Luận văn Giám sát và điều khiển trạm bơm khu resort dùng PLC S7 - 1200 (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Giám sát và điều khiển trạm bơm khu resort dùng PLC S7 - 1200 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM KHU RESORT DÙNG PLC S7 - 1200 GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ SVTH: TIÊU TẤN PHƯỚC MSSV: 14141172 SVTH: NGUYỄN THANH THẮNG MSSV: 14141742 S K L 0 0 4 3 5 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM KHU RESORT DÙNG PLC S7 - 1200 GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ SVTH1: Tiêu Tấn Phước MSSV: 12141172 SVTH2: Nguyễn Thanh Thắng MSSV: 12141742 Tp. Hồ Chí Minh - 07/2016
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM KHU RESORT DÙNG PLC S7 - 1200 GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ SVTH1: Tiêu Tấn Phước MSSV: 12141172 SVTH2: Nguyễn Thanh Thắng MSSV: 12141742 Tp. Hồ Chí Minh – 07/2016 i
4. PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Thông tin sinh viên Họ và tên: Tiêu Tấn Phước MSSV: 12141172 Tel: 0989298528 Email: tieutanphuoc@gmail.com Họ và tên: Nguyễn Thanh Thắng MSSV: 12141742 Tel: 0966957827 Email: thanhthang2712@gmail.com 2. Thông tin đề tài Tên của đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM BƠM NƯỚC KHU RESORT BẰNG PLC S7-1200 Mục đích của đề tài: Điều khiển và giám sát hoạt động của trạm bơm nước thông qua biến tần kết hợp với PLC nhằm ổn định áp suất trong đường ống và tiết kiệm năng lượng. Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: Từ ngày /03/2016 đến /07 /2016. 3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài - Tìm hiểu về sơ đồ bố trí trạm bơm, yêu cầu về điều khiển giám sát các thông số và hoạt động của bơm theo yêu cầu thực tế của một khu resort đặt ra. - Lựa chọn thiết bị, thiết kế và thi công mô hình đáp ứng được các yêu cầu đặt ra của khu resort. - Thiết kế và thi công sơ đồ mạch động lực, sơ đồ mạch kết nối tín hiệu vào, ra với PLC S7-1200. - Thiết kế giao diện điều khiển, giải thuật và chương trình điều khiển theo yêu cầu trên phần mềm lập trình Tia Portal. - Thử nghiệm chương trình và chỉnh sửa hoàn thiện chương trình. - Viết báo cáo. ii
5. Tp.HCM, ngày 01 tháng 04 năm 2016 SV thực hiện đồ án Tiêu Tấn Phước Nguyễn Thanh Thắng Tp.HCM, ngày 01 tháng 04 năm 2016 Xác nhận của Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị) iii
6. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 04 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Bản lịch trình này được đóng vào đồ án) Họ tên sinh viên 1: TIÊU TẤN PHƯỚC Lớp: 12141DT2D MSSV:12141172 Họ tên sinh viên 2: NGUYỄN THANH THẮNG Lớp: 12141DT2D MSSV:12141742 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM BƠM NƯỚC KHU RESORT BẰNG PLC S7-1200 Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 21/03 – 27/03 - Chọn đề tài làm đồ án. - Làm đề cương đồ án. 28/3 – 03/04 - Cơ sở lý thuyết về biến tần, HMI,sensor áp suất,lưu lượng. - Tổng quang về PLC và modul analog. 04/04 – 10/04 - Nghiên cứu cách giao tiếp liệu giữa plc và biến tần, HMI 11/04 – 17/04 18/01 _ 24/04 - Thi công kết nối phần cứng. - Thi công xây dựng mô hình ứng dụng. 25/04 – 01/05 - Tìm hiểu về phần mềm TIA POTRAL và ngôn ngữ lập trình cho PLC S7-1200. - Tìm hiều về Win CC 02/05 – 08/05 - Lập trình cho ứng dụng. - Viết báo cáo. 09/05 – 15/05 - Lập trình cho ứng dụng. - Viết báo cáo. 16/05 – 22/05 - Lập trình cho ứng dụng. iv
