Bộ Giáo dục và Đào tạo Tr-ờng Đại học S- Phạm Kỹ Thuật H-ng Yên Đề tài: Ng-ời thực hiện: Vũ Tuấn C-ờng Chu Văn Hải Đinh Việt Hùng Nguyễn Thị Thu H-ờng Đỗ Hoàng Linh Ng-ời h-ớng dẫn: Nguyễn Phúc Đáo Phạm Thanh Tùng Lớp : ĐK1 H-ng Yên 2007 Tham khhttp://www.doko.vn/tim-kiem/luan-van/thiet- ke-he-thong-dieu-khien-duy-tri-ap-suat-ung-dung-trong-cung-cap-nuoc-sach- 373485 LỜI NĨI ĐẦU Trong sự nghiệp giáo dục của nước ta hiện nay mục tiêu là giáo dục và đào tạo ra những con người có đủ đức đủ tài,có văn hóa, có kỹ năng kỹ xảo nghề nghiệp và có thái độ ứng xử tốt phục vụ tốt cho sự nghiệp cơng nghiệp hóa hiện đại hóa - xây dựng nước nhà. Để đạt được mục đích đó thì thế hệ trẻ đặc biệt là sinh viên phải ln chủ động tìm hiểu nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu khoa học mới, cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền cơng nghiệp nước nhà. Là những sinh viên năm cuối được làm đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho chúng em tìm hiểu thêm về kiến thức thưc tế củng cố những kiến thức đã học, nhóm chúng em đã được nghiên cứu về đề tài: ‚Thiết kế hệ thống điều khiển duy trì áp suất. Ứng dụng trong cung cấp nước sạch”. Đề tài đề cập đến một lĩnh vực đang ứng dụng rất phổ biến trong cơng nghiệp nhưng lại là kiến thức mới đối với sinh viên. Đề tài chúng em dược chia ra thành 5 chương : – – Chương 1: Tổng quan – – Chương 2: §o ¸p st – – Chương 3: Biến tần – – Chương 4: Lập trình điều khiển – – Chương 5: Kết luận và khuyến nghị – – Phụ lục: Các bản vẽ Nhờ có sự hướng dẫn tận tình của hai thầy Nguyễn Phúc Đáo và Phạm Thanh Tùng cùng các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện giúp đỡõ để nhóm em hoàn thành được đề tài này. Tuy nhiên, do trình độ còn hạn chế, kinh nghiệm còn non kém nên không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự chỉ bảo của thầy cô và các bạn. Chóng em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày 18 tháng 8 năm 2007 NhËn xÐt, ®¸nh gi¸ cña gi¸o viªn h-íng dÉn Ch÷ ký cña gi¸o viªn NhËn xÐt, ®¸nh gi¸ cña gi¸o viªn h-íng dÉn Ch÷ ký cña gi¸o viªn NhËn xÐt, ®¸nh gi¸ cña gi¸o viªn ph¶n biÖn Ch÷ ký cña gi¸o viªn Mục lục Trang Lời nói đầu: 2 Ch-ơng I Tổng Quan 1.1 Khảo sát tại khách sạn DEAWOO 8 1.2 Vận dụng vào đề tài 10 1.3 Tính thực tế của đề tài 12 Ch-ơng II Đo áp suất 2.1 Giới thiệu chung 13 2.2 áp suất và đơn vị đo áp suất 14 2.2.1 Định nghĩa áp suất 14 2.2.2 Đơn vị đo áp suất 