ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CAREL P+500BAA000M0 CHO VIỆC THU THẬP, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LẠNH LÀM ĐÁ TRÊN MÔ HÌNH HPEBRR20.

Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên như băng tuyết để ướp lạnh bảo quản thực phẩm. Từ thế kỉ 19 phương pháp làm lạnh nhân tạo đã ra đời và phát triển đến đỉnh cao của khoa học kỹ thuật hiện đại. Ngày nay kỹ thuật lạnh đã đi sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học như: công nghệ thực phẩm, công nghệ cơ khí chế tạo máy luyện kim, y học và ngay cả kỹ thuật điện tử... Điều này nói lên được tầm quan trọng của kỹ thuật lạnh trong đời sống con người. Trên thị trường đã có một số bộ điều khiển lập trình hệ thống có tính năng ứng dụng cao trong công nghệ nhiệt lạnh. Tuy nhiên, bộ điều khiển Carel PCO5+ vẫn luôn được đánh giá cao về khả năng xử lý và điều khiển trong môi trường công nghiệp. Để hiểu rõ thêm về quy trình cuả hệ thống làm lạnh đá, được sự cho phép của giáo viên hướng dẫn, nhóm em đã ứng dụng bộ điều khiển carel P+500BAA000M0 để thu thập và xử lý tín hiệu. Từ đó phân tích dữ liệu nhằm kiểm soát hệ thống làm lạnh đá một cách chi tiết và rõ ràng.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CAREL P+500BAA000M0 CHO VIỆC THU THẬP, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LẠNH LÀM ĐÁ TRÊN MÔ HÌNH HPE-BRR20 Giáo viên hướng dẫn: THS NGUYỄN ĐĂNG TOÀN Sinh viên thực hiện:

TRẦN ĐỨC THIỆN MSV: 2018601322 NGUYỄN TRUNG NGHĨA MSV: 2018601517 NGUYỄN THANH NHÃ MSV: 2018601019

Hà Nội - 2022

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng quan về bộ điều khiển Carel P+500BAA000M0 9

1.1 Các tính năng chính của bộ điều khiển 9

1.2 Cấu hình phần cứng bộ điều khiển 10

1.3 Ứng dụng của bộ điều khiển 14

1.4 Thông số kỹ thuật bộ điều khiển 16

Chương 2: Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát 17

2.1 Giới thiệu về mô hình 17

2.1.1 Mô hình mạch động lực 17

2.1.2 Mô hình mạch điều khiển 17

2.2 Nguyên lý hoạt động của mô hình 18

2.3 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển và giám sát 18

2.4 Tín hiệu đầu vào 20

2.4.1 Cảm biến nhiệt độ 20

2.4.2 Cảm biến áp suất 21

2.5 Các thiết bị trong hệ thống lạnh làm đá 22

2.5.1 Máy nén 22

2.5.2 Quạt dàn ngưng 23

2.5.3 Van điện từ 24

2.5.4 Bơm bể dung dịch 26

2.6 Sơ đồ kết nối các thiết bị trong hệ thống 26

2.7 Phần mềm lập trình 1tool 27

2.7.1 Cách tạo chương trình trên phần mềm 1tool 27

2.7.2 Thanh công cụ trong phần mềm 30

2.7.3 Thư viện trong phần mềm 33

2.8 Phần mềm thiết kế giao diện SKTool 35

2.8.1 Giới thiệu về phần mềm SKTool 35

2.8.2 Cách tạo giao diện trên phần mềm SKTool V6.2 37

2.8.3 Thanh công cụ trong phần mềm 39

2.8.4 Thư viện trong phần mềm 40

Chương 3: Lập trình và điều khiển hệ thống 43

3.1 Xây dựng chương trình điều khiển cho bộ điều khiển Carel 43

3.1.1 Lập bảng địa chỉ vào/ ra 43

3.1.2 Lưu đồ thuật toán 44

3.1.3 Phần mềm hệ thống và các khối chức năng 45

3.2 Xây dựng hệ thống giám sát trên màn hình Samkoon 49

3.3 Thiết lập thông số cho hệ thống 50

3.3.1 Cảm biến nhiệt độ 50

3.3.2 Cảm biến áp suất cao 50

3.3.3 Cảm biến áp suất thấp 50

Chương 4: Kết quả và đánh giá 52

4.1 Kết quả đạt được 52

4.2 Đánh giá kết quả 55

4.3 Đề xuất cải tiến hệ thống 55

PHỤ LỤC 1 56

PHỤ LỤC 2 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Cấu hình phần cứng bộ điều khiển Carel 11