7. - Viết báo cáo. 23/05 – 29/05 - Lập trình cho ứng dụng. - Viết báo cáo. 30/05 – 05/06 - Làm power point thuyết trình. 06/06 – 12/06 - Làm power point thuyết trình. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v
8. LỜI CAM ĐOAN Nhóm chúng em cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng em. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác TP. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2016 Người thực hiện ( Ký và ghi rõ họ tên ) vi
9. LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy Trần Văn Sỹ đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để nhóm thực hiện hoàn thành tốt đề tài. Nhóm thực hiện cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên cùng lớp đã chia sẻ, trao đổi những kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu của mình để góp phần giúp nhóm thực hiện hoàn thành đề tài tốt hơn. Do hạn chế về thời gian nghiên cứu cũng như kiến thức và kinh nghiệm ứng dụng thực tiễn nên báo cáo của nhóm không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự cảm thông và đóng góp ý kiến của thầy để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn ba mẹ người đã luôn động viên giúp đỡ lo cho em tiền bạc và tinh thần không chỉ trong kỳ đồ án tốt nghiệp này mà trong suốt 4 năm học đại học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Thanh Thắng Tiêu Tấn phước vii
10. MỤC LỤC Phiếu đánh giá khóa luận tốt nghiệp i Phiếu giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Lịch trình thực hiện iv Lời cam đoan vi Lời cảm ơn vii Mục lục viii Liệt kê hình vẽ xii Liệt kê bảng vẽ xiv Tóm tắt xv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu 1 1.2. Nội dung nghiên cứu 1 1.4. Giới hạn 2 1.5. Bố cục 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 2.1 Tổng quan về PLC S7-1200 3 2.1.1 Khái niệm 3 2.1.2 Phân loại 3 2.1.3 Hình dạng bên ngoài (CPU 1214C) 5 2.1.4 Cấu trúc bên trong 6 2.1.5 Cách đấu dây 7 2.1.6 Module mở rộng 7 2.1.7 Phương pháp lập trình điều khiển 9 2.2 Giới thiệu về biến tần Sinamics V20 10 2.2.1 Sơ lượt về biến tần V20 10 2.2.2 Lắp đặt phần điện 11 2.2.3 Cài đặt thông số cho biến tần V20 14 2.2.3.1 Màng hình điều khiển BOP 14 2.2.3.2 Ý nghĩa các biểu tượng trạng thái 15 Viii
11. 2.2.4 Cách chỉnh sửa thông số trong biến tần V20 15 2.2.5 Cấu trúc tổng quát của menu parameter 16 2.2.6 Reset biến tấn về mặc định 16 2.2.7 Cài đặt nhanh với Setup Menu 17 2.2.7.1 Cài đặt thông số động cơ 17 2.2.7.2 Macro kết nối 18 2.2.7.3 Ứng dụng Macro 24 2.3 Đo áp suất 24 2.3.1 Áp suất và đơn vị đo áp suất 24 2.3.1.1 Định nghĩa áp suất 24 2.3.1.2 Đơn vị đo áp suất 25 2.3.2 Các phương pháp đo áp suất nước (đo áp suất của chất lưu) 25 2.3.2.1 Các phương pháp đo áp suất tĩnh 25 2.3.2.2 Phương pháp đo áp suất động 25 2.3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 26 2.4 Màn hình HMI 27 2.4.1 Khái niệm và giới thiệu màn hình HMI của Weintek 27 2.4.1.1 Khái niệm 27 2.4.1.2 Màn hình HMI của Weintek 27 2.4.2 Các thành phần và thông số đặc trưng và ứng dụng của HMI 28 2.4.2.1 Các thành phần của HMI 28 2.4.2.2 Các thông số đặt trưng 28 2.4.2.3 Ứng dụng của HMI 28 2.4.3 Hướng dẫn thiết kế giao diện HMI 29 2.4.3.1 Bố cục màn hình 29 2.4.3.2 Chọn màu 29 2.4.3.3 Điều hướng và điều khiển 30 2.4.3.3.1 Điều hướng 30 2.4.3.3.2 Điều khiển 30 2.5 Motor bơm nước không đồng bộ ba pha 30 2.5.1 Khái niệm 30 2.5.2 Cấu tạo 30 2.5.2.1 Stato 31 2.5.2.2 Roto 31 ix
