Đồ án tốt nghiệp về thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI
SVTH: NGUYỄN VIỆT TUẤN
MSSV: 11151212
SVTH: PHẠM ĐÌNH BÁCH
MSSV: 11151191

SKL 0 0 4 2 2 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ỔN ĐỊNH
MỨC NƢỚC

GVHD:

ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI

SVTH:

NGUYỄN VIỆT TUẤN

11151212

PHẠM ĐÌNH BÁCH

11151191

NGÀNH:

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ
TỰ ĐỘNG HOÁ

KHOÁ:

2011

TP.HỒ CHÍ MINH – tháng 1 năm 2016


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI
Họ và tên sinh viên 1: NGUYỄN VIỆT TUẤN

Họ và tên sinh viên 2: PHẠM ĐÌNH BÁCH
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động
Hóa
Ngày nhâ ̣n đề tài: 10/2015

ĐT:
MSSV: 11151212
MSSV: 11151191
Lớp: 11151CL2
Ngày nộp đề tài: 11/01/2016

1. Tên đề tài:
Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc.
2. Nhiệm vụ và nội dung:
 Nhiệm vụ:
 Thiết kế và thi công mô hình đo mức nƣớc, bơm nƣớc dựa vào mục đích
đề tài.
 Ứng dụng PLC S7-200 CPU 224, biến tần DELTA vào điều khiển mô
hình.
 Sử dụng phần mềm giám sát DOPSOFT thông qua màn hình HMI của
hãng DELTA để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống.
 Nội dung:
 Thiết kế hệ thống điện mô hình.
 Thiết kế giao diện điều khiển qua HMI.
 Sử dụng biến tần DELTA và cảm biến siêu âm điều khiển máy bơm.
Tp.HCM, ngày….tháng….năm 2016
Giáo viên hƣớng dẫn

ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI

Tp.HCM, ngày….tháng…. năm 2016
Chủ nhiệm ngành


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Giáo viên hƣớng dẫn:

ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN VIỆT TUẤN

MSSV: 11151212

PHẠM ĐÌNH BÁCH

MSSV: 11151191

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá
Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

2. Ƣu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ )
Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016
Giáo viên hƣớng dẫn


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Giáo viên phản biện :
Sinh viên thực hiện :

NGUYỄN VIỆT TUẤN

MSSV: 11151212

PHẠM ĐÌNH BÁCH

MSSV: 11151191

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá
Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ƣu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ )
Tp.Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Giáo viên phản biện

năm 2016


LỜI NÓI ĐẦU
Ở Việt Nam cũng nhƣ hầu hết các nƣớc đang phát triển hiện nay trên thế giới

đều hƣớng đến việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Với sự phát triển nhanh
chóng của khoa học kỹ thuật nên việc áp dụng các thành tựu của nó vào trong quá trình
sản xuất từ lâu đã không còn xa lạ với con ngƣời. Chính vì thế trong công nghiệp, tự
động điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng, nó nâng dần tính hiện đại hóa của
công nghiệp đẩy nền công nghiệp từ thô sơ lên một nền đại công nghiệp mà đỉnh cao
của nó là sự tự động hóa một cách hoàn toàn.
Nhờ việc ứng dụng công nghệ tự động trong công nghiệp mà sức lao động của
con ngƣời giảm đi rất nhiều nhờ đó mà năng suất lao động đƣợc tăng lên rất nhiều. Con
ngƣời ít phải quan tâm đến các vấn đề phụ nhƣ nhấn nút, canh thời gian hoạt động ….
Và một ngƣời có thể làm công việc của nhiều ngƣời.
Sau hơn bốn năm học tập ngành công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
tại trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, đƣợc sự chỉ bảo và giúp đỡ tận
tình của quý thầy cô cùng những nhu cầu thiết thực ngoài thực tế nên đồ án tốt nghiệp
này chúng em quyết định chọn đề tài: ―Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức
nƣớc‖.
Mô hình của chúng em đƣợc xây dựng dựa trên mục đích của đề tài. Vì kiến
thức, sự hiểu biết công nghệ còn hạn chế cũng nhƣ thời gian tìm hiểu, thực hiện nên
chúng em chƣa thể phát huy hết ý tƣởng vào mô hình này. Chúng em rất mong nhận
đƣợc sự thông cảm của quý thầy cô.

