Đồ án Tốt nghiệp Thiết kế và Thi Công mô hình HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TRONG TÒA NHÀ sử dụng PLC s7 1200 có code và mô phỏng trên TIA portal
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (20.23 MB, 85 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH
HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TRONG TỊA NHÀ
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
NGUYỄN HỒI LINH
PHAN VĂN THẢO
KHĨA: 2017
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: GVC ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021
MSSV:
17142112
17142159
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH
HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TRONG TỊA NHÀ
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
NGUYỄN HỒI LINH
PHAN VĂN THẢO
KHĨA: 2017
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: GVC ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021
MSSV:
17142112
17142159
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 08 năm 2021
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoài Linh
Phan Văn Thảo
MSSV: 17142112
MSSV: 17142159
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện-điện tử
Lớp: 17142CL3A
Giảng viên hướng dẫn: GVC ThS. Nguyễn Tấn Đời
Ngày nhận đề tài: 22/03/2021
Ngày nộp đề tài: 03/08/2021
1. Tên đề tài: Thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống cấp nước trong tịa nhà.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Số liệu về các hệ thống cấp nước thực tế.
- Thông số các thiết bị.
- Giáo trình, tài liệu các mơn học về PLC, trang bị điện, tự động điều khiển.
- Tài liệu manual các thiết bị điều khiển.
3. Nội dung thực hiện đề tài:
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp nước trong tòa nhà.
- Nghiên cứu sử dụng bộ diều khiển PID trong PLC S7-1200.
- Thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống cấp nước điều khiển bằng PLC.
4. Sản phẩm:
Mơ hình Hệ thống cấp nước trong tòa nhà
TRƯỞNG NGÀNH
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Nguyễn Tấn Đời
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoài Linh
MSSV: 17142112
Họ và tên sinh viên: Phan Văn Thảo
MSSV: 17142159
Ngành: Công Nghệ kỹ thuật điện – điện tử
Tên đề tài: Thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống cấp nước trong tòa nhà.
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: GVC ThS. Nguyễn Tấn Đời
NHẬN XÉT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoài Linh
MSSV: 17142112
Họ và tên sinh viên: Phan Văn Thảo
MSSV: 17142159
Ngành: Công Nghệ kỹ thuật điện – điện tử
Tên đề tài: Thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống cấp nước trong tòa nhà.
Họ và tên Giáo viên phản biện: Trần Vi Đô.
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
Đề tài bao gồm việc thiết kế và thi cơng mơ hình cấp nước cho tịa nhà. Mơ hình tịa
nhà được xây dựng với kích thước nhỏ dùng để kiểm tra phần điều khiển, đã viết
chương trình điều khiển và thiết kế giao diện giám sát mơ hình.
2. Ưu điểm:
Mơ hình hoạt động đúng theo mục tiêu đề ra.
Có vận dụng bộ điều khiển PID trong điều khiển ổn định áp suất trong đường ống.
Ngồi ra, có thực hiện giao tiếp PLC và biến tần thông qua chuẩn truyền thơng
RS485.
3. Khuyết điểm:
Mơ hình tịa nhà cịn đơn giản, để áp dụng thực tế cần nâng cấp nhiều chi tiết.
Trong quyển báo cáo chưa thấy phần mô tả chung hệ thống hoạt động như thế nào:
bơm 1 làm nhiệm vụ gì, bơm 2 có nhiệm vụ gì? Tại sao phao điện tác động thì mở
bơm 2?
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
Đề nghị cho bảo vệ.
5. Câu hỏi phản biện:
Câu 1: Lưu đồ hình 3.31 (trang 35), tăng tần số và giảm tần số với lượng bao
nhiêu? Việc tăng hay giảm tần số này có phải là nhiệm vụ của bộ điều khiển PID?
Câu 2: Đối với trường hợp tải của hệ thống thay đổi (van xả nước của mỗi tầng
đóng mở khác nhau), thì áp suất trong đường ống có được đảm bảo? Thơng số bộ
điều khiển PID của đề tài hiên nay được dò tự động bằng phần mềm, nếu chọn bằng
kinh nghiệm thì được không và làm như thế nào?
