ĐO LƯỜNG và điều KHIỂN hệ THỐNG GIAO THÔNG đề tài điều khiển và giám sát hệ thống báo cháy sử dụng mạng truyền thông AS i

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kĩ thuật thì hệ thống báo cháy tự động cũng từng bước được tự động hóa, nó giúp chúng ta phát hiện kịp thời về các vụ cháy, có thông tin s

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

HỌC PHẦN: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

2 Đoàn Quốc Trung

3 Lâm Hoàng Khương

TP Hồ Chí Minh, 2022

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 2

1.1 Đầu báo khói quang địa chỉ SIGA – PS 2

1.2 Nút ấn báo cháy trực tiếp SIGA – 271 3

1.2.1 Cấu tạo, chức năng và nhiệm vụ 3

1.2.2 Nguyên lý hoạt động 4

1.3 Chuông đèn báo cháy 4

1.3.1 Chuông báo cháy 323D – 10AW 4

1.3.2 Đèn báo cháy 5

1.3.3 Chuông đèn báo cháy kết hợp G1-HDVM 6

1.4 Truyền thông AS - Interface 8

1.4.1 PLC S7 – 1200 9

1.4.2 Master CM 1243 – 2 10

1.4.3 Salve 3RK1400-1BQ00-0AA3 10

1.4.4 Cáp truyền mạng AS – Interface 11

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VẬN HÀNH HỆ THỐNG 13

2.1 Sơ đồ ghép nối phần cứng của hệ thống 13

2.2 Lưu đồ thuật toán 14

2.3 Lưu đồ Grafect của hệ thống 15

2.3.1 Grafect I 15

2.3.2 Grafect II 16

2.4 Các biến đầu ra 16

2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 17

KẾT LUẬN 18

PHỤ LỤC 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

Hình 1.1 Đầu báo khói quang địa chỉ SIGA – PS 2

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo nút ấn báo cháy trực tiếp 3

Hình 1.3 Nút ấn báo cháy trực tiếp 4

Hình 1.4 Chuông báo cháy 323D – 10AW 5

Hình 1.5 Đèn báo cháy 6

Hình 1.6 Biển báo lối thoát hiểm 6

Hình 1.7 Sơ đồ đấu nối hệ thống chuông đèn 7

Hình 1.8 Chuông đèn báo cháy kết hợp G1-HDVM 7

Hình 1.9 Sơ đồ kết nối mạng AS – Interface 8

Hình 1.10 Các dòng PLC S7 – 1200 9

Hình 1.11 CPU 1214C DC/DC/DC 9

Hình 1.12 Module truyền thông CM 1243 – 2 Master(3RK7243-2AA30-0XB0) 10

Hình 1.13 Salve 3RK1400-1BQ00-0AA3 11

Hình 1.14 Cáp truyền AS-i (3RX9012-0AA00) 12

Hình 2.1 Sơ đồ ghép nối hệ thống 13

Hình 2.2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống 14

Hình 2.3 Lưu đồ Grafect I của hệ thống 15

Hình 2.4 Lưu đồ Grafect II của hệ thống 16

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật đầu báo cháy khói quang địa chỉ SIGA – PS 2

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật nút ấn báo cháy trực tiếp SIGI – 271 4

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật chuông báo cháy 323D – 10AW 5

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật chuông đèn báo cháy kết hợp G1 – HDVM 7

Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật 3RK7243-2AA30-0XB0 10

Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật 3RK1400-1BQ00-0AA3 11

LỜI MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống của chúng ta cũng như một hệ thống nhà xưởng, các nhà ga, cáckhu vực bảo trì,…luôn tồn tại những khu vực dễ cháy, nên việc lắp đặt hệ thống báocháy có tầm quan trọng rất lớn trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất Nó giúp chúng

ta phát hiện nhanh chóng và chữa cháy kịp thời kỳ đầu của vụ cháy đem lại sự an toàn

và chủ động cho tính mạng và tài sản của nhân dân, nhà máy, xưởng sản xuất, nhàga,

Ngày nay, việc phòng cháy chữa cháy đang trở thành mối quan tâm hàng đầu củanước ta cũng như là nhiều nước trên thế giới Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi ngườidân Trên các phương tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗingười dân ý thức phòng cháy chữa cháy, nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đángtiếc xảy ra