15 2.3 Các ph-ơng pháp đo áp suất n-ớc (chất l-u) 15 2.3.1 Các ph-ơng pháp đo áp suất tĩnh 15 2.3.2 Ph-ơng pháp đo áp suất động 16 2.4 Cảm biến áp suất 16 2.4.1 Lựa chọn loại cảm biến áp suất trong mô hình đề tài 17 2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 18 2.4.3 Các đặc tính tĩnh và động của cảm biến 22 2.4.3.1 Độ nhạy 22 2.4.4 Điều kiện có tuyến tính 24 2.5 Kết quả đo tín hiệu ra của cảm biến áp suất 24 2.5.1 Các b-ớc thực hiện 24 2.5.2 So sánh kết quả đo 25 2.6 Sử dụng cảm biến áp suất trong đề tài 26 Ch-ơng III Biến Tần 3.1 Tổng quan về biến tần 27 3.1.1 Cấu tạo chung và nguyên tắc hoạt động 28 3.1.2 Các tính chất 29 3.2 Lắp đặt điện 30 3.2.1 Các thông số kỹ thuật của MM440 30 3.2.2 Cách đấu nối mạch lực 32 3.2.3 Sơ đồ điều khiển 33 3.2.4 Sơ đồ mạch nguyên lý 33 3.2.5 Các đầu dây điều khiển 34 3.3 Cài mặc định 35 3.4 Sử dụng màn hình BOP 36 3.4.1 Các nút và chức năng 37 3.5 Giới thiệu một số thông số của biến tần MM440 38 3.5.1 Các thông số cài đặt nhanh 38 3.5.2 Các thông số cài đặt ứng dụng 43 3.6 ứng dụng biến tần MM440 vào đề tài 52 3.6.1 Các tham số về động cơ 52 3.6.2 Các tham số về giao tiếp nối tiếp USS 53 3.6.3 Các tham số về điều khiển vòng kín PID 54 3.6.4 Các tham số về các đầu vào ADC 54 3.6.5 Các tham số liên quan khác 55 Ch-ơng IV Điều khiển lập trình 4.1 Các giải pháp điều khiển 56 4.1.1 Mạch điều khiển dùng rơle 56 4.1.2 Mạch dùng kỹ thuật vi xử lý 56 4.1.3 Mạch dùng vi điều khiển 57 4.1.4 Mạch điều khiển bằng PLC 57 4.2 Giới thiệu chung về PLC 58 4.2.1 Giới thiệu về PLC 58 4.2.2 Cấu trúc của PLC 59 4.2.3 Phân loại PLC 61 4.2.4 Thiết bị điều khiển PLC S7 200 61 4.3 Các giao thức giao tiếp mạng trong S7 200 65 4.3.1 Chuẩn truyền RS 485 66 4.3.2 Giao thức PPI 67 4.3.3 Giao thức MPI 67 4.3.4 Giao thức free port 68 4.3.5 Giao thức USS 69 4.4 Vòng điều khiển tín hiệu 75 4.5 Kết nối PLC và biến tần 76 4.6 Thiết lập các tham số cho biến tần 77 4.7 Ch-ơng trình điều khiển 79 4.7.1 Thuật điều khiển 79 4.7.2 Ch-ơng trình điều khiển 79 Ch-ơng V Kết luận và khuyến nghị 94 Tài liệu tham khảo 96 Phụ lục 97 Ch-ơng I Tổng Quan Sinh viên thực hiện: Trang 8 C-ờng Hải Hùng H-ờng - Linh Tổng quan 1.1 Khảo sát tại khách sạn Daewoo Khách sạn daewoo là một trong những khách sạn hành đầu của n-ớc ta. Khách sạn gồm hơn 400 phòng. Khách sạn với diện tích 2000 m 2 . Là một trong số những khách sạn lớn và hiện đại nên trong khách sạn bao gồm rất nhiều