6. Điểm: 8,0/10 (Bằng chữ: Tám điểm)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2021
Giáo viên phản biện
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
XÁC NHẬN CHỈNH SỬA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên SV1: Nguyễn Hoài Linh
MSSV: 17142112
Họ và tên SV2: Phan Văn Thảo
MSSV: 17142159
Lớp: 17142CL3A
Khóa: 2017
Ngày bảo vệ: 14/08/2021
Chuyên ngành CNKT Điện – Điện tử - Khoa Đào tạo Chất lượng cao (hệ CLV)
Căn cứ ý kiến nhận xét của Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp (HĐ số 06)
1. Cần bổ sung phần mô tả hoạt động của hệ thống.
2. Các thông tin về độ vọt lố, thời gian đáp ứng… cần thể hiện rõ ràng bằng con số.
3. Một vài góp ý khác.
Nhóm sinh viên đã sửa chữa, hoàn chỉnh một số nội dung sau:
ST
T
1
2
Nội dung cũ
Nội dung đã chỉnh sửa
Thiếu phần mô tả hoạt động
Các thông số chưa rõ ràng
Đã bổ sung mô tả hoạt động
Đã bổ sung số liệu cụ thể
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
SV THỰC HIỆN
NGUYỄN HOÀI LINH
PHAN VĂN THẢO
Trang
tháng
22
33
năm
GV HƯỚNG DẪN
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
Tuần
Kế hoạch
Kết quả
1
Chọn đề tài
Tên đề tài, mơ tả cơng việc
2
Nghiên cứu tổng quan
Có được thông tin về đề tài và hệ thống
3
Thiết kế mô hình cơ khí
Lên ý tưởng cho mơ hình cơ khí
4
Thiết kế mơ hình cơ khí
Có được bản thiết kế mơ hình tịa nhà
5
Thiết kế điện cho mơ hình
Thiết kế sơ đồ đấu dây cho các thiết bị
6
Thiết kế điện cho mơ hình
Hồn thành kết nối về điện cho mơ hình
7
Thi cơng mơ hình cơ khí
Có được mơ hình thực tế của hệ thống
8
Thi cơng tủ điện
Hồn thành tủ điện
9
Nghiên cứu phần mềm lập trình Biết cách sử dụng phần mềm
PLC
10
Thiết kế lưu đồ điều khiển
11
Lập trình PLC điều khiển mơ Hệ thống vận hành theo chương trình
hình
12
Viết báo cáo chương 1, 2. Hồn Hồn thành chương 1, 2. Mơ hình vận
chỉnh chương trình
hành theo yêu cầu
13
Viết báo cáo chương 3. Thiết Hoàn thành chương 3. Thiết kế giao
kế giao diện SCADA
diện SCADA
14
Viết báo cáo chương 4, 5. Hoàn Hoàn thành chương 4, 5. Hoàn thành
chỉnh giao diện SCADA
giao diện SCADA
15
Viết báo cáo chương 6. Hoàn Hoàn thành chương 6. Hoàn thành các
chỉnh mơ hình
thành phần của mơ hình
16
Mơ phỏng điều khiển mơ hình. Mơ phỏng được hoạt động của hệ thống
Biên soạn slide bảo vệ
Hồn thành lưu đồ, có được quy trình
vận hành hệ thống
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn đến: Ban giám hiệu trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập và nghiên cứu tại
trường.
Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn Khoa Điện - Điện Tử, Khoa Đào tạo
Chất lượng cao, thư viện trường đã cung cấp giáo trình và nhiều tài liệu tham khảo
bổ ích cho em. Đặc biệt, em xin cảm ơn đến thầy Nguyễn Tấn Đời đã giúp đỡ tận
tình cho em trong thời gian nghiên cứu và thi cơng đồ án.
Tuy gặp nhiều khó khăn trong q trình thực hiện nhưng nhóm em đã tìm hiểu
và đưa ra phương án tối ưu, tuy nhiên khơng thể tránh khỏi những sai sót khơng
mong muốn. Do đó em rất mong được sự góp ý, nhận xét đánh giá về nội dung cũng
như hình thức trình bày của các thầy cơ để sau đó em có thể hoàn thiện hơn nữa.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn!
