cấp nước chung cư tự động s7 1200

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự giảng dạy giúp đỡ tận tình của thầy cô, cũng như nhà trường đã giúp em hoàn thành đồ án thiết kế hệ thống cung cấp nước cho tò.

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự giảng dạy giúp

đỡ tận tình của thầy cô, cũng như nhà trường đã giúp em hoàn thành đồ án thiết kế hệthống cung cấp nước cho tòa nhà chung cư

Em xin kính gửi quý thầy cô Trường Đại học Sài Gòn, ngành điện Kỹ thuậtđiện lời cảm ơn chân thành nhất, các thầy cô đã ân cần tận tình giảng dạy cho em làsinh viên lớp DDE1182 suốt các năm học vừa qua, các thầy cô đã trang bị cho emnhiều kiến thức, kỹ năng cơ bản về chuyên ngành điện

Đặc biệt em xin cảm ơn chân thành Thầy Trương Tấn đã trực tiếp hướng dẫn,tận tình chỉ bảo, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đồ án này

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, do còn hạn chế về kiến thức cũngnhư kỹ năng thực tế nên đồ án còn nhiều thiếu sót Em kính mong Thầy, Cô và bạn bè

có những ý kiến đóng góp quý báu để kiến thức trong lĩnh vực được hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy, Cô trong Khoa Điện Tử Viễn Thông thậtdồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh tốt đẹp của mình và truyềnđạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

TRANG BÌA PHỤ i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

MỞ ĐẦU ix

Chương I: Tổng quan về PLC S7-1200 và hệ thống cung cấp nước cho tòa nhà chung cư 1

1 Tổng quan về hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư 1

2 Tổng quan về PLC S7-1200 2

2.1 Khái niệm về PLC 2

2.2 Khái niệm chung về PLC S7-1200 3

3 Phần mềm STEP 7 Professional 4

3.1 Chức năng của phần mềm STEP 7 Professional 4

3.2 Ngôn ngữ lập trình 4

3.3 Một số lệnh cơ bản trong PLC 5

Chương II: Thiết kế và thi công mô hình cấp nước cho tòa nhà chung cư 9

1 Cấu trúc phần cứng và mô hình thực tế 9

1.1 Cấu trúc phần cứng 9

1.2 Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển 10

1.3 Lưu đồ thuật toán chế độ tự động và tay 12

2 Mô hình thực tế 13

3 Các thiết bị sử dụng trong hệ thống 13

3.1 Động cơ bơm 365 12VDC lưu lượng 3 lít / phút 13

3.2 Cảm Biến Mực Chất Lỏng Không Tiếp Xúc 14

3.3 Công tắc phao cảm biến mực nước 15

3.4 Rơ le trung gian 15

3.5 Nguồn tổ ong 24V-5A 16

3.6 Mô đun giảm áp LM2596 17

3.7 Nút nhấn và đèn báo 17

3.8 Công tắc xoay 18

3.9 Nẹp điện 18

3.10 Nhựa mica 18

Chương III: Mô phỏng hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư bằng WinCC .19

1 Tổng quan về WinCC 19

1.1 Giới thiệu WinCC 19

1.2 Thiết kế giao diện HMI trên WinCC RT Advance 19

2 Thiết kế chương trình mô phỏng WinCC 24

2.1 Bảng điều khiển 25

2.2 Cài đặt, gán địa chỉ cho các bơm và cảm biến 29

2.3 Cài đặt, gán địa chỉ hiển thị mực nước 30

3 Vận hành hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư trong mô phỏng 31

Chương IV: Kết luận 32

1 Kết luận 32

2 Hướng phát triển đề tài 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

PLC: Programmable Logic Control

CPU: Bộ Xử Lý Trung Tâm

LAD: Ladder Logic

WinCC RT: WinCC Runtime

STL: Statement list

FBD: unction block diagram

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Sơ đồ hệ thống cấp nước tòa nhà cao tầng gián tiếp………

1 Hình 2 Các bộ phận của CPU S7-1200……….3

Hình 3 Sơ đồ tổng thể hệ thống cấp nước tự động cho tòa nhà chung cư………9

Hình 4 Sơ đồ mạch động lực………10

Hình 5 Sơ đồ mạch điều khiển……….…11

Hình 6 Lưu đồ giải thuật hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư………12

Hình 7 Mô hình thực tế hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư………