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển Carel 16

Bảng 3.1: Địa chỉ đầu vào 43

Bảng 3.2: Địa chỉ đầu ra 43

Bảng 3.3: Nhóm các khối lệnh vào ra 46

Bảng 3.4: Nhóm các khối lệnh chức năng 47

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Bộ điều khiển Carel PCO5+ 9

Hình 1.2: Cấu hình phần cứng bộ điều khiển Carel 10

Hình 1.3: Cấp nguồn 24VAC kết nối đầu vào tín hiệu dạng số 12

Hình 1.4: Cấp nguồn 24VDC kết nối đầu vào tín hiệu dạng số 12

Hình 1.5: Kết nối đầu vào tín hiệu dạng tương tự 13

Hình 1.6: Kết nối đầu ra tín hiệu dạng số 13

Hình 1.7: Kết nối đầu ra tín hiệu dạng tương tự 14

Hình 1.8: Bộ xử lý không khí 14

Hình 1.9: Bộ xử lý bơm nhiệt 15

Hình 2.1: Mô hình hệ thống lạnh làm đá 17

Hình 2.2: Mô hình bộ điều khiển và giám sát hệ thống 18

Hình 2.3: Cảm biến nhiệt độ âm 20

Hình 2.4: Cảm biến áp suất Carel loại P 21

Hình 2.5: Máy nén môi chất làm lạnh 23

Hình 2.6: Quạt dàn ngưng tụ 24

Hình 2.7: Van điện từ 25

Hình 2.8: Sơ đồ kết nối thiết bị 26

Hình 2.9: Phần mềm 1Tool 27

Hình 2.10: Thanh công cụ trong phần mềm 30

Hình 2.11: Thư viện Antoms 33

Hình 2.12: Thư viện Macroblocks 34

Hình 2.13: Phần mềm SKTool V6.2 35

Hình 2.14: Thanh công cụ trong phần mềm SKTool V6.2 39

Hình 2.15: Thư viện thành phần chức năng chính 40

Hình 2.16: Thư viện các thành phần chức năng cơ bản 41

Hình 2.17: Một số thư viện thiết bị trong phần mềm 42

Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán 44

Hình 3.2: Phần mềm hệ thống 46

Hình 3.3: Giao diện trang chủ hệ thống lạnh làm đá 49

Hình 3.4: Giao diện vận hành hệ thống 49

Hình 3.5: Thiết lập thông số cài đặt 51

Hình 3.6: Hiển thị thông số nhiệt độ 51

Hình 4.1 Mô hình đấu nối hệ thống 52

Hình 4.2 Hiển thị giao diện trên màn hình Samkoon 53

Hình 4.3 Hiển thị giá trị nhiệt độ và áp suất đo được trên màn hình 53

Hình 4.4 Giá trị áp suất trước và sau quạt dàn ngưng 54

Hình 4.5 Bộ điều khiển van tiết lưu 54

MỞ ĐẦU

Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên như băng tuyết

để ướp lạnh bảo quản thực phẩm Từ thế kỉ 19 phương pháp làm lạnh nhân tạo

đã ra đời và phát triển đến đỉnh cao của khoa học kỹ thuật hiện đại Ngày nay

kỹ thuật lạnh đã đi sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học như: công nghệ thực phẩm, công nghệ cơ khí chế tạo máy luyện kim, y học và ngay cả kỹ thuật điện tử Điều này nói lên được tầm quan trọng của kỹ thuật lạnh trong đời sống con người Trên thị trường đã có một số bộ điều khiển lập trình hệ thống có tính năng ứng dụng cao trong công nghệ nhiệt - lạnh Tuy nhiên, bộ điều khiển Carel PCO5+ vẫn luôn được đánh giá cao về khả năng xử lý và điều khiển trong môi trường công nghiệp

Để hiểu rõ thêm về quy trình cuả hệ thống làm lạnh đá, được sự cho phép của giáo viên hướng dẫn, nhóm em đã ứng dụng bộ điều khiển carel P+500BAA000M0 để thu thập và xử lý tín hiệu Từ đó phân tích dữ liệu nhằm kiểm soát hệ thống làm lạnh đá một cách chi tiết và rõ ràng

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế, sự mới mẻ của thiết bị và chưa

có kinh nghiệm thực tế Vậy nên trong quá trình nghiên cứu khó tránh khỏi việc thiếu sót về mặt kiến thức và thực hành Nhóm em rất mong có được những ý kiến đóng góp, chỉ dạy của thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đăng Toàn và thầy Nguyễn Đức Nam cùng các thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã chỉ dạy và giúp đỡ tận tình để đồ án này được hoàn thành đúng thời hạn