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP........................................................................i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.......................................ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.........................................iii
XÁC NHẬN CHỈNH SỬA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...............................................v
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN....................................................................vi
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................vii
MỤC LỤC............................................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................xii
DANH MỤC HÌNH..............................................................................................xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề...........................................................................................................1
1.2. Mục tiêu..............................................................................................................1
1.3. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................1
1.4. Giới hạn...............................................................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................3
2.1. Tổng quan hệ thống cấp nước...........................................................................3
2.1.1. Giới thiệu hệ thống cấp nước.........................................................................3
2.1.2. Một số hệ thống cấp nước hiện nay................................................................3
2.2. Giới thiệu về PLC S7-1200................................................................................4
2.2.1. Cấu tạo của PLC............................................................................................4
2.2.2. Những đặc điểm của SIMATIC S7-1200.......................................................5
2.2.3. Ứng dụng của PLC trong thực tế...................................................................5
2.3. Biến tần...............................................................................................................6
2.3.1. Cấu tạo và nguyên lý của biến tần..................................................................6
2.3.2. Cài đặt vận hành biến tần..............................................................................7
2.4. Động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng sóc...........................................................8
2.4.1. Cấu tạo của động cơ ba pha...........................................................................8
2.4.2. Nguyên lý hoạt động......................................................................................9
2.4.3. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ ba pha.............................................9
2.5. Động cơ không đồ bộ một pha.........................................................................10
2.5.1. Cấu tạo động cơ điện một pha......................................................................11
2.5.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một pha..........................................11
2.6. Giới thiệu về phương thức truyền thông RS485............................................12
2.6.1. Giới thiệu chuẩn truyền thông RS485..........................................................12
2.6.2. Giới thiệu về giao thức truyền thơng USS...................................................12
2.6.3. Q trình giao tiếp hai thiết bị thông qua truyền thông USS........................13
2.7. Cở sở lý thuyết về PID.....................................................................................14
2.7.1. Giới thiệu về PID.........................................................................................14
2.7.2. Các phương pháp điều chỉnh PID................................................................17
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ........................................................19
3.1. Thiết kế cơ khí hệ thống...................................................................................19
3.1.1. Yêu cầu thiết kế............................................................................................19
3.1.2. Thiết kế bộ khung........................................................................................19
3.1.2.1. Bản vẽ thiết kế..........................................................................................19
3.1.2.2. Tỉ lệ mơ hình so với thực tế......................................................................20
3.1.3. Thiết kế hệ thống đường ống cấp thoát nước...............................................20
3.1.3.1. Bản vẽ thiết kế..........................................................................................20
3.1.3.2. Cấu trúc đường ống và các van.................................................................21
3.2. Thiết kế phần điện hệ thống............................................................................21
3.2.1. Yêu cầu thiết kế............................................................................................21
3.2.2. Sơ đồ khối, chức năng từng khối..................................................................22
3.2.3. Chọn thiết bị cho từng khối..........................................................................23
3.2.3.1. Bộ điều khiển trung tâm............................................................................23
3.2.3.2. Khối nguồn...............................................................................................25
3.2.3.3. Khối đo áp suất.........................................................................................26
3.2.3.4. Khối nhận biết mức nước..........................................................................28
3.2.3.5. Khối vận hành...........................................................................................28
3.2.3.6. Khối bơm nước.........................................................................................29
3.2.3.7. Khối SCADA............................................................................................31
3.2.3.7. Khối đèn báo.............................................................................................31
3.2.4. Sơ đồ nối dây...............................................................................................32
3.2.4.1. Mạch động lực..........................................................................................32
3.2.4.2. Mạch nối dây PLC....................................................................................32