12. 2.5.3 Nguyên lý làm việc 32 2.5.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng thay đổi thông số 32 2.6 Bộ nguồn DC 34 2.7 Giao thức Modbus RTU 34 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. 36 3.1 Giới thiệu 36 3.2 Tính toán và thiết kế mô hình 36 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối mô hình 36 3.2.1.1 Khối tải 37 3.2.1.2 Khối công suất 37 3.2.1.3 Khối điều khiển 37 3.2.1.4 Khối truyền thông 37 3.2.1.5 Khối tín hiệu điều khiển và giám sát 38 3.2.1.6 Khối cảm biến 40 3.2.1.7 Khối nguồn 42 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 42 3.2.2.1 Thiết kế phần cơ khí 42 3.2.2.2 Thiết kế bể nước 42 3.2.2.2 Thiết kế bể nước 43 3.2.2.4 Thiết kế tủ điện 44 3.2.3 Sơ đồ kết nối của mạch 45 3.2.3.1 Sơ đồ kết nối mạch động lực 45 3.2.3.2 Sơ đồ nối dây Modbus RTU giữa biến tần với PLC thông qua boar CB1241 RS485 45 3.2.3.3 Sơ đồ kết nối nguồn vào và ra của PLC của mô hình 46 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 47 4.1 Giới thiệu 47 4.2 Thi công mô hình 47 4.2.1 Thi công cơ khí 47 4.2.2 Thi công bảng điện 49 4.2.2.1 Lắp ráp 49 4.2.2.2 Kiểm tra 49 x
13. 4.2.3 Lắp ráp biến tần và bộ nguồn 49 4.2.2.1 Lắp ráp 49 4.2.2.2 Kiểm tra 51 4.2.4 Lắp ráp cảm biến 51 4.2.4.1 Lắp ráp 51 4.2.4.2 Kiểm tra 51 4.3 Đóng gói mô hình 51 4.4 Lập trình cho mô hình 52 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 52 4.4.2 Phần mềm lập trình cho PLC S7-1200 54 4.4.2.1 Giới thiệu về phần mềm lập trình 54 4.4.3 Phần mềm thiết kế HIM 55 4.4.3.1 Giới thiệu về phần mềm thiết kế HMI Weintek EasyBuilder8000 55 4.4.3.2 Thiết kế cho mô hình 57 4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 58 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 58 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 60 5.1 Kết quả thống kê. 60 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 62 6.1 Kết luận 62 6.2 Hướng phát triển 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU LỤC xi
14. DANH SÁCH HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Hình dạng bên ngoài của S7-1200(CPU 1214C) .5 Hình 2.2: Cấu trúc bên trong . .6 Hình 2.3: Sơ đồ đấu dây S7-1200 / CPU 1214C . .7 Hình 2.4: Các module mở rộng .8 Hình 2.5: Phương pháp lập trình điều khiển .9 Hình 2.6: Biến tần V20 .10 Hình 2.7: Sơ đồ kết nối tổng quát biến tần V20 11 Hình 2.8: Cấu trúc các cổng kết nối của biến tần V20 .12 Hình 2.9: Màng hình điều khiển BOP .14 Hình 2.10: Cài đặt trong setup menu .17 Hình 2.11: Connection Macro Cn001 . .18 Hình 2.12: Connection Macro Cn002 dạng Sink .19 Hình 2.13: Connection Macro Cn002 dạng Source . 19 Hình 2.14: Connection Macro Cn003 . .20 Hình 2.15: Connection Macro Cn004 . .20 Hình 2.16: Connection Macro Cn005 . .21 Hình 2.17: Connection Macro Cn006 . .21 Hình 2.18: Connection Macro Cn007 . .22 Hình 2.19: Connection Macro Cn008 . .22 Hình 2.20: Connection Macro Cn009 . .23 Hình 2.21: Connection Macro Cn010 . .23 Hình 2.22: Connection Macro Cn011 . .24 Hình 2.23: Sơ đồ hoạt động bên trong của cảm biến .26 Hình 2.24: Màng hình HMI Weintek MT8070iH . .27 Hình 2.25: Stato motor không đồng bộ ba pha . .31 Hình 2.26: Roto motor không đồng bộ ba pha .31 Hình 2.27: Bộ nguồn tổ ong ngõ ra 24VDC . .34 Hình 3.1: Sơ đồ khối mô hình 36 Hình 3.2: Board truyền thông CB 1241 . 38 Hình 3.3: Nút nhấn không đèn 38 xii