Chương 1: Tổng quan về bộ điều khiển Carel P+500BAA000M0

Hình 1.1: Bộ điều khiển Carel PCO5+

1.1 Các tính năng chính của bộ điều khiển

 Cùng một bộ điều khiển Carel PCO5+ [1] có thể được kết nối với 3 thiết

bị ngoại vi;

 Chương trình và thông số được lưu vĩnh viễn trong bộ nhớ flash, ngăn ngừa mất dữ liệu trong trường hợp mất điện (mà không cần pin dự phòng);

 Bộ điều khiển bộ vi xử lý 32 bit với dung lượng lưu trữ 5 hoặc 9 MB đảm bảo hiệu suất cao về tốc độ và không gian bộ nhớ;

 Cho phép kết nối tối đa 32 thiết bị với mạng pLAN Mỗi bộ điều khiển

có thể trao đổi dữ liệu với các bộ điều khiển khác ở tốc độ cao mà không cần thêm phần cứng;

 Thiết bị đầu cuối bên ngoài hoặc tích hợp với bàn phím hiển thị và nút LED; có thể được sử dụng để tải lên phần mềm và vận hành;

 Tải lên/ tải xuống nhanh phần mềm điều khiển miễn là bộ điều khiển được trang bị cổng kết nối tương ứng;

 Kết nối các đầu dò chủ động và thụ động, đầu vào kỹ thuật số, đầu ra tương tự và PWM Điều này mở rộng khả năng cấu hình đầu vào/ đầu ra

mà không cần phải cài đặt bộ điều khiển lớn hơn;

 Cho phép sử dụng phần mềm 1Tool (có thể cài đặt trên máy tính cá nhân)

để tạo và tùy chỉnh các chương trình ứng dụng, thực hiện mô phỏng, giám sát hoạt động và thiết lập mạng pLAN;

 Nhiều chương trình chuyên dụng có sẵn để kiểm soát nhiều loại HVAC/R;

 Các loại đầu nối khác nhau (lò xo, ốc vít, v.v.)

1.2 Cấu hình phần cứng bộ điều khiển

Hình 1.2: Cấu hình phần cứng bộ điều khiển Carel

Bảng 1.1: Cấu hình phần cứng bộ điều khiển Carel

Cổng

pLAN 32 thiết bị trong

mạng pLAN

- Tích hợp trong bảng mạch chính;

- Trình điều khiển trong mạng pLAN theo kiểu truyền 2 chiều gián đoạn RS485;

- Kết nối bằng giắc cắm điện thoại và phích cắm 3 chân;

- Chiều dài tối đa 500m;

- Tốc độ truyền dữ liệu 115200 bps BMS 1

Serial

Card

Hệ thống tự động hóa tòa nhà

- Không được tích hợp trong bảng mạch chính;

- Không được tích hợp trong bảng mạch chính;

- Có thể sử dụng với tất cả các thẻ

mở rộng BMS trong họ pCO

BMS2

pGD Touch, module kết nối GPRS (tích hợp trong thẻ)

mạng Fieldbus (tích hợp trong thẻ)

(trong kết nối Master - Slave) theo kiểu truyền 2 chiều gián đoạn RS485;

- Kết nối bằng phích cắm 3 chân

Hình 1.3: Cấp nguồn 24VAC kết nối đầu vào tín hiệu dạng số

Hình 1.4: Cấp nguồn 24VDC kết nối đầu vào tín hiệu dạng số

Hình 1.5: Kết nối đầu vào tín hiệu dạng tương tự

Hình 1.6: Kết nối đầu ra tín hiệu dạng số

Hình 1.7: Kết nối đầu ra tín hiệu dạng tương tự

1.3 Ứng dụng của bộ điều khiển

Hình 1.8: Bộ xử lý không khí

Hình 1.9: Bộ xử lý bơm nhiệt

 Thiết bị làm lạnh (Chiller), máy bơm nhiệt (Heat Pump);

 Máy điều hòa;

 Bộ xử lý không khí cỡ nhỏ và cỡ vừa;

 Phòng lạnh, …

1.4 Thông số kỹ thuật bộ điều khiển

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển Carel

11 Số lượng tín hiệu đầu vào tương

14 Chiều dài tối đa Analog output 30 m

16 Số lượng tín hiệu ra số (Digital

17 Loại Digital output Relay (NO, NC)

Chương 2: Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát

2.1 Giới thiệu về mô hình

Từ ứng dụng của bộ điều khiển Carel P+500BAA000M0 trong thực tế và yêu cầu của đề tài, nhóm em đưa ra đề xuất xây dựng mô hình điều khiển và giám sát hệ thống lạnh làm đá như sau:

