ĐỒ án tốt NGHIỆP NGHIÊN cứu THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN CHO hệ THÔNG cấp nước tự ĐỘNG CHO NHÀ CHUNG cư

TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

Tìm hiểu về đối tượng

Hệ thống bơm ổn định mức đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong ngành công nghiệp chất lỏng như hóa chất, nước uống đóng chai, dầu ăn, sản xuất xi măng, sản xuất giấy và sản xuất điện năng Hệ thống này cũng rất cần thiết cho việc cung cấp nước cho hộ dân, khu chung cư, nhà cao tầng và các khu công nghiệp.

Nhu cầu sử dụng nước trong khu công nghiệp và khu dân cư thay đổi theo thời gian trong ngày, với các mức cao điểm và thấp điểm khác nhau Do đó, việc tự động ổn định áp suất trong đường ống cấp nước, duy trì mức nước trong bồn chứa và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống cấp nước là rất cần thiết Để đảm bảo áp lực nước luôn đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng, các bơm trong hệ thống cần hoạt động liên tục ở chế độ đầy tải, ngay cả khi có sự thay đổi bất thường trong nhu cầu.

Tuy nhiên, điều này dẫn đến một số bất lợi sau:

Áp lực nước trong hệ thống có thể tăng cao một cách không cần thiết, đặc biệt khi nhu cầu sử dụng nước giảm nhưng hệ thống bơm vẫn hoạt động hết công suất Tình trạng này dẫn đến sự lãng phí năng lượng đáng kể.

+ Các bơm phải chạy liên tục dẫn đến giảm tuổi thọ cơ khí.

2.1.2 Giải pháp công nghê đang được sử dụng

Trong ngành công nghiệp hiện nay các hệ thống bơm ồn định mức hầu hết được thiết kế với các đặc điểm sau:

+ Trạm thường có tối thiểu 2 bơm trở lên, cùng cấp nước vào một đường ống chính.

Các bơm có thể được khởi động theo nhiều phương pháp, bao gồm khởi động trực tiếp, sao/tam giác, hoặc sử dụng bộ khởi động mềm cho các bơm công suất lớn Tất cả các động cơ đều vận hành ở tốc độ định mức.

Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 13

Vương Văn Sơn - Trang bị điện CN & GTVT – K58

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

+ Trong quá trình trạm bơm hoạt động, thường luôn luôn để một bơm ở chế độ dừng (mang tính dự phòng).

+ Việc điều chỉnh áp lực trên đường ống chính hay mức nước được thực hiện bằng các cách: a, Điều khiển ON/OFF:

Kiểu điều khiển này cho phép bơm nước tự động ngừng hoạt động khi đạt đến mức nước đã được cài đặt Khi mức nước giảm xuống dưới ngưỡng thấp hơn, bơm sẽ tự động khởi động lại để cung cấp nước.

- Ưu điểm: Kiểu điều khiển ON/OFF dễ thiết kế, dễ điều khiển, giá thành thấp, phù hợp với chế độ Stand by.

Hệ thống bơm nước hiện tại gặp một số nhược điểm như không ổn định, đáp ứng chậm và không hiệu quả, với mức nước thường xuyên dao động quanh điểm đặt Dòng điện khởi động lớn gây hiện tượng sụt áp, trong khi việc bơm đóng mở liên tục làm giảm tuổi thọ của thiết bị Để khắc phục tình trạng này, cần điều khiển lưu lượng nước bơm lên bồn nhằm duy trì mức nước và áp suất ổn định Có thể áp dụng van điện kết hợp với tín hiệu phản hồi từ cảm biến gửi về bộ điều khiển, từ đó bộ điều khiển sẽ phát tín hiệu điều chỉnh việc đóng mở van để kiểm soát lưu lượng bơm Ngoài ra, cũng có thể sử dụng van tay để điều chỉnh trực tiếp lưu lượng nước.

• Ưu điểm: Giá thành thấp, dễ thiết kế.

Một nhược điểm của hệ thống bơm là chúng hoạt động liên tục và luôn ở mức tải đầy, dẫn đến lãng phí năng lượng điện Điều này đặc biệt rõ rệt khi nhu cầu sử dụng nước giảm, lúc này bơm vẫn phải hoạt động mà không cần thiết.

Việc vận hành hệ thống với 50% hay 60% công suất có thể đáp ứng yêu cầu, nhưng gặp khó khăn và tốn kém chi phí nhân công do cần công nhân điều khiển góc mở van trực tiếp Sự cần thiết phải chạy các bơm liên tục dẫn đến giảm tuổi thọ của các bộ phận cơ khí Hơn nữa, việc khó kiểm soát áp lực nước ảnh hưởng đến tuổi thọ của đường ống và các mối nối Mạch điều khiển sử dụng Rơles là một giải pháp khả thi trong tình huống này.

Trong giai đoạn đầu của công nghiệp (1960-1970), hệ thống điều khiển tự động hóa chủ yếu sử dụng Rơle điện từ kết nối qua dây dẫn, với cảm biến để duy trì mức nước ổn định trong bể chứa Tuy nhiên, bảng điều khiển có thể quá lớn để gắn lên tường, dẫn đến sự cố trong hệ thống do dây nối không hoàn hảo Thêm vào đó, thời gian hoạt động của Rơle có giới hạn, yêu cầu ngừng toàn bộ hệ thống khi thay thế và cần phải thay dây nối phù hợp Bảng điều khiển chỉ phục vụ một chức năng riêng biệt, không thể thay đổi ngay lập tức mà phải lắp ráp lại, đồng thời cần thợ chuyên nghiệp cho bảo trì và sửa chữa Tóm lại, hệ điều khiển sử dụng Rơle gặp nhiều nhược điểm.

+ Tốn kém rất nhiều dây dẫn.

+ Cần công nhân sữa chữa tay nghề cao.

+ Công suất tiêu thụ lớn.

+ Thời gian sữa chữa lâu.

+ Khó cập nhật sơ đồ nên khó khăn cho công tác bảo trì cũng như thay thế.

Sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật số, đặc biệt là trong việc sản xuất vi xử lý, vi điều khiển và PLC, đã giúp giải quyết những vấn đề khó khăn mà phương pháp sử dụng tiếp điểm không thể thực hiện được, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

- Mạch dùng kỹ thuật vi xử lý có những ưu điểm sau:

Mạch điện có khả năng thay đổi linh hoạt thông qua việc cập nhật phần mềm, trong khi phần cứng vẫn giữ nguyên Điều này khác biệt hoàn toàn với mạch sử dụng rơle, vì nếu có khả năng thay đổi, chúng cũng thường cứng nhắc và khó tiếp cận cho người công nhân, dễ dẫn đến nhầm lẫn.