i


LỜI CÁM ƠN
Trong suốt quãng thời gian làm đồ án các thầy cô đã luôn tạo mọi điều kiện,
hƣớng dẫn chỉ bảo cho chúng em với sự tận tụy và nhiệt huyết của mình. Các thầy cô
đã không ngại khó khăn và dành thời gian quý báu để hƣớng dẫn chúng em. Chính
những điều đó là động lực để chúng em không ngừng học hỏi, phấn đấu, trau dồi kiến
thức trong thời gian qua.
Đồ án―Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc‖ chính là sự vận dụng

tổng hợp kiến thức mà chúng em đã đƣợc học dƣới sự giảng dạy của thầy cô. Hơn nữa
đồ án cũng cho em thấy đƣợc cũng nhƣ hiểu đƣợc phần nào công việc của ngƣời cử
nhân trong môi trƣờng làm việc tƣơng lai. Tuy nhiên với những kiến thức còn hạn chế
nên trong quá trình làm đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, sai phạm
kính mong quý thầy cô góp ý, chỉ bảo để chúng em có thể hoàn thiện hơn.
Bên cạnh sự nỗ lực, cố gắng, ý thức của bản thân mỗi ngƣời trong nhóm nhƣng
để hoàn thành tốt đồ án này chúng em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô, các
bạn đồng nghiệp và đặc biệt là thầy Nguyễn Tấn Đời. Thầy đã tận tình, hƣớng dẫn, chỉ
bảo những sai sót và những kinh nghiệm quý báu trong thực tế để giúp chúng em hoàn
thành đề tài này một cách tôt nhất.
Do đó lời cảm ơn đầu tiên chúng em xin chân thành gửi đến thầy Nguyễn Tấn
Đời. Kế đến chúng em xin cảm ơn quý thầy cô trong ngành Điện- Điện tử nói riêng và
toàn thể quý thầy cô trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói chung đã
truyền đạt kiến thức cho chúng em để chúng em có thể hoàn thành đồ án này một cách
tốt nhất.
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................................................i
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN .................................................ii
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .................................................. iii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 1
1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu đề tài ........................................................................................................ 1
1.3 Nội dụng đề tài........................................................................................................ 2
1.4 Giới hạn của đề tài .................................................................................................. 2
1.5 Phƣơng pháp, đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................... 2

1.5.1 Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 2
1.5.2 Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................................... 2
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 4
2.1 Bộ điều khiển chính ................................................................................................ 4
2.1.1 Giới thiệu chung về PLC của hãng SIEMENS ................................................ 4
2.1.2 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 ..................................................................... 5
2.1.3 Module chuyên dụng EM231 ........................................................................... 8
2.1.4 Module chuyên dụng EM232 ......................................................................... 10
2.1.5 Cổng truyền thông .......................................................................................... 12
2.1.6 Thực hiện chƣơng trình ................................................................................. 13
2.1.7 Cấu trúc chƣơng trình. ................................................................................... 13
2.1.8 Các vùng nhớ của S7-200............................................................................... 14
2.2 Lý thuyết giải thuật điều khiển PID ...................................................................... 15
2.2.1 Thuật toán điều khiển PID.............................................................................. 15
2.2.2 Chức năng của các khâu trong bộ điều khiển PID ......................................... 16
2.2.3 Phƣơng pháp tính toán các thông số của bộ điều khiển PID .......................... 19
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .......................................................................... 22

iii


3.1 Yêu cầu thiết kế .................................................................................................... 22
3.2 Thiết bị và thiết kế hệ thống. ................................................................................ 23
3.2.1 Khối nguồn cung cấp ...................................................................................... 23
3.2.2 Khối tín hiệu ngõ vào .................................................................................... 23
3.2.3 Khối cơ cấu chấp hành ................................................................................... 25
3.2.4 Khối điều khiển .............................................................................................. 33
3.2.5 Khối PLC ........................................................................................................ 34
3.2.6 Các thiết bị khác ............................................................................................. 35
3.2.7Sơ đồ kết nối mô hình với PLC ....................................................................... 36