2.1.1 Mô hình mạch động lực

Trong mô hình mạch động lực, thiết bị được sử dụng chính là máy nén (1), quạt dàn ngưng tụ (2), van điện từ (3) và bơm bể dung dịch (4)

Hình 2.1: Mô hình hệ thống lạnh làm đá

2.1.2 Mô hình mạch điều khiển

Để thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát mô hình mạch động lực, nhóm

đã sử dụng một số thiết bị như: Bộ điều khiển PCO5+ (1), màn hình giám sát HMI Samkoon (2), rơle trung gian (3), contactor (4) và nhóm các tiếp điểm vào/ ra (5)

(1)

(2)

(3)

(4)

Hình 2.2: Mô hình bộ điều khiển và giám sát hệ thống

2.2 Nguyên lý hoạt động của mô hình

Máy nén nén môi chất lạnh dạng khí có nhiệt độ thấp, áp suất thấp trở thành nhiệt độ cao, áp suất cao Qua quạt dàn ngưng thổi làm nguội môi chất, chuyển sang dạng lỏng khí có nhiệt độ trung bình, áp suất cao Bình chứa cao

áp giữ lại khí trong môi chất nên môi chất dạng lỏng lưu thông qua phin lọc, mắt ga và van điện từ Qua van tiết lưu, nhiệt độ và áp suất của môi chất giảm

để cấp vào bể dung dịch Bơm trong bể dung dịch giúp tạo sự lưu thông đồng đều của khí lạnh Khí lạnh thoát ra ngoài bể dung dịch ở dạng khí lỏng và chất lỏng được giữ lại trong bình tách lỏng nên chỉ còn môi chất lạnh dạng khí lưu thông đến máy nén Chu trình tiếp tục hoạt động lặp lại

2.3 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển và giám sát

Dựa trên các thiết bị có sẵn trên mô hình, nhóm đưa ra cấu trúc hệ thống điều khiển và giám sát lạnh làm đá

Cấu trúc được chia làm ba phần chính: Cấp độ giám sát, cấp độ điều khiển và cấp độ hiện trường

(1) (2)

- Giao diện HMI: Sử dụng phần mềm SKTool thiết kế giao diện trên màn hình Samkoon Qua đó nhằm hiển thị các thông số cơ bản và điều chỉnh hệ thống làm việc

- Bộ điều khiển Carel P+500BAA000M0: Sử dụng phần mềm 1Tool thiết lập chương trình điều khiển trên mô hình HPE-BRR20 Qua đó xử lý tín hiệu đầu vào và điều khiển các thiết bị đầu ra tương ứng Đồng thời hiển thị trực quan trên màn hình HMI

- Cảm biến nhiệt độ: Thu thập dữ liệu nhiệt độ trong bể dung dịch và đưa

dữ liệu đến bộ điều khiển Carel P+500BAA000M0 Từ đó hiển thị giá trị nhiệt

độ trên màn hình Samkoon

- Cảm biến áp suất: Thu thập dữ liệu áp suất trước và sau máy nén, đưa dữ liệu đến bộ điều khiển Carel P+500BAA000M0 Từ đó hiển thị giá trị áp suất trên màn hình Samkoon

- Máy nén: Hút môi chất lạnh dạng khí ở nhiệt độ thấp, áp suất thấp và nén môi chất đó đến nhiệt độ cao, áp suất cao trước khi đưa vào quạt dàn ngưng tụ

- Quạt dàn ngưng tụ: Thổi gió mát qua dàn ngưng giúp môi chất giảm nhiệt

- Van điện từ: Kiểm soát dòng chảy của môi chất lạnh

HMI Màn hình Samkoon

Bộ điều khiển Carel P+500BAA000M0

- Bơm bể dung dịch: Dẫn môi chất làm lạnh trong bể được đồng đều ở tất

cả các vị trí

2.4 Tín hiệu đầu vào

Mô hình sử dụng cảm biến để thu thập tín hiệu nhiệt độ và áp suất từ môi trường qua đó nhằm điều khiển các cơ cấu chấp hành làm việc tuần tự

2.4.1 Cảm biến nhiệt độ

Khi làm đá lạnh việc kiểm soát nhiệt độ là vô cùng quan trọng Ta sử dụng cảm biến nhiệt độ kiểm soát hoạt động làm đá, đủ lạnh thì ngắt và thiếu lạnh thì hoạt động

a) Khái niệm

Cảm biến nhiệt độ hay còn gọi là can nhiệt, cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở

là cảm biến được sử dụng để đo nhiệt độ, khi nhiệt độ thay đổi thì các cảm biến

sẽ đưa ra một dạng tín hiệu mà từ tín hiệu này các bộ đọc sẽ đọc được và quy

ra nhiệt độ

Hình 2.3: Cảm biến nhiệt độ âm

b) Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ:

