BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HÙNG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Cảnh Minh 1811021071 18DDCA2 Trần Vinh Khôi 1811020102 18DDCA2 Chẩu Minh Triết 1811020114 18DDCA2 Tp Hồ Chí Minh, tháng … năm LỜI CAM ĐOAN Nhóm chúng em cam đoan cơng trình nghiên cứu nhóm chúng em Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 202… (Ký tên ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em chân thành cảm ơn PSG.TS Nguyễn Hùng tạo điều kiện để em hồn thành đồ án tốt nghiệp tình hình dịch bệnh Mặc dù luận văn thực thời gian ngắn em cố gắng hồn thiện để xứng đáng với tin tưởng giao nhiệm vụ thầy Em cảm ơn thầy dành thời gian hướng dẫn góp ý giúp luận văn em hồn thiện Bên cạnh đó, em biết ơn thầy cô Viện Kỹ Thuật Trường Đại học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy mơn Khí Cụ Điện Kỹ Thuật đo lường tận tâm dạy nhiều kiến thức hữu ích chia sẻ kinh nghiệm thực tế cho em, để em trang bị đầy đủ kiến thức, kỹ tự tin đường thực đồ án chuẩn bị hành trang để chuẩn bị tìm việc thời gian tới chúng em Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trường cho em bạn môi trường học tập rèn luyện tốt Cảm ơn người bạn lớp 18DDCA2 nhóm học tập, phấn đấu thời gian qua Mỗi giai đoạn đời có kỷ niệm khó quên thời sinh viên Hy vọng năm tháng khơng làm tình bạn phai nhạt Cuối cùng, xin cảm ơn bố mẹ tin tưởng tạo điều kiện để học tập động lực để phấn đấu Cảm ơn người thân yêu bên cạnh nhóm chúng tơi lúc khó khăn thực đồ án Trân trọng! II TĨM TẮT Trong đề tài này, nhóm em sử dụng biến tần điện lưới để điều khiển bơm theo nhu cầu mình, PLC sử dụng để đọc tín hiệu Analoag cảm biến tín hiệu Đầu PLC nối với biến tần để điều khiển biến tần từ biến tần điều khiển tốc độ động Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh cách linh hoạt lưu lượng áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi PLC, PLC so sánh giá trị truyền với giá trị đặt để từ lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ động cách thay đổi tần số dòng điện đưa vào động để đảm bảo áp suất nước đường ống ổn định Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển bơm thơng qua thiết bị biến tần, máy bơm cịn lại đóng mở trực tiếp khởi động mềm Khi tín hiệu áp lực lưu lượng mạng lưới hồi tiếp PLC Bộ vi xử lý so sánh với giá trị cài đặt điều khiển tốc độ máy bơm chạy với tốc độ phù hợp Khi mà bơm điều khiển biến tần hoạt động chế độ định mức mà chưa đáp ứng áp suất ống PLC lệnh để đưa máy bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm trì áp suất mong muốn đường ống Đến lúc đó, mà áp suất đường ống đủ PLC ngắt bơm phụ tránh áp suất cao gây nguy hiểm cho đường ống Trong trường hợp ngắt tất bơm mà áp suất cịn cao PLC lệnh cho biến tần để biến tần giảm dần tần số động để đưa áp suất đường ống gần giá trị đặt nhanh thời gian Tất việc theo dõi giám sát hình HMI (hoặc điều khiển tay) Từ hệ thống hoạt động tự động nhận biết xử lý trường hợp xảy III ABSTRACT In this topic, our group uses inverter and grid to control the pump according to their needs, PLC is used to read Analog signal and signal sensor The output of the PLC is connected to the inverter to control the inverter and from here the inverter controls the motor speed When using inverter equipment, it is possible to flexibly adjust the flow and pressure supplied to the network according to consumption requirements With the signal from the pressure