chung cư, nhà cao tầng. Ví dụ thực tế: -

Nhu cầu sử dụng nước trong khu công nghiệp, khu dân cư rất khác nhau trong các thời điểm của ngày (cao điềm và thấp điểm), yêu cầu đặt ra là phải giải quyết được việc tự động ổn định áp suất trên đường ống nước cấp, mức nước trên bồn chứa, và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống cấp nước.

-

Để đáp ứng nhu cầu áp lực nước trong hệ thống luôn đủ khi nhu cầu sử dụng nước thay đổi bất thường, các bơm trong hệ thống luôn làm việc liên tục ở chế độ đầy tải. Tuy nhiên điều này dẫn đến 1 số bất lợi sau: o Áp lực nước trong hệ thống đôi khi tăng quá cao không cần thiết, 1 số thời điểm nhu cầu sử dụng nước giảm xuống nhưng hệ thống bơm vẫn chạy đầy tải. Điều này gây lãng phí năng lượng rất lớn. o Các bơm phải chạy liên tục dẫn đến giảm tuổi thọ cơ khí.


Page 2



Hình 1.1: hệ thống bơm nƣớc cho chung cƣ cao tầng 1.2.2. Giải pháp công nghệ đang đƣợc sử dụng Trong ngành công nghiệp hiện nay các hệ thống bơm ồn định mức hầu hết được thiết kế với các đặc điểm sau: -

Trạm thường có tối thiểu 2 bơm trở lên, cùng cấp nước vào một đường ống chính.

-

Các bơm được khởi động trực tiếp hoặc sao/tam giác và tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định mức.

-

Trong quá trình trạm bơm hoạt động, thường luôn luôn để một bơm ở chế độ dừng (mang tính dự phòng).

-

Việc điều chỉnh áp lực trên đường ống chính hay mức nước được thực hiện bằng 2 cách: o Thay đổi góc mở các van (van tay hoặc van điện) trong trường hợp sự thay đổi áp lực ở khoảng cho phép. Trường hợp áp lực vẫn thiếu hoặc thừa ta có thể ngắt hoặc đóng thêm bơm (có thể là một bơm, hoặc nhiều hơn). o Điều khiển ON/OFF.



Điều khiển ON/OFF Là kiểu diều khiển khi bơm nước tới một mức nào đó (đặt) thì cho bơm ngừng hoạt

động, và khi nước được tiêu thụ và giảm xuống tới mức đặt thấp thì cho bơm chạy.


Page 3

Đồ án tốt nghiệp -


Ƣu điểm: Kiểu điều khiển ON/OFF dễ thiết kế, dễ điều khiển, giá thành thấp, phù hợp với chế độ Stand by.

-

Nhƣợc điểm: hệ thống không ổn định, đáp ứng chậm và không tốt, mức nước liên tục giao động xung quanh điểm đặt, dòng điện khởi động lớn gây sụt áp, bơm đóng mở liên tục gây giảm tuổi thọ.



Điều khiển thay đổi góc mở van Để ổn định mức nước cũng như áp suất trong đường ống thì vấn đề quan tâm nhất là

điều khiển lưu lượng nước bơm lên bồn để ổn định mực nước và áp suất theo một điểm đặt cố định. Có thể sử dụng van điện với tín hiệu phản hồi của cảm biến đưa về bộ điều khiển, bộ điều khiển xữ lí đưa ra tín hiệu điều khiển đóng mở van để chỉnh lưu lượng bơm. Hoặc sử dụng van tay để điều chỉnh trực tiếp. -

Ƣu điểm: Giá thành thấp, dễ thiết kế.

-

Nhƣợc điểm: Các bơm vẫn chạy đầy tải và liên tục, điều này gây lãng phí năng lượng điện vì có những thời điểm nhu cầu xử dụng nước giảm xuống thì bơm chỉ cần chạy 50% hay 60% công suất là đã đáp ứng được. Việc vận hành khó khăn và tốn chi phí nhân công vì phải cần công nhân vận hành trực tiếp để điều khiển góc mở valve. Các bơm phải chạy liên tục dẫn đến giảm tuổi thọ phần cơ khí. Khó kiểm soát áp lực nước làm ảnh hưởng tuổi thọ đường ống, ảnh hưởng tuổi thọ các mối nối.

1.3.

Lựa chọn giải pháp và nhiệm vụ đề tài

1.3.1. Lựa chọn giải pháp Với các phương pháp đã phân tích như trên ta có thể nhận thấy rằng việc ổn định mức nước được thiết kế dễ dàng nhưng vẫn còn rất nhiều nhược điểm. Để đáp ứng được những yêu cầu về ổn định mức nước trong công nghiệp cũng như dân dụng, hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật cũng như ngành tự động hóa các công ty lớn về lĩnh vực này đã không ngừng phát triển và cho ra ra đời các loại biến tần với chức năng chính là


Page 4



thay đổi tần số của động cơ để làm nhiệm vụ trên. Như ta biết tốc độ động cơ 3 pha không đồng bộ phụ thuộc vào các thông số như công thức sau:

n

60 f p

(1.1)

Trong đó: n- Tốc độ động cơ (vòng/ phút). f- tần số động cơ (Hz). p- Số cặp cực. Vì vậy để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể thay đổi điện áp hoặc thay đổi tần số, việc thay đổi điện áp lưới là không thể nên thay đổi tần số là hợp lý nhất với việc sử dụng biến tần ta có thể giải quyết được bài toán ổn định mức cùng với việc hạn chế các nhược điểm của các phương pháp khác. Với việc hỗ trợ chức năng điều khiển PI, biến tần sẽ nhận tín hiệu analog (dòng hoặc áp) từ sernsor đưa về, biến tần sẽ tự động thay đổi tần số, từ đó thay đổi tốc độ bơm, vì thế việc khống chế mức nước trong bồn trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.Khi nhu cầu xử dụng nước cao, thì biến tần sẽ tự động điều khiển động cơ quay ở tốc độ cao nhất để duy trì mức nước, ngược lại khi nhu cầu xử dụng nước thấp, biến tần sẽ điều khiển động cơ giảm tốc độ xuống hoặc dừng hẳn. Khi đó năng lượng điện được tiết kiệm.  Ƣu điểm khi sử dụng biến tần Việc điều chỉnh mức nước trong bồn hoàn toàn tự động, điều này sẽ tiết kiệm chi phí nhân công vì không cần người vận hành.Toàn bộ bơm sẽ được điều khiển thông qua biến tần.Với phương pháp điều khiền U/f, điều khiển vector, do đó tốc độ bơm có thể thay đổi một cách linh hoạt. Dòng khởi động được hạn chế sẽ không gây sụt áp khi khởi động sẽ không ảnh hưởng đến các thiết bị khác.Quá trình stop, start của bơm được êm hơn, tác dụng giảm tổn hại cho động cơ về mặt cơ khí, cho hệ truyền động cũng như về mặt điện. Chi phí bảo dưỡng giảm.Tiết kiệm năng lượng khi nhu cầu xử dụng thay đổi nhiều. Có SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 5



các chức năng bảo vệ: quá áp, thấp áp, quá nhiệt,bảo vệ nhiệt động cơ, bảo vệ ngắn mạch,đảo pha, kẹt rotor,…Khởi động bơm từ từ với việc cài đặt thời gian tăng tốc, tránh gây rung đường ống và sự thay đổi áp suất đột ngột,… tránh ảnh hưởng xấu cho hệ thống.Có thể kết nối truyền thông với PLC để giám sát mọi hoạt động .Đồng thời với các chức năng có sẵn ta có thể giải quyết các sự cố kĩ thuật như: hết nước bồn dưới, kẹt đường ống, nguồn điện ngắn hạn.  Giải pháp truyền thông Để điều khiển biến tần thông qua PLC thông thường có các giải pháp sau: -

Dùng các đầu vào ra số của PLC, nhưng chỉ thực hiện được các chức năng đơn

giản như: khởi động, dung, đảo chiều. Còn việc thay đổi thời gian khởi động hoặc dừng, đặt lại tốc độ… không thể thực hiện được ở chế độ này. -

Để thay đổi giá trị setpoint biến tần mất đi 1 đầu vào analog và 1 đầu ra analog,

ngoài ra cần phải sử dụng các đầu vào ra số để điều khiển biến tần (rất kho khăn sử dụng trong các biến tần có 1 đầu vào số như MM420). -

Điều khiển qua mạng Profibus: đối với MM3, MM4 của Siemens đã có sẵn giao

diện Profibus trên RS485 Port. Nhưng đối với các ứng dụng nhỏ thì việc thiết kế một mạng Profibus là không kinh tế. -

Dùng Port 0 của PLC để kết nối tới các Port của biến tần, 1PLC có thể điều khiển

và giám sát được 1 mạng tối đa 31 biến tần. Mạng này gọi là mạng USS. Dạng kết nối là điểm-điểm. Ta có thể điều khiển toàn bộ các chức năng của biến tần thông qua mạng này, ngoài ra còn có thể giám sát được dòng điện, điện áp, tốc độ… dựa vào vùng nhớ mà PLC dành riêng cho biến tần. Chi phí cho mạng này là thấp và tối ưu nhất cho các ứng dụng nhỏ. Với các giải pháp điều khiển và giám sát biến tần như trên giải pháp nhóm đưa ra là sử dụng giao thức USS để kết nối giữa PLC và biến tần, rất phù hợp cho ứng dụng nhỏ và có khả năng phát triển thành một hệ thống lớn.


Page 6



1.3.2. Nhiệm vụ đề tài Với giải pháp được lựa chọn ở trên nhóm sẽ sử dụng PLC và biến tần để để giải quyết bài toán bơm ổn định mức với các tính năng sau: -

Tính chọn các thiết bị động lực và điều khiển.

-

Hệ thống bơm và điều khiển ổn định mức nước của bồn, hệ thống hoạt động tin cậy, đảm bảo các thông số kỹ thuật cho trước.

-

Chế độ hoạt động manual, chế độ tự động, chế độ giám sát và điều khiển từ xa.

-

Hệ thống tự động điều khiển, cho phép cài đặt và thay đổi các chế độ và thông số hoạt động.

-

Giải pháp tiết kiệm và giám sát tiêu thụ điện năng.

-

Giải quyết các vấn đề sự cố kỹ thuật như sự cố nguồn điện ngắn hạn, sự cố nguồn cấp nước, sự cố đường ống, sự cố tràn bồn, sự cố truyền thông.

-

Hệ thống SCADA hai cấp: cấp điều khiển trực tiếp và cấp giám sát từ xa thông qua mạng LAN.

-

Hiển thị và giám sát các thông số kỹ thuật của hệ thống như mức nước, tốc độ bơm, tiêu thụ điện năng.

-

Lập báo cáo (report) hàng tuần, hàng tháng vận hành của hệ thống.

-

Lưu trữ dữ liệu vận hành.


Page 7



CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT

2.1.

Nhiệm vụ đề tài

2.1.1. Giới thiệu chung về bồn nƣớc Bồn nước là một thiết bị được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và sinh hoạt, là một thiết bị dùng để đựng chất lỏng như: nước, xăng, dầu, axit…, dung bồn nước để định lượng các loại chất môi cần sử dụng. Tùy vào nhu cầu sử dụng mà có 2 loại bồn nước chính là bồn kín và bồn hở. -

Bồn kín: là loại bồn được chế tạo kín cách li với khí, chất lỏng bên ngoài. Bồn kín được sử dụng trong các ứng dụng:  Lưu trữ, ủ … trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm, dược phẩm, hóa chất…  Trong công nghiệp sản xuất điện năng.  Trong nồi hơi công nghiệp…

Hình 2.1: Bồn kín sử dụng trong công nghiệp


Page 8



Bồn hở:  Sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày.  Cung cấp nước cho các quá trình sản xuất.  Dùng trong công nghiệp dầu khí.  Dùng trong công nghiệp sản xuất như giấy, xi măng….

Hình 2.2: Bồn hở sử dụng trong công nghiệp. 2.1.2. Bồn nƣớc sử dụng trong đề tài Vì là bước đầu làm quen với đối tượng bơm ổn định mức nên nhóm lựa chọn loại bồn hở có dung tích nhỏ, kích thước nhỏ, độ vọt lố và sai số khi ổn định là tương đối lớn Hệ thống bồn nước được sử dụng trong đồ án gồm 2 bồn: -

Bồn dưới có kích thước: dài 1.1m, rộng 90cm, cao 50cm, dung tích tối đa có thể chứa là gần 0.45

-

. Được sử dụng để cung cấp nước cho máy bơm.

Bồn trên có kích thước: dài 50cm, rộng 50cm, cao 1m, dung tích tối đa có thể chứa là 0.25

. Được sử dụng để chứa nước cung cấp cho sản xuất, sử dụng. Yêu cầu

ổn định mức.


Page 9



Hình 2.3: Bồn nƣớc sử dụng trong đồ án 2.2.