+ Số linh kiện để sử dụng trong mạch cũng ít hơn.

+ Mạch đơn giản hơn so với mạch đếm sản phẩm dùng Rơle và có phần cài đặt số đếm ban đầu.

+ Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản suất.

+ Mạch có thể điều khiển được nhiều dây chuyền sản suất cùng lúc bằng phần mềm.

Mạch có khả năng kết nối và giao tiếp với máy tính, giúp các quản lý tại phòng kỹ thuật theo dõi tình hình sản xuất dễ dàng qua màn hình máy tính.

Trong thiết kế hiện đại, người ta ưu tiên phương pháp tối ưu và kinh tế Nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc sử dụng vi xử lý đã trở nên lạc hậu, thay vào đó, vi điều khiển được áp dụng để nâng cao ngôn ngữ lập trình.

Ngoài những ưu điểm của 2 phương pháp trên, phương pháp này còn có những ưu điểm sau:

+ Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với chương trình có quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lý không thực hiện được.

Vi xử lý có khả năng giao tiếp trực tiếp với máy tính thông qua giao tiếp song song, tuy nhiên, để kết nối hiệu quả, cần sử dụng linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ dạng song song sang dạng nối tiếp Một trong những phương pháp điều khiển phổ biến là sử dụng PLC (Programable Logic Control).

Với phương pháp điều khiển bằng PLC có những ưu điểm sau:

+ Giảm 80% số lượng dây nối.

+ Công suất tiêu thụ của PLC là rất thấp.

+ Có chức năng tự chẩn đoán do đó giúp cho công tác sữa chữa được nhanh chóng và dễ dàng.

Chức năng điều khiển nhanh chóng và dễ dàng thông qua thiết bị lập trình như máy tính và màn hình, giúp người dùng không cần thay đổi phần cứng trừ khi có yêu cầu điều chỉnh các chức năng xuất nhập.

+ Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.

+ Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế.

+ Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất.

+ Cấu trúc dạng modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng nối thêm modul mở rộng vào/ra và thêm chức năng (các modul chuyên dùng).

+ Chi phí lắp đặt thấp.

+ Chương trình điều khiển có thể in ra giấy trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sữa chữa hệ thống.

Lựa chọn giải pháp

Việc ổn định mức nước và áp suất đường ống trong công nghiệp và dân dụng mặc dù có thể thiết kế dễ dàng nhưng vẫn tồn tại nhiều nhược điểm Để khắc phục những hạn chế này, các công ty lớn trong lĩnh vực tự động hóa đã phát triển và cho ra đời các loại biến tần, có chức năng chính là điều chỉnh tần số của động cơ Tốc độ của động cơ 3 pha không đồng bộ phụ thuộc vào các thông số cụ thể, giúp cải thiện hiệu suất và ổn định hoạt động của hệ thống.

Trong đó: n- Tốc độ động cơ (vòng/ phút). p f- tần số động cơ (Hz). p- Số cặp cực.

Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 17 Vương Văn Sơn - Trang bị điện CN & GTVT – K58

Để điều chỉnh tốc độ động cơ, việc thay đổi tần số là giải pháp hợp lý nhất, vì thay đổi điện áp lưới không khả thi Sử dụng biến tần giúp ổn định mức và khắc phục nhược điểm của các phương pháp khác Khi nhu cầu nước cao, biến tần tự động tăng tốc độ động cơ để duy trì mức nước; ngược lại, khi nhu cầu thấp, động cơ sẽ giảm tốc hoặc dừng lại, từ đó tiết kiệm năng lượng điện.

2.2.1 Nguyên tắc điều khiển hệ thống Đầu ra của PLC được nối với biến tần để điều khiển biến tần và từ dây biến tần điều khiển tốc độ động cơ.

Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh một cách linh hoạt lưu lượng và áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ.

Cảm biến áp lực gửi tín hiệu về PLC, cho phép PLC so sánh giá trị nhận được với giá trị đặt Từ đó, PLC điều khiển biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng điện, nhằm duy trì áp suất nước ổn định trong đường ống.

Sự điều chỉnh linh hoạt các máy bơm khi sử dụng biến tần được cụ thể như sau:

- Điều chỉnh tốc độ quay khi áp suất thay đổi.

- Đa dạng trong phương thức điều khiển các máy bơm trong trạm bơm Một thiết bị biến tần có thể điều khiển tới 5 máy bơm.

* Các phương pháp điều khiển máy bơm: Có 3 phương thức điều khiển các máy bơm:

+ Điều khiển theo mực nước:

Bằng cách sử dụng tín hiệu mực chất lỏng từ bể hút hồi tiếp, bộ vi xử lý sẽ so sánh tín hiệu này với mức chất lỏng đã được cài đặt Dựa trên kết quả so sánh, biến tần sẽ điều khiển các máy bơm mở hoặc đóng để duy trì mực chất lỏng trong bể luôn ổn định.

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat@gmail.com Khi tín hồi tiếp nhỏ hơn giá trị cài đặt, biến tần sẽ điều khiển để cắt giảm số lượng bơm, đảm bảo mực chất lỏng duy trì ổn định ở mức giá trị cài đặt.

+ Điều khiển theo hình thức chủ động/thụ động:

Mỗi máy bơm được kết nối với một bộ biến tần, bao gồm một biến tần chủ động và các biến tần thụ động Khi nhận tín hiệu hồi tiếp từ biến tần chủ động, bộ vi xử lý sẽ so sánh với tín hiệu đã cài đặt, từ đó điều chỉnh tốc độ quay của các máy bơm thông qua các biến tần thụ động Phương thức điều khiển này giúp tránh hiện tượng va đập thủy lực và linh hoạt khắc phục khó khăn trong quá trình vận hành bơm, khác với thiết kế ban đầu.

Phương thức này được sử dụng cho trường hợp thay đổi cả về lưu lượng và áp lực trên mạng lưới.

+ Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển một bơm:

Máy bơm chính được điều khiển thông qua thiết bị biến tần, trong khi các máy bơm khác hoạt động bằng khởi động mềm Khi có tín hiệu áp lực và lưu lượng từ mạng lưới gửi về, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh hoạt động của các máy bơm.

PLC sẽ so sánh giá trị cài đặt với thực tế để điều chỉnh tốc độ máy bơm chính Nếu bơm hoạt động ở chế độ định mức mà áp suất trong đường ống chưa đạt yêu cầu, PLC sẽ chỉ đạo khởi động các máy bơm khởi động mềm để duy trì áp suất mong muốn Khi áp suất trong đường ống đã đủ, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh lại.

PLC sẽ ngắt các bơm phụ ra dần dần tránh áp suất cao gây nguy hiểm cho đường ống.

Nếu áp suất trong đường ống vẫn cao sau khi ngắt tất cả các bơm, PLC sẽ điều khiển biến tần giảm tần số động cơ nhằm đưa áp suất về giá trị đặt nhanh nhất có thể Quá trình này được theo dõi và giám sát qua Wincc trên màn hình máy tính hoặc có thể được điều khiển bằng tay.

→ Phương án điều khiển theo hình thức chủ động/ bị động được chúng em lựa chọn.

2.2.2 Những ưu điểm khi điều khiển tốc độ bơm bằng thiết bị biến tần

- Hạn chế dòng khởi động cao

- Điều khiển linh hoạt các máy bơm, sử dụng công nghệ điều khiển vecto

- Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400KW

- Tự động ngừng khi đạt tới điểm cài đặt

- Tăng tốc nhanh giúp biến tần bắt kịp tốc độ hiện thời của động cơ

- Tự động tăng tốc giảm tốc tránh quá tải hoặc quá điện áp khi khởi động

- Bảo vệ được động cơ khi: ngắn mạch, mất pha, lệch pha, quá tải, quá dòng, quá nhiệt….

- Kết nối được với máy tính chạy trên hệ điều hành Window

- Kích thước nhỏ gọn, không chiếm diện tích trong nhà trạm

- Mô-men khởi động cao với chế độ tiết kiệm năng lượng

- Dễ dàng lắp đặt vận hành

- Hiển thị các thông số của động cơ và biến tần

Nhờ vào những lợi ích nổi bật của thiết bị biến tần, chúng ta quyết định lắp đặt máy biến tần cho trạm bơm, thay vì xây dựng đài nước trên mạng lưới Phương án này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí xây dựng mà còn giảm thiểu chi phí vận hành và quản lý.

Mô tả hoạt động của hệ thống

+ Điều khiển 2 máy bơm 3 pha (Bơm 1 và Bơm 2) hoạt động luân phiên theo giờ chạy (được cài đặt sẵn theo thời gian thực) cung cấp nước lên đài nước.

+ Điều khiển ON/OFF các bơm theo cảm biến phao báo mức.

Sử dụng tín hiệu từ cảm biến áp suất 1, lắp đặt trên đường ống dẫn nước từ bơm lên đài nước, để điều chỉnh tốc độ máy bơm, nhằm duy trì áp suất ổn định cho hệ thống ống dẫn.

(tránh tình trang sốc áp, quá áp, vỡ ống nước)

- Biến tần 2 điều khiển máy bơm 3 chỉ hoạt động khi:

+ Lượng nước trong đài nước còn rất ít không đủ cung cấp cho chung cư trong giờ cao điểm

Bơm 1 (hoặc bơm 2, tùy vào thời điểm hoạt động chính) hoạt động với công suất tối đa, tuy nhiên áp suất từ cảm biến áp suất 2, được lắp đặt trong đường ống đầu ra của đài nước, vẫn chưa đạt được giá trị ổn định như yêu cầu.

=> Khi đó bơm 3 được gọi lên nhằm đảm bảo chất lượng dùng nước của chung cư trong những giờ cao điểm.

Khi khởi động hệ thống, máy bơm thứ 1 được điều khiển bằng biến tần sẽ hoạt động cho đến khi áp suất trong đường ống đạt giá trị thiết lập Biến tần sẽ giữ ổn định tốc độ của máy bơm 1 Nếu có sự thay đổi tải, tức là áp suất thay đổi, biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ của máy bơm tương ứng với sự tăng hoặc giảm của tải.

Khi tải tăng dẫn đến giảm áp suất trong đường ống, biến tần sẽ điều chỉnh để tăng tốc độ của máy bơm cho đến khi áp suất trong đường ống đạt giá trị cài đặt.

Khi tải giảm và áp suất trong đường ống tăng lên, biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ máy bơm giảm xuống cho đến khi áp suất đạt giá trị mong muốn.

Tín hiệu từ cảm biến áp suất được truyền về biến tần để điều chỉnh hoạt động của máy bơm Khi kết nối với PLC, màn hình HMI và biến tần sẽ hiển thị và kiểm soát áp suất trong ống dẫn cũng như tốc độ của động cơ.

Cảm biến áp suất 1 đặt ở đường ống dẫn nước từ bơm lên đài nước, cảm biến áp suất

2 được đặt ở đường ống đầu ra đài nước cung cấp tín hiệu điện áp 4-20mA gửi về các biến tần.

Hệ thống duy trì áp suất ổn định trên đường ống, ngăn ngừa tình trạng áp suất tăng quá cao gây vỡ ống cấp nước, hoặc giảm quá thấp làm ảnh hưởng đến chất lượng nước sử dụng.

Cấu trúc phần cứng và mô hình thực tế

Hệ thống cấp nước bao gồm ba bơm, trong đó hai bơm chính hoạt động luân phiên và một bơm dự phòng để đảm bảo cung cấp đủ lượng nước khi cần thiết Hệ thống có hai đường ống song song, với một đường ống chính hoạt động liên tục và một đường ống phụ dự phòng Để theo dõi áp suất, có hai cảm biến áp suất được lắp đặt ở cuối mỗi đường ống, cùng với hai bình tích áp để duy trì ổn định áp suất Điện được cung cấp cho bể nước mái, kèm theo các van một chiều và đồng hồ đo lượng nước cấp vào bể ngầm.

Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị của hệ thống cấp nước sinh hoạt theo mô hình mô phỏng như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống cấp nước sinh hoạt tòa chung cư

Hình 2.2: Hệ thống bơm nước cho khu dân cư cao tầng 2.5 Yêu cầu công nghệ

Biến tần Shilin SF giúp điều khiển mượt mà cho động cơ bơm, tự động điều chỉnh công suất tiêu thụ của động cơ theo nhu cầu phụ tải Nếu phụ tải tăng trưởng trong tương lai, động cơ thứ hai sẽ được sử dụng để chạy nền, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

- Một sensor áp suất được đưa vào đầu ra nước cấp của Nhà máy để đo áp lực nước đưa về hệ thống điều khiển.

- Hệ thống điều khiển là HMI và biến tần đảm bảo cho việc tự động hóa hoàn toàn quá trình bơm cấp nước của Nhà máy.

- Vận hành hệ thống thông qua HMI.

- Hệ thống được hoạt động ở 2 chế độ bằng tay (Man) và tự động (Auto).

Việc chuyển đổi giữa chế độ tự động và bằng tay được thực hiện qua các công tắc chuyển đổi vị trí, giúp đảm bảo kết nối chính xác giữa hệ thống mới và cũ Điều này không chỉ đảm bảo an toàn trong mọi tình huống mà còn nâng cao tính an toàn tổng thể của hệ thống.

Việc tích hợp biến tần vào hệ thống giúp điều chỉnh hoạt động theo lưu lượng phụ tải thực tế, từ đó giảm thiểu đáng kể năng lượng tiêu hao không cần thiết trong các khoảng thời gian có phụ tải thấp.

Hệ thống tự động giám sát và điều khiển áp suất nước trên đường ống mạng, đảm bảo duy trì áp suất theo yêu cầu HMI và biến tần sẽ điều chỉnh áp suất dựa trên đồ thị phụ tải hàng ngày, cho phép điều khiển áp suất theo thời gian thực Hệ thống điều khiển tự động này có nhiều chức năng chính, mang lại hiệu quả và độ chính xác cao trong quản lý nước.

✓ Đo lường: do đầu đo áp suất đo lường và chuyển đổi để đưa về Biến tần

✓ Xử lý thông tin: bộ điều khiển trung tâm sẽ đảm nhiệm vấn đề này.

✓ Điều khiển: HMI sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu.

✓ Giám sát: HMI và Biến tần sẽ kết đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động.

✓ Giao tiếp giữa người vận hành và thiết bị: sử dụng phần mềm giao diện người máy HMI

Hệ thống cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa các motor bơm chạy với biến tần, giúp nâng cao tuổi thọ bơm và thuận tiện cho việc bảo trì mà không ảnh hưởng đến quá trình sản xuất Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ mở rộng và phát triển phụ tải trong tương lai bằng cách cho phép sử dụng đồng thời hai bơm khi cần thiết.

2.6 Tìm hiểu về thiết bị mạch động lực

Hình 2.3: Sơ đồ mạch động lực

Yêu cầu công nghệ

Hình 2.5: Cấu tạo máy bơm nước

Bánh công tác có ba dạng chính: cánh mở hoàn toàn, cánh mở một phần và cánh kín Nó được lắp trên trục bơm cùng với các chi tiết khác để tạo thành phần quay gọi là Rôto Bánh công tác thường được đúc bằng gang hoặc thép theo phương pháp đúc chính xác, và các bề mặt cánh dẫn cũng như đĩa bánh công tác cần có độ nhẵn cao (tam giác 3 đến 6) để giảm thiểu tổn thất.

Rôto của máy bơm nước đều phải được cân bằng tĩnh và cân bằng động để khi làm việc bánh công tác không cọ xát vào thân bơm.

Trục bơm: thường được chế tạo bằng thép hợp kim và được lắp với bánh công tác thông qua mối ghép then.

Bộ phận dẫn hướng vào: Hai bộ phận này thuộc thân máy bơm thường

Bộ phận dẫn hướng ra: (buồng xoắn ốc) đúc bằng gang có hình dạng tương đối phức tạp.

Hình 2.6: Biến tần Shihlin

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com a, Cấu tạo

Hình 2.7: Cấu tạo biến tần

Cấu tạo gồm 2 phần chính: phần chỉnh lưu và nghịch lưu, ngoài ra còn có bộ lọc.

+ Phần chỉnh lưu: gồm 6 đi-ốt mắc theo hình cầu

+ Phần nghịch lưu: gồm 6 IGBT cũng mắc theo hình cầu

Bộ lọc điện gồm tụ điện có chức năng san phẳng điện áp một chiều sau khi nguồn điện xoay chiều được chỉnh lưu Nguyên lý hoạt động bắt đầu từ việc nguồn điện xoay chiều một pha hoặc ba pha được chỉnh lưu và sau đó được lọc để tạo ra nguồn điện ổn định.

Quá trình chuyển đổi điện năng bắt đầu với việc chỉnh lưu điện một chiều bằng bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện, sử dụng nguồn điện một pha hoặc ba pha với điện áp và tần số cố định Điện áp một chiều được lưu trữ trong tụ điện và sau đó được biến đổi thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng thông qua trình tự kích hoạt bộ biến đổi IGBT, sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Công nghệ vi xử lý và bán dẫn hiện đại cho phép tần số chuyển mạch lên tới dải tần số siêu âm, giúp giảm tiếng ồn và tổn thất trên lõi sắt động cơ Hệ thống điện áp xoay chiều ba pha đầu ra có thể điều chỉnh biên độ và tần số một cách linh hoạt nhờ vào bộ điều khiển.

Hình 2.8: Cấu tạo van một chiều

- Van có cấu tạo gồm những phần sau:

Thân van bao gồm các thành phần như trục van, nắp van, đĩa van và bản lề, được chế tạo từ chất liệu inox, gang, đồng hoặc thép nguyên khối Van được kết nối với đường ống thông qua phương pháp lắp ren hoặc lắp bích, tuân theo các tiêu chuẩn JIS, BS, DIN và ANSI.

+ Nắp van: Được làm cùng với chất liệu của thân van, kết nối với thân van bằng bulong.

+ Đĩa van: Được làm bằng vật liệu chịu ăn mòn tốt Đĩa van co dạng hình tròn kết nối với thân van thông qua trục van và bản lề.

Nguyên lý hoạt động của van dựa trên trọng lực và dòng chảy Khi không có dòng chảy, lá van được giữ chặt ở vị trí đóng nhờ trọng lực Khi dòng chảy đến, lực từ dòng chảy sẽ đẩy lá van lên, cho phép lưu chất đi qua Khi dòng chảy ngừng lại, lá van sẽ tự động trở về vị trí ban đầu.

Hình 2.9: Cấu tạo Van điện a, Cấu tạo phao điện gồm: thân phao và bóng nước

+ Thân phao: bao gồm hộp công tắc, đòn bẩy và dây phao

Trong hộp công tắc bao gồm lò xo đàn hồi, tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động. b, Nguyên lí hoạt động:

Khi bể hết nước, quả phao sẽ kéo dây xuống, đồng thời tác động lên đòn bẩy Đòn bẩy này sẽ kích hoạt con trượt, đẩy tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh lại với nhau, từ đó đóng điện để máy bơm hoạt động.

Khi nước đạt mức đầy, quả phao sẽ nổi lên và mất trọng lượng, dẫn đến việc lò xo đàn hồi trong công tắc đẩy hai tiếp điểm ra xa nhau, từ đó ngắt điện cung cấp cho máy bơm.

Hình 2.10: Cấu tạo bình tích áp

Bình tích áp thông thường bao gồm hai bộ phận chính: vỏ bình và ruột bình Vỏ bình được chế tạo từ thép nguyên tấm, có khả năng chịu áp lực tốt, chống ăn mòn hiệu quả và có khả năng chịu va đập nhẹ.