sensor feedback to the PLC, the PLC will compare this transmitted value with the set value to command the inverter to help change the motor's speed by changing the current frequency inserted into the motor to ensure that the water pressure in the pipeline is stable Control in the form of an inverter to control a pump One main pump is through an inverter device, the remaining pumps open and close directly by soft start When the pressure and flow signals on the network feed back to the PLC The microprocessor will compare with the set value and control the speed of the main pump to run at the appropriate speed When the pump controlled by the inverter operates in the rated mode but still cannot meet the pressure on the pipe, the PLC will give an order to bring the soft-start pumps into the system to maintain the pressure desired capacity in the pipeline At some point, when the pressure in the pipeline is enough, the PLC will turn off the auxiliary pumps gradually to avoid high pressure that is dangerous to the pipeline In the case of disconnecting all pumps but the pressure is still high, the PLC will command the inverter to gradually reduce the frequency of the motor to bring the pressure in the pipeline to close to the set value as quickly as possible maybe All of this is monitored and monitored by the HMI display (or manually controlled) From there, the system will work automatically to recognize and handle in any case IV MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC HÌNH ẢNH VIII DANH SÁCH CÁC BẢNG .1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề .2 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu .3 1.4 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.5 Phạm vi nghiên cứu đề tài .4 1.6 Kết cấu đồ án CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển áp suất 2.1.1 Sơ lược điều chỉnh lưu lượng bơm .6 2.1.2 Nguyên tắc điều khiển hệ thống 2.1.3 Phương thức điều khiển bơm 2.2.4 Những ưu điểm điều khiển tốc độ bơm thiết bị biến tần 2.1.5 Mô tả hoạt động hệ thống (được điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển bơm) .9 2.1.6 Hệ thống điều khiển áp suất 2.2.7 Sơ đồ khối hệ thống 12 V 2.2.8 Sơ đồ mạch động lực 13 2.2 Tổng quan ứng dụng công PLC điều khiển .21 2.2.1 Sơ lược nguyên lý sử dụng PLC để điều khiển 21 2.2.2 Phương thức giao tiếp PLC với máy tính 22 2.2.3 Sử dụng PLC để điều khiển tốc độ biến tần 23 2.2.4 Sử dụng phần mềm để lập trình PLC điều khiển biến tần thơng qua ngơn ngữ lập trình Ladder 25 2.2.4.1 Phần mềm GX work 25 2.2.4.2 Ngôn ngữ Ladder 25 2.3 Tổng quan điều khiển tốc độ động 28 2.2.1 Các phương pháp điều khiển tốc độ động 28 2.3.2 Phương pháp điều khiển động biến tần 32 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM HỆ THỐNG BƠM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG 35 3.1 Biến tần Mitsubishi FR-D720-0.75K .35 3.2 Bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX3U-32MR/ES-A .36 3.3 Module 37 3.4 CB 39 3.5 Nguồn tổ ong 24V – 5A 41 3.6 Cơng tắc vị trí 42 3.7 Nút ấn .43 3.8 Cầu nối 43 3.9 Thanh 44 VI 3.10 Contactor 44 3.11 Tụ ngậm .45 3.12 Cảm biến áp suất 45 3.14 Đồng hồ áp suất 0-5 bar .46 3.13 Relay 47 3.15 Bơm 3P 0,75 KW 48 3.16 Bình tích áp 2L .48 CHƯƠNG :THI CƠNG VÀ MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 50 4.1 Nguyên lý hoạt động .50 4.1.1 Chế độ manual .50 4.1.2 Chế độ ưu tiên 50 4.1.3 Chế độ tự động (AUTO) 50 4.2 