Động cơ không đồng bộ ba pha

2.2.1. Cấu tạo Cấu tạo của máy điện không đồng bộ bao gồm hai bộ phận chính là stator và roto -

Stator: có hai phần chính là lõi thép và dây quấn.  Lõi thép stator hình trụ gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại. Mặt trong có những rãnh để chứa bộ dây quấn pha.  Dây quấn stator làm bằng các dây dẫn bọc cách điện, đặt trong các rãnh được phân bố đều dọc theo chu vi của lõi thép. Dây quấn stator nhận điện


Page 10



từ một nguồn 3 pha để tạo ra một từ trường quay. Tốc độ quay của từ trường này phụ thuộc tần số nguồn điện và số cực của bộ dây quấn. -

Roto: cũng có hai phần chính là lõi thép và dây quấn.  Lõi thép roto hình trụ gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại. Mặt ngoài có những rãnh để chứa dây quấn. Có hai loại: lồng sóc và dây quấn. o Lồng sóc: gồm các thanh đồng hoặc nhôm đặt trong rãnh, và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ nhỏ, roto được đúc nguyên khối, gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và quạt.Với động cơ lớn, các thanh bằng đồng được đặt vào các rãnh roto và siết chặt vào vành ngắn mạch. Nhờ không có vành trượt và chổi than nên rất bền, chắc, ít cần bảo trì. Các thanh dẫn thường nghiêng so với trục (ta có cảm tưởng như roto bị vặn xoắn); vì các lý do:  Làm cho momen quay không bị dao động và máy ít ồn khi làm việc.

Tránh được vị trí ở đó răng roto song song và

đối diện với răng stator, tức là vị trí từ trở cực tiểu và roto sẽ bị “khóa" ở đó .  Tăng chiều dài tác dụng của thanh dẫn. o Dây quấn: là dây quấn 3 pha có cùng số cực như dây quấn stator, dây quấn roto luôn luôn đấu Y và có 3 đầu ra đấu vào 3 vành trượt này để dẫn điện ra một biến trở 3 pha đấu Y nằm ngoài động cơ, dùng để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ. 2.2.2. Nguyên lí hoạt động -

Nhận điện năng từ lưới điện và biến thành cơ năng chuyển ra tái.

-

Có tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ từ trường, quay cùng chiều với từ trường.

-

Dòng điện 3 pha có thể tạo ra từ trường quay rất mạnh.


Page 11



-

Khi cho dòng điện 3 pha chạy vào 3 cuộc dây Stator đặt cách nhau 120 0 .

-

Trên vòng tròn thì trong Stator xuất hiện từ trường quay Fs . Từ trường Fs sinh ra

trong cuộn dây Stator cũng dao động điều hòa như dòng điện 3 pha đầu vào, từ trường này móc vòng qua rotor và cảm ứng trên rotor một điện áp cảm ứng. Rotor ngắn mạch sẽ có dòng điện chạy trong rotor. -

Dòng điện vào Stator gây ra từ trường Fs ,dòng điện trên Rotor gây ra từ

trường Fr. Hai từ trường này tương tác với nhau tạo ra monent kéo Rotor chuyển động theo hướng từ trường quay Fs . Hoặc từ thông do dòng điện Rotor sinh ra hơp với từ thông của Stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở giữa Stator và Rotor. Từ thông tồng này tác dụng với dòng Rotor tao ra monent kéo rotor chuyển động theo hướng từ trường quay Fs. 2.3.

Cảm biến đo mức

Yêu cầu chính của chúng ta là ổn định mức nước trong bồn vậy điều quan trọng đầu tiên là làm sao để xác định chính xác mức nước thực trong bồn tại một thời điểm nhất định, vì vậy phải có thiết bị để đọc giá trị mức nước trong bồn đưa về bộ điều khiển, thiết bị thường được dùng là cảm biến đo mức nước. Cảm biến để đo mức nước thì trong thực tế có 3 loại có thể đáp ứng nhu cầu này: -

Cảm biến mức.

-

Cảm biến siêu âm.

-

Cảm biến áp suất: làm việc theo nguyên tắc so sánh áp suất của bồn nước với áp

suất của khí quyển làm chuẩn để đưa ra tín hiệu điện.áp suất của cảm biến có thể chuyển đổi thành mức nước trong bồn theo tỉ lệ như sau: 1m

=0.1 kg/

1m

=0.1 bar

1m

=9806.38 Pa

(2.1)

Căn cứ vào ứng dụng của các loại cảm biến đo mức và các yếu tố như giá cả, nhà cung cấp… nhóm lựa chọn cảm biến áp suất để đo mức nước thực trong bồn. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 12



Giải thuật PID

2.4.1. Điều khiển bằng khâu tỉ lệ P -

Đây là hình thức điều khiển bằng cách đưa tín hiệu điều khiển dựa vào sự khác biệt

mức nước giữa mức nước thực tế của đối tượng và mức nước đặt, với K P được xem là độ khuếch đại tỷ lệ của bộ điều khiển. W = Kp.(TS – TO)

(2.2)

Hình 2.4: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu tỉ lệ (P) -

Ta thấy hệ số khếch đại KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ tuy nhiên đáp ứng

của hệ thống càng dao động, độ vọt lố càng cao. Nếu KP tăng quá giới hạn thì hệ thống sẽ trở nên mất ổn định. Do đó không thể có sai số của hệ thống bằng 0 và cũng không thể tăng hệ số khếch đại lên vô cùng. 2.4.2. Điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ PD Vấn đề về tính ổn định và quá tầm trong điều khiển tỷ lệ với độ khuếch đại lớn, có thể được giảm đi khi thêm vào đó là khâu vi phân cho tín hiệu sai số. d   W  Kp. TS  TO   TD . TS  TO   dt   SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

(2.3) Page 13



Với KD = KP .TD; TD : là thời hằng vi phân của bộ điều khiển PD Kỹ thuật đó được gọi là kỹ thuật điều khiển PD. Khâu vi phân có thể hiệu chỉnh khả năng đáp ứng sự thay đổi tại mức nước đặt, đó là giảm độ vọt lố , đáp ứng ra c(t) bớt nhấp nhô hơn, được biểu diễn ở hình sau:

Hình 2.5: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PD) với P = 1 Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ thống khi thay đổi giá trị TD và giữ hệ số KP bằng hằng số. Ta thấy TD càng lớn thì đáp ứng càng nhanh, thời gian lên càng ngắn. Tuy nhiên, nếu thời gian lên nhanh quá thì sẽ dẫn đến vọt lố mặc dù đáp ứng không có dao động. Bộ hiệu chỉnh PD không thể thực hiện bằng các linh kiện mạch thụ động, có thể dùng khếch đại thuật toán, điện trở và tụ điện. Nhược điểm của bộ PD này là rất nhạy về nhiễu vì bản thân bộ PD là mạch lọc thông cao, với độ lợi lớn hơn 1 sẽ làm tăng sự ảnh hưởng của tín hiệu nhiễu.


Page 14



2.4.3. Điều khiển bằng khâu tỉ lệ tích phân PI Vấn đề về sai số xác lập có thể khắc phụ bằng hiệu chỉnh PI. Hiệu chỉnh PI có tác dụng làm chậm đáp ứng quá độ, tăng độ vọt lố, giảm sai số xác lập. Do hệ số khếch đại của khâu PI bằng vô cùng tại tần số bằng 0 nên khâu hiệu chỉnh PI làm cho sai số đối với tín hiệu vào là hàm nấc của hệ thống không có khâu tích phân lý tưởng bằng 0 (hệ vô sai bậc 1). Ngoài ra khâu PI là một bộ lọc thông thấp nên nó còn có tác dụng triệt tiêu nhiễu tần số cao tác động vào hệ thống. t   1 W  Kp. e( )  . e( )d  TI 0  

(2.4)

Với: e(  ) = TS –T0 Ki = Kp/TI, TI là thời hằng tích phân của bộ điều khiển PI

Hình 2.6: Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PI) với P = 1 Khâu hiệu chỉnh PI làm cho sai số xác lập của hệ thống đối với tín hiệu vào là hàm nấc bằng 0. Tuy nhiên khâu hiệu chỉnh PI lại làm cho hệ thống kém ổn định do làm tăng thời gian xác lập.


Page 15



Dựa trên đáp ứng quá độ của hệ thống khi giảm thời hằng tích phân TI thì độ vọt lố của hệ thống càng cao, hệ thống càng chậm xác lập. Vậy hằng số thời hằng tích phân TI ta nên cho giá trị lớn nhằm hạn chế độ vọt lố. Tuy vậy khi TI bằng hằng số thì ảnh hưởng của P đến chất lượng của hệ thống chính là ảnh hưởng của khâu khếch đại, P càng tăng thì độ vọt lố càng cao, tuy nhiên thời gian quá độ lại không thay đổi. 2.4.4. Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỉ lệ PID Bộ điều khiển PID được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại đối lập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây ra vọt lố và trong vài trường hợp là không chấp nhận được đối với mạch động lực. Sự có mặt của khâu vi phân tỉ lệ (PD) làm giảm độ vọt lố và đáp ứng ra bớt nhấp nhô hơn và hệ thống sẽ đáp ứng nhanh hơn. Khâu tích phân tỉ lệ(PI) có mặt trong hệ thống sẽ dẩn đến sai lệch tĩnh triệt tiêu( hệ vô sai). Muốn tăng độ chính xác ta phải tăng hệ số khuếch đại, song với mọi hệ thống thực đều bị hạn chế và sự có mặt của khâu PI là bắt buộc. Khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID) kết hợp những ưu điểm của khâu PI và PD, có khả năng tăng độ dự trử pha ở tần số cắt, khử chậm pha. Sự có mặt PID ở vòng hồi tiếp có thể dẩn đến sự dao động trong hệ do đáp ứng quá độ bị vọt lố bởi hàm Dirac (t).Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dưới dạng thiết bị điều khiển hay thuật toán phần mềm. Do sự thông dụng của nó nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển đã cho ra đời các bộ điều khiển thương mại rất thông dụng. Thực tế các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID dùng quỹ đạo nghiệm số, giản đồ Bode hay phương pháp giải tích rất ít được sử dụng do việc khó khăn trong xây dựng hàm truyền đối tượng. Phương pháp phổ biến nhất để chọn tham số PID thương mại hiện nay là phương pháp Ziegler-Nichols.


Page 16



Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID có hàm truyền liên tục như sau: G( s)  K p 

  Ki 1  K d s  K p 1   TD s  s  TI s 

(2.5)

Với các giá trị Kp, Ki, Kd là các hằng số thực. Phương trình vi tích phân mô tả sự tương quan giữa tín hiệu ra u(t) với tín hiệu sai lệch e(t) của bộ điều khiển PID là: u (t )  K P .e(t )  K D .

Trong đó:

de(t )  K I .  e(t ).dt dt

(2.6)

e(t) là sai lệch trong hệ thống e(t) = r(t) – c(t).

r(t) và c(t) là tín hiệu vào và đáp ứng ra của hệ thống. Vấn đề thiết kế là cần xác định giá trị Kp, Ki, Kd sao cho thoả mãn các yêu cầu về chất lượng. Đối tượng khác nhau như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa,… Lý do bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi là vì nó có khả năng triệt tiêu sai số xác lập, tăng đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các tham số bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp. Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P) được đưa vào hệ thống nhằm làm giảm sai số xác 2.4.5. ứng dụng điều khiển PI trong biến tần Trong hầu hết các dòng biến tần của các hãng, đặt biệt các dòng dành cho ứng dụng bơm/ quạt điều tích hợp sẵn các bộ điều khiển PI hoặc PID điều này làm cho người sử SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 17



dụng dễ thiết kế và vận hành hệ thống hơn. Đối với các ứng dụng đối tượng có quán tính nhỏ như áp suất,lưu lượng, mức nước … thì chỉ cần sử dụng bộ điều khiển PI là đủ.Với các đối tượng có quán tính lớn như nhiệt độ…thì phải sử dụng bộ điều khiển PID. Đối tượng điều khiển trong đề tài là mức nước vì vậy nhóm sẽ sử dụng chức năng PI có sẵn trong biến tần để ổn định mức nước qua đó cũng cố gắng sử dụng hết các chức năng biến tần hỗ trợ cho các ứng dụng bơm/ quạt.


Page 18



CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG 3.1.

Vấn đề điều khiển lƣu lƣợng của bơm

3.1.1. Điều khiển theo kiểu truyền thống Bơm sẽ được cấp nguồn trực tiếp . Bơm luôn hoạt động ở chế độ định mức. Việc thay đổi lưu lượng thông thường dùng van tiết lưu Nhận xét : -

Tăng trở kháng đường ống .

-

Lưu lượng giảm nhưng công suất tiêu hao giảm rất ít

Ví dụ : Khi ta dùng valve tiết lưu để giảm lưu lượng bơm xuống còn 80% so với định mức. Theo bình thường thì với 20% lưu lượng giảm đi thì công suất tiêu tốn cũng giảm đi một lượng đáng kể,nhưng cụ thể ở đây chỉ năng lương tiêu tốn là khoảng 95% (chỉ giảm 5% công suất trên 20% lưu lượng giảm). 3.1.2. Điều khiển bằng biến tần Bơm ,quạt được cấp nguồn qua biến tần. Bơm có thể hoạt động ở các chế độ khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu. Việc thay đổi lưu lượng được thực hiện thông qua việc thay đổi tốt độ động cơ. Nhận xét: -

Không còn tổn thất năng lượng trên valve như kiểu truyền thống.


Page 19



Bơm cũng không phải sinh ra công suất trên trục lớn hơn nhu cấu thực tế để

chống lại sức càn trên valve. Ví dụ: Khi dùng biến tần điều khiển bơm,nếu ta muốn giảm lưu lượng xuống 80% so với định mức.Ta chỉ cần điều chỉnh biến tần để giảm tốc độ động cơ xuống.Quan hệ giữa moment tải và tốc độ động cơ (với tải bơm quạt) là:

Công suất:

M=n 2

(3.1)

P=M×n

(3.2)

P≈ n 3

(3.3)

Nếu ta giảm tốc độ xuống còn 80% (0.8) thì công suất chỉ cần bằng (0.8) 3 ≈ 0.5 Điều này cho ta thấy rằng bơm sẽ chỉ hoạt động với 50% công suất định mức là có thể đạt được 80% lưu lượng dẫn đến tiết kiệm điện.