3.2.5. Thiết kế tủ điện............................................................................................33
3.3.1. Yêu cầu điều khiển.......................................................................................33
3.3.2. Lưu đồ giải thuật..........................................................................................34
CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG...............................................................36
4.1. Thi cơng cơ khí.................................................................................................36
4.1.1. Thi cơng mơ hình tịa nhà.............................................................................36
4.1.2. Thi cơng đường ống nước............................................................................37
4.2. Thi công phần điện...........................................................................................39
4.3. Cài đặt biến tần................................................................................................40
4.4. PID trong phần mềm TIA Portal....................................................................41
4.5. Thi công giao diện giám sát, điều khiển, viết chương trình...........................43
4.5.1. Viết chương trình.........................................................................................43
4.5.2. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát........................................................45
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ.....................................49
5.1. Kết quả nghiên cứu..........................................................................................49
5.2. Kết quả thi cơng cơ khí....................................................................................49
5.3. Kết quả thi cơng phần điện..............................................................................50
5.4. Kết quả giao diện giám sát và điều khiển.......................................................51
5.5. Kết quả vận hành hệ thống..............................................................................51
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.....................................59
6.1. Kết luận.............................................................................................................59
6.2. Hướng phát triển..............................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................60
PHỤ LỤC............................................................................................................... 61
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC: Alternating Current
CM: Communication Module
CPU: Central Processing Unit
DC: Direct Current
HMI: Human Machine Interface
IGBT: Insulated-Gate Bipolar Transistor
MCCB: Moduled Case Circuit Breaker
MV: Manipulated Variable
OB: Organization Blocks
PID: Proportional-Integral-Derivative
PLC: Programmable Logic Controller
PTP: Point to Point
PV: Process Variable
PWM: Pulse-Width Modulation
SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition
SP: Setpoint
TCP/IP: Tranmission Control Protocol/Internet Protocol
USS: Universal Serial Interface protocol of Siemens AG
VOM: Volt-Ohm-Milliammeter
DANH MỤC HÌN
Hình 2.1: Hệ thống cấp nước tịa nhà chung cư Vĩnh Hưng..........................................3
Hình 2.2: Hệ thống cấp nước tịa nhà chung cư COMATIC TOWER...........................4
Hình 2.3: Cấu tạo của PLC [2]......................................................................................4
Hình 2.4: Ứng dụng PLC cho trạm cấp nước.................................................................5
Hình 2.5: Cấu tạo của biến tần.......................................................................................6
Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động của biến tần..................................................................7
Hình 2.7: Cấu tạo động cơ ba pha [3]............................................................................8
Hình 2.8: Cấu tạo của động cơ một pha [4].................................................................11
Hình 2.9: Giao thức truyền thơng USS [5]..................................................................12
Hình 2.10: Thư viện truyền thơng USS [5]..................................................................13
Hình 2.11: Bộ điều khiển PID [6]................................................................................14
Hình 2.12: Đồ thị PV theo thời gian, với ba giá trị Kp (Ki và Kd là hằng số) [6]..........15
Hình 2.13: Đồ thị PV theo thời gian, với ba giá trị Ki (Kp và Kd khơng đổi) [6]..........16
Hình 2.14: Đồ thị PV theo thời gian, với ba giá trị Kd (Kp và Ki khơng đổi) [6]..........16
Hình 2.15: Phương pháp Ziegler-Nichols [6]...............................................................17
Y
Hình 3.1: Mơ phỏng phần khung tịa nhà.....................................................................20
Hình 3.2: Cấu trúc đường ống nước và các van...........................................................21
Hình 3.3: Sơ đồ các khối chức năng............................................................................22
Hình 3.4: PLC S7-1200 ..............................................................................................23
Hình 3.5: Sơ đồ chân CPU 1214 [7]............................................................................24
Hình 3.6: Sơ đồ chân của module CM 1241 ...............................................................24
Hình 3.7: Module truyền thơng CM 1241 ...................................................................25
Hình 3.8: MCCB 2 pha LS..........................................................................................26
Hình 3.9: Bộ nguồn 24V DC, 5A.................................................................................26
Hình 3.10: Sơ đồ chân cảm biến..................................................................................27
Hình 3.11: Cảm biến áp suất 0-10 bar, 4-20 mA .........................................................27
Hình 3.12: Mạch chuyển đổi mA sang V.....................................................................28
Hình 3.13: Sơ đồ chân mạch chuyển đổi.....................................................................28
Hình 3.14: Bộ phao điện .............................................................................................28
Hình 3.15: Sơ đồ chân phao điện.................................................................................28
Hình 3.16: Nút nhấn có đèn ........................................................................................29
Hình 3.17: Sơ đồ chân nút nhấn...................................................................................29