15. Hình 3.4: Chuyển mạch ba vị trí AR22PL-311L3SZA 39 Hình 3.5: Bóng đèn NP116-22DS 39 Hình 3.6: Cảm biến áp suất ISE50 40 Hình 3.7: Điện áp và áp suất ngõ ra tương tự của ISE50 . 40 Hình 3.8: Mô hình thiết kế 42 Hình 3.9: Thiết kế bể xả 43 Hình 3.10: Thiết kế bể chứa . 43 Hình 3:11: Khung mô hình 44 Hình 3.12: Bảng điện thiết kế 44 Hình 3.13: Sơ đồ kết nối mạch động lực . 45 Hình 3.14: Sơ đồ kết nối dây Modbus RTU giữa biến tần và PLC thông qua board CB1241 . 45 Hình 3.15: Sơ đồ kết nối PLC của mô hình 46 Hình 4.1: Bể chứa nước phía trên 47 Hình 4.2: Bể cấp nước cho mô hình 48 Hình 4.3: Hai máy bơm phía dưới bảng điện 48 Hình 4.4: Bảng điều khiển 49 Hình 4.5: Bộ nguồn . 50 Hình 4.6: Hai biến tần 50 Hình 4.7: Cảm biến áp suất . 51 Hình 4.8: Mô hình hoàn thiện 52 Hình 4.9: Lưu đồ chương trình chính 52 Hình 4.10: Lưu đồ chương trình con chế độ Auto 53 Hình 4.11: Lưu đồ chương trình con chế độ Tay 53 Hình 4.12: Giao diện chính của phần mềm 54 Hình 4.13: Giao diện soạn thảo chính 55 Hình 4.14: Tạo một dự án EasyBuilder8000 56 Hình 4.15: Tạo dự án mới 56 Hình 4.16: Lựa chọn PLC kết nối với HMI 57 Hình 4.17: Giao diện chính của mô hình 57 Hình 4.18: Giao diện điều khiển 58 Hình 4.19: Giao diện thông số của hai trạm bơm 58 Hình 5.1: Mặt trước của mô hình 61 Hình 5.2: Mặt sau của mô hình 61 xiii
16. DANH SÁCH BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Các đặc điểm cở bản của S7-1200 4 Bảng 2.2: Thông số các module . 8 Bảng 2.3: Thông số các chân kết nối của biến tần V20 13 Bảng 2.4: Hướng dẫn điều khiển nút nhấn trên màng hình BOP 14 Bảng 2.5: Ý nghĩa các biểu tượng trạng thái trên BOP 15 Bảng 2.6: Hướng dẫn cài đặt các thông số 16 Bảng 2.7: Thông số động cơ . 17 Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật của bộ nguồn tổ ong ngõ ra 24VD . 34 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy bơm . 36 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất ISE50 40 Bảng 4.1: danh sách các linh kiện 48 xiv
17. TÓM TẮT Nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với con người cũng như bất cứ sinh vật nào trên trái đất. Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải là vô tận. Nước cần cho mọi sự sống và phát triển, nước vừa là môi trường vừa là đầu vào cho các quá trình sản xuất nông nghiệp công nghiệp. Vì vậy chúng ta phải sử dụng nước một cách tiết kiệm và hợp lý. Việc điều khiển và giám sát trạm bơm khu Resort thông qua cảm biến áp suất nước cũng góp một phần nhỏ trong việc sử dụng và tiết kiệm nguồn nước sạch trong tự nhiên. Để điều khiển và giám sát trạm bơm chúng ta cần biết giá trị áp suất trong đường ống là bao nhiêu để điều chỉnh bơm một cách hợp lý để cung cấp nước vừa đủ sử dụng không bị dư thừa. Phương pháp bơm được điều khiển bằng PLC S7-1200 thông qua biến tần Sinamics V20. Việc giao tiếp giữa PLC và biến tần thông qua mạng RS485 Modbus RTU. Sau một thời gian tìm hiểu và thi công chúng em đã giao tiếp được giữa PLC và biến tần. Qua đó có thể điều khiểm 2 bơm nước theo mình mong muốn. xv
18. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật thì các hệ thống điều khiển giám sát bằng PLC luôn luôn biến đổi cho phù hợp với từng nhu cầu công nghệ. Mặc dù PLC ra đời khá lâu, nhưng nó vẫn không ngừng phát triển và luôn được cải tiến nhiều tính năng mới vô cùng tiện ích và phong phú. Việc tìm hiểu và làm chủ một loại PLC mới luôn là sự thách thức và mong muốn của các bạn sinh viên. Để thực hiện được việc đó, người học cần rất nhiều yếu tố như ngôn ngữ lập trình, các kiến thức liên quan đến thiết bị điện, thiết kế mạch ứng dụng của mạch điều khiển và điều quan trọng là phải có phương tiện, thiết bị phục vụ cho việc học tập, thực hành ứng dụng kiến thức. Để có thể lĩnh hội nhanh chóng kiến thức về PLC, người học phải nghiên cứu trên lý thuyết, thiết kế, thi công