thiết bị lớn nh- hệ thống giặt là, làm lạnh và làm ấm (hệ thống điều hoà, quạt gió, hệ thống cung cấp n-ớc sạch). Những thiết bị đó trong khách sạn phần lớn đều dùng biến tần để điều khiển. Các biến tần này đều là loại chuyên dụng, phù hợp với từng thiết bị. Trong phạm vi đề tài này ta chỉ đi nghiên cứu về hệ thống cung cấp n-ớc. Hệ thống bơm cung cấp cho khách sạn Số l-ợng bơm: 6 Hệ thống bơm cung cấp 1000m 3 /ngày Công suất của động cơ: 22kw 380v (động cơ KĐB 3 pha) Duy trì áp suất 8,5 đến 9 bar Gồm các công tắc tơ, rơle, VSD, bộ điều khiển Hệ thống bơn này dùng biến tần của hãng Danfoss (Đan Mạch) để điều chỉnh tốc độ động cơ. Sở dĩ, khách sạn dùng biến tần của Danfoss mà không dùng biến tần của Siemens một loại biến tần thông dụng ở Việt Nam là vì: Biến tần của Danfoss là một loại biến tần chuyên dụng cho bơm và quạt, nh- thế khi sử dụng biến tần này ta không phải xác định đặc tính tải nữa. Giá thành của Danfoss ban đầu mua vào tuy đắt hơn 1,2 đến 1,3 lần so với Siemens, tuy nhiên nó vẫn đảm bảo đ-ợc tính kinh tế vì khả năng tiết kiệm điện năng của nó mang lại. Bộ điều khiển là phần mềm chuyên dụng của hãng. Nó rất dễ sử dụng và thông qua bảng điều khiển. Tại đây, bộ điều khiển sẽ xử lý các tín hiệu đ-a về và đ-a ra quyết định điều khiển hợp lý. Bộ điều khiển này chỉ điều khiển 4 bơm trong hệ thống 6 bơm, hai bơm còn lại đều nối trực tiếp vào biến tần chạy trực tiếp mà không qua bộ điều Đồ án tốt nghiệp Lớp ĐK1K Giáo viên h-ớng dẫn: Trang 9 Nguyễn Phúc Đáo Phạm Thanh Tùng khiển, sở dĩ có điều này bởi vì hai bơm này có tác dụng dự phòng trong tr-ờng hợp 4 bơm còn lại không chạy hoặc bộ điều khiển bị hỏng. Cảm biến áp suất đ-ợc đặt ở ngay đầu ra của bơm. áp suất luôn đ-ợc duy trì trong khoảng 8,5 đến 9 Bar. Hệ thống dùng hai cảm biến áp suất: một đ-a về bộ điều khiển, một đ-a về để làm tín hiệu cho biến tần dự phòng. Nguyên tắc hoạt động ở đây: N-ớc đ-ợc bơm trực tiếp từ bể chứa, qua bể lọc (thông qua bơm trung gian) sau đó đ-ợc hệ thống bơm đ-a đi đến các đ-ờng ống. Hệ thống bơm có một bơm đ-ợc nối vào bộ biến tần. Bơm nào đ-ợc nối là do bộ điều khiển quyết định. Giả sử bơm số một luôn đ-ợc nối, biến tần điều chỉnh tốc độ của bơm này để duy trì đ-ợc áp suất mong muốn. Khi bơm số một đ-ợc điều chỉnh dến tốc dộ tối đa mà ch-a đáp ứng đ-ợc áp suất đầu ra thì biến tần điều chỉnh cho tốc độ bơm này giảm xuống. Bơm số hai đ-ợc đóng vào, d-ới tác dụng của biến tần bơm số 2 đ-ợc tăng dần tốc độ và điều chỉnh đến khi nào đáp ứng đ-ợc yêu cầu. Hoạt động của bơm số 3 và bơm số 4 t-ơng tự nh- vậy. Không có tr-ờng hợp cả 6 bơm cùng hoạt động. Hai bơm đ-ợc ngắt ra làm bơm dự phòng, bộ biến tần điều chỉnh tốc độ, hai bơm chạy trực tiếp. Trong quá trình cung cấp n-ớc trong ngày, có thể có một số bơm không sử dụng đến. Để chống bó cho động cơ, bộ điều khiển cho động cơ chạy 10s. Ta cũng không thể để một bơm đ-ợc nối vào biến tần chạy trực tiếp quá nhiều nên sau khoảng 10 ngày thay luân phiên bơm trực tiếp. VSD Water supply pipe Press sensor Water Tank A B C Motor To control center Hình 1.1: Sơ đồ sử dụng biến tần điều khiển cho một bơm Ch-ơng I Tổng Quan Sinh viên thực hiện: Trang 10 C-ờng Hải Hùng H-ờng - Linh 1.2 Vận dụng vào đề tài 1. Sơ đồ tổng quát của hệ thống Từ yêu cầu của đề tài là: Sử dụng biến tần - PLC để điều khiển, điều chỉnh tốc độ hai động cơ bơm để ổn định áp suất trên đ-ờng ống của hệ thống bơm n-ớc, sau khi đi khảo sát hệ thống bơm n-ớc tại khách sạn DAEWOO chúng em xây dựng sơ đồ tổng quát của hệ thống nh- hình 1.3. 2. Cách đặt cảm biến áp suất Cảm biến áp suất đ-ợc đặt ở ngay đầu ra của hệ thống bơm nh- trong hình 1.3. Cảm biến này sẽ đo áp suất đầu vào của hệ thống đ-ờng ống, áp suất này luôn đ-ợc duy trì trong một khoảng giá trị nào đó sao cho cuối đ-ờng ống áp suất vẫn đủ cung cấp theo yêu cầu. 3. Cách thức điều khiển hệ thống Đầu tiên cho động cơ bơm 1 khởi động bằng cách đóng điện cho V1. Động cơ bơm sẽ khởi động và bơm n-ớc vào đ-ờng ống. Biến tần sẽ lấy tín hiệu phản hồi về từ cảm biến áp suất để điều chỉnh tốc độ động cơ, duy trì áp suất trên đ-ờng ống. Khi tốc độ động cơ bơm 1 đã đạt định mức mà áp suất trên đ-ờng ống ch-a đủ, khối điều khiển (PLC) sẽ ngắt điện V1 và đóng điện cho L1 đồng thời đóng điện cho V2. Lúc này động cơ bơm đ-ợc ngắt điện cung cấp từ biến tần và đ-ợc cấp điện trực tiếp từ l-ới (tốc độ động cơ bơm 1 vẫn duy trì đ-ợc giá trị định mức). Động cơ bơm 2 đ-ợc cấp điện và đ-ợc điều chỉnh qua biến tần để bù thêm l-ợng P cho đ-ờng ống. Nếu áp suất trên đ-ờng ống v-ợt quá giá trị đạt biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ bơm 2 để giảm áp suất. Tr-ờng hợp áp suất giảm tới một giá trị giới hạn nào đó mà áp suất trên đ-ờng ống vẫn cao hơn giá trị đặt, PLC sẽ ngắt điện động cơ bơm 2 bằng cách ngắt điện V2. Đồng thời cấp điện cho động cơ bơm 1 qua biến tần bằng cách ngắt điện L1 