Hình 3.18: Máy bơm ba pha........................................................................................29
Hình 3.19: Sơ đồ chân máy bơm ba pha......................................................................29
Hình 3.20: Biến tần SINAMICS V20..........................................................................30
Hình 3.21: Sơ đồ chân của biến tần SINAMICS V20 [8]............................................30
Hình 3.22: Máy bơm một pha .....................................................................................31
Hình 3.23: Sơ đồ chân máy bơm một pha....................................................................31
Hình 3.24: Đèn báo pha...............................................................................................31
Hình 3.25: Sơ đồ mạch động lực.................................................................................32
Hình 3.26: Sơ đồ kết nối PLC......................................................................................32
Hình 3.27: Các thiết bị bên trong tủ điện.....................................................................33
Hình 3.28: Lưu đồ chương trình chính........................................................................34
Hình 3.29: Lưu đồ chương trình con điều khiển máy bơm 1.......................................34
Hình 3.30: Lưu đồ chương trình con điều khiển máy bơm 2.......................................35
Hình 3.31: Lưu đồ chương trình con điều chỉnh và duy trì tần số thích hợp................35
Hình 4.1: Lắp các thanh nhơm.....................................................................................36
Hình 4.2: Khoan lỗ và lắp đặt sàn của mỗi tầng..........................................................36
Hình 4.3: Khoan lỗ lắp mica........................................................................................37
Hình 4.4: Lắp máy bơm và bể nước.............................................................................37
Hình 4.5: Lắp đặt đường ống và van xả nước..............................................................38
Hình 4.6: Lắp đặt cảm biến và bình tích áp.................................................................38
Hình 4.7: Lắp đặt phao điện.........................................................................................39
Hình 4.8: Thi cơng tủ điện...........................................................................................39
Hình 4.9: Thêm hàm ngắt............................................................................................41
Hình 4.10: Thêm hàm PID_Compact..........................................................................41
Hình 4.11: Cấu hình cho hàm PID...............................................................................42
Hình 4.12: Dị tìm thơng số cho bộ điều khiển PID.....................................................42
Hình 4.13: Tạo project lập trình...................................................................................43
Hình 4.14: Viết chương trình.......................................................................................43
Hình 4.15: Biên dịch chương trình..............................................................................44
Hình 4.16: Nạp chương trình vào PLC........................................................................44
Hình 4.17: Kiểm tra các trạng thái hoạt động..............................................................44
Hình 4.18: Kiểm tra các trạng thái hoạt động..............................................................45
Hình 4.19: Thêm HMI vào chương trình.....................................................................45
Hình 4.20: Kết nối HMI với PLC................................................................................46
Hình 4.21: Thêm màn hình Scada................................................................................46
Hình 4.22: Thêm các đối tượng cần thiết.....................................................................46
Hình 4.23: Thêm đặc điểm, hiệu ứng cho các đối tượng..............................................47
Hình 4.24: Thêm các tag vào PLCSIM........................................................................47
Hình 4.25: Chạy thử giao diện giám sát.......................................................................48
Hình 5.1: Kết quả thi cơng mơ hình.............................................................................49
Hình 5.2: Kết quả thi cơng tủ điện...............................................................................50
Hình 5.3: Kết quả giao diện giám sát...........................................................................51
Hình 5.4: Hệ thống ở trạng thái OFF...........................................................................52
Hình 5.5: Hệ thống ở trạng thái vận hành....................................................................52
Hình 5.6: Một số hình ảnh mơ phỏng hệ thống............................................................53
Hình 5.7: Một số hình ảnh mơ phỏng hệ thống............................................................53
Hình 5.8: Kết quả vận hành hệ thống, trường hợp 1....................................................54
Hình 5.9: Thơng số PID của trường hợp 1...................................................................54
Hình 5.10: Kết quả vận hành hệ thống, trường hợp 2..................................................55
Hình 5.11: Thơng số PID của trường hợp 2.................................................................55
Hình 5.12: Kết quả vận hành hệ thống, trường hợp 3..................................................56
Hình 5.13: Thơng số PID của trường hợp 3.................................................................56
Hình 5.14: Kết quả vận hành hệ thống, trường hợp 4..................................................57
Hình 5.15: Thơng số PID của trường hợp 4.................................................................57
Hình 5.16: Áp suất ổn định..........................................................................................57
Hình 5.17: Áp suất thay đổi khi đóng, mở van nước...................................................58
Chương 1: Tổng quan
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Trong xã hội hiện đại ngày nay rất nhiều người đã chọn việc ở các khu chung
cư, tòa nhà cao tầng… Theo thống kê của Sở Xây dựng thành phố Hồ Chí Minh,
hiện thành phố đang có 1,440 nhà chung cư với 141,062 căn hộ chiếm 8,4% tổng số
nhà trên toàn thành phố và dự kiến còn tăng thêm [1]. Với thống kê cho thấy thì nhu
cầu của người dân khá cao trong việc chọn sinh sống trong các khu tòa nhà cao
tầng. Hơn thế nữa mức sống của người dân ngày càng được nâng lên, người dân có
yêu cầu càng cao về chất lượng cuộc sống của mình.