Page 20



Đặc tính của bơm Là mối quan hệ giữa áp suất và lưu lượng .Họ đặc tính của bơm khi tốc độ bơm thay

đổi được trình bày như hình sau.

Hình 3.1 Họ đƣờng cong đặc tính bơm 3.3.

Điểm làm việc của tải bơm

Điểm làm việc của bơm là giao điểm của đường cong của bơm và đường cong của hệ thống. Ta xét động cơ có tốc độ định mức là n= 1480 RPM.


Page 21



3.3.1. Dùng van tiết lƣu điều chỉnh lƣu lƣợng

Hình 3.2 Điểm làm việc của bơm dùng van tiết lƣu

Công suất tổn hao đối với hệ thống dùng van tiết lưu.

Hình 3.3 Công suất tổn hao với hệ thống dùng van tiết lƣu SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 22



3.3.2. Dùng biến tần thay đổi tốc độ động cơ

Hình3.4 Điểm làm việc của bơm dùng biến tần

3.4.

Tính toán công suất bơm

Công suất bơm được tính bằng tích của lưu lượng nhân với áp suất. Đây chính là diện tích trên đường đặc tuyến. Ta có công thức tính công suất như sau: xét lưu lượng Q tính theo (m3 /s) P = (d * H * Q) / k

(3.4)

Với: d: Khối lượng riêng của chất được bơm (kg/m3) . H: Độ cao cột áp cần bơm (m) . Q: lưu lượng bơm (m3/s) . k: Tỷ số giữa công suất đầu ra với công suất trên trục của bơm.


Page 23

Đồ án tốt nghiệp 3.5. -


So sánh dùng van và dung biến tần Dùng valve tiết lƣu: Động cơ luôn chạy với công suất định mức, việc thay đổi lưu lượng thông qua

việc thay đổi độ đóng mở của valve. Điều này sẽ gây tổn hao năng lượng khi chạy ở lưu lượng thấp (tải bơm) -

Dùng biến tần: Toàn bộ hệ thống bơm quạt sẽ được điều khiển thông qua biến tần. Áp suất của

toàn hê thống không đổi với mọi lưu lượng (cảm biến áp suất trên đường ống phản hồi thông số về cho biến tần). Với phương pháp điều khiền U/f , điều khiển vector ,do đó tốc độ có thể thay đổi một cách linh hoạt. Dòng khởi động được hạn chế sẽ không gây sụt áp khi khởi động sẽ không ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Quá trình stop ,start được mềm hóa nên giảm tổn hại cho động cơ về mặt cơ khí, cho hệ truyền động cũng như về mặt điện. Chi phí bảo dưỡng giảm. Không giới hạn số lần khởi động . Tiết kiệm năng lượng khi tải thay đổi liên tục.


Page 24



CHƢƠNG 4: GIAO THỨC USS 4.1.

Tổng quan về giao thức USS

Giao thức USS (Universal Serial Interface Protocol) định nghĩa một kiểu truy cập theo nguyên tắc master-slave cho thông tin liên lạc thông qua bus nối tiếp .Giao thức USS là kiểu truyền thông của Siemens dành riêng cho PLC S7-200 và biến tần của hãng. Qua giao thức này 1 PLC có thể điều khiển tối đa một mạng gồm 32 biến tần, Dạng kết nối là điểm-điểm. Ta có thể điều khiển toàn bộ các chức năng của biến tần thông qua mạng này, ngoài ra còn còn có thể giám sát được dòng điện, điện áp, tốc độ, hướng quay...dựa vào các lệnh trong thư viện USS cho mỗi biến tần. Chi phí cho mạng này là thấp và tối ưu nhất cho các ứng dụng nhỏ và vừa. Để sử dụng được giao thức này yêu cầu biến tần phải được hỗ trợ giao thức USS, phần mềm step7-micorowin phải cài đặt thư viện USS. Sử dụng port 0 của PLC để kết nối USS ,khi đã chọn port 0 cho truyền thông USS không sử dụng port 0 với bất kì mục đích khác .Vì vậy để thực hiện việc giám sát hệ thống cần lựa chọn PLC có 2 port truyền thông ,cụ thể trong luận văn sử dụng PLC s7200 -224xp. Các giá trị của các lệnh USS yêu cầu 400 byte của vùng nhớ V của PLC ,vì vậy trước khi lập trình phải khai báo vùng nhớ V và khi lập trình không sử dụng lại vùng nhớ này. S7-200 và biến tần được kết nối truyền thông USS qua cáp RS485.Chân số 3 port 0 của PLC kết nối với chân 14(P+) của biến tần ,chân số 8 nối với chân 15(N-). 4.2.

Cấu trúc bức điện

4.2.1. Tổng thể Mỗi bức điện bắt đầu với kí tự STX (=02hex) tiếp theo là chiều dài khối dữ liệu (LGE) và byte địa chỉ (ADR). Bức điện kết thúc bằng kí tự (BBC). Trong đó:


Page 25



-

STX: là một byte ASCII (02hex) được sử dụng để biết bắt đầu một kí tự.

-

LEG: Quy định chiều dài khối dữ liệu.Khối dữ liệu được chia làm 2 khu vực PKW( tham số ID-giá trị khu vực) PZD (xử lí dữ liệu)

-

ADR: là một byte duy nhất có chứa địa chỉ của slave

-

BBC: là một byte kiểm tra xác nhận tin nhắn đã được sử dụng. Nếu biến tần nhận được một tin nhắn không hợp lí thì biến tần sẽ không trả lời.

Hình 4.1 Cấu trúc tổng thể bức điện Cấu tạo khối dữ liệu

Hình 4.2 Cấu tạo khối dữ liệu PKW: chứa dữ liệu thông số PKE: chứa yêu cầu, thông số IND: chứa giá trị mở rộng thông số và giá trị index SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 26



PWE: chứa giá trị yêu cầu. PZD: chứa word điều khiển word giám sát STW: chứa word điều khiển. ZSW: chứa word giám sát HSW: chứa điểm đặt tần số. HIW: chứa giá trị tần số thực tế. Đối với MM420 chỉ hỗ trợ loại bức điện PPO1 và PPO3. 4.2.2. Vùng sữ liệu PKW Vùng PKW bao gồm 4 word, word 1 chứa tham số PKE, word 2 chứa tham số IND, word 3 và 4 chứa tham số PWE -

Tham số PKE:

Có độ dài 1 word

Hình 4.3 Cấu trúc PKE Từ bit 0 tới bit 10 chứa số của thông số, bit 11 không được sử dụng, từ bit 12 tới bit 15 được dùng để yêu cầu đọc hay viết thông số tới biến tần.


Page 27



Bảng 4.1 Ý nghĩa của tham số AK AK Ý nghĩa 0

Không yêu cầu

1

Đọc tham số

2

Viết tham số word

3

Viết tham số double word

4

Yêu cầu mô tả ý nghĩa

6

Yêu cầu đọc giá trị tham số là 1 mảng

7

Viết tham số dạng mảng có độ dài 1 word

8

Viết tham số dạng mảng có độ dài double word

9

Yêu cầu số lượng mảng thực hiện

11

Viết tham số ở dạng mảng có độ dài 1 word và lưu vào EEPROM

12

Viết tham số ở dạng mảng có độ dài double word và lưu vào EEPROM

13

Viết tham số ở dạng mảng có độ dài 1 word từ và lưu vào EEPROM

14

Viết tham số ở dạng mảng có độ dài double word và lưu vào EEPROM

Thường ta chỉ sử dụng AK=0, 1, 2, 3


Page 28



Bảng 4.2 Ý nghĩa tham số AK trong bức điện trả lời AK Ý nghĩa

-

0

Không trả lời

1

Chuyển giá trị tham số word

2

Chuyển giá trị tham số double word

3

Chuyển phần tử mô tả

4

Chuyển giá trị tham số ở dạng mảng có độ dài word

5

Chuyển giá trị tham số ở dạng mảng có độ dài double word

6

Chuyển số lượng mảng phần tử

7

Không thực hiện được yêu cầu

8

Không có trạng thái điều khiển master cho giao diện PKW

Tham số IND Có độ dài 1 word.Từ bit 0 tới bit 7 chứa giá trị index, bit 8 tới bit 11 không sử

dụng, bit 12 tới bit 15 chứa giá trị mở rộng thông số

Bảng 4.3 Mở rộng thông số

-

Tham số PWE Có độ dài 2 word, chứa giá trị thông số bao gồm PWE 1 và PWE 2.


Page 29



4.2.3. Vùng xử lí dữ liệu PZD Vùng dữ liệu PZD được thiết kế để điều khiển và giám sát biến tần. Đối với MM420 thường sử dụng PZD với chiều dài 2word. Bảng 4.4 Cấu trúc PZD

PLC

PZD1

PZD2

STW

HSW

ZSW

HIW

MM420 MM420


PLC

Page 30



Tham số STW Có chiều dài 1 word. Tham số STW có chức năng điều khiển biến tần trên đường truyền USS.

Bảng 4.5 Giá trị tham số STW Bit Chức năng

Giá trị

Bit 00

ON/ OFF1

0 No - 1 Yes

Bit 01

OFF 2

1 No - 0 Yes

Bit 02

OFF 3

1 No - 0 Yes

Bit 03

Kích hoạt xung

0 No - 1 Yes

Bit 04

Kích hoạt RFG

0 No - 1 Yes

Bit 05

Khởi động RFG

0 No - 1 Yes

Bit 06

Kích hoạt điểm đặt

0 No - 1 Yes

Bit 07

Xác nhận lỗi

0 No - 1 Yes

Bit 08

Chạy nhấp phải

0 No - 1 Yes

Bit 09

Chạy nhấp trái

0 No - 1 Yes

Bit 10

Điều khiển từ PLC

0 No - 1 Yes

Bit 11

Đảo điểm đặt

0 No - 1 Yes

Bit 12

Không sử dụng

0 No - 1 Yes

Bit 13

Tăng điểm đặt MOP 0 No - 1 Yes

Bit 14

Giảm

điểm

đặt 0 No - 1 Yes

MOP Bit 15

Bằng tay/ từ xa

0 P0719 set 0 1 P0719 set 1

-

Tham số HSW Chứa giá trị tần số đặt


Page 31



Tham số ZSW Tham số này được dùng để giám sát hoạt động biến tần trên đường truyền USS.

Bảng 4.6 Giá trị tham số ZSW Bit Chức năng

Giá trị

Bit 00

Biến tần sẵn sàng

0 No - 1 Yes

Bit 01

Biến tần sẵn sàng hoạt động

0 No - 1 Yes

Bit 02

Biến tần đang hoạt động

0 No - 1 Yes

Bit 03

Biến tần có lỗi

1 No - 0 Yes

Bit 04

Off 2 hoạt động

1 No - 0 Yes

Bit 05

Off 3 hoạt động

0 No - 1 Yes

Bit 06

Inhibit hoạt động

0 No - 1 Yes

Bit 07

Cảnh báo biến tần hoạt động

0 No - 1 Yes

Bit 08

Độ lệch điểm đặt/ giá trị thực tế

1 No - 0 Yes

Bit 09

Điều khiển PZD

0 No - 1 Yes

Bit 10

Đạt tần số tối đa

0 No - 1 Yes

Bit 11

Cảnh báo dòng điện giới han 1 No - 0 Yes motor

Bit 12

Phanh hãm động cơ hoạt dộng

1 No - 0 Yes

Bit 13

Động cơ quá tải

1 No - 0 Yes

Bit 14

Động cơ chạy đúng chiều

0 No - 1 Yes

Bit 15

Biến tần quá tải

1 No - 0 Yes

-

Tham số HIW Chứa giá trị tần số thực tế đang hoạt động


Page 32


4.3.


Sử dụng các lệnh trong thƣ viện USS

Thư viện của STEP 7- Micro/Win cung cấp 14 chương trình con, 3 thủ tục ngắt và một tập lệnh (gồm 8 lệnh) hỗ trợ cho giao thức USS. Nhờ thư viện này mà việc PLC điều khiển giám và sát biến tần trở nên dễ dàng hơn rất nhiều so với các giao thức khác. Các khối hàm được thể hiện một cách trực quan giúp việc thiết lập một chương trình điều khiển không mấy khó khăn. 4.3.1. Lệnh USS_INIT

Hình 4.4: Cấu trúc lệnh USS_INIT Lệnh USS_ INIT được sử dụng để cho phép thiết lập hoặc không cho phép truyền thông với các biến tần. Trước khi bất kỳ một lệnh USS nào khác được sử dụng, lệnh USS_INIT phải được thực hiện trước mà không được xảy ra lỗi nào. Khi lệnh thực hiện xong và bit Done được set lên ngay lập tức trước khi thực hiện lệnh kế tiếp. Lệnh này được thực hiện ở mỗi vòng quét khi đầu vào EN được tác động. Thực hiện lệnh USS_INIT chỉ một lần cho mỗi sự thay đổi trạng thái truyền thông. Sử dụng lệnh chuyển đổi dương tạo một xung ở đầu vào EN. Khi thay đổi giá trị ban đầu các tham số sẽ thực hiện một lệnh USS_ INIT mới. Giá trị cho đầu vào Mode lựa chọn giao thức truyền thông: đầu vào có giá trị 1 sẽ ấn định Port 0 dùng cho giao thức USS và chỉ cho phép làm việc theo giao thức này. Nếu đầu vào có giá trị 0 sẽ ấn định Port 0 dùng cho giao thức PPI và không cho phép làm việc theo giao thức USS. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 33



Tốc độ truyền được đặt ở các giá trị: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 và 115200 (baud). Ðầu vào Active dùng để xác định địa chỉ của Drive. Chỉ hỗ trợ số địa chỉ Drive từ 0 đến 31. Khi lệnh USS_INIT kết thúc, đầu ra Done được set lên. Ðầu ra Error (kiểu byte) chứa kết quả thực hiện lệnh.

