ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CẤP NƯỚC TỰ ĐỘNG TẠI TÒA NHÀ CHUNG CƯ

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè.Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho chúng em trong suốt quá trình làm đồ án. Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nói chung, các thầy cô trong Khoa Điện nói riêng đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng, tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện, quan tâm giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng nhưng do thời gian ngắn và năng lực bản thân có hạn nên vẫn còn sai và thiếu sót. Em mong thầy cô giáo và các bạn góp ý để việc học tập của chúng em được tốt hơn. Một lần nữa em xin trân trọng cảm ơn

KHOA: ĐIỆN

-o0o -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CẤP

NƯỚC TỰ ĐỘNG TẠI TÒA NHÀ CHUNG CƯ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CẢM ƠN 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CẤP NƯỚC TỰ ĐỘNG TẠI TÒA NHÀ CHUNG CƯ 9

1.1 Đặt vấn đề 9

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 10

1.3 Mục tiêu 11

1.4 Đối tượng nghiên cứu 11

1.5 Pham vi nghiên cứu 11

1.6 Nội dung đề tài 12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

2.1 Xu hướng công nghệ của các hệ thống giám sát và điều khiển cấp nước trong các tòa nhà hiện nay 13

2.2 Tổng quan về hệ thống cấp nước 13

2.3 Giới thiệu về PLC S7-1200 14

2.3.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200 14

2.3.2 Cấu tạo của PLC 16

2.3.3 Tính năng của PLC S7-1200 17

2.4 Ứng dụng của PLC trong thực tế 19

2.5 Thông số kỹ thuật của các loại PLC S7-1200 20

2.5.1 Các bộ điều khiển trung tâm (CPU) của PLC S7-1200 20

2.5.2 PLC S7-1200 CPU 1211C 21

2.5.3 PLC S7-1200 CPU 1212C 22

2.5.4 PLC S7-1200 CPU 1214C 23

2.5.5 PLC S7-1200 CPU 1215C 24

2.5.6 PLC S7-1200 CPU 1217C 25

2.6 Phần mềm Tia portal 26

2.6.1 Ưu – nhược điểm khi sử dụng phần mềm Tia portal 27

2.6.2 Các thành phần trong phần mềm Tia portal 28

2.6.3 Giao diện của phần mềm tia portal 28

2.6.4 Lợi ích khi sử dụng phần mềm tia portal 30

2.7 Giới thiệu về phương thức truyền thông RS485 35

2.7.1 Giới thiệu chuẩn truyền thông RS485 35

2.7.2 Giới thiệu về giao thức truyền thông USS 36

2.7.3 Quá trình giao tiếp hai thiết bị thông qua truyền thông USS 36

2.8 Tìm hiểu thiết bị trong công nghệ 38

2.8.1 Động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc 38

2.8.2 Động cơ không đồ bộ một pha 41

2.8.3 Một số loại van công nghiệp thông dụng 42

2.8.4 Cảm biến mức nước 47

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 52

3.1 Lựa chọn thiết bị 52

3.2 Các thành phần của hệ thống 52

3.2.1 Thiết bị xử lý trung tâm 52

3.2.2 Màn hình hiển thị 54

3.2.3 Cảm biến 55

3.2.4 Van điện từ 57

3.2.5 Đèn cảnh báo 58

3.2.6 Nút nhấn 58

3.3 Sơ đồ kết nối tổng quan của hệ thống 59

3.4 Sơ đồ đấu nối 60

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CẤP NƯỚC TỰ ĐỘNG TẠI TÒA NHÀ CHUNG CƯ 61

4.1 Yêu cầu chung của hệ thống 61

4.1.1 Giao diện trung tâm quản lý 61

4.1.2 Nguyên lý hoạt động 62

4.2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống 63

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ SO SÁNH, PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP 65

5.1 Kết quả mô phỏng hệ thống giám sát và điều khiển 65

5.2 Kết luận và hướng phát triển đề tài 66

5.2.1 Kết luận 66

5.2.2 Hướng phát triển đề tài 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 68

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm em đã nhận được nhiều sựgiúp đỡ, đóng góp ý kiến chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè.Nhóm em

xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho chúng

em trong suốt quá trình làm đồ án

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đạihọc Công nghiệp Hà Nội nói chung, các thầy cô trong Khoa Điện nói riêng đãdạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các mônchuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng, tạo điều kiện giúp

đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã tạođiều kiện, quan tâm giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập

và hoàn thành đồ án tốt nghiệp Mặc dù đã cố gắng nhưng do thời gian ngắn

và năng lực bản thân có hạn nên vẫn còn sai và thiếu sót Em mong thầy côgiáo và các bạn góp ý để việc học tập của chúng em được tốt hơn

Một lần nữa em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2023

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xã hội hiện đại ngày nay rất nhiều người đã chọn việc ở các khuchung cư, tòa nhà cao tầng…Với nhu cầu của người dân khá cao trong việcchọn sinh sống trong các khu tòa nhà cao tầng Hơn thế nữa mức sống củangười dân ngày càng được nâng lên, người dân có yêu cầu càng cao về chấtlượng cuộc sống của mình Chất lượng của hệ thống cấp nước sinh hoạt trongcác công trình đang rất được quan tâm, đặc biệt là ở các tòa nhà cao tầng nhưchung cư, ký túc xá… Vấn đề thiếu hụt nước vào các giờ cao điểm và dư thừanước ở các giờ thấp điểm thường xuyên xảy ra và trở thành mối lo ngại đốivới những người sinh sống tại các địa điểm trên Với mong muốn chung taygiải quyết các vấn đề hiện tại và áp dụng những kiến thức đã học được vào

thực tế, nhóm em đã quyết định nghiên cứu đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát cấp nước tự động tại tòa nhà chung cư” này!

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư Vĩnh Hưng 9

Hình 1.2: Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư COMATIC TOWER 9

Hình 1.3: Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư Dabaco Khắc Niệm 10