3.2.8 Sơ đồ mạch động lực ...................................................................................... 38
3.3 Yêu cầu hoạt động của hệ thống ........................................................................... 38
3.4 Lƣu đồ chƣơng trình ............................................................................................. 39
3.5 Cách lựa chọn thông số PID cho đề tài................................................................. 40
CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP
DỮ LIỆU ........................................................................................................................ 41
4.1 Yêu cầu điều khiển và giám sát trên HMI ............................................................ 41
4.2 Cách kết nối với PLC............................................................................................ 41
4.3 Cách thiết kế giao diện giám sát, điều khiển dùng HMI ...................................... 42
4.3.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện HMI ................................................ 42
4.3.2 Cách sử dụng phần mềm DOPSOFT ............................................................. 42
4.3.3 Thiết kế giao diện HMI cho đối tƣợng ........................................................... 47
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, THƢ̣C NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP .................... 54
5.1 Kết quả mô hình cơ khí......................................................................................... 54
5.2 Kết quả mô hình hệ thống điện ............................................................................. 57
5.3 Vận hành ............................................................................................................... 57
5.4 Kết quả điều khiển, giám sát với PLC S7-200 và HMI ........................................ 58
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................................... 63

iv


6.1 Kết luận ................................................................................................................. 63
6.2 Hƣớng phát triển ................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 64

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ

Hình 2.1: Cấu trúc của PLC
Hình 2.2:PLC S7-200 CPU 224
Hình 2.3: Module EM231
Hình 2.4: Cấu trúc bên trong của Module EM231
Hình 2.5: Module EM232
Hình 2.6: Cấu trúc bên trong của Module EM232
Hình 2.7: Vòng quét trong S7-200
Hình 2.8: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của khâu tỉ lệ
Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của khâu tích phân
Hình 2.10: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của khâu vi phân
Hình 2.11: Đồ thị đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S
Hình 2.12: Đồ thị đáp ứng của hệ kín
Hình 3.1: Cảm biến siêu âm
Hình 3.2: Biến tần Delta VFD-EL
Hình 3.3: Cấu trúc bên ngoài của biến tần Delta VFD-EL
Hình 3.4: Ý nghĩa các chân cổng giao tiếp RS-485
Hình 3.5: Relay 24VDC
Hình 3.6: HMI Delta Model B07S411
Hình 3.7: CPU 224
Hình 3.8: Lƣu đồ hệ thống bơm, lọc sản phẩm
Hình 4.1: Các COM trong màn hình HMI
Hình 4.2: Giao diện chính
Hình 4.3: Chọn Model HMI
Hình 4.4: Chọn cổng giao tiếp và chuẩn kết nối
Hình 4.5: Trang giao diện thiết kế
Hình 4.6: Trang nhập dữ liệu
Hình 4.7: Numberic Display
Hình 4.8: Chọn Module sử dụng
Hình 4.9: Chọn loại PLC sử dụng
Hình 4.10: Bắt đầu thiết kế

Hình 4.11: Tạo khối nút nhấn
Hình 4.12: Chọn hình ảnh nút nhấn
Hình 4.13: Chọn địa chỉ nút nhấn
Hình 4.14: Đặt tên và hình ảnh cụ thể cho nút nhấn
Hình 4.15: Phát thảo màn hình điều khiển chính
Hình 4.16: Mô hình hoàn chỉnh trên HMI
Hình 4.17: Màn hình giới thiệu hệ thống

i

5
6
8
9
10
11
13
16
17
18
19
20
24
26
28
32
32
33
35
39

41
43
43
44
45
45
46
47
48
48
49
49
50
50
51
52
53


Hình 4.18: Màn hình điều khiển chính
Hình 5.1: Mô hình hệ thống
Hình 5.2: Mô hình điều khiển, giám sát
Hình 5.3: Mô hình bồn chứa trên với cảm biến siêu âm
Hình 5.4: Mô hình bồn chứa dƣới với 2 van cơ xả từ bồn chứa trên
Hình 5.5: Động cơ và đƣờng ống dẫn nƣớc
Hình 5.6: Tủ điện
Hình 5.7: Quá trình điều khiển của bộ điều khiển PID trên PLC
Hình 5.8: Mức nƣớc ổn định tại 7cm
Hình 5.9: Kết quả điều khiển với H = 14cm
Hình 5.10: Mức nƣớc ổn định tại 14cm