mạch và sau đó lập trình, nó sẽ gây tốn khá nhiều thời gian và công sức của người tìm hiểu công nghệ, nhất là việc nghiên cứu loại PLC mới. Việc thiết kế lập trình thí nghiệm ứng dụng những tính năng của PLC sẽ làm tăng hiệu quả trong công việc điều khiển giám sát một hệ thống trở dễ dàng hơn. Thấy được sự quan trọng trong việc giám sát và điều khiển trong quá trình sản xuất và nhu cầu sử dụng nguồn nước sạch trong đời sống hằng ngày và để ra trường có thể tiếp cận với xu hướng phát triển trong nền công nghiệp tiên tiến, nhóm thực hiện đề tài chọn hướng nghiên cứu về điều khiển tự động hóa để làm đồ án tốt nghiệp của mình với tên đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM BƠM NƯỚC KHU RESORT DÙNG S7 – 1200”. 1.2. MỤC TIÊU Giúp cho người sử dụng dễ dàng điều khiển và giám sát hoạt động của trạm bơm nước khu Resort từ tủ điện thực tế hoặc qua màng hình HMI. Giúp giảm thiểu chi phí về vật tư của hệ thống khi sử dụng cách truyền thông Modbus RTU. Qua đó nguồn nước sẽ được sử dụng một cách hợp lý, góp phần tiết kiệm các nguồn năng lượng của tự nhiên. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về sơ đồ bố trí trạm bơm, yêu cầu về điều khiển giám sát các thông số và hoạt động của bơm theo yêu cầu thực tế của một khu Resort đặt ra. NỘI DUNG 2: Lựa chọn thiết bị, làm tủ điện, thiết kế và thi công mô hình và thi công sơ đồ mạch động lực, sơ đồ mạch kết nối tín hiệu vào, ra với PLC S7-1200. NỘI DUNG 3: Tìm hiểu về PLC s7-1200, biến tần Sinamics V20 của hãng siemens và truyền thông giữa biến tần và PLC thông qua Modbus RTU. NỘI DUNG 4: Tìm hiểu cách viết chương trình cho PLC và thiết kế giao diện cho HMI. NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
19. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.4. GIỚI HẠN Nghiên cứu chi tiếc về PLC S7-1200 và tìm hiểu về cảm biến áp suất, phần mền EB8000 để thiết kế cho HMI MT8070iH của weintek, phần mền TIA PORT V13 để viết chương trình cho PLC, cách truyền thông công nghiệp qua Modbus RTU. Thiết kế mô hình trạm bơm được điều khiển bơm thông qua giá trị áp suất. Đề tài này chỉ dừng lại ở việc thử nghiệm trên mô hình với các yêu cầu điều khiển, giám sát hoạt động, thông số gần giống như trong thực tế. 1.5. BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về PLC, board truyền thông CB 1412, biến tần Sinamic V20 của Siemens, màng hình HMI điều khiển, cảm biến áp suất, máy bơm và lựa chọn đường ống Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này nói về cách thiết kế và bố trí các thiết bị trong mô hình cho phù hợp với người giám sát và điều khiển. Tính toán và thiết kế mạch động lực, bảng điều khiển cho mô hình. Mô tả cách thức hoạt động của dự án và sự liên kết giữa các thiết bị với nhau. Chương 4: Thi Công Dựa trên những cơ sở đã thiết kế và lựa chọn thiết bị ở chương 3, nhóm bắt đầu thi công mô hình từ các khâu cơ khí, lắp ráp thiết bị và kết nối các thiết bị với nhau, kiểm tra độ an toàn về điện, tránh ảnh hưởng tới con người và thiết bị. Chương 5: Kết Quả Chương này trình bày những gì đã làm được trong đề tài từ kiến thức về phần cứng và phần mềm. Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát triển Chương này trình bày kết quả mà nhóm thực hiện được của đề tài, Có những ưu và nhược điểm gì. Cuối cùng là đưa ra những hướng phát triển mới của đề tài có thể thực thi được. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 2.1.1 Khái niệm PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp I/O và các lựa chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - các bộ nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay. Các module tín hiệu để mở rộng I/O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển. Tất cả các phần cứng Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt. Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8, 16, và 32 điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog. Bên cạnh đó, bảng tín hiệu tiên tiến có trong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước bộ điều khiển S7-1200 cho phép nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian. Thiết kế có thể mở rộng này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả năng tương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyển đổi sang một bộ điều khiển lớn hơn. Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giới hạn giữa dữ liệu người sử dụng và dữ liệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực, 16 vòng lặp PID với khả năng điều chỉnh tự động, cho phép bộ điều khiển xác định thông số vòng lặp gần tối ưu cho hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình thông dụng. Simatic S7- 1200 cũng có một cổng giao tiếp Ethernet 10/100Mbit tích hợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI /SCADA hay nối mạng PLC với PLC. 2.1.2 Phân loại Việc phân loai S7-1200 dựa vào CPU mà nó trang bị. Các loại PLC thông dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C. Thông thường S7-1200 được phân ra làm hai loại chính:  Loại cấp điện 220VAC: - Ngõ vào: kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (Từ 15VDC – 30VDC). - Ngõ ra: Relay. - Ưu điểm của loại này là dung ngõ ra Relay. Do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp khác nhau (có thể sử dụng 0V, 24V, 220V ). - Tuy nhiên, nhược điểm của nó là do ngõ ra Relay nên thời gian đáp ứng không nhanh cho ứng dụng biến điệu đọ rộng xung, hoặc Output tốc độ cao  Loại cấp điện áp 24VDC: - Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (Từ 15VDC – 30VDC). - Ngõ ra: Transistor. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Ưu điểm của loại này là ngõ ra Transistor. Do đó có thể sử dụng ngõ ra này để biên điệu độ rộng xung, Output tốc độ cao. - Tuy nhiên, nhược điểm của loại này là do ngõ ra transistor nên chỉ có thể sử dụng ở cấp điện áp duy nhất là 24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối cho những ứng dụng có cấp điện áp khác nhau. Trong trường hợp này, phải thông qua một Relay 24VDC đệm. Bảng 2.1: Các đặc điểm cở bản của S7-1200. Đặc trưng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C Kích thước (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75 Bộ nhớ người dung: Bộ nhớ làm việc: 25 Kbytes. 50 Kbytes. Bộ nhớ tải: 1 Mbytes. 2 Mbytes. Bộ nhớ sự kiện: 2 Kbytes. 2 Kbytes. Phân vùng I/O: Digital I/O 6 inputs / 4 8 inputs / 14 intputs / 10 Analog I outputs. 6 outputs. outputs. 2 inputs. 2 inputs. 2 inputs. Tốc độ xử lý 1024 bytes (inputs) và 1024 bytes (outputs). Modul mở rộng Không 2 8 Mạch tín hiệu 1 Modul giao tiếp 3 (left-size expansion ). Bộ đếm tốc độ cao 3 4 6 Trạng thái đơn: 3 – 100Khz 3 - 100Khz 3 - 100Khz 1 – 30Khz 3 – 30Khz Trang thái đôi: 3 – 80Khz 3 – 80Khz 3 – 80Khz 1 – 20Khz 3 – 20Khz Mạch ngõ ra 2 Thẻ nhớ Thẻ nhớ Simatic(tùy chọn). Thời gian lưu trữ khi 240h. mất điện PROFINET 1 cổng giao tiếp Ethernet. Tốc độ thực thi phép 18us. toán số thực Tốc độ thi hành 0,1us. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
22. S K L 0 0 2 1 5 4