Đang tải... (xem toàn văn)
PHẦN 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT1.1. Mô tả công nghệ và phân tích hệ thống.1.1.1.Mô tả công nghệ.Khởi động hệ thống , ấn START hệ thống khởi động.Đèn RUN sáng báo hệ thống đang làm việc.Mức nước 00,5m van M mở và đèn LAL sáng báo mức nước thấp nước được cấp vào nồi hơi,khi mức nước lớn hơn 0,5m thì đèn LAL tắt, nước tiếp tục được bơm vào nồi hơi.khi mức nước tăng dần đến 1,5m thì máy bơm hoạt động.Khi mức nước vượt quá 2,5m thì đèn HAL sáng báo hiệu nước ở mức cao van M đóng lại,ngưng cấp nước cho nồi hơi.Áp suất trong nồi tăng dần cho đến khi áp suất trong nồi hơi lớn hơn 2,5bar thì đèn HAP sáng cảnh báo áp suất cao.Ấn STOP hệ thống ngừng hoạt động.Kết thúc quá trình làm việc.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC:ĐIỀU KHIỂN LÂP TRÌNH ĐỀ TÀI SỐ : THIẾT KẾ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MỨC NƯỚC VÀ ÁP SUẤT CỦA MỘT NỒI HƠI GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN THU HÀ NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN : NHÓM TẠ VĂN HƯNG NGUYỄN TRỌNG HIẾU BÙI KHƯƠNG DUY NGUYỄN VĂN HIẾU TRẦN QUỐC DŨNG NGUYỄN VĂN CHUNG Hà Nội ngày…tháng…năm… Page Đề 2: Nội dung: Xây dựng hệ thống điều khiển, giám sát mức nước áp suất nồi Trong đó: • L: Điểm đo mức ( có điều khiển cảnh báo)có dải đo từ [o - 3] m, điểm làm việc 1,5m • P: điểm đo áp suất ( cảnh báo): có dải đo [0 – 30]bar, • RUN: đèn báo hệ thống làm việc • LAL: đèn báo mức thấp (nhỏ 0,5m), • HAL: đèn báo mức cao ( Lớn 2,5m) • HAP:đèn cảnh báo áp suất Cao ( Lớn 25 bar), • START, STOP: Hai nút ấn khởi động dừng hệ thống Page MỤC LỤC PHẦN 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT .5 1.1 Mô tả công nghệ phân tích hệ thống 1.1.1.Mô tả công nghệ .5 1.1.2.Phân tích hệ thống 1.2.Phương pháp đo 1.2.1 Đo áp suất 1.2.2 Các phương pháp đo mức chất lỏng: Khi đo liên tục biên độ tần số tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu cịn lại bình chứa Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa tín hiệu dạng nhị phân cho biết thơng tin tình trạng mức ngưỡng có đạt hay khơng +, Có ba phương pháp hay dùng kỹ thuật đo phát mức chất lưu: - Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện - Phương pháp điện dựa tính chất điện chất lưu .7 - Phương pháp xạ dựa tương tác xạ chất lưu Một số loại cảm biến đo mức chất lưu 1.3.Tìm hiểu PLC .8 1.3.1.Khái quát chung PLC S7-300 -Cấu trúc PLC S7-300 .8 1.3.2.Các Module .9 1.3.2.1 Cách thức PLC thực chương trình 13 1.3.2.2.Module analog 14 1.3.3Tìm hiểu HMI .17 1.3.3.1Tìm hiểu HMI 17 1.3.3.2Tìm hiểu WINCC 19 2.Các thành phần WinCC 20 Page 3.Nguyên tắc hoạt động WinCC Một chương trình tạo công cụ soạn thảo ( bao gồm chương trình Graphic System, Alarm Logging, Archive System…) Các thơng số chương trình ta lưu vùng nhớ liệu CS (Configuration database) .20 4.Quy trình tạo project WinCC .20 CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 23 2.1 Xây dựng sơ đồ khối 23 2.2 Lựa chọn thiết bị .24 2.2.1 Lựa chọn cảm biến áp suất 24 2.1.2 Lựa chọn cảm biến đo mức 25 2.1.3 Lựa chọn PLC 27 2.1.4 Lựa chọn biến tần 31 2.1.5 Lựa chọn động bơm nước 32 2.