Hình 2.1: Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư 14

Hình 2.2: Hình ảnh PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC 15

Hình 2.3: Cấu tạo của PLC 17

Hình 2.4: Khả năng thiết kế linh hoạt của PLC S7-1200 18

Hình 2.5: Truyền thông RS485 19

Hình 2.6: Ứng dụng PLC cho trạm cấp nước 19

Hình 2.7: Hình ảnh PLC S7-1200 CPU 1211C 21

Hình 2.8: Hình ảnh PLC S7-1200 CPU 1212C 22

Hình 2.9: Hình ảnh PLC S7-1200 CPU 1214C 23

Hình 2.10: Hình ảnh PLC S7-1200 CPU 1215C 24

Hình 2.11: Hình ảnh PLC S7-1200 CPU 1217C 25

Hình 2.12: Tìm hiểu về phần mềm Tia portal 26

Hình 2.13: Giao diện portal view 29

Hình 2.14: Giao diện Project view của Tia Portal 30

Hình 2.15: Thêm Instruction vào chương trình 30

Hình 2.16: Thêm đầu vào (Input) trong Tia portal 31

Hình 2.17: Mở rộng, thu hẹp cấu trúc đầu vào, ra trong tia portal 32

Hình 2.18: Dễ dàng thay đổi chế độ hoạt động của CPU 33

Hình 2.19: Thư viện dự án trong tia portal 33

Hình 2.20: Chọn phiên bản cho Instruction 34

Hình 2.21: Lưu trữ dữ liệu khi tháo mô đun 35

Hình 2.22: Giao thức truyền thông USS 36

Hình 2.23: Thư viện truyền thông USS 37

Hình 2.24: Cấu tạo động cơ ba pha 38

Hình 2.25: Cấu tạo của động cơ một pha 41

Hình 2.26: Valve - Van 42

Hình 2.27: Các loại van công nghiệp 43

Hình 2.28: Van điện từ 44

Hình 2.29: Van phao 45

Hình 2.30: Van bi 46

Hình 2.31: Van bướm 47

Hình 2.32: Phao cảm biến mức nước 48

Hình 2.33: Cảm biến mức nước 3 que 49

Hình 2.34: Cảm biến mực nước không tiếp xúc 50

Hình 2.35: Cảm biến lưu lượng nước 51

Hình 3.1: PLC S7-1200 1212C AC/DC/RLY 52

Hình 3.2: Module DI 8/DQ 8x24 VDC, 6ES7 223-1BH32-0XB0 53

Hình 3.3: Module AI 4x13BIT, 6ES7 231-4HD32-0XB0 54

Hình 3.4: Màn hình HMI CR1000 55

Hình 3.5: Cảm biến siêu âm ULM-70 56

Hình 3.6: Van Điện Từ Unid UW-80 57

Hình 3.7: Đèn báo pha 58

Hình 3.8: Nút nhấn có đèn 58

Hình 3.9: Sơ đồ khối chức năng 59

Hình 3.10: Sơ đồ kết nối PLC 60

Hình 4.1: Giao diện kết nối của hệ thống 61

Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán của hệ thống 63

Hình 5.1: Kết quả giao diện giám sát và điều khiển hệ thống 65

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CẤP NƯỚC TỰ ĐỘNG TẠI TÒA NHÀ CHUNG CƯ 1.1 Đặt vấn đề

Trong thời buổi hiện đại, dân số tại các khu vực thành thị ngày càng đôngđúc, kéo theo đó là số lượng các chung cư, toà nhà cao tầng được xây dựnglên càng nhiều Một trong những nhu cầu lớn và thiết yếu nhất được đặt ra lànhu cầu sử dụng nước, đảm bảo nguồn nước cung cấp sinh hoạt và cũng nhưbơm chất thải Việc quy hoạch cấp nước ngày càng đòi hỏi yêu cầu kỹ thuậtcao, đặc biệt là luôn đảm bảo mọi người có đủ nước sinh hoạt tại mọi thờiđiểm

Các trạm bơm với công suất lớn phổ biến hiện nay vẫn đa số vẫn còn thiết

kế và điều khiển theo phương pháp truyền thống, với đặc điểm là các bơmđều được khởi động trực tiếp và hoạt động ở tốc độ định mức Phương phápnày có nhược điểm là gây ra tổn hao điện năng lớn, không kiểm soát được ápsuất đường ống, cũng như các sự cố của hệ thống, tốn nhiều công sức trongviệc vận hành, giám sát và bảo dưỡng hệ thống bơm

Hình 1.1: Hệ thống cấp nước cho tòa nhà chung cư Vĩnh Hưng

Hình 1.2: Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư COMATIC TOWER

Hình 1.3: Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư Dabaco Khắc Niệm

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Như vấn đề đặt ra thì dân số tại các khu vực thành thị ngày càng đông đúc,kéo theo đó là số lượng các chung cư, toà nhà cao tầng được xây dựng lên càng nhiều, nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao Ở các hình thức cấp nước truyền thống tuy rằng chi phí đầu tư, vận hành thấp nhưng lại gặp phải nhiều bất cập như mất nước vào giờ cao điểm cần nhiều nhân lực vận hành và khó khăn trong việc quản lý, kiểm soát

Để khắc phục vấn đề đó, đề tài nghiên cứu sẽ phần nào góp phần vào việcgiải quyết về vấn đề cấp nước trong tòa nhà, nâng cao chất lượng dịch vụ và

sự hài lòng của người dùng bằng cách đảm bảo cung cấp nước ổn định và đủlượng cho các căn hộ trong tòa nhà Tăng hiệu quả vận hành và an toàn của hệthống cấp nước bằng cách giám sát và phản ứng kịp thời với các sự cố, như rò

rỉ nước, áp suất quá cao hoặc quá thấp, thiếu nước trong bể chứa

1.3 Mục tiêu

Thông qua đề tài này, nhóm em muốn vận dụng các kiến thức nền tảng đãđược học để thiết kế một hệ thống điều khiển và giám sát cấp nước tự động tạitòa nhà chung cư Ứng dụng PLC S7-1200 và các cảm biến, lập trình trênphần mềm Tia Portal điều khiển và giám sát hệ thống trên giao diện HMI

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm em muốn hướng đến tính tự động và hiệu quả của

hệ thống Khả năng linh hoạt trong trong việc giám sát và điều khiển cấpnước tự động cho chung cư, giúp đảm bảo nguồn nước cung cấp sinh hoạt vàbơm chất thải một cách hiệu quả và tiết kiệm năng lượng Trang bị các thiết bịđiều khiển lập trình như bộ điều khiển PLC để xử lý tại chỗ và kết nối vớimạng điều khiển theo chế độ thời gian thực Hệ thống này có thể giúp conngười kiểm soát chính xác, an toàn, tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành vàbảo dưỡng