Hình 5.11: Kết quả điều khiển khi van xả thay đổi
Hình 5.12: Bồn chứa ổn định sau 1 thời gian khi van xả thay đổi
Hình 5.13: Màn hình HMI với giá trị đặt 14cm

53
54
55
55
56
56
57
58
59
59
60
60
61
61

Sơ đồ 2.1:Sơ đồ khối của PLC
Sơ đồ 2.2: Các cổng vào ra của PLC
Sơ đồ 2.3: Sơ đồ nối dây của EM231
Sơ đồ 2.4: Sơ đồ nối dây của EM232
Sơ đồ 2.5: Sơ đồi khối của bộ điều khiển PID
Sơ đồ 2.6: Sơ đồ khối của hệ hở
Sơ đồ 2.7: Sơ đồ khối của hệ kín có bộ tỉ lệ P
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ 3.2: Sơ đồ dây của cảm biến siêu âm
Sơ đồ 3.3: Sơ đồ kết nối từ bên ngoài vào biến tần
Sơ đồ 3.4: Sơ đồ các chân vào biến tần

Sơ đồ 3.5: Sơ đồ kết thiết bị với PLC S7-200 CPU 224
Sơ đồ 3.6: Sơ đồ kết cảm biến với Modul chuyên dụng EM231
Sơ đồ 3.7: Sơ đồ kết nối biến tần Delta với Module EM232 và CPU 224
Sơ đồ 3.8: Sơ đồ động lực của máy bơm kết nối với biến tần

5
7
9
12
15
19
20
22
24
30
30
36
37
37
38

ii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng chế độ hoạt động Module EM231
Bảng 2.2: Tên và các chức năng của RS232
Bảng 2.3: Ảnh hƣởng của hệ thống khi tăng các thông số
Bảng 2.4: Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ nhất
Bảng 2.5: Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ hai

Bảng 3.1: Kí hiệu các chân trong biến tần Delta

iii

10
12-13
19
20
21
31


DANH MỤC VIẾT TẮT
PLC
CPU
AC
DC
VAC
VDC
CB
IN
OUT
HMI
RAM
ROM

Programable logic controller
Center processor unit
Alternating current
Direct current

Voltage alternating current
Voltage direct current
Circuit breaker
Input
Output
Human machine interface
Random access memory
Real only memory

iv


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
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. Vì thế tự động
hóa quá trình công nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp,
cũng là sự lựa chọn tối ƣu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lƣợng cao, tiết
kiệm chi phí sản xuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trƣờng.
Trong các ngành công nghiệpsản xuất chất lỏng nhƣ hóa chất, nƣớc uống đóng
chai, sữa, nƣớc mắm, dầu ăn…vấn đề cần điều khiển mức, lƣu lƣợng 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. Ngƣời
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 đƣợc khắc phục cho dù
đầu ra thay đổi.
Chính vì vậy, chúng em chọn đề tài ―Thiết kế và thi công mô hình ổn định
mức nƣớc‖. Với yêu cầu ứng dụng thực tế trên, đối tƣợng đề tài thực hiện chính ở đây
là hệ thống bồn chất lỏng, hệ thống bồn chất lỏng đƣợc hình thành với hệ thống bơm