13 Hình 8 Bơm ly tâm………13

Hình 9 Cảm Biến Mực Chất Lỏng Không Tiếp Xúc………14

Hình 10 Công tắc phao cảm biến mực nước………

15 Hình 11 Rơ le trung gian………

15 Hình 12 Nguồn tổ ong 24V-5A………17

Hình 13 Module giảm áp LM2596……… 17

Hình 14 Nút nhấn và đèn báo………

17 Hình 15 Công tắc xoay……… 18

Hình 16 Nẹp điện 25x25……… 18

Hình 17 Nhựa mica………

18 Hình 18 Biểu tượng Tia Portal V16……….19

Hình 19 Tạo dự án mới, nhập tên và tạo dự án……….20

Hình 20 Cấu hình thiết bị……… 20

Hình 21 Chọn mã CPU muốn lập trình………

21 Hình 22 Giao diện làm việc chính của TIA V16………

21 Hình 23 Thêm WinCC RT Advance………22

Hình 24 Giao diện kết nối cấu hình WinCC………

22 Hình 25 Kết nối cấu hình WinCC (1) ……….23

Hình 26 Kết nối cấu hình WinCC (2) ……….23

Hình 27 Giao diện thiết kế WinCC ……….24

Hình 28 Mô phòng hệ thống cung cấp nước cho tòa nhà chung cư………24

Hình 29 Bảng điều khiển……… 25

Hình 30 Cài đặt, gán địa chỉ của công tắc gạt khởi động mô phỏng (1) ………

26 Hình 31 Cài đặt, gán địa chỉ của công tắc gạt khởi động mô phỏng (2) ………26

Hình 32 Cài đặt, gán địa chỉ của công tắc gạt khởi động mô phỏng (3)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước ngày càng phát triển, songsong với đó là việc ứng dụng những khoa học tiến bộ nhất vào hoặt động sản xuất.Việc tự động hóa trong lĩnh vực sản xuất đã được sử dụng rộng rải qua đó thuật ngữgiám sát dần được hình thành Việc giám sát các hoạt động của hệ thống dần dần đượcthực hiên bởi các phương tiện máy móc kỹ thuật mới, giảm bớt lại công việc vủa conngười Trong đó giám sát mạng điện là một trong những yêu cầu cần đặt ra

Vậy nên thay vì luôn phải có một người túc trực đóng cắt máy bơm nước chomột tòa nhà, công trình Chúng ta có thể ứng dụng PLC vào công việc này, vừa giúptiết kiệm thời gian, tiền bạc về lâu dài

2 Mục tiêu đề tài

Tạo ra một công cụ giám sát, điều khiển hệ thống bơm nước tự động để sử dụng

và đem lại hiệu quả cao Áp dụng cho các tòa nhà, khu đông dân cư cần cung cấp nướcliên tục giúp cho việc giám sát vận hành hệ thống bơm nước được dễ dàng hơn

3 Nội dung đề tài

Khi có yêu cầu vận hành, PLC sẽ kiểm tra mức nước của các bể chưa Nếu bểchứa có lượng nước thấp hơn mức của cảm biến thì máy bơm nước sẽ bật và bơm chođến khi mức nước trong bể đạt đến mức của cảm biến trên thì máy bơm sẽ ngừng.Cácvan đóng mở bằng tay phòng trường hợp sảy ra sự cố cũng như làm giảm giá thànhcủa đề tài Như vậy tòa nhà sẽ có 1 bể chứa nước riêng, người dùng không phải lo lắnghết nước do mỗi khi nước gần hết thì máy bơm sẽ tự động bơm nước vào

Để có thể tìm hiểu nghiên cứu về những vấn đề trên, em đã lựa chọn thực hiệnnghiên cứu đề tài báo cáo của mình: “THIẾT KỆ HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC

TỰ ĐỘNG CHO TÒA NHÀ CHUNG CƯ” Nội dung đề tài bao gồm các phần nhưsau:

- Chương I: Tổng quan về PLC S7-1200 và hệ thống cung cấp nước chotòa nhà chung cư

- Chương II: Thiết kế và thi công mô hình cấp nước cho tòa nhà chung cư

- Chương III: Mô phỏng hệ thống cấp nước cho tòa nhà bằng WinCC

Chương I: Tổng quan về PLC S7-1200 và hệ thống cung cấp nước cho tòa nhà

chung cư

1 Tổng quan về hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư

Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư cao tầng là hệ thống các bể chứa, đườngống, các thiết bị van công nghiệp (bao gồm nhóm van bảo vệ – van chức năngđóng/mở, điều tiết) được thiết kế để lưu trữ nguồn nước, cung cấp, phân phối đến từngcăn hộ trong tòa nhà chung cư cao tầng Một hệ thống cấp nước tòa nhà tiêu chuẩnphải đảm bảo cung cấp nước đến các căn hộ, các thiết bị cấp nước đều đặn, ổn định