1.5 Pham vi nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung gồm có: hệthống giám sát điều khiển cấp nước hiện nay, phân tích và chọn ra giải phápthiết kế phù hợp, nghiên cứu xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống

1.6 Nội dung đề tài

Chương 1 Tổng quan

Trình bày vấn đề và lý do chọn đề tài, mục tiêu và bố cục của đề tài

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Trình bày các lý thuyết cần thiết được sử dụng trong đề tài

Chương 3 Tìm hiểu các thiết bị phần cứng

Tìm hiểu các thiết bị phần cứng sử dụng trong hệ thống

Chương 4 Thiết kế hệ thống

Trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích các nguyên lý hoạt động của hệthống

Nghiên cứu đưa ra các giải thuật, thuật toán phần mềm

Chương 5 Kết quả so sánh, phân tích, tổng hợp

Trình bày những kết quả đạt được từ thực nghiệm, phân tích, đánh giá

và so sánh với mục tiêu ban đầu đặt ra

Nêu ra những ưu điểm, những điều chưa đạt được của hệ thống và đưa

ra các hướng phát triển cho đề tài trong tương lai

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Xu hướng công nghệ của các hệ thống giám sát và điều khiển cấp nước trong các tòa nhà hiện nay

Hệ thống giám sát và điều khiển cấp nước tự động ra đời xuất phát từ nhucầu cấp thiết cần có một hệ thống giải quyết tốt các nhược điểm của của hệthống cấp nước truyền thống Sử dụng các thiết bị điều khiển tự động nhưPLC, biến tần, cảm biến áp suất, cảm biến mức nước, phao điện để điều chỉnhlưu lượng, áp suất nước, máy bơm và các thiết bị van theo nhu cầu của ngườidùng Sử dụng phần mềm SCADA trên nền 64 bit để giám sát và điều khiểncác hệ thống bên trong tòa nhà, hiển thị chính xác và trực quan

 Đối với hệ thống cấp nước trực tiếp: nước sạch được cấp trực tiếp

từ đường ống nước công cộng đến các hộ gia đình ở các tầng thấpbằng áp suất thủy lực bên trong đường ống chính

 Đối với hệ thống cấp nước gián tiếp: sử dụng máy bơm nước để lấynước từ các bể chứa ở tầng trệt của tòa nhà và hút nước sạch vào bểtrên mái nhà, sau đó dẫn nước đến từng hộ gia đình thông qua mạnglưới đường ống phụ

 Đối với hệ thống bơm nước thải: nước được truyền kết thúc nhậnđược bằng cách lắp máy bơm áp lực để cấp nước, đường ống cứuhỏa cũng có chức năng tương tự

Hệ thống cấp nước bao gồm: máy bơm nước, đường ống đứng, bể chứa,thiết bị phao tự ngắt và các đường ống phụ

Hình 2.4: Hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư

2.3 Giới thiệu về PLC S7-1200

2.3.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200

PLC S7-1200 ra đời để thay thế, cải thiện những tính năng còn thiếu sótcủa dòng PLC S7-200

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn Nó được thiết

kế nhỏ gọn, chi phí thấp và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảohơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200/

Thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:

 3 bộ điều khiển nhỏ, với sự phân loại trong các phiên bản khác nhaugiống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng

 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU

 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM vàSB)

 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP

 4 cổng Ethernet

 Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp24VDC

Hình 2.5: Hình ảnh PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC

Các dòng PLC S7-1200 chính:

S7-1200 có tất cả 5 dòng CPU chính, lần lượt là:

 CPU 1211C có bộ nhớ làm việc là 50KB work memory

 CPU 1212C có bộ nhớ làm việc là 75KB work memory

 CPU 1214C có bộ nhớ làm việc là 100KB work memory

 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc là 125KB work memory

 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc là 150KB work memory

Đặc điểm PLC S7-1200:

 Bộ điều khiển gọn nhẹ có dải hiệu suất từ thấp đến trung bình

 Tích hợp quy mô lớn, mạnh mẽ

 Tiết kiệm không gian,

 Với đường đặc tính thời gian thực đặc biệt và tùy chọn truyền thông lớn

 Bộ điều khiển với tích hợp giao diện điều khiển PROFINET IO đểtruyền thông giữa bộ điều khiển SIMATIC, HMI, thiết bị lập trình, vàcác thành phần tự động khác.