và xả chất lỏng nhƣngluôn giữ ổn định giá trị mức đặt trƣớc, mức chất lỏng của bồn
đƣợc duy trì ổn định,để làm đƣợc điều này thì đòi hỏi ta phải điều khiển lƣu lƣợng chất
lỏng từ máy bơm vào hệ thống bồn nƣớc, làm mức chất lỏng trong bồn luôn giữ giá trị
không đổi là giá trị đặt trƣớc. Việc điều khiển hệ thống này để giữ mức chất lỏng trong
bồn là ổn định là tƣơng đối khó, cần phải có sự đáp ứng nhanh để điều khiển máy bơm
khi lƣu lƣợng nƣớc từ van xã thay đổi, vì vậy cần phải có những bộ điều khiển hiện
đại, chính xác và đáng tin cậy. PLC là một sự lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng trong
công nghiệp với độ chính xác, ổn định và độ tin cậy cao.
Với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện nay thì có nhiều cách để
điều khiển mức chất lỏng của hệ thống bồn nƣớc, nhƣng ở đây chúng em sử dụng PLC
S7-200 để điều khiển, sử dụng phần mềm DOPSOFT giao tiếp hiển thị.
1.2 Mục tiêu đề tài
Sau khi xác định đƣợc đối tƣợng, chủ thể và giới hạn phạm vi nghiên cứu, việc
xác định mục tiêu sẽ là bƣớc quan trọng kế tiếp nhằm định hƣớng đúng đắn cho quy
trình thực hiện đề tài. Mục tiêu đề tài cụ thể đƣợc thể hiện nhƣ sau:
 Thiết kế, thi công hệ thống phần cứng gồm mối quan hệ giữa bồn nƣớc, chất
lỏng, cảm biến, hệ thống PLC, biến tần,bơm và màn hình giao tiếp HMI.
 Lựa chọn thiết bị cho mô hình.

1


 Giải thuật cho PLC theo yêu cầu của đề tài, điều khiển bơm theo thông số cài
đặt của mức chất lỏng.
 Sử dụng phần mềm DOPSOFT để điều khiển giám sát hệ thống điều khiển hoạt
động của hệ thống.
1.3 Nội dụng đề tài
Hệ thống gồm 2 bồn (bồn trên và bồn dƣới) đặt song song nhau. Bồn trên có 2
vancơđể thay đổi lƣu lƣợng chất lỏng xả từ bồn trên xuống bồn dƣới. Bồn dƣới có 1lỗ
nối với ống nƣớc dẻo để dẫn chất lỏng từ bồn dƣới vào máy bơm. Mức nƣớc ở bồn trên

đƣợc đo bằng một cảm biến siêu âm với ngõ ra analog. Chất lỏng đƣợc bơm lên bồn
trên bởi một động cơ máy bơm đƣợc điều khiển bằng biến tần DELTA và bộ điều
khiển PLC S7-200.
Mức chất lỏng đƣợc đặt theo yêu cầu của ngƣời vận hành, sau đó hệ thống đƣợc
cho phép hoạt động bằng nút nhấn START trên màn hình HMI. Bơm sẽ bắt đầu hoạt
động bơm chất lỏng từ bồn dƣớilên do biến tần điều khiển với điện áp có tần số lớn
nhất là 60Hz và tần số sẽ giảm dầnđến khi mực chất lỏng bồn trên bằng giá trị mực
chất lỏng đƣợc đặt, khi mực chất lỏng đã ổn định thì tần số đƣợc điều khiển bằng biến
tần sẽ thay đổi khi lƣu lƣợng nƣớc từ 2 van xã thay đổi. Hệ thống cứ hoạt động liên tục
nhƣ vậy khi ta ấn nút STOP thì hệ thống sẽ dừng lại.
1.4 Giới hạn của đề tài
 Hệ thống đƣợc thực hiện bằng mô hình đơn giản.
 Đề tài chỉ tập trung vào việc ổn định mức chất lỏng.
 Chất lỏng cung cấp cho hệ thống chỉ là nƣớc.
1.5 Phƣơng pháp, đối tƣợng nghiên cứu
1.5.1 Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài nhóm đã tham các tài liệu trong sách, trên internet và dựa
trên hệ thống,yêu cầu thực tế để xây dựng lại mô hình đáp ứng đƣợc những yêu cầu đó.
Các bƣớc nhóm thực hiện:
 Đề ra mục tiêu và hƣớng đi cụ thể.
 Thiết kế hệ thống đáp ứng đƣợc các yêu cầu đã đề ra.
 Nghiên cứu các tài liệu liên quan.
 Hoàn thành từng thành phần riêng lẻ.
 Tích hợp thành một hệ thống hoàn chỉnh.
 Viết chƣơng trình điều khiển, giám sát.
1.5.2 Đối tƣợng nghiên cứu
 PLC S7-200 Siemens.
 Biến tần DELTA.
 Màn hình HMI DELTA BO7S411 với phần mềm DOPSOFT.
2