- Ứng dụng trong đề tài khai báo giao thức USS

Hình 4.5: Sử dụng lệnh USS_INT trong đề tài 4.3.2. Lệnh USS_CTRL

Hình 4.6: Cấu trúc lệnh USS_CTRL


Page 34



Lệnh USS_CTRL được sử dụng để điều khiển hoạt động của biến tần. Lệnh này được đưa vào bộ đệm truyền thông, từ đây, lệnh được gởi tới địa chỉ của biến tần, nếu địa chỉ đã được xác định ở tham số Active trong lệnh USS _ INIT. Chỉ một lệnh USS _CTRL được ấn định cho mỗi Drive. Bit EN phải được set lên mới cho phép lệnh USS_CTRL thực hiện. Lệnh này luôn ở mức cao (mức cho phép). Bit RUN (RUN/STOP) cho thấy biến tần là on hoặc off. Khi bit RUN ở mức cao, biến tần nhận lệnh khởi động ở tốc độ danh định và theo chiều đã chọn trước. Ðể Drive làm việc, các điều kiện phải theo đúng như sau: -

Ðịa chỉ Drive phải được lựa chọn từ đầu vào Active trong lệnh USS_INIT.

-

Ðầu vào OFF2 và OFF3 phải được set ở 0.

-

Các đầu ra Fault và Inhibit phải là 0.

Khi đầu vào RUN là OFF, một lệnh được chuyển đến MM để điều khiển giảm tốc độ động cơ xuống cho đến khi động cơ dừng. Ðầu vào OFF2 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ chậm. Ðầu vào OFF3 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ nhanh. Bit Resp_R báo nhận phản hồi từ Drive. Tất cả các hoạt động của biến tần được thăm dò thông tin trạng thái. Tại mỗi thời điểm, S7-200 nhận một phản hồi từ Drive, bit Resp_R được set lên và tất cả các giá trị tiếp theo được cập nhật. Bit F_ACK (Fault Acknowledge) được sử dụng để nhận biết lỗi từ Drive. Các lỗi của Drive được xoá khi F_ACK chuyển từ 0 lên 1. Bit Dir (Direction) xác định hướng quay mà biến tần sẽ điều khiển. Ðầu vào Drive (Drive address) là địa chỉ của biến tần mà lệnh USS_ CTRL điều khiển tới. Ðịa chỉ hợp lệ từ 0 đến 31.


Page 35



Ðầu vào Type (Drive type) dùng để lựa chọn kiểu biến tần. Ðối với thế hệ MM3(hoặc sớm hơn) đầu vào Type được đặt 0; còn đối với MM4 giá trị đặt là 1. Speed-SP (speed setpoint) là tốc độ cần đặt theo tỉ lệ phần trăm. Các giá trị âm sẽ làm động cơ quay theo chiều ngược lại. Phạm vi đặt: -200% ÷ 200%. Error là một byte lỗi chứa kết quả mới nhất của yêu cầu truyền thông đến Drive. Status là một word thể hiện giá trị phản hồi từ biến tần. Speed là tốc độ động cơ theo tỉ lệ phần trăm. Phạm vi: -200% đến 200%. D-Dir: cho biết hướng quay. Inhibit: cho biết tình trạng của inhibit (0 - not inhibit, 1-inhibit ). Ðể xoá bit inhibit này, bit Fault phải trở về off, và các đầu vào RUN, OFF2,OFF3 cũng phải trở về off. Fault: cho biết tình trạng của bit lỗi ( 0 - không có lỗi, 1- lỗi ). Drive sẽ hiển thị mã lỗi. Ðể xoá bit Fault, cần phải chữa lỗi xảy ra lỗi và set bit F_ACK.


Page 36



- Ứng dụng trong đề tài điều khiển biến tần MM420

Hình 4.7: Sử dụng lệnh USS_CTRL trong đề tài

4.3.3. Lệnh USS_RPM_x

Hình 4.8: Cấu trúc lệnh USS_RPM_x SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 37



Có 3 lệnh đọc cho giao thức USS. USS_RPM_W: là lệnh đọc một tham số Word. USS_RPM_D: là lệnh đọc một tham số Douple Word. USS_RPM_R: là lệnh đọc một tham số thực. Ðầu vào Drive là địa chỉ của MM mà lệnh USS_RPM_x được chuyển tới. Ðịa chỉ hợp lệ là 0 đến 31. Param là số tham số (là giá trị cần đọc từ biến tần). Index là con trỏ chỉ vào giá trị để đọc. Trong 1 tham số có thể có nhiều Index, giá trị Index chi rõ giá trị để đọc. Value là giá trị của thông số phản hồi. Ðầu vào DB_Ptr được cung cấp bởi địa chỉ của bộ đệm 16 byte. Trong lệnh USS _RPM_x, bộ đệm này dùng chứa kết quả của lệnh đưa đến từ MM. Khi lệnh USS_RPM_x đã hoàn tất, đầu ra Done được set lên và đầu ra Error (kiểu byte) và đầu ra Value chứa các kết quả của việc thực hiện lệnh. Ðầu ra Error và Value sẽ không hợp lệ cho đến khi đầu ra Done được set lên. -

Ứng dụng lệnh USS_RPM_x trong đề tài Trong đề tài sử dụng lệnh USS_RPM_x nhằm mục đích đọc giá trị các thông số

trong biến tần để giám sát như: tốc độ động cơ, mức nước, tần số, dòng điện, điện năng tiêu thụ…và cũng có thể đọc các thông số khác lúc cần thiết.


Page 38



Hình 4.9: Sử dụng lệnh USS_RPM_R đọc giá trị dòng điện động cơ 4.3.4. Lệnh USS_WPM_x

Hình 4.10: Cấu trúc lệnh USS_WPM_x Có 3 lệnh ghi cho giao thức USS: USS_WPM_W: là lệnh ghi một tham số Word. USS_WPM_D: là lệnh ghi một tham số Double Word. USS _WPM_R: là lệnh ghi một tham số thực. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 39



Ðầu vào Drive là địa chỉ của MM mà lệnh USS_WPM_x được chuyển tới. Ðịa chỉ hợp lệ là 0 đến 31. Param là tham số cần ghi. Index là biến chỉ vào giá trị để ghi. Value là giá trị của thông số cần ghi đến bộ nhớ RAM trong biến tần. Ðầu vào DB-Ptr được cung cấp bởi địa chỉ của bộ đệm 16 byte. Trong lệnh USS _WPM_x, bộ đệm này dùng chứa kết quả của lệnh đưa đến từ biến tần. Khi lệnh USS_WPM_x đã hoàn tất, đầu ra Done được set lên và đầu ra Error (kiểu byte) chứa các kết quả của việc thực hiện lệnh. Khi đầu vào EEPROM được set lên, lệnh sẽ ghi vào cả bộ nhớ RAM và EEPROM của biến tần. Khi đầu vào EEPROM không được set thì lệnh này sẽ chỉ ghi vào bộ nhớ RAM. -

Ứng dụng lệnh USS_WPM_x trong đề tài Trong đề tài lệnh USS_WPM_x được sử dụng khi ta cần thay đổi một tham số bất

kì trong biến tần mà không có tại hiện trường. Lệnh này cho phép thay đổi giá trị thông số biến tần qua màn hình giám sát, qua mạng LAN cũng như việc thay đồi các thông số kĩ thuật một cách dễ dàng.


Page 40



Hình 4.11: Sử dụng lệnh USS_WPM_R thay đổi giá trị Kp trong điều khiển PI


Page 41



CHƢƠNG 5: CÀI ĐẶT BIẾN TẦN 5.1.

Cài đặt nhanh thông số động cơ

Trong biến tần MM420 cho phép cài đặt nhanh các thông số trên nhãn động cơ như: điện áp định mức, dòng điện định mức, tần số định mức… Để thực hiện việc này đầu tiên ta reset lại biến tần ở các giá trị mặc định. Bảng 5.1: Thông số Reset giá trị mặc định Thông số Mô tả P0010 P0971

Giá trị

Thông số vận hành

30

Reset thông số mặc định

Ghi chú/ đơn vị Cài đặt giá trị mặc định Bắt đầu reset

1

Tiến hành cài đặt nhanh Bảng 5.2: Cài đặt nhanh thông số động cơ Thộng số Mô tả

Giá trị

P0003

Mức độ truy cập người dùng

2

P0010

Cài đặt thông số

1

Cài đặt nhanh

P0100

Tiêu chuẩn châu âu/ Bắc mỹ

0

Châu Âu [Kw] ,tần số 50hz

P0304

Điện áp định mức động cơ

220

V

P0305

Dòng điện định mức động cơ

3.2

A

P0307

Công suất định mức động cơ

0.75

KW

P0308

Hệ số công suất

0

Biến tần tự dò hệ số

P0310

Tần số định mức

50

Hz

P0311

Tốc độ định mức động cơ

2850

Rpm

P0335

Chế độ làm mát động cơ

0

Làm mát tự nhiên


Ghi chú/Đơn vị Mức Mở rộng

Page 42

Đồ án tốt nghiệp Luật điều khiển

P1300

5.2.

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC 2

Cho tải bơm /quạt

Nhập thông số biến tần và bảo vệ quá tải động cơ

Bảng 5.3: Nhập thông số biến tần và bảo vệ quá tải động cơ Thông số Mô tả Giá trị Ghi chú / đơn vị P0700

Chọn nguồn lệnh

5

USS trên đường truyền COM

P1000

Điểm đặt tần số

5

USS trên đường truyền COM (dùng cho chế độ manual)

P1080

Tần số nhỏ nhất

0

Hz

P1082

Tần số lớn nhất

50

Hz

P1120

Thời gian tăng tốc

10

s

P1121

Thời gian giảm tốc

10

s

P0640

Hệ số quá tải động cơ

100

Bằng dòng định mức động cơ /%

P3900

Kết thúc cài đặt nhanh


1

Page 43



Cài đặt bảo về biến tần và động cơ

Bảng 5.4: Cài đặt bảo vệ biến tần và động cơ Thông số Mô tả P0290

Chế độ phản ứng quá tải biến

0

Giảm tần số đầu ra phù hợp với bơm,quạt

tần P0292

Ghi chú/ đơn vị

Giá trị

Cảnh báo nhiệt độ biến tần

15

Sự chênh lệnh nhiệt độ giữa ngưỡng dừng và ngưỡng cảnh báo

P0294

Cảnh báo quá tải biến tần

95

P0295

Thời gian quạt tắt khi biến

5

biến tần dừng, đơn vị s

tần dừng Tác động khi nhiệt độ động

P0610

Thời gian trễ để quạt tắt khi

2

Cảnh báo ,dừng ,báo lỗi

cơ đến ngưỡng cảnh báo P0614

Mức cảnh báo quá nhiệt của

100

%

động cơ

5.4.

Cài đặt chức năng khởi động bám

Là hình thức bắt theo cùng tốc độ đang quay của động cơ. Ví dụ như khi động cơ mất điện hay restart, động cơ sẽ không bắt đầu từ tốc độ 0 mà biến tần sẽ đo tần số thực tế của Rotor đang quay và bắt đầu xuất phát từ tần số đó. Ƣu điểm: khởi động lại động cơ đang chạy sẽ không bị giựt, khựng lại, trong ứng dụng bơm có thể hạn chế hiện tượng búa nước bảo vệ đường ống, việc cài đặt được thực hiện bằng biến tần


Page 44



Bảng 5.5: Cài đặt chức năng khởi động bám Thông số P1200

Mô tả Khởi động bám

Giá trị

Ghi chú / đơn vị Kích hoạt khởi động theo

4

chiều đặt trước P1202

Dòng điện khởi động bám

50

Đối với tải quán tính không lớn nên giảm giá trị dòng điện khởi động bám, đơn vị % dòng định mức động cơ

P1203

5.5.

Dải tìm tần số động cơ

100

Cài đặt cho phép khởi động lại

Với chức năng này biến tần sẽ tự khởi động lại sau sự cố thấp áp,mất nguồn trong thời gian ngắn.Có thể sử dụng để giải quyết sự cố nguồn điện ngắn hạn. Bảng 5.6: Cài đặt chức năng tự khởi động lại Thông số Mô tả P1210

Tự khởi động

Giá trị 4

Ghi chú/ đơn vị Khởi động lại sau sự cố thấp áp, mất nguồn thời gian ngắn

P1211

Số lần tự khởi động lại cho

4

phép


Page 45



Tối ƣu hóa đặc tính tăng, giảm tốc

Bảng 5.7: Tối ƣu đặc tính tăng, giảm tốc Thông số Mô tả P1130

Đoạn cong ban đầu khi tăng


Giá trị 2

giây

2

giây

2

giây

2

giây

0

Liên tục làm trơn

tốc theo đường cong S (Đơn vị tính theo s) P1131

Đoạn cong thứ hai khi tăng tốc theo đường cong S (Đơn vị tính theo s)

P1132

Đoạn cong ban đầu khi giảm tốc theo đường cong S (Đơn vị tính theo s)

P1133

Đoạn cong cuối cùng khi giảm tốc theo đường cong S (Đơn vị tính theo s)

P1134

5.7.