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kĩ thuật thì hệ thống báo cháy

tự động cũng từng bước được tự động hóa, nó giúp chúng ta phát hiện kịp thời về các

vụ cháy, có thông tin sớm nhất dể báo cho cơ quan chức năng kịp thời xử lý

Xuất phát từ những ý tưởng trên, chúng em đã chọn đề tài “Điều khiển và giámsát hệ thống báo cháy sử dụng mạng AS-i”cho báo cáo đồ án môn học Do thời gian,kiến thức và sự hiểu biết còn hạn chế nên chắc chắn trong quá trình làm chúng em cònnhiều thiếu sót, nên mong quý thầy cô chân thành góp ý

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG

1.1 Đầu báo khói quang địa chỉ SIGA – PS

Đầu báo khói quang địa chỉ SIGA-PS được sản xuất và kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001 với các tính năng:

− Hoạt động dựa trên vi xử lý thông minh

− Tự động cập nhật địa chỉ khi có thay mới

− Đầu cảm biến thông minh loại trừ tối đa các trường hợp báo cháy giả

− Có tới 20 mức tiền cảnh báo

− Khả năng tự động nhận biết tình trạng: độ bẩn, độ nhậy

− Không cần lập trình lại khi thay thế, bảo trì

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật đầu báo cháy khói quang địa chỉ SIGA – PS

Dòng điện hoạt động Normal: 45 micro Ampe

Alarm: 45 micro Ampe

Hình 1.1 Đầu báo khói quang địa chỉ SIGA – PS

1.2 Nút ấn báo cháy trực tiếp SIGA – 271

1.2.1 Cấu tạo, chức năng và nhiệm vụ

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo nút ấn báo cháy trực tiếp

Nút ấn báo cháy trực tiếp là thiết bị được dùng để truyền tín hiệu cảnh báo về tủtrung tâm bằng lệnh điều khiển trực tiếp của con người trong trường hợp khẩn cấphoặc trường hợp các đầu báo cháy tại khu vực bị vô hiệu hóa Thiết bị này cho phépngười sử dụng chủ động truyền thông tin báo cháy bằng cách nhấn hoặc kéo vào côngtắc khẩn, báo động khẩn cấp cho mọi người đang hiện diện trong khu vực đó được biết

để có biện pháp xử lý hỏa hoạn và di chuyển ra khỏi khu vực nguy hiểm bằng các lốithoát hiểm Gồm có các loại công tắc khẩn như sau:

− Nút ấn dạng ấn kính vỡ (break glass)

− Nút ấn dạng giật công tắc (pull station)

− Nút ấn dạng ấn và giữ ( push & hold )

Nút ấn báo cháy trực tiếp được lắp đặt tại các vị trí dễ quan sát như: Hành lang, cửa lối vào thang máy, thang bộ…

Hình 1.3 Nút ấn báo cháy trực tiếp

1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Khi phát hiện đám cháy, con người tác động bằng cách nhấn vào nút ấn ( là mộtcông tắc ON – OFF ), một tín hiệu ngắn mạch mức cao nhất sẽ được tủ truyền về tủtrung tâm và từ đó phát tín hiệu cảnh báo

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật nút ấn báo cháy trực tiếp SIGI – 271

Tiết diện dây tín hiệu 0,2…1,5 mm2 AWG

Dòng chịu tải ở tiếp điểm 0,2A

1.3 Chuông đèn báo cháy

1.3.1 Chuông báo cháy 323D – 10AW

Chuông báo cháy được lắp đặt tại phòng bảo vệ, các phòng có nhân viên trựcban, hành lang, cầu thang hoặc những nơi đông người qua lại nhằm thông báo chonhững người xung quanh có thể biết được sự cố đang xảy ra để có phương án xử lý.Khi xảy ra sự cố hỏa hoạn, chuông báo động sẽ phát tín hiệu báo động giúp chonhân viên bảo vệ nhận biết và thông qua thiết bị theo dõi sự cố hỏa hoạn (bảng hiển thịphụ) sẽ biết khu vực nào xảy ra hỏa hoạn, từ đó thông báo kịp thời đến các nhân viên

có trách nhiệm phòng cháy chữa cháy khắc phục sự cố hoặc có biện pháp xử lý thíchhợp