Chất lượng của hệ thống cấp nước sinh hoạt trong các cơng trình đang rất được
quan tâm, đặc biệt là ở các tòa nhà cao tầng như chung cư, ký túc xá… Vấn đề thiếu
hụt nước vào các giờ cao điểm và dư thừa nước ở các giờ thấp điểm thường xuyên
xảy ra và trở thành mối lo ngại đối với những người sinh sống tại các địa điểm trên.
Vì thế cần phải có các phương án hợp lý để giải quyết được các vấn đề trên nên
nhóm quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống cấp nước trong
tòa nhà”.
1.2. Mục tiêu
Mục tiêu đặt ra khi thực hiện đề tài như sau:
Nghiên cứu ứng dụng được PLC vào thực tế.
Ứng dụng được bộ điều khiển PID vào điều khiển ổn định áp suất nước.
Nghiên cứu điều khiển cấp nước ổn định trong một tòa nhà.
1.3. Nội dung nghiên cứu
Đề tài “Thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống cấp nước trong tịa nhà” bao
gồm các chương sau:
Chương 1. Tổng quan: chương này trình bày một số nội dung như đặt vấn đề,
mục tiêu, nội dung nghiên cứu cùng với đó là những giới hạn có thể thực hiện trong
đề tài.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết: chương này giới thiệu về hệ thống cấp nước và sơ
lược về các thiết bị được sử dụng trong đề tài như PLC, biến tần, động cơ… Bên
cạnh đó, chương 2 cịn trình bày về một số phương pháp điều khiển các thiết bị sử
dụng để điều khiển mơ hình.
Chương 1: Tổng quan
Chương 3. Tính tốn thiết kế: chương này trình bày các yêu cầu thiết kế của hệ
thống và đưa ra các lựa chọn, bố trí thiết bị thích hợp cho hệ thống để đảm bảo đúng
yêu cầu đề ra.
Chương 4. Thi cơng hệ thống: chương này trình bày các bước thi cơng về phần
điện, cơ khí đồng thời viết chương trình và thiết kế giao diện giám sát cho hệ thống.
Chương 5. Kết quả đạt được: chương này trình bày các kết quả đạt được bao
gồm: thi cơng mơ hình cơ khí, thi cơng tủ điện, giao diện hệ thống và kết quả sau
quá trình thử nghiệm điều khiển hệ thống.
Chương 6. Kết luận và hướng phát triển: chương này đưa ra nhận xét về hệ
thống và các hướng phát triển trong thực tế.
1.4. Giới hạn
Do hệ thống này chỉ được thiết kế và thi công ở dạng mơ hình, có nhiều chi tiết
khơng hồn tồn giống với thực tế nên sẽ nhóm sẽ giới hạn lại như sau:
Chỉ làm mơ hình đơn giản với hai máy bơm công suất nhỏ.
Áp suất nước trong đường ống được ổn định ở mức 0.7 bar.
Chỉ sử dụng phần mềm để dị tìm các thơng số PID.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan hệ thống cấp nước
2.1.1. Giới thiệu hệ thống cấp nước
Hầu hết hệ thống cấp nước của các tịa nhà chung cư sử dụng tích hợp của ba
loại hệ thống: hệ thống cấp nước trực tiếp, hệ thống cấp nước gián tiếp và hệ thống
bơm nước thải, cụ thể:
Đối với hệ thống cấp nước trực tiếp: nước sạch được cấp trực tiếp từ đường
ống nước công cộng đến các hộ gia đình ở các tầng thấp bằng áp suất thủy
lực bên trong đường ống chính.
Đối với hệ thống cấp nước gián tiếp: sử dụng máy bơm nước để lấy nước từ
các bể chứa ở tầng trệt của tòa nhà và hút nước sạch vào bể trên mái nhà, sau
đó dẫn nước đến từng hộ gia đình thông qua mạng lưới đường ống phụ.
Đối với hệ thống bơm nước thải: nước được truyền kết thúc nhận được bằng
cách lắp máy bơm áp lực để cấp nước, đường ống cứu hỏa cũng có chức
năng tương tự.
Hệ thống cấp nước bao gồm: máy bơm nước, đường ống đứng, bể chứa, thiết
bị phao tự ngắt và các đường ống phụ.