Phương pháp đường cong S

Cài đặt chức năng giám sát moment

Với chức năng này ta có thể giải quyết các sự cố như hết nước bồn dưới, tràn bồn, tắc ngẽn đường ống. Đây là giải pháp giải quyết các sự cố kĩ thuật trong đề tài, nhưng đối với biến tần MM420 được nhóm sử dụng không hỗ trợ chức năng này nên nhóm chọn giải pháp khác để giải quyết vấn đề trên là dùng phao điện báo hết nước bồn dưới và tràn bồn trên .Chức năng này có thể được ứng dụng trong biến tần MM430 và các dòng khác.


Page 46



Bảng 5.8: Chức năng giám sát Moment trong MM430 Thông số Mô tả Giá trị

Ghi chú / đơn vị

P2181

Chế độ phát hiện sự cố

6

P2182

Ngưỡng tần số 1

5

Hz

P2183


30

Hz

P2184


45

Hz

P2185

Ngưỡng Momen trên 1

0.8

Nm

P2186

Ngưỡng Momen dưới 1

0.5

Nm

P2187


1.3

Nm

P2188


1

Nm

P2189


2.3

Nm

P2190


2

Nm

P2192

Thời gian trễ

5

s

5.8.

Cài đặt đầu vào tƣơng tự ADC

Cài đặt thông số cho đầu vào tương tự để có được sự phù hợp của tín hiệu output cảm biến và đầu vào tương tự của biến tần. Với tín hiệu đưa về từ cảm biến là 1-5 v cho giá trị từ 0-2m nước .Trong đề tài nhóm chỉ cần đo từ 0-1m nước. Bảng 5.9: Cài đặt đầu vào tƣơng tự ADC Thông số Mô tả

Giá trị

Ghi chú/đơn vị

P0757

Giá trị x1 của thang đo ADC

1

V

P0758

Giá trị y1 của thang đo ADC

0

%

P0759


3

V

P0760


100

%

P0761

Chiều rộng giải chết

2

V


ADC

Page 47



ổn định mức với chức năng PI

5.9.

Chế độ PI cho phép người sử dụng kích hoạt/ không kích hoạt bộ điều khiển PI. Chế độ cài đặt tới giá trị 1 sẽ kích hoạt bộ điều khiển PI vòng kín và sẽ tự động loại bỏ thời gian tăng tốc/giảm tốc được đặt trước ở P1120 và P1121 cùng điểm đặt tần số thông thường. Bảng 5.10: Cài đặt chức năng PI Thông số

Mô tả

P2200

Kích hoạt bộ điều khiển PI

P2253

Nguồn điểm đặt PI

P2240

Giá trị điểm đặt PI-MOP

Giá trị

Ghí chú/ đơn vị

1 2250

Nguồn điểm đặt MOP

Tùy yêu Giá trị 0-100% tương ứng cầu

0-4000H

P2257

Thời gian tăng tốc điểm đặt

5

giây

P2258

Thời gian giảm tốc điểm đặt

5

giây

P2264

Tín hiệu phản hồi PI

755.0

Nguồn phản hồi ADC

P2280

Hệ số tỉ lệ Kp

2

Có thể hiệu chỉnh

P2285

Hằng số thời gian tích phân Ti

15

Có thể hiệu chỉnh

P0702

Đầu vào số 2

13

Tăng giá trị điểm đặt MOP

P0703

Đầu vào số 3

14

Giảm giá trị điểm đặt MOP

- Cách xác định giá trị cho điểm đặt PI-MOP Giá trị điểm đặt PI –MOP chính là giá trị mức nước mà chúng ta cần ổn định trong chức năng PI.Cảm biến áp suất đưa về tín hiệu từ 0 – 3 V( đã scale trong cài đặt đầu vào tương tự) tương ứng từ 0 -1m .Khi đưa về biến tần biến tần tiếp tục chuyển đổi từ 0-3V sang 0-100% tương ứng 0-1m nước. Giá trị điểm đặt PI –MOP có giá trị từ 0-100% tương ứng 0-1m nước tùy theo yêu cầu sẽ cài đặt giá trị này. Ví dụ muốn ổn định mức nước 0.3 m ta cài đặt P2240 = 30 .Nhưng đó là trên lý thuyết với giá trị cảm biến đưa về là hàm SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 48



tuyến tính, trong thực tế qua nhiều lần thực nghiệm nhóm nhận thấy rằng giá trị cảm biến đưa về không tương ứng tuyệt đối với mức nước mà có sai số.Cụ thể ta xem xét bảng sau. Bảng 5.11: Giá trị đặt PI-MOP và giá trị mức nƣớc thực tế Giá trị đặt PI15 25

35

40

34,5

40,5

MOP(P2240) (%) Giá trị mức nước thực tế

15

24

khi ổn định (cm)

Dựa vào bảng trên ta có thể thấy sai số khi hệ thống ổn định .Sai số này chúng ta phải chấp nhận và không thể can thiệp để loại bỏ hoàn toàn nhưng với phương pháp nội suy 2 điểm ta có thể giảm bớt được sai số này. Với giá trị Y1 tương ứng X1, giá trị Y2 tương ứng X2, ta cần biết giá trị Y nằm giữa Y1 và Y2 khi biết X ta có công thức sau Y=

(Y 2  ( X  X 1)  Y 1  ( X 2  X )) ( X 2  X 1)

(5.1)

Ví dụ ta muốn gái trị đặt ổn định là 30 cm (X ). Ta cần tìm giá trị đặt cho P2240 (Y), nhìn bảng 7.11 ta thấy giá trị ổn định 30 nằm giữa giá trị X1= 24 và giá trị X2=34,5 .Tương ứng Y1 =25 và Y2 = 35. Ráp vào công thức 5.1 ta tính được Y  30,7 . Vậy muốn hệ thống ổn định ở mức 30 cm thì giá trị đặt là 30,7.

5.10. Cài đặt giao thức USS SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 49



Bảng 5.12: Cài đặt giao thức USS Thông số Mô tả

Giá trị


P2010

Tốc độ baud USS

7

19200 baud

P2011

Địa chỉ biến tần

0

0- 31

P2012

Chiều dài PZD USS

2

Word

P2013

Chiều dài PKW USS

127

Chiều dài thay đổi

P0971

Lưu dữ liệu vào EEPROM


1

Page 50



CHƢƠNG 6: PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC SỰ CỐ Sự cố kỹ thuật là một điều không mong muốn cũng không thể tránh khỏi trong khi vận hành bất kì một hệ thống nào. Có những sự cố không gây ảnh hưởng nhiều tới sự hoạt động của hệ thống nhưng có những sự cố có thể gây hư hỏng cả hệ thống từ ít đến nhiều vì vậy vấn đề phát hiện và khắc phục sự cố luôn là một điều quan tâm trong khi thiết kế và vận hành hệ thống. Trong hệ thống bơm nước nhóm đã tổng hợp, phân tích, và đưa ra giải pháp khăc phục các sực cố gây ra ảnh hưởng lớn cho hệ thống. 6.1.

Sự cố nguồn điện ngắn hạn

Vấn đề nguồn điện cung cấp cho hệ thống hoạt động là hết sức quan trong, sự ổn định về nguồn điện là yếu tố quan trong trong viêc đạt hiệu quả cao trong sản xuất, nguồn điện không những ảnh hưởng tới chất lượng sản xuất, số lượng sản xuất mà con có thể làm giảm tuổi thọ của thiết bị nếu không ổn đinh. Trong đề tài nhóm phân tích sự cố nguồn điện ngắn hạn: là nguồn điện không ổn định, chập chờn… sự cố này gây ảnh hưởng tới các thiết bị như biến tần, bơm và các thiết bị khác. Để khắc phục sự cố này nhóm lụa chọn giải pháp cà đặt chế độ AUTO START và chế độ FLY. AUTO START: là chức năng giúp biến tần khởi động lại sau khi có điện lại, giúp hệ thống vận hành lien tục hơn. Trong trường hợp nguồn quá không ổn định hệ thống sẽ ngừng hoạt động hẵn bằng cách cài đặt số lần cho phép khởi động lại. FLY: là chế độ khởi động bám, giúp biến tần khởi động ở ngay tốc độ hiện tại khi mà chưa về 0, chế độ này giúp giảm tối đa hư hỏng về mặt cơ khí của máy bơm cũng như biến tần.


Page 51



Bảng 6.1: Cài đặt chức năng tự khởi động lại Thông số Mô tả Tự khởi động

P1210

Giá trị 4

Ghi chú/ đơn vị Khởi động lại sau sự cố thấp áp, mất nguồn thời gian ngắn

Số lần tự khởi động lại cho

P1211

4

phép

Bảng 6.2: Cài đặt chức năng khởi động bám Thông số P1200

Mô tả Khởi động bám

Giá trị 4

Ghi chú / đơn vị Kích hoạt khởi động theo chiều đặt trước

P1202

Dòng điện khởi động bám

50

Đối với tải quán tính không lớn nên giảm giá trị dòng điện khởi động bám, đơn vị % dòng định mức động cơ

P1203

6.2.

Dải tìm tần số động cơ

100

Sự cố nguồn cấp nƣớc, đƣờng ống, tràn bồn.

6.2.1. Sự cố nguồn cấp nƣớc Bơm chạy không tải không những gây hỏng hóc về cơ khí mà cong tổn hoat một lượng năng lượng không có ích, giải pháp tiết kiệm năng lượng đưa ra nhóm phân tích và khắc phục sự cố nguồn điện ngắn hạn. Như đã biết moment máy bơm ti lệ nghịch với tốc độ máy bơm, khi không có tải moment của máy bơm sẽ giảm, bằng cách thiết lập dải moment làm việc của động cơ ta sẽ kiểm soát được thời điểm moment giảm nhỏ hơn dãi làm việc bình thường và phát hiện sự cố nguồn cấp nước. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 52



Biến tần MM420 không hỗ trợ chế độ giám sát moment, với giải pháp đưa ra nhóm xin trình bày cách cài đặt chức năng giám sát moment trong MM430. Bảng 6.3: Chức năng giám sát Moment trong MM430 Ghi chú / đơn vị

Thông số

Mô tả

Giá trị

P2181

Chế độ phát hiện sự cố

6

P2182


5

Hz

P2183


30

Hz

P2184


45

Hz

P2185


0.8

Nm

P2186


0.5

Nm

P2187


1.3

Nm

P2188


1

Nm

P2189


2.3

Nm

P2190


2

Nm

P2192

Thời gian trễ

5

S

Theo như phân tích MM420 không có chức năng giám sát moment nên nhóm chọn giải pháp khác là dùng phao điện gắn ở bồn dưới để phát hiện sự cố hết nước ở nguồn cấp. 6.2.2. Sự cố đƣờng ống Trong khi vận hành đường ống có sự cố sẽ gây hư hỏng về hệ thống điện của hệ thống vì vậy cần có giải pháp chống tắc ngẽn đường ống và khắc phục sự cố khi đường ống bị xi, vỡ. Sử dụng chức năng giám sát moment ta cũng có thể phát hiện được sự cố tắc nghẽn đường ống và bể đường ống. Cài đặt như bảng 6.3.


Page 53



Cũng như phân tích như trên MM420 không có chức năng giám sát moment nên nhóm lựa chọn giải pháp khác: -

Sử dụng van 1 chiều và chức năng FLY trong biến tần để khăc phục các sự cố này (bảng 6.2).

-

Cài đặt thông số bảo vệ quá tải động cơ trong thời gian dài

P0640

Hệ số quá tải động cơ

100

Bằng dòng định mức động cơ /%

6.2.3. Sự cố tràn bồn Sự cố tràn bồn gây thất thoát tài nguyên không cần thiết và có thể gây hư hại đến các thiết bị điện xung quanh. Giải pháp của nhóm: Cài đặt giới hạn đầu ra của tín hiệu ADC để phát hiện khi nước trong bồn vượt qua ngưỡng đó, sử dụng phao điện gắn ở đỉnh bồn để phát hiện nước trong bồn đã đầy Bảng 6.4: Cài đặt đầu vào tƣơng tự ADC Thông số Mô tả

Giá trị

Ghi chú/đơn vị

P0757


1

V

P0758


0

%

P0759


3

V

P0760


100

%

P0761

Chiều rộng giải chết

2

V

6.3.

ADC

Sự cố truyền thông

6.3.1. Sự cố trong chƣơng trình Trong chương trình có sự cố trong các lệnh truyền thông như trùng ô nhớ, ngoài phân vùng ô nhớ… hệ thống sẽ báo lỗi và ngừng hoạt động của hệ thống SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 54



Khắc phục sự cố: Khi báo lỗi trong các lệnh truyền thông PLC sẽ xuất ra mã lỗi, từ mã lỗi ta sẽ tra ra lỗi và khắc phục lỗi trong các lệnh truyền thông (Tra mã lỗi trong SCADA) 6.3.2. Sự cố hƣ biến tần, PLC, cảm biến Khi có sự cố hư hỏng các thiết bị trong hệ thống như biến tần, PLC, cảm biến thì hệ thống sẽ chuyển sang chế độ cho bơm chạy với điện áp lưới điện. Chuyển chế độ bằng nút nhấn trên hệ thống. (Kèm theo bản vẽ Autocad). 6.4.