Hệ thống chuông báo cháy phải được trang bị ở tất cả các khu vực, mức cường

độ âm thiết kế phải đủ lớn và có tính chất cảnh báo liên tục Chuông báo cháy 323D –10AW được thiết kế để dùng trong các phòng nhỏ và vừa, nơi có ít tạp âm Vỏ hộp

nhựa ABS trắng, gắn trực tiếp với bề mặt nơi sử dụng Có 4 kiểu chuông khác nhauvới 2 mức cường độ âm Mạch điện tử được bọc bảo vệ dòng điện tiêu thụ nhỏ.

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật chuông báo cháy 323D – 10AW

Môi trường hoạt động Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 80 độ C

Độ ẩm cho phép (tuân theo T/c DIN40040): 0-100%

Hình 1.4 Chuông báo cháy 323D – 10AW

1.3.2 Đèn báo cháy

Có công dụng phát tín hiệu báo động, mỗi loại đèn có chức năng khác nhau vàđược lắp đặt ở tại các vị trí thích hợp để phát huy tối đa tính năng của thiết bị này.Gồm có các loại đèn:

− Đèn báo cháy ( Corridor Lamp)

Được đặt bên trên công tắc khẩn của mỗi tầng Đèn báo cháy sẽ sáng lên mỗi khi công tắc khẩn hoạt động, đồng thời đây cũng là đèn báo khẩn cấp cho những người

hiện diện trong nhà ga được biết Điều này có ý nghĩa quan trọng, vì trong lúc bối rối

do sự cố cháy, thì người sử dụng cần phân biệt rõ ràng công tác khẩn nào còn hiệu lựcđược kích hoạt máy bơm chữa cháy

Hình 1.5 Đèn báo cháy

− Đèn chỉ lối thoát hiểm (Exit Light)

Được đặt gần các cầu thang của mỗi tầng lầu, để chỉ lối thoát hiểm trong trường hợp có cháy Tự động chiếu sáng trong trường hợp mất nguồn điện lưới

Hình 1.6 Biển báo lối thoát hiểm

1.3.3 Chuông đèn báo cháy kết hợp G1-HDVM

− Tích hợp cả chuông và đèn báo cháy thiết bị

− Ánh sáng được tăng cường

− Các vân vỏ đèn làm ánh sáng được khuyếch tán đi xa

− Tiện lợi trong môi trường nhiều tạp âm, tín hiệu flash rõ ràng

− Để nhận dạng các tòa nhà, các lối ra vào giúp thoát hiểm trong trường hợp khẩncấp.

− Có thể dùng trong nhà hoặc ngoài nhà

− Vỏ đèn dùng bằng vật liệu poly cacbonat

− Có thể kiểm tra dây nhờ việc thay đổi cực của nguồn điện

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật chuông đèn báo cháy kết hợp G1 – HDVM

Dòng điện chế độ chờ 350μA tại 24VDCA tại 24VDC

Dòng điện khi cảnh báo 2,2mA tại 24VDC

Hình 1.7 Sơ đồ đấu nối hệ thống chuông đèn

Hình 1.8 Chuông đèn báo cháy kết hợp G1-HDVM

1.4 Truyền thông AS - Interface

Giao tiếp ASI( Actuator Sensor Interface) hay giao tiếp actuator/sensor là kết quảphát triển hợp tác của 11 hãng sãn xuất các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành cótên tuổi trong công nghiệp, trong đó có Siemens, Festo KG, Pepperl & Fuchs GmbH.Như tên gọi của nó một phần kết nối các thiết bị cảm biến và chấp hành số với cấpđiều khiển Từ một thực tế là hơn 80% cảm biến và cơ cấu chấp hành trong một hệthống máy móc làm việc Logic, cho nên viêc kết nối mạng chúng trước phải đáp ứngđược yêu cầu về đánh giá thành thấp như lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng đơn giản Vìthế, các tính năng kỹ thuật được đặt ra là:

− Khả năng đồng tải nguồn, tức là dữ liệu và dòng nuôi cho toàn bộ các cảmbiến và một phần lớn các cơ cấu chấp hành được truyền tải trên cùng một cáp hai dây