 Các thiết bị cảm biến siêu âm Carlo gavezzi, máy bơm nƣớc ly tâm 3 pha.

3


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Bộ điều khiển chính
2.1.1 Giới thiệu chung vềPLC của hãng SIEMENS
PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển lập trình, PLC đƣợc xếp
vào trong họ máy tính, đƣợc sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thƣơng mại.
PLC có đầy đủ chức năng và tính toán nhƣ vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm
một số hàm chuyên dùng nhƣ bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền
thông…












PLC có những ƣu điểm:
Có kích thƣớc nhỏ, đƣợc thiết kế và tăng bền để chịu đƣợc rung động, nhiệt, ẩm
và tiếng ồn, đáng tin cậy.

Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp.
Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển.
PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi.
Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.
Một PLC gồm có những phần cơ bản sau:
Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng đƣợc kết nối vào.
CPU: thực hiện chƣơng trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc
quá trình.
Vùng nhớ.
Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tƣơng tự. Các ngõ vào dùng
để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đƣa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để
điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình.
Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối
CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông
giữa các trạm trong mạng.
Các loại module chức năng (FM: Function Module). Ví dụ các module điều
khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ…

4


Cấu trúc bên trong của PLC:

Hình 2.1: Cấu trúc của PLC
2.1.2PLCSIMATICS7-200 CPU 224
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENScó cấu
trúc theo kiểu Module và có các module mở rộng. Các module này đƣợc sử dụng cho
nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý
CPU-224.

Sơ đồ 2.1:Sơ đồ khối của PLC

5


Hình ảnh về PLC S7 – 200 CPU 224:

Hình 2.2:PLC S7-200 CPU 224



















Đặc điểm của CPU 224:
Nguồn cung cấp: 24 VDC.
Ngõ ra số: 10 DO DC.

14 ngõ vào và 10 ngõ ra.
Có khả năng thêm 7 modul mở rộng.
Dung lƣợng bộ nhớ chƣơng trình: 12KB.
Dung lƣợng bộ nhớ dữ liệu: 8KB.
Điều khiển PID: Có.
Phần mềm: Step 7 Micro/WIN.
Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole: 0.37µs.
Counters/Timers: 256/256.
6 bộ đếm tốc độ cao tốc độ20 Khz.
2 bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM.
Bộ đếm lên/xuống: Có.
Ngắt phần cứng: 4.
Sốđầuvào/racósẵn:14DI/10DO.
Số đầu vào,ra số cực đại (sử dụng Module mở rộng): 168.
Số đầu vào/ra tƣơng tự (sử dụng ModuleAnalog mở rộng):28AI/14AO.
Kích thƣớc: Rộng x Cao x Sâu: 120.5 x 80 x 62.
6


 Số đầu ra đƣợc tích hợp sẵn: 10 (Transistor).
 Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ
khi PLC bị mất nguồn cung cấp.
Các cổng vào ra:

Sơ đồ 2.2: Các cổng vào ra của PLC
Các chế độ làm việc của CPU 224:
 RUN: Khi PLC thực hiện chƣơng trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN
sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chƣơng trình gặp lệnh STOP.
 STOP: Cƣỡng bức PLC dừng chƣơng trình đang chạy và chuyển sang chế độ
STOP.

 TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC RUN
hoặc STOP.
Các đèn báo trên S7-200 CPU224:
 SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.
 RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực
hiện chƣơng trình đƣợc nạp vào trong máy.
 STOP (đèn đỏ): Đèn đỏ STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chƣơng
trình và đang thực hiện lại.

7