Các hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư cao tầng thường áp dụng hỗn hợp haiphương thức cấp nước: Cấp nước trực tiếp và cấp nước gián tiếp

- Hệ thống cấp nước trực tiếp: là hệ thống sử dụng trực tiếp nước được cấp từ hệ

thống cấp nước khu vực Khi áp suất của nước tại đường ống trong mạng lướicấp nước khu vực đủ mạnh nó sẽ theo đường ống đến từng thiết bị sử dụngnước trong từng căn hộ Tuy sẽ tiết kiệm chi phí vận hành cho tòa nhà nhưnghiệu suất kém, mức độ ổn định, cân bằng thấp

- Hệ thống cấp nước gián tiếp: là hệ thống có bể chứa Nước từ mạng lưới cấp

nước khu vực sẽ được cấp vào bể chứa Hệ thống máy bơm, đường ống, cácloại van khóa nước, van điều tiết, van bảo vệ sẽ cấp đến téc trữ nước tầng mái.Van khóa nước có thể là van cổng, van bướm, van bi,…; van bảo vệ gồm van antoàn, van giảm áp, van xả khí,… Tiếp theo một hệ thống ống phụ, van sẽ dẫnnước từ téc phân chia đến từng căn hộ Bên cạnh đó, hệ thống PCCC tòa nhàchung cư cũng sẽ sử dụng nguồn nước từ bể chứa

Hình 1 Sơ đồ hệ thống cấp nước tòa nhà cao tầng gián tiếp

2 Tổng quan về PLC S7-1200

2.1 Khái niệm về PLC.

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trìnhđược cho phép thực hiện linh hoạt các thực toán điều khiển logic thong qua một ngônngữ lập trình người sử dụng có thể lập trình để thực hiện môt loạt trình tự các sự kiện.Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích tác động vào plc hoặc qua cáchoạt động có trễ như thời gian định kì hay thời gian được đếm Một khi sự kiện đượckích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi làthiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người

sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lậptrình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dung dây nối, người ta đã chếtao bộ điều khiển plc nhẳm thoả mãn các yêu cẩu sau:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các

module mở rộng

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và các logicthời gian Tuy nhiên bên canh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễdàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí cũng như giá cả… Chính điều này đã tạo

ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp, các tập lệnh nhanhchống đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch…Sựphát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiềuhơn Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điềukhiển và sử lí hệ thống, chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác địnhbằng một chương trình Chương trình này sẽ được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC

sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổihay mở rộng chức năng cửa quy trình công nghệ Ta chỉ cần thay đổi chương trình bêntrong bộ nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách

dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lí nào so với các bộ dây nối hay Relay

2.2 Khái niệm chung về PLC S7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm chochúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

• Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

• Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485hoặc RS232

- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal V16 của Siemens

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao

gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.

1) Bộ phận kết nối nguồn2) Các bộ phận kết nối nối dây củangười dùng có thể tháo được (phía saucác nắp che)

3) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phíatrên

4) Các LED trạng thái dành cho I/O tíchhợp

- Ngõ vào ra tương tự: 2 in

- Vùng nhớ Truy suất bit (M):

4096Byte

Module tín hiệu mở rộng: 8

- Board tín hiệu/truyền thông:1

- Module truyền thông: 3

- Bộ đếm tốc độ cao:

• 1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ

• 2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ

- Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2

- Truyền thông: Ethernet

- Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10ngày

- Thực thi lệnh nhị phân: 0.1 micro giây/lệnh

3 Phần mềm STEP 7 Professional

3.1 Chức năng của phần mềm STEP 7 Professional

Phần mềm STEP 7 Professional bao gồm các chức năng:

- Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-200/300/1200

- Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-200/300/1200 cũng như thủtục truyền thông giữa chúng

- Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm

- Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rốichương trình

Ngoài ra Step 7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợgiúp Online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của người sử dụng về cách sửdụng Step 7, về cú pháp lệnh trong lập trình về xây dựng cấu hình cứng của một trạm,của một mạng gồm nhiều trạm PLC…

- Ngôn ngữ “hình khối” – FBD (Function block diagram) Đây cũng là ngôn ngữ

đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số

- Ngôn ngữ STL bao hàm cả ngôn ngữ LAD và FBD, từ LAD hoặc FBD có thểchuyển sang được dạng STL nhưng ngược lại thì không Trong STL có nhiềulệnh không có trong LAD hay FBD