Sự cố hƣ hỏng thiết bị truyền thông

Khi các thiết bị truyền thông như PLC, biến tần xãy ra hư hỏng thì hệ thống cho bơm chạy với lưới điện, điều khiển bằng các nút nhấn trên mô hình. Vì một số hạn chế trong đề tài nên nhóm chỉ đưa ra giải pháp cho vấn đề mà chưa thực hiện được Kèm theo bản vẽ đấu nối và vận hành


Page 55



CHƢƠNG 7: GIẢI THUẬT CHƢƠNG TRÌNH 7.1.

Sơ đồ tổng quát hệ thống

Hình 7.1: Sơ đổ tổng quát hệ thống 7.1.1. Giao tiếp giữa PC và PLC PC và PLC giao tiếp với nhau thông qua phần mềm Wincc, PC Access. Từ PC lệnh truyền xuống PLC thực hiện việc điều khiển, ngược lại PLC phản hồi tín hiệu về PC để giám sát và thu thập dữ liệu hệ thống . PLC đóng vai trò Master trong hệ thống và cũng là cầu nối giữa biến tần và PC.


Page 56



Từ màn hình giám sát có thể ra lệnh cho PLC bắt đầu chương trình, kết thúc chương trình, cài đặt các thông số theo ý muốn (mức nước đặt, hệ số Kp, Ti….) cũng như thay đổi các thông số biến tần, quản lý các lỗi hệ thống… Giám sát các thông số cần thiết như mức nước, điện áp, dòng điện, năng lượng tiêu thụ…. Các giá trị này được thu thập dưới dạng đồ thị. 7.1.2. Giao tiếp PLC và biến tần PLC và biến tần giao tiếp với nhau qua giao thức USS, biến tần đóng vai trò Slave. Biến tần nhận lệnh trực tiếp từ PLC, và đáp ứng mọi yêu cầu từ PLC. Qua giao tiếp này người sử dụng có thể truy nhập vào biến tần từ xa không nhất thiết phải truy nhập bằng keypad thông thường. 7.1.3. Cảm biến áp suất và biến tần Cảm biến áp sẽ ghi nhận giá trị mức nước hiện tại ở bồn sau đó xuất ra tín hiệu điện áp từ 0-5 V đưa về đầu vào analog của biến tần .Khi nhận được tín hiệu phản hồi chức năng PI trong biến tần tính toán đưa ra tín hiệu điều khiển cho động cơ bơm chạy nhanh hay chậm.


Page 57



Giải thuật chƣơng trình


Page 58



Giải thích chƣơng trình -

Sau khi kết nối xong các thiết bị, cấp nguồn cho hệ thống .Khởi động PLC, bật

màn hình giám sát trên WinCC.Khi khởi động PLC việc đầu tiên PLC thực hiện là kích hoạt truyền thông USS với biến tần từ lúc này PLC cập nhật liên tục các thông số kĩ thuật như mức nước trong bồn, điện áp, dòng điện, tốc độ động cơ… từ biến tần đưa về màn hình giám sát. -

Từ màn hình giám sát ta chọn chế độ hiện trường hoặc từ xa, chế độ hiện trường

cho phép điều khiển trực tiếp trên bảng điều khiển của hệ thống, chế độ từ xa cho phép điều khiển qua màn hình giám sát, và qua mạng LAN.Tại 1 thời điểm chỉ có thể điều khiển ở 1 chế độ. -

Tiếp theo chọn chế độ Auto hoặc Manual, có thể chọn trên màn hình giám sát hoặc

bảng điều khiển tùy thuộc vảo trước đó chọn chế độ hiện trường hay từ xa. -

Với chế độ Auto sau khi chọn PLC sẽ kích hoạt bộ điều khiển PI trong biến tần,

việc cần làm đầu tiên là nhập các thông số của hệ thống như giá trị mức nước đặt, hệ số tỉ lệ Kp, hằng số thời gian tích phân Ti.Sau đó khi có lệnh Start PLC sẽ ra lệnh cho biến tần hoạt động với chức năng PI .Từ đây hệ thống tự động hoạt động đến khi có lệnh Stop.(Start=0). -

Với chế độ Manual, khi được chọn hệ thống hoạt động theo điều khiển của người

vận hành.Chế độ có hỗ trợ 2 cáp tốc độ cho người vận hành dễ điều khiển.Khi chọn tốc độ 1 PLC sẽ ra lệnh cho biến tần hoạt động ở tần số 50Hz, bơm hoạt động với giá tri định mức.Khi chọn tốc độ 2, PLC ra lệnh biến tần hoạt động ở tần số 25Hz, bơm hoạt động với tốc độ bằng 1/2 tốc độ định mức có thể tiết kiệm năng lượng tiêu thụ.Hệ thống dừng khi có lệnh Stop( Start=0).


Page 59



CHƢƠNG 8: LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 8.1.

Lựa chọn thiết bị

8.1.1. Lựa chọn thiết bị động lực

- Chọn động cơ và bơm: Trong đề tài chọn động cơ đi liền với bơm với các thông số như sau: o Bơm trục ngang. o Động cơ 3 pha không đồng bộ. o Công suất động cơ 0,75 KW. o Điện áp định mức động cơ 220 V. o Dòng điện định mức động cơ 3,2 A. o Tần số định mức động cơ 50Hz. o Tốc độ định mức động cơ 2850 rpm. o Lưu lượng bơm 90 lít/phút

- Chọn biến tần Chọn biến tần hãng Siemens thế hệ MM420 chuyên bơm quạt với dãy công suất nhỏ .Chọn công suất biến tần bằng công suất động cơ 0,75 KW.


Page 60



Hình8.1: Catalog biến tần MM420

- Chọn CB bảo vệ ngắn mạch biến tần Chọn CB bảo vệ biến tần theo khuyến cáo của Siemens về các thiết bị đi kèm với biến tần. CB có thông số chính như sau: o Dòng điện định mức Idm=16 A.

o Dòng ngắt tức thời 208 A. o Dòng ngắt ngắn mạch Icu= 50KA. - Chọn Contactor điều khiển đóng ngắt biến tần Chọn Contactor theo khuyến cáo của Siemens về các thiết bị đi kèm với biến tần . Contactor có thông số chính như sau: o

Dòng điện định mức Idm=17 A.

o Điện áp cuộn coil 230V, 50/60Hz

- Chọn cầu chì bảo vệ mạch điều khiển Cầu chì có chức năng bảo vệ ngắn mạch mạch điều khiển, chọn cầu chì có dòng định mức lớn hơn hoặc bẳng dòng điện lớn nhất của mạch điều khiển. Sử dụng 1 cầu chì cho dây pha vào mạch điều khiển .Thông số cầu chì như sau: o Dòng điện định mức Idm=17 A, o Dòng định mức Idm=4 A. o Điện áp định mức 220v.


Page 61



- Chọn cáp điện mạch động lực Chọn dây dẫn mạch động lực gồm có dây dẫn cho đầu vào biến tần và dây dẫn đầu ra biến tần. Tiết diện dây dẫn chọn theo khuyến cáo của Siemens.Chọn tiết diện dây vào và ra biến tần là 2 mm 2

Bảng 8.1 Bảng chọn tiết diện dây dẫn

- Chọn cảm biến analog đo mức nƣớc Để đo mức nước bồn chứa có nhiều loại cảm biến để sử dụng như cảm biến mức, cảm biến áp suất, cảm biến siêu âm. Tùy theo yêu cầu và từng loại chất lỏng mà chọn cảm biến phù hợp, trong đề tài sử dụng cảm biến áp suất để ổn định mức nước. Cảm biến áp suất hãng Sensys có thông số như sau : - Dãi đo 0-0.2 par tương đương 0-2m nước - Nguồn cấp 11- 28 Vdc - Tín hiệu output 0 - 5 Vdc - Sai số 0,25%. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 62



8.1.2. Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển

- Chọn PLC Trong đề tài có sử dụng truyền thông USS với biến tần đồng thời giám sát hoạt động của hệ thống nên cần PLC có 2 port truyền thông .1 port truyền thông với biến tần qua giao thức USS, 1 port kết nối với máy tính giám sát qua cáp PPI.Vì vậy nhóm chọn PLC s7-200 CPU 224 xp . Thông số cơ bản: o 14đầu vào số (DI), 10 đầu ra số (D0). o 2 đầu vào tương tự 0-10V(AI), 1 đầu ra tương tự 0-10V hoặc 0-20mA (AO). o

2 port truyền thông

- Chọn nút nhấn Chọn nút nhấn tự thả cho các trạng thái Start, Stop, Xóa lỗi. Chọn switch cho chế độ Auto/Manual và chọn tốc độ 1 / tốc độ 2.Chọn nút nhấn giữ, hồi khi vặn xoay cho trang thái E-Stop

- Chọn đèn báo Chọn đèn báo cho các trang thái Strat, Stop, Error với các thông số sau: o Điện áp định mức 220 VAC o Dòng điện định mức 20mA -

Nguồn DC 24V Sử dụng nguồn DC 24V làm nguồn cấp cho PLC và cảm biến. Nguồn có công suất

80W -

Chọn Relay Sử dụng relay nhẳm mục đích cách ly PLC và mạch điều khiền để bào vệ PLC.Chọn relay có thông số sau: o Điện áp định mức 220VAC o Dòng điện định mức 10A


Page 63



o Điện áp cuộn coil 24VDC o Số tiếp điểm 2NO, 2NC. 8.2.

Thiết kế hệ thống

8.2.1. Thiết kế phần cơ khí

Phần cơ khí của hệ thống được thiết kế trên phần mềm autocard .Gồm có khung sắt làm giá đỡ, 2 bồn nước, bồn dưới có nhiệm vụ cung cấp nước , bồn trên sử dụng để ồn định mức theo yêu cầu đề tài.

Hình 8.2 Bản vẽ thiết kế cơ khí hệ thống


Page 64



8.2.2. Thiết kế hệ thống điện

Bản vẽ hệ thống điện, sơ đồ đấu nối được thiết kế trên phần mềm autocard.

Hình 8.3 Bản vẽ hệ thống điện SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 65


8.3.


Thi công hệ thống

Sau khi có bản vẽ cơ khí và hệ thống điện nhóm tiến hành thi công cơ khí và đấu nối các thiết bị .Hình dưới đây là mô hình hệ thống sau khi hoàn thành.

Hình 8.4: Mô hình hệ thống sau khi hoàn thành


Page 66



CHƢƠNG 9: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO HỆ THỐNG 9.1.

Giới thiệu chung về các chức năng sử dụng trong WinCC

9.1.1. WinCC WinCC là viết tắt của Window Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Window), nói cách khác nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như WinXP, Win7… Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (có tính năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển. Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện ngườimáy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống.


Page 67



Hình 9.1: Tạo một chƣơng trình WinCC 9.1.2. Đặc trƣng cơ bản WinCC đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, phổ biến nhất là tự động hóa quá trình điều khiển và giám sát quy trình sản xuất. Khi một hệ thống sử dụng chương trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu từ quá trình, có thể mô phỏng các sự kiện xảy ra trong quá trình bằng các sơ đồ, hình ảnh trực quan. Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mô nhỏ và vừa khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có qui mô lớn như hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất MES (Manufacturing Excution System) và hệ thống ERP (Enterprise Resource Planning). 9.1.3. Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL Cơ sở dữ liệu SQL đã được tích hợp sẵn trong WinCC. Tất cả các dữ liệu về cấu hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu này. Người dung có thể dễ dàng truy cập tới dữ liệu của WinCC thông qua SQL và ODBC. Truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng và cơ sở dữ liệu khác chạy trên nền Window. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 68



Ứng dụng trong luận văn: sử dụng SQL tạo một cơ sở dữ liệu và lưu các thông số hoạt động của hệ thống theo chu kì 2s cập nhập thông số 1 lần, ta có thể truy cập vào cơ sở dữ liệu đã tạo này bằng nhiều hình thức, trên máy chủ, trên máy con qua mạng Internet. Sử dụng ODBC tạo một cơ sở dữ liệu file Access, access lưu các thông số hoạt động của hệ thống.


Page 69



9.1.4. Các chức năng sử dụng trong WinCC Giao diện làm việc của chương trình WinCC

Hình 9.2: Màn hình làm việc của WinCC 

Computer : cài đặt các thuộc tính Runtime

Cho phép cài đặt các thuộc tính khi chạy chế độ Runtime như: -

Alarm Longging.

-

Tag Longging.

-

Report.


Page 70



Graphics. …

Hình 9.3: Màn hình cài đặt thuộc tính Runtime


Page 71

Đồ án tốt nghiệp 


Tag Management:

Lựa chọn kết nối giữa PLC và phần mềm WinCC như: -

OPC

Kết nối PLC và WinCC qua PC Access -

PC Access:

Hình 9.4: Giao diện chƣơng trình PC Access -

Chọn driver kết nối PC Access và WinCC

Vào giao diện WinCC click chuột phải Tag Management\Add New driver\OPC. -

Add tag vào WinCC:

Trong thẻ “Tag Management” chọn “OPC” click chuột phải vào “ OPC Groups” chọn “ System Parameter”


Page 72



Local\ S7-200.OPC Server\ Brose Server\ Next\ S7-200 OPCServer\ Microwin\ SCADA_MASTER chọn tag cần add click “ Add Items” click “OK”.

Hình 9.5: Add tag vào WinCC  Graphics Designer Là hệ thống đồ họa của WinCC xử lí tất cả đầu vào đầu ra hiển thị trên màn hình trong quá trình hoạt động. Khả năng hiển thị thông tin điều khiển dưới dạng đồ họa với các công cụ có sẵn: -

Các hình vẽ của các phần tử tiêu biểu (bơm, quat, van, nút nhấn, đèn …).