Ruột bình thông thường được làm từ cao su EPDM, loại cao su này có tính đàn hồi tốt và không làm thay đổi thành phần hóa học của nước, đảm bảo an toàn khi sử dụng trong hệ thống cung cấp nước sinh hoạt Hai bộ phận của bình được ngăn cách bởi lớp khí nén Nito, tạo nên áp lực nén từ 2 – 10bar hoặc 4 – 16bar, tùy thuộc vào loại bình, cho phép người sử dụng kiểm soát và cài đặt theo ý muốn.

Hình 2.11: Đồng hồ nước

Nguyễn Đương Tiến - Trang bị điện CN & GTVT – K58 31 Vương Văn Sơn - Trang bị điện CN & GTVT – K58

Tìm hiểu về mạch điều khiển

Hình 2.12: Sơ đồ mạch đấu nối PLC - điều khiển tự động 2.7.1 Bộ điều khiển PLC S7-300 CPU 313 của hãng Siemens.

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được

Khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình, giúp người dùng lập trình để thực hiện một chuỗi sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc thông qua các hoạt động có độ trễ, như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm.

PLC được sử dụng để thay thế các mạch relay trong thực tế, hoạt động bằng cách quét trạng thái đầu vào và đầu ra Khi có sự thay đổi ở đầu vào, đầu ra sẽ tự động thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hoặc Stale.

Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Omron, Mitsubishi, ….

Hình 2.13: Mô hình tổng quát của một PLC S7-300

Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300 CPU 313

Hình 2.14: Hình ảnh cấu trúc của PLC S7-300 CPU 313

Hình 2.15: Hình ảnh thực tế của PLC S7-300 CPU 313C

PlC Siemens S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như PROFIBUS,

PROFIBUS là một tiêu chuẩn mạng trường mở quốc tế, tuân theo các quy chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254, được ứng dụng trong tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà Mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) cho phép truyền thông và trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và thiết bị phân tán Tiêu chuẩn này hỗ trợ giao tiếp giữa các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và chuẩn RS485 trong công nghiệp, cũng như IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình, và có thể tích hợp với Ethernet/TCP-IP.

+ CAN: viết tắt của Controller Area Network và được tạm dịch là Mạng Điều Khiển

Vùng Mạng CAN ra đời gần như đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện trong xe.

Hệ thống truyền tải dữ liệu qua 2 dây dẫn mang lại tốc độ cao, độ sai số thấp và độ tin cậy cao Nhờ vào mạng CAN 2 dây, các hệ thống điện đã được kết nối một cách hiệu quả.

DeviceNet là một hệ thống bus do Allen-Bradley phát triển, dựa trên công nghệ CAN, nhằm kết nối các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành Hiện nay, chuẩn DeviceNet đã được chuyển sang dạng mở và được quản lý bởi hiệp hội ODVA.

(Open DeviceNet Vendor Asscociation) và được dữ thảo chuẩn hóa IEC 62026-3.

AS-I là hệ thống kết nối cơ bản nhất trong tự động hóa, cho phép các cảm biến và cơ cấu chấp hành giao tiếp qua bus AS-I Hệ thống này được phát triển nhờ sự hợp tác của 11 nhà sản xuất thiết bị hàng đầu, bao gồm SIEMENS AG, Festo KG và Peppert.

- Ngôn ngữ lập trình: PLC Siemens S7-300 được lập trình qua các ngôn ngữ như: Step

7 (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGrap.

+ Dạng LAD (Ladder Logic): Phương pháp hình thang, thích hợp với những người quen thiết kế mạch điện tử logic.

Hình 2.16: Ngôn ngữ lập trình dạng LAD

PLC đọc chương trình từ trên xuống, từ trái qua phải sau đó lặp lại ở vòng quét tiếp theo.

Dạng STL (Statement List) là phương pháp liệt kê, được coi là ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Mỗi chương trình được tạo thành từ nhiều câu lệnh, trong đó mỗi câu lệnh có cấu trúc chung bao gồm "tên lệnh + toán hạng".

Hình 2.17: Ngôn ngữ lập trình dang STL

PLC đọc chương trình từ trên xuống dưới sau đó lặp lại ở vòng quét tiếp theo

+ Dạng FBD (Function Block Diagram): Phương pháp hình khối Là kiểu ngôn ngữ đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số.

Hình 2.18: Ngôn ngữ lập trình dạng FBD

Ngôn ngữ FBD, tương tự như ngôn ngữ LAD, là một loại ngôn ngữ lập trình đồ họa Mạch logic trong FBD được thể hiện thông qua các biểu tượng logic đồ họa, dựa trên nguyên tắc của đại số Boolean.

Các hàm toán học và hàm phức có thể được thể hiện trực tiếp thông qua các hộp logic Để xây dựng logic cho các vận hành phức tạp, cần chèn các nhánh song song giữa các hộp.

Dạng SCL có cấu trúc tương tự như ngôn ngữ STL nhưng phát triển hơn, mang lại sự tiện lợi cho người lập trình Nó gần giống với các ngôn ngữ bậc cao như Pascal, giúp việc lập trình trở nên dễ dàng hơn.

Là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị.

- Ứng dụng: trong cấp điều khiển giám sát

Hình 2.19: Sơ đồ vị trí ứng dụng HMI

- Cấu tạo: gồm 2 phần: Phần cứng và phần mềm

+ Bộ nhớ chương trình: ROM, RAM, …

- Phần mềm: + Các đối tượng

+ Các công cụ xây dưng HMI

+ Các công cụ kết nối nạp chương trình, gỡ rối

+ Các công cụ mô phỏng

+ Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB.

+ Các giao thức truyền thông: Mobus, Can, PPI, MPI, Profilebus.

HMI là giao diện giữa con người và máy móc thông qua PLC, kết nối bằng cáp tín hiệu Khi người vận hành nhấn nút hoặc cài đặt thông số trên màn hình, yêu cầu sẽ được gửi đến PLC để điều khiển hoạt động của máy móc trong dây chuyền.

Hệ thống máy móc dây chuyền sử dụng PLC để gửi trạng thái hoạt động và thông số hiện tại lên màn hình HMI, từ đó hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển hiệu quả.

Cảm biến áp suất là thiết bị quan trọng dùng để đo áp suất và chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện Tín hiệu này được truyền đến các bộ hiển thị hoặc bộ điều khiển PLC thông qua dây cáp điện Đầu ra của cảm biến áp suất thường là tín hiệu Analog, với các loại tín hiệu khác nhau.

Hình 2.20: Cấu tạo cảm biến áp suất a, Cấu tạo: Gồm 2 phần chính:

Cảm biến là thiết bị nhận diện tín hiệu từ áp suất và chuyển tiếp tín hiệu đó đến khối xử lý Tùy thuộc vào loại cảm biến, tín hiệu áp suất có thể được chuyển đổi từ dạng cơ học sang các dạng tín hiệu điện như điện trở, điện dung, điện cảm hoặc dòng điện để phục vụ cho quá trình xử lý.