OUT Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu

vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại

OUT đảo Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu

vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại

NOT Lệnh đảo trạng thái ngõ vào / ra

SET Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi

đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào củalệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạngthái

Reset Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi

đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào củalệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạngthái

Timer tạo

xung - TP

Timer TP tạo một chuỗi xung với độ rộng xungđặt trước.Thay đổi PT, IN không ảnh hưởng khiTimer đang chạy Khi đầu vào IN được tác độngvào timer sẽ tạo ra một xung có độ rộng bằngthời gian đặt PT

Counter đếm

lên - CTU

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệungõ vào CU chuyên từ 0 lên 1 Ngõ ra Q đượctác động lên 1 khi CV>=PV Nếu trạng thái R =Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0

Counter đếm

xuống –

CTD

Giá trị bộ đếm được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào

CD chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác độnglên 1 khi CV <=0 Nếu trạng thái LOAD đượctác động thì CV = PV

Giá trị bộ đếm CV được giảm 1 khi tín hiệu ngõvàoCD chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra QD được tácđộng lên 1 khi CV <=0 Nếu trạng thái Loadđược tác động thì CV = PV

Lệnh so sánh Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và

IN2 bao gồm IN1 = IN2, IN1 >= IN2, IN1 <=IN2, IN1 < IN2, IN1 > IN2 hoặc IN1 <> IN2

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh sosánh thỏa thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE (tácđộng mức cao) và ngược lại

Kiểu dữ liệu so sánh là : SInt, Int, Dint, USInt,UDInt, Real, LReal, String, Char, Time, DTL,Constant

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánhMIN<=VAL<=MAX thỏa thì tác động mức cao

và ngược lạiLệnh ngoài

khoảng

out-of-range

Tham số : MIN, VAL, MAXKiểu dữ liệu so sánh : SInt, Int, Dint, USInt,UInt, UDInt, Real, LReal, Constant

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánhMIN > VAL hoặc MAX < VAL thỏa thì tácđộng mức cao và ngược lại

Lệnh CONV Chuyển đồi từ kiểu dữ liệu này sang kiểu dữ

liệu khác IN : giá trị ngõ vàoOUT : giá trị sau khi chuyển đổi

Tham số OUT có kiểu dữ liệu : SInt, Int, Dint,USInt, UInt, UDInt, Real, LReal

Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ratrong quá trình thực thi Ngược lại ENO = 0 khi

có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực hiện lệnh này :

- Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu

dữ liệu

-Chia cho 0 (IN2 = 0)-Real/LReal : Nếu một trong những giá trị đầuvào là NaN sau đó được trả về NaN

-ADD Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN là INF

có dấu khác nhau, đây là một khai báo khônghợp lệ và được trả về NaN

-SUB Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN là INFcùng dấu, đây là một khai báo không hợp lệ vàđược trả về NaN

-MUL Real/LReal : Nếu một trong 2 giá trị là 0hoặc là INF, đây là khai báo không hợp lệ vàđược trả về NaN

-DIV Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN bằngkhông hoặc INF, đây là khai báo không hợp lệ

và được trả về NaN

Chương II: Thiết kế và thi công mô hình cấp nước cho tòa nhà chung cư

1 Cấu trúc phần cứng và mô hình thực tế

1.1 Cấu trúc phần cứng

Dựa vào các mô hình thực tế trong phòng thí nghiệm và qua tìm hiểu em thấycấu trúc phần cứng hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư gồm có ba bơm, trong đóhai bơm chính luân phiên hoạt động và dừng theo mức Hai bồn chưa nước được đặt ởdưới hai bơm và trên tòa nhà, trong đó bồn chứa 1 được gắn 2 cảm biến mực chất lỏng

để đo mực nước hiển thị ở bồn 1, bồn 2 được gắng 3 cảm biến phao theo 3 mức thấp,trung bình, cao nhằm gửi tín hiệu hiển thị và truyền dữ liệu khi chúng ta giám sát trênphần mềm WinCC Ngoài ra còn có bơm 3 để cung cấp nước xuống các tầng của tòanhà chung cư

Hình 3 Sơ đồ tổng thể hệ thống cấp nước tự động cho tòa nhà chung cư

1.2 Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển

Hình 4 Sơ đồ mạch động lực

Hình 5 Sơ đồ mạch điều khiển

1.3 Lưu đồ thuật toán chế độ tự động và tay

Hình 6 Lưu đồ giải thuật hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư