Đang tải... (xem toàn văn)
điều khiển bơm ổn định mức dùng plc và biến tần
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page ii ĐẶNG XUÂN HỮU 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: SVTH: TS. LÊ QUANG ĐỨC VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU 0851050005 0851050025 TP. HỒ CHÍ MINH – 09/2012 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page iii ĐẶNG XUÂN HỮU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page iv ĐẶNG XUÂN HỮU BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page v ĐẶNG XUÂN HỮU BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page vi ĐẶNG XUÂN HỮU 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 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page vii ĐẶNG XUÂN HỮU 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. Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page viii ĐẶNG XUÂN HỮU 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 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page ix ĐẶNG XUÂN HỮU 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 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page x ĐẶNG XUÂN HỮU 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 6.4. Sự cố hƣ hỏng thiết bị truyền thông 55 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 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC SVTH: VÕ TRUNG CAN Page xi ĐẶNG XUÂN HỮU 8.2. 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 [...]... 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... 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... 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. .. 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. .. 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... 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 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC 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. .. 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. .. 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 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG... (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 Đồ án tốt nghiệp 2.4 GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC 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... 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 SVTH: VÕ TRUNG CAN ĐẶNG XUÂN HỮU Page 3 Đồ án tốt nghiệp - GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC 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