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán 33 2.5 Xây dựng phần mềm 37 2.6 Thiết kế giao diện HMI 41 3.1 – Kết đạt 42 3.2-Hạn chế tồn phương hướng khắc phục 42 Page PHẦN 1:CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Mơ tả cơng nghệ phân tích hệ thống 1.1.1.Mô tả công nghệ -Khởi động hệ thống , ấn START hệ thống khởi động.Đèn RUN sáng báo hệ thống làm việc.Mức nước [0-0,5]m van M mở đèn LAL sáng báo mức nước thấp nước cấp vào nồi hơi,khi mức nước lớn 0,5m đèn LAL tắt, nước tiếp tục bơm vào nồi hơi.khi mức nước tăng dần đến 1,5m máy bơm hoạt động.Khi mức nước vượt 2,5m đèn HAL sáng báo hiệu nước mức cao van M đóng lại,ngưng cấp nước cho nồi hơi.Áp suất nồi tăng dần áp suất nồi lớn 2,5bar đèn HAP sáng cảnh báo áp suất cao.Ấn STOP hệ thống ngừng hoạt động.Kết thúc trình làm việc Hình 1.1: hình ảnh hệ thống Page 1.1.2.Phân tích hệ thống - Các thơng số đo hệ thống + Đo áp suất [0-30]bar + Đo mức nước [0-3]m - Đối tượng điều khiển giám sát nút ấn & đèn + START: Khởi động hệ thống +STOP : Dừng hệ thống +RUN: Hệ thống hoạt động +LAL : Đèn báo mức thấp( Nhỏ 0,5m), +HAL : Đèn báo mức cao( Lớn 2,5m) +HAP: Đèn báo áp suất cao( Lớn 25bar) 1.2.Phương pháp đo 1.2.1 Đo áp suất - Phương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất - Đo áp suất tĩnh Đo trực tiếp chất lưu thơng qua lỗ khoan thành bình Đo gián tiếp thơng qua biến dạng thành bình tác động áp suất Đo áp suất động Dựa theo nguyên tắc chung đo hiệu suất tổng áp suất tĩnh Có thể đo cách đặt áp suất tổng lên màng trước, đặt áp suất tĩnh lên màng sau màng đo, tín hiệu đưa đọ chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh - Áp suất có đơn vị đo pascal (Pa) - Trong cơng nghiệp cịn dùng đơn vị đo bar (1bar= 10^5 Pa) Công thức xác định : - dF: lực tác dụng -dS: diện tích thành ống chị lực tác dụng -Trong đề tài Chúng em đo áp suất cách sử dụng Cảm Biến áp suất để đo Với ưu điểm đơn giản, dễ dàng sử dụng, bảo dưỡng định kì Chất lượng đảm bảo Page 1.2.2 Các phương pháp đo mức chất lỏng: -Có hai dạng đo: đo liên tục xác định theo ngưỡng Khi đo liên tục biên độ tần số tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu cịn lại bình chứa Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa tín hiệu dạng nhị phân cho biết thơng tin tình trạng mức ngưỡng có đạt hay khơng +, Có ba phương pháp hay dùng kỹ thuật đo phát mức chất lưu: - Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện - Phương pháp điện dựa tính chất điện chất lưu - Phương pháp xạ dựa tương tác xạ chất lưu Một số loại cảm biến đo mức chất lưu * Cảm biến độ dẫn Các cảm biến loại dùng để đo mức chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~ 50μScm-1) Trên hình 1.2 giới thiệu số cảm biến độ dẫn đo mức thơng dụng Hình 1.2: Cảm biến độ dẫn a, Cảm biến hai điện cực b, Cảm biến điện cực c, Cảm biến phát mức Sơ đồ cảm biến hình 1.2 a gồm hai điện cực hình trụ nhúng chất lỏng dẫn điện Trong chế độ đo liên tục, điện cực nối với nguồn nuôi xoay chiều ~ 10V (để tránh tượng phân cực điện cực) Dòng điện chạy qua điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài phần điện cực nhúng chìm chất lỏng Page Sơ đồ cảm biến hình 1.2b sử dụng điện cực, điện cực thứ hai bình chứa kim loại Sơ đồ cảm biến hình 1.2c dùng để phát ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực cịn lại nối với thành bình kim loại,vị trí điện cực ngắn ứng với mức ngưỡng Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện mạch thay đổi mạnh biên độ * Cảm biến tụ điện Khi chất lỏng chất cách điện, tạo tụ điện hai điện cực hình trụ nhúng chất lỏng điện cực kết hợp với điện cực thứ hai thành bình chứa thành bình làm kim loại Chất điện mơi hai điện cực chất lỏng phần điện cực bị ngập khơng khí phần khơng có chất lỏng Việc đo mức chất lưu chuyển thành đo điện dung tụ điện, điện dung thay đổi theo mức chất lỏng bình chứa Điều kiện để áp dụng phương pháp số điện môi chất lỏng phải lớn đáng kể số điện mơi khơng khí (thường gấp đôi) Trong trường hợp chất lưu chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng điện cực kim loại bên ngồi có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trị chất điện mơi cịn chất lưu đóng vai trị điện cực thứ hai 1.3.Tìm hiểu PLC Theo yêu cầu cầu đề tài có sử dụng winCC để mô hệ thống Mặc dù gần năm chúng em tìm hiểu PLC S7-200 Tuy nhiên Win CC khơng tương thích với loại PLC S7-200 Do chúng em định sử dụng loại PLC S7-300 Chúng tương thích với Win CC q trình Đây hội cho chúng em biết loại PLC 1.3.1.Khái quát chung PLC S7-300 -Cấu trúc PLC S7-300 PLC thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình PLC điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật Page toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác với máy tính) Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ PLC dạng khối chương trình ( Khối OB, FC FB) thực theo chu kỳ vịng qt Hình 1.3 Ngun lí chung cấu trúc điều khiển logic khả trình (PLC) Để thực chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính máy tính, nghĩa phải có vi xử lý (CPU), hệ điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiển tất nhiên phải có cổng vào/ để giao tiếp với đối tượng điều khiển để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ tốn điều khiển số, PLC cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác đếm (Counter), thời gian (Timer)và khối hàm chuyên dụng (hình 1.4) 1.3.2.Các Module Thơng thường để tăng tính mềm dẻo ứng dụng thực tế mà phần lớn đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra khác mà điều khiển PLC thiết kế khơng cứng hố cấu hình Chúng Page chia nhỏ thành module Số module chia nhiều hay tuỳ theo tốn, song tối thiểu phải có module module CPU Các module cịn lại module nhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, module chức chuyên dụng module PID, điều khiển động Chúng gọi chung modul mở rộng Tất module gá ray (Rack) Hình 1.4 Cấu trúc Rack PLC S7-300 Theo yêu cầu công nghệ đề tài Trong hệ thống cần đo đại lượng : -Áp suất: P(bar) -Mức nước: H(m) Page 10 Hình 2.5 Module CPU 312 Các thông số CPU 312 - S7-300, CPU 312 - 6ES7 312-1AD10-0AB0 - Nguồn cấp 24 - WORKING MEMORY: 32Kbyte - STEP V5.5 + SP1 cao STEP7 V5.2 + SP1 cao với HSP 218Bộ nhớ lưu chương trình: MMC ( tối đa MB) - Vùng địa vào/ra: 1024/1024 byte ( định địa tự do) - Kênh số vào/ra tối đa: 256/256 - Số modul tối đa: - Tần số chuyển mạch tối đa: 100Hz ( tải trở), 0.5 Hz ( tải cảm) - Kiểu kết nối: MPI - Ngơn ngữ lập trình: Step (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGraph Chọn Module analog cho PLC S7-300 Page 28 Module tương tự SM334 AI/ 2AO x 12/12 bits (6ES7334-0CE010AA0) Hình 2.6 Module analog SM334 - Điện áp nguồn 24VDC Có ngõ vào, ngõ Độ phân giải 12 bits Đo từ đến 10V từ đến 20mA Ngõ từ đến 10V từ đến 20 mA Page 29 Hình 2.7 Sơ đồ đấu dây với ngõ vào điện áp ngõ điện áp Hình 2.8 Sơ đồ đấu dây với ngõ vào dòng điện vào ngõ dòng điện Nguồn nội Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) Các kênh đầu vào Các kênh đầu Bộ chuyển đổi số sang tương tự (DAC) Mạch ghép nối bus Chân nối chung Chân nối mass Kết nối chân MANA (chân 15 18) với chân mass M CPU sử dụng dây có tiết diện tối thiểu 1mm2 Nếu chân không nối với Page 30 module tắt Ngõ vào lúc có giá trị 7FFFH, ngõ có giá trị Nếu để module hoạt động không nối mass thời gian dẫn tới hư hỏng Tuyệt đối tránh đấu nguồn ngược cực Việc nguyên nhân làm chay module 2.1.4 Lựa chọn biến tần Chọn loại biến tần MM420 hãng Siemens Hình 2.9 Biến tần MM420 Siemens Cài đặt biến tần - Biến tần MM420 điều khiển + cài đặt thông số: P0003 = 1: chọn mức truy nhập P0004 = 0: lọc tất cá thông số P0010 = 1: chọn loại cài đặt nhanh P0100 = 0: tần số 50Hz P2050 = 0: chọn loại động có mơ men k đổi P0300 = 1: loại động không đồng P0304 = 220: điện áp định mức Page 31 P0305 : I đm động P0307 : công suất định mức động P0308: cos phi định mức P0310: tần số định mức P0311: tốc độ định mức P700 = 1: chọn điểm đặt điều chỉnh bàn phím P1000 = 2: chọn điểm đặt tương tự lấy từ PLC P1080= 0: tần số P1082 = 60: tần số max Kết thúc chọn P0010 = 0: chế độ sẵn sàng hoạt động 2.1.5 Lựa chọn động bơm nước hình 2.10 Động bơm nước Máy bơm cơng nghiệp EBARA 3M 40 -160/3,0 Thông tin Máy bơm công nghiệp EBARA 3M 40-160/3,0 Xuất xứ Công suất Điện áp sử dụng Lưu lượng Chiều cao bơm Kích thước họng hút -xả Vật liệu thân bơm Cường độ dòng điện: Nhiệt độ chất lỏng bơm tối đa Bảo hành Mô tả Italy 3Kw/4Hp 380V 12-42 m3/h 29,5-17 m 76-49mm Nhôm 6,8 A 90 °C 12 tháng Page 32 2.