Hình 2.4: Cảm biến áp suất Carel loại P

b) Thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất

Thời gian phản hồi < 10ms

độ cao, áp suất cao trước khi đưa vào thiết bị ngưng tụ

Hiện nay có nhiều loại máy nén khác nhau được dùng để làm lạnh nhưng nhóm em lựa chọn sử dụng máy nén dạng xoắn ốc trong mô hình bởi một số những ưu điểm sau:

- Sử dụng 2 đĩa xoắn ốc để nén môi chất lạnh;

- Khởi động đơn giản;

- Năng suất làm việc trung bình và vừa;

- Hạn chế tối đa rung động trong quá trình sử dụng;

- Khả năng tương thích cao

Tuy nhiên, máy nén dạng xoắn ốc vẫn còn tồn đọng một nhược điểm mà chỉ những kỹ sư có chuyên môn cao mới có thể khắc phục được Đó là tình trạng khó sửa chữa khi gặp lỗi

Khi lựa chọn quạt dàn ngưng, ta nên chú ý các thông số cơ bản sau:

- Kiểu dáng: Quạt hướng trục, quạt ly tâm,…

- Công suất: Công suất trên động cơ (kW)

- Tốc độ quay của trục động cơ

 Có thời gian đóng mở cực nhanh so với các van điện khác

 Chi phí lắp đặt, đầu tư hệ thống sử dụng van này khá mềm

 Thiết kế nhỏ gọn, ứng dụng được hầu hết trong các hệ thống đường ống dẫn nước hiện nay

 Lắp đặt, bảo trì, sữa chữa thay thế khá đơn giản

 Van được làm từ nhiều chất liệu: đồng, thép không gỉ… có thể phù hợp với nhiều môi trường

 Nhược điểm:

 Độ bền không quá cao so với các loại van điều khiển khí nén khác

 Rất dễ mua phải hàng kém chất lượng vì có rất nhiều sản phẩm trên thị trường hiện nay

 Không sử dụng được cho các lưu chất có cặn hay các tạp chất khác

 Van không có các size lớn

2.5.4 Bơm bể dung dịch

Bơm bể dung dịch có vai trò dẫn môi chất làm lạnh trong bể được đồng đều

ở tất cả các vị trí Bơm hoạt động bình thường áp suất từ 2,2 kg/cm2 đến 3.5 kg/cm2 khi dàn bay hơi đạt -35 °C thì áp suất thường giảm chút ít khoảng 0.1 kg/cm2

2.6 Sơ đồ kết nối các thiết bị trong hệ thống

(Xem thêm tại Phụ lục 1)

Hình 2.8: Sơ đồ kết nối thiết bị

2.7 Phần mềm lập trình 1tool

Hình 2.9: Phần mềm 1Tool

1tool là công cụ phát triển cho nền tảng điều khiển lập trình carel Phần mềm sở hữu năm môi trường khác nhau có sẵn cho nhà phát triển để quản lý tất cả các giai đoạn của chương trình ứng dụng: từ thiết kế đến thử nghiệm và

gỡ lỗi và cho đến vận hành trong lĩnh vực này

Khía cạnh cơ bản của công cụ là tích hợp Tất cả các môi trường được liên kết với nhau để hỗ trợ tốt nhất cho sự phát triển của chương trình ứng dụng Mỗi môi trường được dành riêng cho sự phát triển của một chức năng cụ thể và tương tác với các môi trường khác để đảm bảo nhà phát triển:

 Độ tin cậy cao hơn, nhờ thông báo lỗi thời gian thực trong giai đoạn thiết kế

 Giảm thời gian phát triển bằng cách sử dụng các chức năng mới có sẵn, trên hết là các thư viện mới của các mô-đun chức năng

 Linh hoạt trong việc tùy chỉnh phần mềm

Tất cả các tính năng này, đồ họa mới và thân thiện với người dùng làm cho 1tool trở thành một sản phẩm tuyệt vời đáp ứng nhiều nhu cầu cho các ứng dụng HVAC/ R

2.7.1 Cách tạo chương trình trên phần mềm 1tool

- Chọn File – chọn New Solution để khởi tạo không gian làm việc mới

- Đặt tên cho không gian làm việc và chọn nơi lưu trữ dữ liệu

- Chọn New để tạo một chương trình mới

- Đổi tên chương trình và chọn ngôn ngữ lập trình FBD

- Chọn bộ điều khiển biên dịch chương trình