Khối xử lý có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến và thực hiện các xử lý cần thiết để chuyển đổi các tín hiệu này sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong đo áp suất Các tín hiệu đầu ra phổ biến bao gồm điện áp 4 ~ 20 mA, 0 ~ 5 VDC và 0 ~ 10 VDC, trong đó tín hiệu 4 ~ 20 mA là tín hiệu thường được sử dụng nhất.

VDC) b, Nguyên lí hoạt động

Hình 2.21 Nguyên lí hoạt động của cảm biến áp suất

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC

Thiết bị mạch động lực

Bảng 3-1: Bảng lượng nước tiêu thụ của khu chung cư

Giờ trong ngày Chế độ dùng nước (% Q ngày đêm) Chung cư 800 người ( 5 người/căn hộ), Tiêu chuẩn dùng nước lấy 200 l/ng/ngày đêm.Q = 200 x

Công suất động cơ bơm: (cột áp cao 40m, bơm đặt dưới tầng hầm 5m, lưu lượng

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đồ án tốt nghiệp cư

Trong đó: P là Công suất động cơ (kW)

P bơm = 2,083 0,43 = 4,84kW => Chọn bơm có công suất 5.5kW

Hình 3.1: Máy bơm công nghiệp CM40- 200B Bảng 3-2: Thông số kỹ thuât bơm công nghiệp CM40- 200B

Máy bơm công nghiệp CM40-200B

Công suất 5.5kW / 7,5Hp Điện áp sử dụng 380V

Kích thước họng hút – xả 65-40mm

Vật liệu chế tạo bơm Nhôm

Nhiệt độ chất lỏng bơm -10-90⁰C

Sơn - Trang bị điện CN & GTVT – K58

Ta lựa chọn biến tần để phù hợp với yêu cầu công nghệ và với động cơ đã chọn:

+ Kỹ thuật điều khiển yêu cầu cao cấp từ PLC, HMI xuống biến tần thì ta sử dụng truyền thông RS485

+ Động cơ dùng cho tải nhẹ

Chế độ vận hành ngắn hạn yêu cầu lựa chọn biến tần phù hợp để điều khiển động cơ thực hiện các tác vụ như tăng tốc, giảm tốc, đảo chiều quay, chạy và dừng Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, cần chọn loại biến tần có khả năng chịu quá tải cao và chế độ tản nhiệt đáp ứng đủ yêu cầu.

+ Với công suất động cơ 3 pha 380V đã chọn là 7Hp/5.5kW Thiết bị biến tần được chọn sao cho thỏa mãn điều kiện: ≥ đ

+ 2 biến tần điều khiển cho 3 bơm với 2 bơm chính và bơm dự phòng

Công suất biến tần sử dụng là: = 1.5 ∗ đ

Ta chọn biến tần loại Shilin dòng SF-G với ưu điểm:

+ Có khả năng chạy quá tải lên đến 150% trong vòng 60s hoặc 200% trong 60s

+ Sử dụng công nghệ điều khiển vector thông minh nâng cao hiệu năng làm việc

+ Thiết kế tối ưu nhằm bảo vệ cơ cấu phần cứng

+ Hỗ trợ giao thức truyền thông RS485 đồng thời cung cấp phần mềm chuyên dụng cho biến tần

+ Khả năng tích hợp nhiều module mở rộng khác nhau

+ Có khả năng thay đổi giữa loại tải nhẹ và tải nặng

+ Cho phép sao lưu cài đặt giữa các loại biến tần cùng loại

+ Khả năng lưu trữ 12 lỗi cảnh báo gần đây nhất giúp cho việc giám sát thuận lợi hơn

+ Điện áp định mức ngõ ra: 3 pha 380/480 VAC

+ Điện áp nguồn điện cung cấp ngõ vào: 3 pha 380/830VAC

+ Biến động điện áp ngõ vào cho phép: 342/528 VAC

+ Tần số nguồn điện cung cấp ngõ vào: 50/60Hz

+ Biến động tần số ngõ vào cho phép: ± 5%

Chọn 2 biến tần Shihlin SF-040-11K/7.5K-G

+ 7.5kw cho tải nặng, 11kw cho tải nhẹ.

+ Kích thước HxWxD (mm): 323x200x186 mm

Hình 3.2 Biến tần Shilin SF-040-11K/7.5K-G

+ Dòng điện định mức của động cơ là:

Trong đó: : Dòng điện định mức của động cơ (A)

: Công suất định mức động cơ (kW) : Điện áp định mức của động cơ (V)

+ Dòng định mức của MCB là:

Tra catalog và chọn MCB có dòng định mức bằng hoặc lớn hơn 15.67(A)

=>Chọn MCB có dòng định mức 20A mã EZC100B3020 của hãng Schneider.

Hình 3.3: Các loại MCB schneider

Hình 3.4: MCB Schneider EZC100B3020

- Khi chọn Contactor điều khiển động cơ ta sẽ chọn loại AC-3: Tải cuộn kháng +

Dòng điện định mức contactor khi khởi động trực tiếp là:

+ Dòng điện định mức Contactor khởi động định mức Y/∆ là:

=>Chọn Contactor có dòng định mức 12A mã LC1D12 của hãng Schneider.

Hình 3.5: Các loại Contactor Schneider

Hình 3.6: Contactor Schneider LC1D12

+ Dòng định mức relay nhiệt khi khởi động trực tiếp là:

+ Dòng điện định mức relay nhiệt khởi động định mức Y/∆ là:

Hình 3.7: Các loại Relay nhiệt Schneider

Thiết bị sử dụng trong hệ thống

- Nhà dân cư 1600 người (lấy trung bình 5 người/căn hộ), Tiêu chuẩn dùng nước lấy

=> Lưu lượng nước dân cư Q = 200 x 1600/100020 m³ /ngày đêm.

Để tính toán nhu cầu cấp nước cho các dịch vụ công cộng như tưới cây và rửa sàn, cần tuân theo tiêu chuẩn TCXDVN-33-2006 Việc lựa chọn lưu lượng nước cấp phù hợp cho nhu cầu công cộng là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sử dụng và tiết kiệm tài nguyên nước.

10% lưu lượng tính toán cho tòa nhà.

=> Lưu lượng nước cho các dịch vụ công cộng: Qcc = 320 x 0,1 = 32 m³/ngày đêm Tổng lưu lượng nước cấp vào cho tòa nhà:

=> Qtc = Q+ Qcc = 320+32 52 m³/ngày đêm Ta chọn 360 m³/ngày đêm.