− Phương pháp truyền phải thật bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng không đòi hỏi cao về chất lượng đường truyền

− Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường truyền thẳng cũng như hình cây

− Các thành phần giao diện mạng có thể thực hiện với giá cả rất thấp

− Các bộ nối phải nhỏ gọn, đơn giản và giá cả hợp lý

Với các hệ thống bus đã có, các yêu cầu trên chưa được đáp ứng một cách thỏađáng Đó chính là động lực cho việc kết hợp tác phát triển hệ bus mới AS-i Thế mạnhcủa AS-i là đơn giản trong thiết kế, lắp đặt và bảo dưỡng cũng như giá thành thấp, nhờmột phương pháp truyền thông đặc biệt cũng như một kỹ thuật điện cơ mới

Hình 1.9 Sơ đồ kết nối mạng AS – Interface

1.4.1 PLC S7 – 1200

Bộ điều khiển logic khả trình ( PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sứcmạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sựkết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-

1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đadạng khác nhau

Hình 1.10 Các dòng PLC S7 – 1200

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ

ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khingười dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu đểgiám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào vàlàm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạtđộng như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyềnthông với các thiết bị thông minh khác

Hình 1.11 CPU 1214C DC/DC/DC

1.4.2 Master CM 1243 – 2

CM 1243 – 2 là mô đun mở rộng truyền thông cho PLC S7-1200 được hãngSIEMENS sản xuất và phát triển với thương hiệu SIMATIC thuộc dòng S7-1200.Module mở rộng truyền thông SIMATIC S7-1200 CM 1243-2 AS-i Master(3RK7243-2AA30-0XB0)

Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật 3RK7243-2AA30-0XB0

Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật 3RK1400-1BQ00-0AA3

Input Tính hiệu đầu vào: 2 digital

Output Tính hiệu ngõ ra: 2 digital

Dòng điện ngõ ra :Max 200mA/1 outputĐiện áp hoạt động 24VDC

Mỗi thiết bị tớ nhận 4 bit và truyền 4 bit dữ liệu, do đó mạng AS-i nhận và truyềnđến 248 cảm biến/ chấp hành nhị phân( theo tiêu chuẩn V2.1 nối đến 62 trạm tớ) Vậntốc truyền 167kb/s với thời gian truy cập khoảng 5ms.

Hình 1.14 Cáp truyền AS-i (3RX9012-0AA00)

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VẬN HÀNH HỆ THỐNG

2.1 Sơ đồ ghép nối phần cứng của hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ ghép nối hệ thống

2.2 Lưu đồ thuật toán

Hình 2.2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống

2.3 Lưu đồ Grafect của hệ thống

2.3.1 Grafect I

Hình 2.3 Lưu đồ Grafect I của hệ thống

2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi có các hiện tượng gây ra cháy, cảm biến 1(Sen1) được tác động hoặc ta nhấnnút báo cháy khi đó, đèn báo cháy và đèn thoát hiểm sáng Sau khoảng 5 giây nếukhông có cháy thì đèn báo cháy và đèn thoát hiểm tắt Ngược lại, nếu xảy ra cháy thìcảm biến 2(Sen2) được tác động khi đó, còi báo cháy hú lên Sau 5 giây bơm hoạtđộng phun nước chữa cháy Sau khi đám cháy được dập tắt ta nhấn nút Stop để resetlại hệ thống

Đề tài đã giải quyết được vấn đề thiết kế hệ thống báo cháy tự động cho các nhà

ga, xưởng sản xuất, xưởng bảo trì,… đáp ứng đầy đủ yêu cầu, tiêu chuẩn Bao gồm cáccông việc: thiết kế hệ thống các thiết bị phần cứng và thiết kế phần mềm điều khiểnhoạt động cho hệ thống Qua môn học chúng em đã tích lũy được cho mình khá nhiềukiến thức Từ đó chúng em có những cơ sở để nghiên cứu và phát triển ý tưởng

Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thầy Lưu HoàngMinh, thầy đã hướng dẫn, góp ý tưởng,… Để chúng em có thể hoàn thành được đề tài

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] “ Lưu Hoàng Minh - Configuration of Actuator and Sensor Interface Bus Network using PLC”.