-

Các phím, hộp thoại, thanh trượt….

-

Các màn hình ứng dụng và hiển hị.

-

Các đối tượng OLE, ActiveX.


Page 73



Hình 9.6: Một màn hình thiết kế Graphics Designer 

Tag Longging Chức năng được sử dụng để thu thập dữ liệu của quá trình công nghệ để hiển thị

chúng và lưu trữ, ta có thể tự do định dạng các kiểu dữ liệu khi lưu trữ chúng. Các giá trị của quá trình được thể hiện bằng bảng trực tuyến (Online Table) và đồ thị (Trend)…

Hình 9.7: Màn hình Tag Longging SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 74



Alarm Longging Hệ thống Alarm của WinCC cung cấp đầy đủ thông tin về các lỗi và trạng thái nói

chung trong quá trình hoạt động. Nó thể hiện các thông báo trong hiện tại cũng như trong quá khứ. Các thông báo này giúp người vận hành sớm phát hiện ra các sự cố để khắc phục kịp thời tránh các sự cố. Ta có thể tự do lựa chọn các khối thông báo, các thứ hạng thông báo, các dạng thông báo, các kiểu hiển thị thông báo.

Hình 9.8: Màn hình Alarm Longging


Page 75



Report Designer WinCC cung cấp hệ thống báo cáo cho phép ta đưa các dữ liệu ra giấy. Nó in các báo

cáo về thứ tự thông báo, báo cáo về việc lưu trữ các thông báo, báo cáo về hoạt động của người vận hành, báo cáo về các thông báo của hệ thống, báo cáo của người sử dụng và báo cáo dưới dạng văn bản in tùy ý.

Hình 9.9: Màn hình tạo Report Alarm


Page 76



 User Administrator Cho phép phân quyền cho các đối tượng. Tạo các USER để thực hiện việc đăng nhập vào hệ thống. User Admistrator có thể lựa chọn 2 chức năng cho mỗi User: -

Chỉ có khả năng giám sát.

-

Vừa giám sát vùa điều khiển

Hình 9.10: Màn hình User Administrator


Page 77



Thiết kế giao diện SCADA trong đồ án Trong thời đại công nghệ sản xuất hiện đại ngày nay, hệ thống điều khiển giám sát

và thu thập dự liệu được áp dụng ngày càng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp sản xuất tự động. Hệ thống SCADA có thể kết nối với rất nhiều thiết bị đo đạc và điều khiển các thiết bị chấp hành từ khoảng cách rất xa (lên đến vài ngàn cây số). SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống giao thức truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện giữa người và máy (HMI – Human Machine Interface). Thiết kế giao diện SCADA cho hệ thống thực hiện các chức năng: giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu. 9.2.1. Giao diện điều khiển trung tâm

Hình 9.11: Màn hình điều khiển trung tâm


Page 78



Giao diện là một hệ thống SCADA mini, thực hiện các chức năng điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu. Màn hình giao diện điều khiển tích hợp các chức năng của một hệ thống SCADA, từ màn hình điều khiển chính ta có thể thực hiện truy cập đến từng chức năng trong hệ thống. Màn hình điều khiển trung tâm gồm các chức năng: o Phần chức năng chuyển màn hình điều khiển và giám sát, định nghĩa các nút nhấn:  INFORMATION: Chuyển tới màn hình thông tin về đề tài, thông tin về giáo viên hướng dẫn, sinh viên thực hiện và màn hình đăng nhập vào hệ thống.  CONFIGURATION: Chuyển tới màn hình với chức năng hiển thị cấu hình của hệ thống,  CONTROL INTERFACE: Là giao diện điều khiển chính của hệ thống.  ALARM: Chuyển tới màn hình ALARM, hiển thị các cảnh báo cho hệ thống.  REPORT: Xuất dữ liệu ra file Access, lưu trữ dữ liệu hoạt động của hệ thống  READ/WRITE DATA: Chuyển đến màn hình đọc ghi các thông số của biến tần.  ERROR CODE: Chuyển tới màn hình tra lỗi của hệ thống khi có lỗi xãy ra.  EXIT: Có chức năng thoát khỏi màn hình RUNTIME.  TREND: chuyển tới màn hình thể hiện đồ thị và bảng giá trị của các thông số khi hệ thống hoạt động, bao gồm:  Dòng điện động cơ SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 79


GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC  Điện áp động cơ  Tốc độ động cơ  Tần số động cơ  Điện năng tiêu thụ  Mức nước trong bồn

o Chức năng PI: Là phần đọc ghi các giá trị Setpoint, Kp, Ti trong chức năng tự động của hệ thống.  WRITE: Thực hiện chức năng ghi các giá trị PI vào biến tần bao gồm  SETPOINT1: ghi giá trị Setpoint khi biến tần dừng.  SETPOINT2: Ghi giá trị Setpoint khi biến tần đang hoạt động.  KP: Ghi giá trị KP trong điều khiển PI của biến tần.  TI: Ghi giá trị Ti trong điều khiển PI của biến tần. o Phần điều khiển: gồm các nút nhấn thực hiện các chức năng:  FIELD: Chọn chế độ điều khiển cho hệ thống là hiện trường, tức là vận hành hệ thống bằng các nút nhấn ở mô hình và giám sát hệ thống trong màn hình SCADA, xuất dữ liệu từ màn hình giám sát. Khi chọn chế độ này sẽ vô hiệu hóa chế độ MONITORING. Chế độ này dành cho các kỹ sư vận hành mô hình thực tế. Vận hành ở chế độ này có các nút nhấn:  Công tắc chuyển chế độ AUTO/MANUAL.  Nút nhấn START: Cho hệ thống hoạt động.  Nút nhấn STOP: Cho hệ thống ngưng hoạt động.  Nút nhấn FAUL: Xóa lỗi hệ thống sau khi đã khắc phục sự cố.  Nút nhấn E_STOP: Dừng hệ thống khẩn cấp khi có sự cố.  Công tắc chọn tốc độ cho chế độ MANUAL.  Và các đèn hiển thị các trang thái hệ thống đang hoạt động.  MONITORING: Chọn chế độ điều khiển cho hệ thống là giám sát, tức là vận hành và giám sát hệ thống qua màn hình SCADA. Khi SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 80


GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC chọn chế độ này sẽ vô hiệu hóa chế độ FIELD. Ở chế độ này sẽ có các phím chức năng:  AUTO: Chọn chế độ hoạt động là tự động, thực hiện chức năng điều ổn định mức nước bằng chức năng PI trong biến tần, giám sát và thu thập dữ liệu bằng màn hình SCADA.  MANUAL: Chọn chế độ điều khiển cho hệ thống là bằng tay, là vận hành máy bơm chạy ở 2 tốc độ cho trước.  SPEED1: Tốc độ 1 của máy bơm ở chế độ bằng tay.  SPEED2: Tốc độ 2 của máy bơm ở chế độ bằng tay.  START: Cho hệ thống bắt đầu hoạt động ở chế độ điều khiển là MONITORING.  STOP: Cho hệ thống ngừng hoạt động ở chế độ điều khiển là MONITORING.  CLEAR_ERROR: Xóa lỗi sau khi đã khắc phục xong lỗi của hệ thống, được thực hiện ở chế độ điều khiển MONITORING.  E_STOP: Cho hệ thống dừng khẩn cấp khi có sự cố xảy ra ở chế độ điều khiển là MONITORING.

o Hệ thống hiển thị đèn: Màn hình gồm 9 đèn hiển thị các chức năng được chọn và chế độ đang chạy:  ERROR: Có sự cố xảy ra.  SPEED1: Máy bơm chạy ở tốc độ 1.  SPEED2: Máy bơm chạy ở chế độ 2.  MONITORING: Chọn chế độ điều khiển là giám sát .  FIELD: Chọn chế độ điều khiển là hiện trương.  AUTO: Chệ độ tự động đang hoạt động  MANUAL: Chế độ bằng tay đang hoạt động  RUN: Hệ thống đang chạy  STOP: Hệ thống dừng lại. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 81



o Chức năng hiển thị: Màn hình điều khiển trung tâm hiển thị các thông số của hệ thống:  Dòng điện động cơ.  Điện áp động cơ.  Tốc độ động cơ.  Tần số động cơ.  Điện năng tiêu thụ.  Mức nước. 9.2.2. Giao diện thông tin Giao diện thể hiện thông tin của đồ án gồm: o Tên trường. o Tên đồ án. o Tên giáo viên hướng dẫn. o Tên sinh viên thực hiện. o Đăng nhập hệ thống bằng nút nhấn “LONGIN/LONGOUT” o Chuyển qua màn hình điều khiển trung tâm “CONTROL INTERFACE”

Hình 9.12: Giao diện thông tin SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 82



9.2.3. Giao diện đọc ghi thông số biến tần Màn hình gồm 2 chức năng đọc và ghi thông số của biến tần: o Đọc thông số: màn hình đọc thông số thực hiện chức năng đọc tất cả các thông số của biến tần, nhập thông số cần đọc về vào ô “P(R)” và thông số sẽ được đọc về khi nhấn nút “READ”. Trong thông số biến tần có 2 kiểu dữ liệu của thông số chính là WORD và REAL. Các giá trị tương ứng sẽ được hiện ở các ô tương ứng. o Ghi thông số vào biến tần: Màn hình ghi thông số vào biến tần thực hiện các chức năng ghi thông số cần cài đặt vào biến tần. Biến tần cho phép ghi 2 kiêu dữ liệu là WORD và REAL vào qua truyền thông USS. Nhập thông số cần cài đặt vào ô ”P(R)” và nhập giá trị muốn ghi vào ô “ GIÁ TRỊ WORD” và “GIÁ TRỊ REAL”. Trước khi ghi thông số vào biến tần cần xác định kiểu dữ liệu của thông số đó mới thực hiện việc ghi thành công.

Hình 9.13: Giao diện đọc ghi thông số biến tần


Page 83



9.2.4. Giao diện Alarm Giao diện ALARM: Màn hình ALARM thể hiện các cảnh báo của hệ thống, giúp tao biêt được hệ thống đang hoạt động như thế nào và khi xãy ra sự cố có thể biết được sự cố gì, vị trí sự cố, cách khắc phục sự cố

Hình 9.14: Giao diện Alarm 9.2.5. Giao diện Report Màn hình REPORT của hệ thống SCADA thực hiện chức năng lưu trữ dữ liệu vận hành của hệ thống và tạo một Database theo ý muốn của người sử dụng. Trong chức năng lưu trữ dữ liệu để in báo cáo: thực hiện chức năng này bằng cách tạo một Table gồm các dữ liệu cần in ra báo cáo, sau mỗi ngày, mỗi ca vận hành có thể in báo cáo băng phím “Print” trong giao diện REPORT. Tạo Database: Sử dụng ngôn ngữ VBS và các hàm có hỗ trợ sẵn của Siemens để xuất dữ liệu ra file Access hoặc SQL. Qua dữ liệu đã tạo ta có thể truy cập vào hệ thống dữ liệu và xem thông tin vận hành của hệ thống bất cứ lúc nào. Bằng cách tạo 12 file Access trước hệ thống SCADA sẽ tự lưu dữ liệu và, trong mỗi file có 31 table, mỗi table lưu dữ liệu hoạt động của 1 ngày.


Page 84



Các thông số của hệ thống của mô hình cần in ấn o Dòng điện động cơ. o Điện áp động cơ. o Tốc độ động cơ. o Mức nước trong bồn. o Điện năng tiêu thụ. o Người đăng nhâp. o Thời gian.

Hình 9.15: File ACCESS đƣợc xuất ra và lƣu trữ.


Page 85



9.2.6. Giao diện Trend/ Table Giao diện TREND/TABLE thể hiện đồ thị và bảng giá trị các thông số của hệ thống. Dựa vào đồ thị và bảng giá trị ta co thể thấy được một cách tổng thể về thông số đó khi hệ thống hoạt động, qua đó ta có thể đánh giá được độ đáp ứng, độ chính xác của thông số khi hệ thống hoạt động, dựa vào đó ta có thể điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu Trong các giao diện TREND/TABLE gồm các thông số: -

Dòng điện động cơ: thể hiện giá trị dòng điện của động cơ bằng đồ thị và bảng giá

trị, qua đó ta có thể thấy được các thời điểm có sự cố như quá dòng, và biết được đáp ứng của dòng điện trong quá trình hoạt động của hệ thống.

Hình 9.16: Đồ thị dòng điện động cơ SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 86


-


Điện áp động cơ: Thể hiện giá trị điện áp của động cở bằng đồ thị và bảng giá trị,

qua đó ta có thể thấy được các thời điểm có sự cố như quá áp, thấp áp, và biết được đáp ứng của điện áp trong quá trình hoạt động của hệ thống.

Hình 9.17: Đồ thị điện áp động cơ


Page 87



Tốc độ động cơ: thể hiện tốc độ động cơ bằng đồ thị và bẳng giá trị, qua đó ta có

thể giám sát được đáp ứng của tốc độ trong quá trình chạy và giám sát được lỗi của hệ thống.

Hình 9.18: Đồ thị tốc độ động cơ


Page 88


-


Tần số động cơ: Thể hiện giá trị của tần số động cơ bằng đồ thị và bảng giá trị.

Hình 9.19: Đồ thị tần số động cơ


Page 89



Điện năng tiêu thụ: Thể hiện giá trị của công suất tiêu thụ của hệ thống bằng đồ thị

và bẳng giá trị. Qua đó ta có thể đánh giá được mức độ tiêu thụ điện năng của hệ thống, để đưa ra những giả pháp về tiết kiệm năng lượng cũng như kế hoạch đầu tư những hệ thống tương tự.