Dung tich bể chứa nước ngầm được tính theo công thức:

=> Qbể = (0,5÷2) x Qngày/đêm = 1,6 x 360 = 576m³/ngày đêm.

=> Chọn bể nước ngầm có dung tích: 600 m³

3.2.2 Tính chọn đồng hồ nước

Bảng 3-3: Kiểu đồng hồ đo nước

Kiểu đồng hồ Cỡ đồng hồ Lưu lượng Lưu lượng cho phép đo nước danh nghĩa

(m3/ngày) Lưu lương lớn Giới hạn dưới nhất/ngày (m3/giờ) (m3/ngày)

*Nguồn: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4513-1988

- Trong đó chọn Q ngày đêm = 160 khối/ngày đêm = 7 khối/ giờ.

- Chọn đồng hồ đo nước loại cánh quạt trục ngang cở đồng hồ 50 (từ 10 - 60

Hình 3.8: Đồng hồ đo nước DN50 Komax Thông số kỹ thuật và thông tin sản phẩm:

- Nhiệt độ làm việc: Max 50 độ C

- Áp lực làm việc: 16 Bar

- Vật liệu phụ: Nhựa, Inox, Jong cao su, vòng đệm…

- Chuyển động: Từ tính mặt số khô dễ đọc

Trong đó: D: Đường kính ống (m)

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat@gmail.com Theo tiêu chuẩn 4513-1988, trong mục 6.5, nước sử dụng cho các nhu cầu sinh hoạt có vận tốc V = 2 m/s Đối với ống hút, lưu lượng là 10 m³/h với vận tốc 2 m/s, do đó chọn ống có đường kính DN125 Đối với ống đẩy, lưu lượng cũng là 10 m³/h nhưng vận tốc tăng lên 2,5 m/s, vì vậy chọn đường kính ống đẩy DN125.

- Nhu cầu sử dụng nước trong một giờ: ℎ = 320/24 = 14m³/h.

=> Dung tich điều hòa bể nước mái: = 0,3 * à / ê đ = 0,3 x 320 = 96 m³.

=> Chọn bể nước mái cho sinh hoạt là: 100m3

Hình 3.9: Bồn nước lắp ghép GRP dung tích 100m³ Thông số kĩ thuật

- Bồn chứa nước ghép GRP Megasun

Hình 3.10: Van một chiều lá lật Inox

- Kiểu van: Lá lật, cánh bướm, đĩa, lò xo, cửa lật

- Chất liệu: Inox SUS304, SUS316, SUS201

- Áp lực: PN10 - PN16 - PN25

-Kiểu lắp: Nối bích, Nối ren

-Môi trường: Nước, Hơi, Khí, Hóa chất

-Nhiệt độ làm việc: - 5 ~ 180 độ C

-Made in: Korea, Taiwan, China

Hình 3.11: Phao điện Baren

Sản phẩm dễ dàng lắp đặt với 2 bóng và sử dụng kẹp dây Củ điện được thiết kế với lỗ thông hơi, giúp hơi nước không ảnh hưởng đến lõi củ, từ đó đảm bảo độ bền cho sản phẩm Phù hợp sử dụng cho bể nước trên cao hoặc bồn inox.

+ Cơ chế hoặt động: Tự động đóng mở khi hết nước.

Phao điện Baren là thiết bị lý tưởng cho máy bơm đẩy, giúp tự động ngắt khi nước đầy, phù hợp với mọi loại máy bơm và bồn nước Khi kết hợp với Rơ Le Baren, thiết bị này có khả năng chuyển đổi điện xoay chiều 220V thành điện một chiều 12V, đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng và gia tăng tuổi thọ cho phao điện.

Hình 3.12: Bình tích áp Varem 500L 10bar

- Có đầy đủ CO, CQ, Packinglist

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Thiết bị mạch điều khiển

Chọn PLC SIMATIC S7-300 CPU 313C 2DP 6ES7313-6CG04-0AB0

+ 16 ngõ vào số/16 ngõ ra số

+ Bộ nhớ làm việc: 128kB.

+ Tốc độ xử lý: 0.07us.

+ 3 bộ đếm tốc độ cao 30 kHz

+ Truyền thông: MPI, Profibus DP

+ Hãng sản xuất: Siemens AG

+ Điều khiển độ rộng xung Xuất xung 2.5 kHz Điều khiển vòng kín.

Hình 4.1: Hình ảnh PLC S7-300 CPU 313C 2DP 6ES7313-6CG04-0AB0

Hình 4.2: Module PLC Analog SM 334 6ES7334-0CE01-0AA0

SIMATIC S7-300, Analog module SM 334, 4 AI/2 AO, 1x 20-pole,

Hãng sản xuất: Siemens AG

Bảo hành: Bảo hành chính hãng 12 tháng

Hình 4.3: Cảm biến áp suất 50 bar M5256-C3079E-050BG

Cảm biến áp suất M5256-C3079E-050BG

- Ngõ ra: 4~20mA (được bảo vệ nối ngược cực và ngắn mạch).

- Điện trở cách điện: 100MΩ -500VDC

- Kiểu nối cáp: Mini DIN43650

- Áp suất đột ngột: 5 lần áp suất định mức

- Thân vỏ thép không gỉ

- Môi chất: nước, dầu, khí.

- Giấy hợp chuẩn CE về công nghệ nặng.

Hình 4.4: Màn hình HMI Weintek MT6071IP

+ Kích thước hiển thị: 7inch TFT

+ Độ phân giải (WxH dots): 800×480

+ Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive Type

+ Khe cắm thẻ SD: Không

Truyền thông, in/out: COM1 RS-232, COM2 RS-485 2W/4W

+ Kích thước bao ngoài (WxHxD) 200.4 x 146.5 x 34 mm

+ Kích thước khoét lỗ: 192 x 138 mm

4.2 Chức năng của hệ thống và phân tích hệ thống

- Vận hành hệ thống thông qua HMI

- Hệ thống được hoạt động ở 2 chế độ tự động (Auto) và chế độ bằng tay (MANU)

- Các chức năng chính của hệ thống điều khiển tự động:

+ Đo lường: do đầu đo cảm biến áp suất đo lường và chuyển đổi đưa về biến tần, phao điện báo mức bật tắt các bơm.

+ Xử lí thông tin: PLC sẽ xử lí tín hiệu, điều khiển thiết bị đầu ra và hiển thị trên màn hình.