sau đó đóng điện cho V1, biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ bơm 1 để duy trì áp suất trên đ-ờng ống. ở sơ đồ này vai trò của động cơ bơm 1 và 2 là t-ơng đ-ơng, chúng có thể thay phiên nhau hoạt động th-ờng trực tránh tr-ờng hợp một động cơ hoạt động liên tục trong thời gian dài. Trong quá trình cung cấp n-ớc trong ngày, có thể một động cơ bơm sẽ không đ-ợc sử dụng đến sẽ có thể gây ra hiện [...]... phẩm tốt áp ứng được nhu cầu công nghệ, tiết kiệm năng lượng, hiệu năng cao, độ tin cậy lớn, nhỏ gọn, và gi¸ thành hợp lý luôn là cái đích hướng tới của khoa học công nghệ * Khoa học công nghệ ngày càng phát triển vượt bậc nhất là việc ứng dơng của công nghệ điện tử vi mạch - điện tử công suất có thể tạo ra được những sản phẩm có chức năng xử lý trọn vẹn một quá trình, một khâu, thậm chí cả hệ thống ... cận những công nghệ mới cũng như công nghệ của nước ta còn nhiều hạn chế PLC – BIẾN TẦN hiện nay vẫn đang là nhữùng công nghệ hiện đại hàng đầu với tính năng nổi trội là điều khiển chính xác, dải điều chỉnh rộng (tần số 0 – 650 Hz), tiết kiệm được năng lượng đến 40%, độ tin cậy cao… Vậy nên với một sinh viên học ngành tự động hóa công nghiệp sắp ra trường việc được tiếp cận một công nghệ mới là một may... ®éng c¬, ta cã thĨ ®ãng ®iƯn cho ®éng c¬ ch¹y trong mét thêi gian ng¾n trong ngµy A B C VSD Press sensor V1 Command Control L1 Central Control Water supply pipe L1 V1 Pump 1 L2 V2 V2 L2 L3 V3 Pump 2 V3 L3 Pump 3 Water Tank H×nh 1.2: Sư dơng biÕn tÇn cho nhiỊu b¬m A B C Biến Tần Cảm biến áp suất V1 L1 L1 PLC Đường ống cung cấp nước Bơm 1 V1 L2 V2 L2 V2 Bơm 2 Bể nước H×nh 1.3: S¬ ®å tỉng qu¸t hƯ thèng Gi¸o... ®éng c¬, duy tr× ¸p st 2.6 Sư dơng c¶m biÕn ¸p st trong ®å ¸n B»ng c¬ së lý thut vµ thùc nghiƯm trªn thiÕt bÞ t¹o m«i tr-êng ®o còng nh- ®i kh¶o s¸t thùc tÕ hƯ thèng cung cÊp n-íc vµ duy tr× ¸p st ë kh¸ch s¹n Deawoo Trong ®å ¸n nµy chóng em lùa chän lo¹i c¶m biÕn nh- ®· giíi thiƯu ë trªn ®Ĩ ®o vµ gưi tÝn hiƯu ra cho biÕn tÇn cïng víi PLC sÏ ®iỊu chØnh tèc ®é b¬m vµ sè l-ỵng b¬m ®Ĩ duy tr× ¸p st trong. .. r»ng trong c¸c hƯ thèng b¬m n-íc ë nh÷ng nhµ cao tÇng, kh¸ch s¹n hay viƯc cung cÊp n-íc s¹ch cho c¶ thµnh phè… viƯc duy tr× ¸p st kh«ng ®ỉi trong ®-êng èng lµ mét vÊn ®Ị ®Ỉt ra §Ĩ gi¶i qut vÊn ®Ị nµy, ta kh«ng thĨ dïng ph-¬ng ph¸p b¬m th«ng th-êng nh-: ®ãng m¸y trùc tiÕp b»ng tay, hay hĐn giê Bëi v× thùc tÕ viƯc sư dơng n-íc ë nh÷ng giê kh¸c