Thi công phần tủ điện 52 4.3 Mạch nguyên lý .55 4.4 Mơ hình 3D 56 4.5 Hình ảnh thực tế .57 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 59 5.1 Đánh giá kết luận .59 5.2 Hướng phát triển đề tài 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 61 VII DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Nước yếu vào cao điểm……………………………… Hình 2: Biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển bơm……………………10 Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống……………………………………………… 12 Hình 4: Sơ đồ mạch động lực……………………………………….………13 Hình 5: Hệ thống PLC…………………………………………….……… 14 Hình 6: Truyền thơng Modbus………………………………….………… 14 Hình 7: Truyền thơng chuẩn 485………………………………….….…….15 Hình 8: Truyền thơng chuẩn Ethernet (Lan)……….………………….….16 Hình 9: Dùng tín hiệu Analog……………………………………….…… 17 Hình 10: Dùng tín hiệu Digital…………………………………………… 18 Hình 11: Dùng đường truyền dẫn………………………………………… 20 Hình 12: Icon phần mềm GX Works 2…………………………………….21 Hình 13: Ngơn ngữ lập trình Ladder………………………………… … 22 Hình 14: Bảy phần biểu đồ bậc thang……………….…………24 Hình 15: Biến tần điều khiển……………………………………………….27 Hình 16: Ảnh cấu tạo giảm tốc motor………………………………… 28 Hình 17: Biểu đồ thay đổi điện áp động momen……………………….29 Hình 18: Biểu đồ thay đổi tốc độ tần số…………………………………29 Hình 19: Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số…………… 30 Hình 20: Biểu đồ thay đổi điện trở momen…………………………… 31 Hình 21: Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ điện trở……………………32 Hình 22: Một số lại biến tần phổ biến………………………………………33 VIII Hình 23 :Biến đổi điện áp / tần số qua biến tần…………………………….34 Hình 24: Biến tần MITSUBISHI FR-D720-0.75K……………………… 34 Hình 18: PLC Mitsubishi FX3U-32MR/ES-A…………………………… 35 Hình 19: Module mở rộng FX ON – 3A…………………………… …… 36 Hình 20: Module truyền thơng RS 485…………………………….……….37 Hình 21: CB tổng DZ47-63 C16………………………………… ……… 38 Hình 22: CB bảo vệ mạch CP30-BA MITSUBISHI………………………39 Hình 23: Nguồn tổ ong 24V ……………………………….….…………….40 Hình 24: Cơng tắc vị trí ……………………………….………………….41 Hình 25: Nút ấn ON OFF …………………………………….……………42 Hình 26: Thanh cầu nối …………………………………………………….43 Hình 27: Contactor S-N12 ………………………………………………….43 Hình 28: Tụ ngậm 50μF ………………………………………………… 44 Hình 29: Cảm biến áp suất …………………………………………………45 Hình 30: Đồng hồ áp suât 0-5 bar ………………………………………….46 Hình 31: Relay chân ………………………………………… ………… 46 Hình 32: Relay áp suất ………………………………… ……………… 47 Hình 33: Bình tích áp 2L ……………………………………………… … 48 Hình 34: HMI GOT 1000 ………………………………….……………….49 Hình 35: Hình ảnh vẽ CAD tủ điện ……………………………………50 Hình 36: Ảnh chụp từ bên tủ điện ………………………………… 51 Hình 37: Ảnh chụp mặt trước tủ điện …………………………………… 52 Hình 38: Bản vẽ mạch nguyên lý …………………………… …………….52 IX + Nếu nước tiêu thụ giảm đến tần số biến tần giảm đến MIN 20Hz( tức bơm chạy thừa áp) sau 10s, bơm dừng hoạt động có bơm chạy qua biến tần điều áp theo PID + Nếu tần số biến tần tăng trở lại lên MAX 50hz( tức bơm chạy ko đủ áp) sau 30s, bơm chuyển sang chế độ điện lưới bơm gọi để chạy qua biến tần điều áp theo PID + Nếu nước tiêu thụ lại giảm tần số biến tần lại giảm đến MIN 20hz ( tức bơm chạy thừa áp ) sau 10s, bơm ngắt lại bơm chạy qua biến tần điều áp theo PID Quay trạng thái ban đầu + Nếu có bơm chạy mà tần số giảm xuống MIN 20hz ( tức nước khơng tiêu thụ) sau 20s, bơm dừng hoạt động biến tần tăng lên 20hz m bơm chạy lại + Nếu bơm bị lỗi ( nhảy rơ le nhiệt) tự động