+ Điều khiển: HMI phối hợp biến tần sẽ làm việc này theo yêu cầu

+ Giám sát: HMI và biến tần và cảm biến áp suất sẽ giám sát hệ thống hoạt động Đo Xử lí Hiển thị lường thông tin Điều khiển

Hình 4.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

Phân tích sơ đồ khối:

+ Khi khởi động hệ thống ta sẽ nhập dữ liệu từ màn hình WinCC và chọn chế độ

Auto hệ thống hoạt động như sau:

Khi hai nguồn nước cạn kiệt, hệ thống sẽ tự động kích hoạt biến tần để khởi động bơm chính (bơm 1 hoặc bơm 2 tùy theo ca làm việc đã được lập trình) Bơm chính sẽ hoạt động từ từ cho đến khi đạt được áp suất ổn định theo cài đặt.

Khi tải tăng mà bơm chính hoạt động hết công suất nhưng áp suất vẫn thấp hơn giá trị cài đặt, cảm biến áp suất sẽ gửi tín hiệu về PLC PLC sau đó kích hoạt biến tần 2 để bật bơm dự phòng, điều chỉnh hoạt động của bơm nhằm đạt được áp suất thực tế bằng áp suất đặt Nếu áp suất chưa đủ, tốc độ bơm sẽ được tăng cường, trong khi nếu áp suất vượt quá giá trị cài đặt, bơm 3 sẽ dừng hoạt động.

Khi két nước được bơm đầy thì hệ thống sẽ tự động ngắt các bơm.

Tất cả trạng thái hoạt động của hệ thống sẽ được hiển thị trên màn hình.

4.3 Thiết kế hệ thống mô phỏng trên phần mềm Simatic WinCC Explorer

4.3.1Giới thiệu tổng quan phần mềm Simatic Wincc Explorer

Wincc (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy HMI

Giao diện con người máy (HMI) đầu tiên đã kết hợp phần mềm điều khiển với quy trình tự động hóa, mang lại sự thuận tiện trong việc tích hợp các ứng dụng mới hoặc hiện có mà không gặp trở ngại WinCC cung cấp các thành phần dễ sử dụng, cho phép người dùng tạo ra giao diện điều khiển để theo dõi mọi hoạt động của quá trình tự động hóa một cách dễ dàng.

Phần mềm hỗ trợ trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC từ các hãng khác nhau như SIEMENS, MITSUBISHI, và ALLEN BRADLEY, đặc biệt nổi bật trong khả năng truyền thông với PLC của hãng SIEMENS.

WinCC nổi bật với tính mở, cho phép tích hợp dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm tùy chỉnh, từ đó tạo ra giao diện người-máy chính xác đáp ứng nhu cầu thực tế Điều này mở ra cơ hội cho các nhà cung cấp hệ thống phát triển các giải pháp linh hoạt và hiệu quả.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống.

WinCC không chỉ linh hoạt trong việc xây dựng các hệ thống quy mô lớn và nhỏ, mà còn dễ dàng tích hợp với các ứng dụng quy mô toàn công ty, bao gồm cả các hệ thống cao cấp như MES (Manufacturing Execution System).

Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning).

WinCC cũng có thế sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của

SIEMENS có mặt trên khắp thế giới.

4.3.2 Thiết kế giao diện hệ thống trên Wincc

- Mở phần mềm WinCC và tạo file mới

- Mở cửa sổ giao diện WinCC

Hình 4.6: Cửa sổ giao diện WinCC

- Tạo các tag vào – ra

Sau khi tạo thành công các tag, bước tiếp theo là thiết kế giao diện giám sát bằng cách chọn thẻ Graphics Designer Cửa sổ thiết kế sẽ được mở ra và hiển thị như hình dưới đây.

Hình 4.7: Cửa sổ thiết kế giao diện

- Sử dụng các công cụ thiết kế và các thư viện đi kèm để tạo giao diện giám sát

Màn hình giám sát sau khi thiết kế tương ứng với sơ đồ công nghệ như sau:

Hình 4.8: Giao diện giám sát hệ thống

Thiết kế hệ thống mô phỏng trên phần mềm Simatic WinCC Explorer

4.3.1Giới thiệu tổng quan phần mềm Simatic Wincc Explorer

Wincc (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy HMI

Giao diện máy người (Human Machine Interface - HMI) đầu tiên cho phép tích hợp phần mềm điều khiển với quy trình tự động hóa một cách hiệu quả Các thành phần thân thiện với người dùng của WinCC giúp dễ dàng tích hợp các ứng dụng mới hoặc hiện có mà không gặp trở ngại Đặc biệt, WinCC cho phép người dùng tạo ra giao diện điều khiển, giúp theo dõi và quan sát mọi hoạt động của quy trình tự động hóa một cách dễ dàng.

Phần mềm có khả năng giao tiếp trực tiếp với nhiều loại PLC từ các thương hiệu khác nhau như SIEMENS, MITSUBISHI và ALLEN BRADLEY, đặc biệt nổi bật trong việc truyền thông hiệu quả với PLC của hãng SIEMENS.

WinCC nổi bật với tính năng mở, cho phép tích hợp dễ dàng với phần mềm tiêu chuẩn và phần mềm tùy chỉnh, từ đó tạo ra giao diện người-máy chính xác đáp ứng nhu cầu thực tế Điều này mở ra cơ hội cho các nhà cung cấp hệ thống phát triển các giải pháp linh hoạt và hiệu quả.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống.

WinCC không chỉ linh hoạt trong việc xây dựng các hệ thống quy mô lớn và nhỏ, mà còn có khả năng tích hợp dễ dàng với các ứng dụng quy mô toàn công ty, bao gồm cả hệ thống cao cấp như MES (Manufacturing Execution System).

Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning).

WinCC cũng có thế sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của

SIEMENS có mặt trên khắp thế giới.

4.3.2 Thiết kế giao diện hệ thống trên Wincc

- Mở phần mềm WinCC và tạo file mới

- Mở cửa sổ giao diện WinCC

Hình 4.6: Cửa sổ giao diện WinCC

- Tạo các tag vào – ra

Sau khi tạo thành công các tag, bước tiếp theo là thiết kế giao diện giám sát bằng cách chọn thẻ Graphics Designer Cửa sổ thiết kế sẽ được mở ra, cho phép bạn bắt đầu quá trình thiết kế.

Hình 4.7: Cửa sổ thiết kế giao diện

- Sử dụng các công cụ thiết kế và các thư viện đi kèm để tạo giao diện giám sát

Màn hình giám sát sau khi thiết kế tương ứng với sơ đồ công nghệ như sau:

Hình 4.8: Giao diện giám sát hệ thống

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƯƠNG TRÌNH

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Cho Hệ Thống Cấp Nước Tự Động Cho Nhà Chung Cư
Tác giả	Nguyễn Đương Tiến, Vương Văn Sơn
Người hướng dẫn	ThS. Vũ Duy Nghĩa
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	10,45 MB