nhau trong ngµy, ¸p st ë c¸c vÞ trÝ trªn ®-êng èng cung cÊp... Tỉng quan vỊ biÕn tÇn MM440 Ngµy nay, viƯc tù ®éng hãa trong c«ng nghiƯp vµ viƯc ỉn ®Þnh tèc ®é ®éng c¬ ®· kh«ng cßn xa l¹ g× víi nh÷ng ng-êi ®ang c«ng t¸c trong lÜnh vùc kü tht BiÕn tÇn lµ mét trong nh÷ng thiÕt bÞ hé trỵ ®¾c lùc nhÊt trong viƯc ỉn ®Þnh tèc ®é vµ thay ®ỉi tèc ®é ®éng c¬ mét c¸ch dƠ dµng nhÊt mµ hÇu hÕt c¸c xÝ nghiƯp ®ang sư dơng Trong ph¹m vi ®Ị tµi chØ giíi thiƯu vỊ hä biÕn tÇn ®-ỵc... Pt - Ps Trong ®Ị tµi nµy ta sư dơng c¶m biÕn ¸p st vµ ®o ¸p st tÜnh b»ng ph-¬ng ph¸p lÊy mét lç nhá cđa èng dÉn n-íc sau ®ã l¾p c¶m biÕn vµo th«ng qua c¬ cÊu l¾p ®Ỉt ®Ĩ h¹n chÕ sù ¶nh h-ëng cđa ¸p st ®éng, tr¸nh sù t¸c ®éng trùc tiÕp cđa chÊt l-u lªn c¶m biÕn sÏ t¹o ra ¸p st ®éng g©y lªn sù bÊt ỉn tÝn hiƯu ra cđa c¶m biÕn §ã còng lµ ph-¬ng ph¸p ®o ¸p st n-íc trong hƯ thèng cung cÊp n-íc vµ duy tr×... tenx¬, ®iƯn dung vµ ®iƯn c¶m 2.4.1 Lùa chän lo¹i c¶m biÕn ¸p st sư dơng trong m« h×nh ®Ị tµi Tõ nh÷ng sè liƯu cã tr-íc nh- ¸p st n-íc cÇn duy tr× lµ 0.5 bar, biÕn tÇn sư dơng trong m« h×nh lµ lo¹i MM440 cđa Siemens cã 2 ®Çu vµo t-¬ng tù lµ: – 0 tíi 10 V, 0 tíi 20mA vµ -10  +10V – 0 tíi 10 V, 0 tíi 20mA Còng nh- c¨n cø vµo nh÷ng thiÕt bÞ trong khoa s½n cã, ta lùa chän lo¹i c¶m biÕn ¸p st cđa Siemens cã nh÷ng... ®é nh¹y S vµo ®é dèc cđa ®Ỉc tr-ng tÜnh c) §é nh¹y trong chÕ ®é ®éng §é nh¹y trong chÕ ®é ®éng ®-ỵc x¸c ®Þnh khi ®¹i l-ỵng kiĨm tra lµ hµm tn hoµn cđa thêi gian Trong ®iỊu kiƯn nh- vËy, ®¹i l-ỵng ®Çu ra s ë chÕ ®é lµm viƯc danh ®Þnh còng lµ hµm tn hoµn theo thêi gian gièng nh- ®¹i l-ỵng kiĨm tra Gi¶ sư ®¹i l-ỵng kiĨm tra cã d¹ng: m(t) = m0 +m1cos  t Trong ®ã: m0 : lµ gi¸ trÞ kh«ng ®ỉi m1 : lµ biªn ®é... sè trong c¸c hiƯn t-ỵng liªn quan ®Õn chÊt láng hc chÊt khÝ, do vËy nã lµ mét th«ng sè quan träng trong nhiỊu lÜnh vùc nh- nhiƯt ®éng häc, khÝ ®éng häc, ©m häc, c¬ häc chÊt láng, sinh lý…¸p st lµ th«ng sè quan träng can thiƯp vµo viƯc kiĨm tra c¸c bé phËn m¸y mãc, c¸c hƯ thèng tù ®éng hc do con ng-êi ®iỊu khiĨn Trong c¸c ngµnh c«ng nghiƯp kh¸c nhau, c¶m biÕn ¸p st ®-ỵc øng dơng nhiỊu vµ réng r·i trong . tài: Thiết kế hệ thống điều khiển duy trì áp suất. Ứng dụng trong cung cấp nước sạch . Đề tài đề cập đến một lĩnh vực đang ứng dụng rất phổ biến trong. biết là áp suất trên hay d-ới áp suất khí quyển. áp suất chân không: áp suất đ-ợc ghi nhận cho biết là áp suất tuyệt đối. Một số áp suất khác: áp suất