chạy bơm cịn lại qua biến tần điều áp theo PID 4.2 Thi công phần tủ điện Hình 43: Hình ảnh vẽ CAD tủ điện - Với thiết bị lựa chọn vẽ thiết kế nhóm sinh viên tiến hành thi công tủ điện theo yêu cầu đặt - Việc thi công bao gồm bấm đầu dây, đánh số dây, xếp thiết bị nối thiết bị với Hình 44: Ảnh chụp từ bên tủ điện Hình 45: Ảnh chụp mặt trước tủ điện 4.3 Mạch nguyên lý Hình 46: Bản vẽ mạch ngun lý 4.4 Mơ hình 3D Hình 47: Bản vẽ 3D AutoCAD Mơ tả hình hệ thống điều khiển giám sát áp suất đường ống: - Khung đỡ sắt để đặt motor bơm nước cố định cho tồn hệ thống có kích thước ( 700x500x600) - bể chứa nước dùng để hút nước xả nước - Một số co, ống nước nhóm em sử dụng để lắp mơ hỉnh vẽ 3D cụ thể gồm thiết bị như: - Thiết bị đường hút gồm: lúp pê, rác co, nối răng, co, tất sử dụng phi 42 Đường hút cịn có van mồi nước phi 21 - Thiết bị đường đẩy gồm: nối phi 34, van chiều phi 34, khóa 34, rác co 34, T 34, T giảm 34 xuống 21( lắp rơ le, cảm biến bình tích áp) - Thiết bị xả nước : van xả 21 - Một số thiết bị khác phục vụ cho việc lắp đặt mơ hình như: ống nhựa bình mình, keo, keo lụa, cổ dê cố định ống, kiềm răng, mỏ lếch, máy khoan, máy cắt, VOM, vít, kiềm,… 4.5 Hình ảnh thực tế Hình 48: Mặt trước mơ hình Hình 49: Mặt ngang mơ hình Hình 50: Nhìn từ xuống CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Đánh giá kết luận Trong đồ án tốt nghiệp này, việc thiết kế mô hệ thống bơm đạt yêu cầu đề ban đầu: Việc sử dụng phần mêm GX Work - Sử dụng phần mềm GX Work 2: + Viết chương trình PLC ngơn ngữ ladder gồm lệnh hàm để điều khiển PLC ( Phụ lục ) Việc sử dụng phần mêm GX W ork - Sử dụng phần mềm GX Work 2: + Viết chương trình PLC ngơn ngữ ladder gồm lệnh hàm để điều khiển PLC ( Phụ lục ) 5.2 Hướng phát triển đề tài Vì thời gian điều kiện khơng cho phép nên việc nghiên cứu đề tài hạn chế, có hội em phát triển đề tài theo hướng - Phát triển thành hệ thống lắp ráp trực tiếp lên hệ thống nước tòa chung cư hay hộ kinh doanh - Có thể sử dụng app để theo dõi từ xa để có cố xử lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N V Hịa, Giáo Trình Đo Lường Điện Và Cảm Biến Đo Lường, HCM: NXB Giáo Dục 2008 [2] P C Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, HCM: NXB Kỹ Thuật, 2000 [3] M E CORPORATION, "FR-D700 INSTRUCTION MANUAL," MITSUBISHI ELECTRIC, 30 2022 [Online] Available: http://dl.mitsubishielectric.com/dl/fa/document/manual/inv/ib0600366eng /ib0600366engg.pdf [4] M E CORPORATION, "FX3U SERIES PROGRAMMABLE CONTROLLERS," MITSUBISHI ELECTRIC, 10 2022 [Online] Available: https://www.allied-automation.com/wpcontent/uploads/2015/02/MITSUBISHI_FX3U-Users-Manual%E2%80%93-Hardware-Edition.pdf PHỤ LỤC - Code input: - Code main: - Code đọc tín hiệu sử lý analog vào - Code priority: - Code auto: - Code output: - Code pid: ... phương pháp điều khiển tốc độ động 28 2.3.2 Phương pháp điều khiển động biến tần 32 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM HỆ THỐNG BƠM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG... chưa ? ?áp ứng áp suất ống PLC lệnh để đưa máy bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm trì áp suất mong muốn đường ống Đến lúc đó, mà áp suất đường ống đủ PLC ngắt bơm phụ tránh áp suất cao... 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển áp suất 2.1.1 Sơ lược điều chỉnh lưu lượng bơm - Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cấp nước vào đường ống Áp lực lưu lượng đường ống