Hình 9.20: Đồ thị điện năng tiêu thụ


Page 90


-


Mức nƣớc: Thể hiện mức nước của hệ thống qua đồ thị và bảng giá trị. Qua đó ta

có thể giám sát được độ đáp ứng của mức nước, và đưa ra những điều chỉnh trong cách điều khiển để có được đáp ứng như yêu cầu

Hình 9.21: Đồ thị mức nƣớc


Page 91



Điều khiển giám sát qua mạng LAN

9.3.1. Giới thiệu về mạng LAN LAN là viết tắt của cụm từ Local Area Netwwork (Mạng cục bộ) các máy tính trong một khu vực hạn chế có thể kết nối với nhau qua các dây cáp, qua kết nối đó mà các máy tính có thể trao đổi thông tin, dữ liệu cho nhau, dung chung các thiết bị ngoại vi. Mạng LAN có nhiều quy mô và mức độ phức tạp khác nhau, nó có thể chỉ liên kết vài ba máy tính cá nhân và dùng chung một thiết bị ngoại vi đắt tiền như máy in lazer chẳng hạn. Các hệ thống phức tạp hơn thì có máy tính trung tâm (Máy chủ Server) cho phép những người dùng trao đổi thông tin với nhau và thâm nhập vào các cơ sở dữ liệu dùng chung.

Hình 9.22: Mạng LAN gồm 4 máy tính. Phạm vi ứng dụng của mạng LAN: mạng LAN thường được sử dụng để kết nối các máy tính trong 1 gia đình, trong 1 quán NET, trong một tòa nhà, cơ quan, trường học. Giới hạn của mạng LAN là phạm vi bán kính 100m. Ở cự li xa hơn người ta thương sử dụng mạng Internet để kết nối. Các kiểu kết nối của mạng LAN: SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 92



Mạng LAN kiểu đấu BUS:

Hình 9.23: Kiểu mạng LAN đấu BUS Với kiểu đấu BUS máy tính được kết nối với nhau thông qua một trục cáp, ở đầu mỗi cáp có một Terminador đánh dấu điểm kết thúc của đường trục. Mỗi máy tính được kết nối với trục cáp thông qua transceptor.  Ưu điểm: tiết kiệm dây cáp.  Nhược điểm: tốc độ chậm. Nếu trục cáp hư thì hệ thống ngừng hoạt động. Khi có sự cố thì rất khó kiểm tra và sữa lỗi. -

Mạng LAN kiểu đấu RING (đấu vòng):

Hình 9.24: Kiểu mạng LAN đấu RING Các máy tính trong mạng đấu với 1 cáp trục khép kín  Ưu điểm: tiết kiệm dây cáp, tốc độ nhanh hơn kiêu BUS.  Nhược điểm: như kiểu đấu BUS. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 93


-


Mạng LAN đấu kiểu sao:

Hình 9.25: Kiểu mạng LAN đấu sao. Các máy tính trong mạng được kết nối với một thiết bị chung như HUB, SWITCH  Ưu điểm: cho tốc độ nhanh nhất. Các máy độc lập với hệ thống, khi có 1 máy hư thì hệ thống vẫn hoạt động bình thường. Dễ dàng kiểm tra và sữa lỗi.  Nhược điểm: tốn kém về dây và thiết bị trung gian. 9.3.2. Thiết lập kết nối Trong phần mềm WinCC có chức năng Web – Nevigator cho phép người điều khiển có thể vận hành, giám sát hệ thống qua mạng cục bộ (LAN).Để thưc hiện được điều này yêu cầu máy chủ phải cài đặt phần mềm WinCC bao gồm : giao diện SCADA và được cài đặt Web - Nevigator sever .Máy khách không cần cài đặt phần mềm Wincc, chỉ cần cài đặt Web - Nevigator client. Sau khi thỏa mãn các yêu cầu trên ta tiến hành thiết lập các bước sau. SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU

Page 94



Khởi tạo trên máy chủ -

Trong giao diện chính Wincc kích phải vào mục Web-Nevigator chọn Web- view

Publisher. Trong cửa sổ hiện rat a chọn Next, tiếp theo add tất cả các Graphics Designer mà ta tạo cho giao diện SCADA, chọn next cho đến khi kết thúc, -

Trong giao diện chính Wincc kích phải vào mục Web-Nevigator chọn Web-

Configurator. Trong cửa sổ hiện ra chọn next , sau đó điền các thông tin như hình nên dưới. Phần quan trong nhất là địa chỉ IP nếu máy khách và máy chủ kết nối chung với Modem Internet thì địa chỉ IP tự động được tạo .Nếu máy khách và máy chủ đơn thuần được nối với nhau bằng cáp RJ45 thì ta phải tiến hành tạo IP tĩnh cho máy chủ và máy khách. Hoàn thành ta chọn Finish

Hình 9.26: Khởi tạo kết nối ở máy chủ -

Như đã nói trên nếu máy khách và máy chủ kết nối qua modem Internet thì tới đây là hoàn thành việc khởi tạo .Còn với trường hợp kết nối qua RJ45 ta phải tiến hành tạo IP tĩnh trước sau đó dùng địa chỉ đó để khởi tạo.

-

Sau khi khởi tạo kết nối thành công ta lập các User đăng nhập với các chức năng khác nhau trong phần User Administrator. Tùy vào đối tượng ta có thể cấp cho User vừa điều khiển vừa giám sát hoặc chỉ được giám sát.


Page 95



Đăng nhập từ máy khách -

Sau khi tạo xong User ,từ máy khách ta sử dụng trình duyệt web Internet Expoler

nhập địa chỉ IP máy chủ, sau đó dùng User để đăng nhập vào giao diện SCADA .Ở giao diện SCADA này có đầy đủ chức năng mà giao diện SCADA chính có. 9.3.3. Ứng dụng vào đề tài Việc sử dụng chức năng Web-Nevigator giúp cho nhóm giải quyết được yêu cầu điều khiển và giám sát qua mạng LAN trong đề tài.

Hình 9.27: Điều khiển, giám sát từ máy khách qua mạng LAN


Page 96



Hình 9.28: Giao diện SCADA trên máy khách


Page 97



CHƢƠNG 10: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 10.1. Kết quả thực hiện Sau một thời gian tìm hiểu các ứng dụng, giải pháp, cách thực hiện … nhóm đã thực hiện được mô hình ” bơm ổn định mức dùng PLC và biến tần” , trong quá trình thực hiện nhóm luôn bám sát những yêu cầu cũng như giải pháp đã đề ra để thực thi trên mô hình và trong điều khiển để đạt được một kết quả tốt. Sau đây là tóm tắt lại cách thực hiện, giải quyết và giải pháp cho các yêu cầu đã đề ra. o Tìm hiểu các ứng dụng thực tế của hệ thống trong thực tế (chương 1), tìm hiểu và đánh giá các giải pháp khác nhau để điều khiển mức nước trong bồn (chương 1). Đưa ra giải pháp của nhóm để giải quyết vấn đề ổn định mức (chương 1, chương 3). o Tìm hiểu và đưa ra giải pháp tiết kiệm điện năng để tạo ưu điểm trong cách thực hiện, cách giải quyết đề tài (chương 3) o Từ giải pháp đưa ra tìm hiểu, tính toán và thi công mô hình (chương 2, chương 7). o Hệ thống hoạt động ổn định với các thông số kĩ thuật như: tốc độ cần chạy, mức nước cần ổn định, các thông số hoạt động an toàn. o Có 3 chế độ:  Mannual: chế độ hoạt động bằng tay (chương 6)  Auto: chế độ hoạt động tự động.  Giám sát và điều khiển từ xa qua man LAN (chương 8). o Trong quá trình hoạt động của biến tần ta có thể can thiệp tới các thông số, các hoạt động cụ thể của biến tần bằng PLC, đọc, gi, cài đặt các thông số băng PLC (chương 4 và chương 8). o Giải quyết các vấn đề sự cố của hệ thống:


Page 98



 Nguồn điện ngắn hạn: sử dụng chức năng khởi động bám và chức năng tự khởi động lại, giới hạn số lần khởi động lại trong sự cố mất điện liên tục (Chương 5)  Sự cố đường ống, nguồn cấp nước, tràn bồn: nhóm đã tìm hiểu cách khắc phục sự cố trên bằng cách cài trong biến tần nhưng MM420 không hỗ trợ chức năng giám sát momen nên nhóm đưa ra giải pháp này đối với biến tần khác có hỗ trợ như MM430 (Chương 6) Để thay thế giải pháp trên nhóm đã đưua ra giải pháp như sau để khắc phục sự cố:  Sử dụng phao điện bồn dưới để xử lí sự cố nguồn cấp nước.  Sử dụng phao điện bồn trên đẻ xử lí sự cố tràn bồn.  Sử dụng chức năng khởi động bám, van 1 chiều, khớp nối để tránh sự cố xì đường ống, kẹt đường ống, búa nước…  Sự cố truyền thông: tìm hiểu các mã lỗi của truyền thông để có thể đưa ra cách khắc phục nhanh nhất và chính xác nhất (WinCC chương 8). o Thiết kế hệ thống SCADA thực hiện đủ các chức năng điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu. Hệ thống SCAD phù hợp với các mục đích điều khiển và giám sát, thu thập dữ liệu và tạo một Database có thể truy cập các trạng thái trước đó của hệ thống (chương 8). Trong hệ SCADA có thể giám sát các thông số hoạt động như: điện áp, dòng điện, mức nước, điện năng tiêu thụ….. o Bằng việc thiết lâp một Database cho hệ thống thì các hoạt động, các trạng thái của hệ thống được lưu trữ tự động, từ Database này có thể lập các báo cáo, thống kê tính toán theo tuần theo tháng.


Page 99



10.2. Những khó khăn gặp phải Vì đây là mô hình mang tính chất thực tế rất cao nên trong quá trình thực hiện nhóm cần tìm hiểu một số hệ thống thực tế, trong quá trình tìm hiểu rất khó để có thể có tài liệu về một hệ thống thực tế. Các thiết bị sử dụng trong mô hình là các thiết bị công nghiệp, vì mô hình nhỏ nên việc tìm kiếm các thiết bị cũng gặp nhiều khó khăn. Vì chúng em cũng ít được tiếp súc với các hệ thống thực tế nên còn rất thiếu về kinh ngiệm, hiểu biết… nên việc tiếp cận vấn đề, giải quyết vấn đề, thực hiện vấn đề còn rất nhiều thiếu sót, và rất cần sụ giúp đỡ, chỉ bảo của thầy (cô). 10.3. Hạn chế đề tài Vì chúng em chưa có nhiều kinh nghiêm trong việc thực hiện một mô hình thực tế nên trong đồ án còn nhiều điểm hạn chế, chưa thực sự tốt. Khâu hiệu chỉnh thông số PI còn chưa có nhiều kinh nghiêm nên hệ thống vân dao đông và độ vọt lố cao. Vì một số vấn đề mà chưa mở rộng thêm ứng dụng trong mô hình. 10.4. Hƣớng phát triển đề tài Như đã phân tích ở trên thì hệ thống có tính ứng dụng trong thực tế rất cao, vì vậy việc phát triển đề tài rất đa dạng. Muốn áp dụng trong thực tế thì chỉ cần tính toán các thiết bị phù hợp với các yêu cầu thực tế. Sử dụng mạng truyền thông USS hoặc cao cấp hơn là Profibus có thể thiết lập một hệ thống trong thực tế với quy mô lớn. Việc kết nối PLC và biến tần thì có thể khai thác tối đa các chức năng của biến tần để phù hợp với hệ thống thực tế đang hoat động. Phát triển điểu khiển và giám sát qua mạng Internet, gởi thông báo khi có sự cố qua tin nhắn, gởi báo cáo hàng ngày qua Email.


Page 100


GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng anh: [01] Siemens – Manual PLC S7 – 300 SIEMENS [02] Siemens – WinCC V 7.0 SIEMENS [03] Siemens – MM420 manual SIEMENS [04] Wed Navigation SIEMENS [05] Application ATV61 [06] WinCC V6-VBS SIEMENS [07] USS Protocol SIEMENS [08] USS Protocol- S7-200 SIEMENS Tiếng việt [09] Hướng dẫn sử dụng MM420 tiếng việt (chƣa rõ tác giả) [10] Hướng dẫn sử dụng WinCC (chƣa rõ tác giả) [11] Hướng dẫn sử dụng Step7 Microwin (chƣa rõ tác giả) [12] Điều khiển hiện đại (chƣa rõ tác giả) [13] Tiết kiệm năng lượng bơm quạt (chƣa rõ tác giả) [14] Biến tần 2012 (chƣa rõ tác giả)


Page 101



Web: PLC-SCADA.COM.VN Plcvietnam.com Webdien.com Tailieu.vn


Page 102



PHỤ LỤC

I.

PLC S7-200, CPU 224XP……………………………………….(đính kèm)

II.

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA BIẾN TẦN…()

III.

SCADA VÀ PHẦN MỀM WINCC……………………………..(đính kèm)

IV.

PHẦN MỀM STEP7 MICROWIN……………………….…..…(đính kèm)

V.

PHẦN MỀM PC ACCESS………………………………………(đính kèm)

VI.

CHƢƠNG TRÌNH STEP7………………………………………(đính kềm)


Page 103




Page 104

Luan Van Tot Nghiep

Recommend Documents