2.1.2. Một số hệ thống cấp nước hiện nay
Hình 2.1: Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư Vĩnh Hưng
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Hình 2.2: Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư COMATIC TOWER
2.2. Giới thiệu về PLC S7-1200
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển khả trình (có khả
năng lập trình được) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic
thơng qua một ngơn ngữ lập trình nào đó. Người điều khiển có thể lập trình để thực
hiện một loạt trình tự, sự kiện
2.2.1. Cấu tạo của PLC
PLC thường được cấu tạo bởi 3 thành phần chính đó là phần nguồn thường là
220 V hoặc 24 V (có một số loại PLC ít phổ biến có thể sử dụng nguồn 5 V hoặc 3.7
V). Tiếp theo là CPU, mỗi loại PLC tùy theo ứng dụng thì sẽ có tốc độ xử lý cũng
như bộ nhớ lưu trữ chương trình, khả năng mở rộng khác nhau. Phần còn lại là khối
ngoại vi bao gồm: in/out, truyền thơng, module phát xung, analog.
Hình 2.3: Cấu tạo của PLC [2]
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2.2. Những đặc điểm của SIMATIC S7-1200
Board tín hiệu của PLC S7-1200: board tín hiệu – đây là một dạng module
giúp mở rộng tín hiệu vào/ra với số lượng tín hiệu ít, từ đó tiết kiệm chi phí cho các
ứng dụng yêu cầu mở rộng với số lượng tín hiệu ít. PLC S7-1200 gồm các board:
1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (+/- 10V DC, 0...20 mA).
2 cổng tín hiệu vào + 2 cổng tín hiệu ra số, 0.5 A.
Module mở rộng tín hiệu vào/ra: các module mở rộng tín hiệu vào/ra sẽ được
gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU. Với dải rộng các loại module tín hiệu
vào/ra số và analog giúp linh hoạt trong việc sử dụng S7-1200.
Module truyền thơng: bên cạnh truyền thơng Ethernet được tích hợp sẵn, CPU
S7-1200 cịn có thể mở rộng thêm được ba module truyền thơng khác nhau. Điều đó
giúp cho việc kết nối được linh hoạt, nhanh chóng hơn.
Giao tiếp: PLC Siemens S7-1200 hỗ trợ các kết nối Profibus và kết nối PTP
(point to point). Giao tiếp PROFINET với: các thiết bị lập trình, thiết bị HMI, các
bộ điều khiển SIMATICS khác. Hỗ trợ các giao thức kết nối: TCP/IP, ISO-on-TCP.
2.2.3. Ứng dụng của PLC trong thực tế
Trong cuộc sống hiện đại ngày nay PLC vơ cùng quan trong cơng nghiệp,
chính vì các ưu điểm nổi trội mà PLC được sử dụng ngày càng rộng rãi và đa dạng
về mẫu mã: từ các bộ PLC nhỏ gọn sử dụng trong các mục đích điều khiển đơn giản
cho đến những bộ PLC có nhiều chức năng hơn dùng trong các dây chuyền sản xuất
phức tạp.
Hình 2.4: Ứng dụng PLC cho trạm cấp nước
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Bộ lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hoá, phục vụ
cho nhiều ngành, nhiều loại máy móc như: cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng
lượng, giám sát hệ thống điện, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, máy chế
biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao, hệ thống phân bổ giám sát trong dây chuyền…
2.3. Biến tần
Biến tần là thiết bị chuyển đổi nguồn một pha hoặc ba pha có tần số cố định
thành nguồn ba pha có tần số thay đổi qua đó làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên
cuộn dây bên trong động cơ và có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp,
không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán
dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay
làm quay rotor. Biến tần có thể thay đổi tần số từ 1Hz đến 50Hz, thậm chí là 60Hz
hoặc lên đến 400Hz. Chính vì vậy biến tần thường được sử dụng rộng rãi trong các
dây chuyền sản xuất công nghiệp để điều khiển tốc độ của động cơ AC ba pha như
điều khiển bơm nước, các cơ cấu nâng hạ…
2.3.1. Cấu tạo và nguyên lý của biến tần
Hình 2.5: Cấu tạo của biến tần
Cấu tạo bên trong của biến tần gồm:
Mạch chỉnh lưu: chuyển đổi điện áp AC thành DC.
Tụ điện: hoạt động để làm phẳng điện áp DC đã được chuyển đổi.
Mạch nghịch lưu: được sử dụng để xuất ra điện áp AC từ điện áp DC, được
sử dụng để cấp điện áp/tần số biến thiên cho động cơ.
Mạch điều khiển: kiểm soát điều khiển, cài đặt biến tần.