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán MAIN Khởi động hệ thống Đo, điều khiển cảnh báo áp suất Đo cảnh báo mức nước MEND Hình 2.11 thuật tốn điều khiển hệ thống - Chương trình tốn bao gồm công việc : Công việc : Đo cảnh báo áp suất Tín hiệu áp suất trả từ cảm biến đưa vào PLC đọc trả giá trị áp suất, từ để điều khiển động bơm nước cảnh báo mức áp suất cao Công việc : Đo cảnh báo mức nước cao mức nước thấp Page 33 Khởi động hệ thống S START= Đ S STOP=1 TG=1 Đ TG=0 END Hình 2.12 Thuật tốn khởi động hệ thống - Lưu đồ thuật toán đo, điều khiển cảnh báo áp suất Đo cảnh báo áp suất TG=1 S Đ Page 34 Nhận tín hiệu tự cảm biến xử lí tín hiệu Đ S Ápsuất25 Đ bar Khởi động động bơm nước Bật đèn cảnh báo áp suất cao HAP RET Hình 2.13 Lưu đồ thuật tốn điều khiển cảnh báo áp suất - Lưu đồ thuật toán đo cảnh báo mức nước Đo dieu khien cảnh báo mức nước TG=1 S Đ Page 35 Nhận tín hiệu tự cảm biến xử lí tín hiệu Đ Mức2,5m Đ Bật đèn cảnh báo mức cao HAL RET Hình 2.14 Lưu đồ thuật tốn đo cảnh báo mức nước 1.4 Sơ đồ đấu dây Page 36 L1 L2 L3 N PS307-2A DC 24V I L N L+ M L+ M CPU312C SF START 0.0 0.1 0.2 DC5V 0.3 FRCF 0.4 RUN 0.5 STOP 0.6 RUN 0.7 STOP 1.0 MRES 1.1 2M 1L+ 0.0 0.1 0.2 0.3 L+ DC 24V 0.4 M 0.5 1M STOP START STOP LAL HAL RUN HAP L+ MV0+ M0MI0+ MV1+ M1MI1+ MV2+ M2MI2+ MV3+ M3MI3+ QV0 MANA QI0 QV1 MANA QI1 M 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 24VDC BLUE SM 334 BLACK FUSE BROWN CB MUC E4PA-LS600-M1-N 0V 0V 24VDC PIN1 PIN2 PIN3 cam bien ap suat MBS3000 2011-1AB04 START L1 L2 L3 BIEN TAN MM420 9W V U L+ MOTOR M Hình 2.15 sơ đồ đấu dây 2.5 Xây dựng phần mềm Page 37 Page 38 Page 39 Page 40 2.6 Thiết kế giao diện HMI Mơ hình mơ tả hệ thống hoạt động wincc Hình 2.13 Hệ thống chưa khởi động Hình 2.14 Hệ thống sau nhấn START Khởi động hệ thống (ấn START hệ thống khởi động.đèn RUN sáng báo hệ thống làm việc.mức nước [0-0,5]m van M mở đèn LAL sáng báo mức nước thấp nước cấp vào nồi hơi,khi mức nước lớn 0,5m đèn LAL tắt, nước tiếp tục bơm vào nồi hơi.khi mức nước tăng dần đến 1,5m máy bơm hoạt động.khi mức nước vượt 2,5m đèn HAL sáng báo hiệu nước mức cao van M đóng lại,ngưng cấp nước cho nồi hơi.Áp suất nồi tăng dần áp suất nồi lớn Page 41 2,5bar đèn HAP sáng cảnh báo áp suất cao.ấn STOP hệ thống ngừng hoạt động.Kết thúc trình làm việc Chương 3: Kết thực 3.1 – Kết đạt Qua đề tải vừa qua chúng em thực theo yêu cầu thầy cô giao cho,chúng em học nhiều kến thức biết thêm wincc để mơ chương trình thực tế loại modul s7300.Hy vọng sau chúng em áp dụng kiến thức đẫ học vào thực tế sau 3.2-Hạn chế tồn phương hướng khắc phục Trong trình làm chúng em gặp số khó khăn cách hoạt động wincc,các thiết bị module s7300.Chúng em tìm tịi tài liệu mạng qua giúp đỡ thầy cô nên đẫ hiểu nhiều kiến thức đề tài Page 42 ...Đề 2: Nội dung: Xây dựng hệ thống điều khiển, giám sát mức nước áp suất nồi Trong đ? ?: • L: Điểm đo mức ( có điều khiển cảnh báo) có dải đo từ [o - 3] m, điểm làm việc 1,5m • P: điểm đo áp suất. .. việc : Cơng việc : Đo cảnh báo áp suất Tín hiệu áp suất trả từ cảm biến đưa vào PLC đọc trả giá trị áp suất, từ để điều khiển động bơm nước cảnh báo mức áp suất cao Công việc : Đo cảnh báo mức nước. .. vào nồi hơi. khi mức nước tăng dần đến 1,5m máy bơm hoạt động.Khi mức nước vượt 2,5m đèn HAL sáng báo hiệu nước mức cao van M đóng lại,ngưng cấp nước cho nồi hơi. Áp suất nồi tăng dần áp suất nồi