 Các CPU có thể sử dụng chế độ độc lập trong mạng hoặc trong các cấutrúc được phân phối

 Việc lắp đặt, lập trình và vận hành khá đơn giản

 Tích hợp thêm Web server với tiêu chuẩn, đặc thù người dùng trangweb

 Có chức năng ghi dữ liệu để lưu trữ dữ liệu trong thời gian chạy từ khi

sử dụng chương trình

 Công suất lớn cùng các chức năng tích hợp công nghệ như đếm, đolường, điều khiển vòng kín, điều khiển chuyển động

 Tích hợp đầu ra và đầu vào số và tương tự

 Có các phương tiện mở rộng linh hoạt

PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu cũng như các modulegắn ngoài để mở rộng thêm các chức năng của CPU

S7-1200 có các module mở rộng: Communication module (CP), Signalboard (SB), Signal Module (SM)

2.3.2 Cấu tạo của PLC

PLC thường được cấu tạo bởi 3 thành phần chính đó là phần nguồnthường là 220 V hoặc 24 V (có một số loại PLC ít phổ biến có thể sử dụngnguồn 5 V hoặc 3.7 V)

Tiếp theo là CPU, mỗi loại PLC tùy theo ứng dụng thì sẽ có tốc độ xử lýcũng như bộ nhớ lưu trữ chương trình, khả năng mở rộng khác nhau

Phần còn lại là khối ngoại vi bao gồm: in/out, truyền thông, module phátxung, analog

Hình 2.6: Cấu tạo của PLC2.3.3 Tính năng của PLC S7-1200

 Khả năng kết nối mạng linh hoạt: S7-1200 là lựa chọn thích hợp khimuốn thực hiện linh hoạt và hiệu quả các tác vụ tự động hóa (phạm vihiệu suất thấp đến trung bình) Nó có các chức năng công nghệ và IOtích hợp, cùng thiết kế đặc biệt nhỏ gọn và tiết kiệm không gian

 Có thiết kế linh hoạt, sáng tạo:

 Có thể điều chỉnh một cách tốt nhất cho quá trình tự động hóa

 Có giao diện PROFINET tích hợp nên các thành phần tự động hóa bổsung và khung kỹ thuật TIA Portal sẽ hoạt động hoàn hảo với nhau

 Có bảng module giúp dễ dàng thay đổi, mở rộng trên bộ điều khiển

 Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào và tínhiệu ra

 Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU

 3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU để mở rộng khả năngtruyền thông

 Có card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU

 Giúp chẩn đoán lỗi online và offline

Hình 2.7: Khả năng thiết kế linh hoạt của PLC S7-1200

 Cổng truyền thông Ethernet được tích hợp sẵn:

 Bảo vệ chống lại sửa đổi trái phép mã hoặc xử lý giá trị đòi hỏi mức độsẵn sàng cao hơn trong hoạt động

 Bảo vệ truy cập ngăn việc mở, sao chép trái phép các module để bảo vệthuật toán và quy trình

 Các chức năng bảo mật này được tích hợp vào S7-1200 và Cổng thôngtin TIA

Hình 2.8: Truyền thông RS485

2.4 Ứng dụng của PLC trong thực tế

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay PLC vô cùng quan trong công nghiệp,chính vì các ưu điểm nổi trội mà PLC được sử dụng ngày càng rộng rãi và đadạng về mẫu mã: từ các bộ PLC nhỏ gọn sử dụng trong các mục đích điềukhiển đơn giản cho đến những bộ PLC có nhiều chức năng hơn dùng trongcác dây chuyền sản xuất phức tạp

Hình 2.9: Ứng dụng PLC cho trạm cấp nước

Bộ lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hoá, phục

vụ cho nhiều ngành, nhiều loại máy móc như: cấp nước, xử lý nước thải, giám

sát năng lượng, giám sát hệ thống điện, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy sechỉ, máy chế biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao, hệ thống phân bổ giám sáttrong dây chuyền…

2.5 Thông số kỹ thuật của các loại PLC S7-1200

2.5.1 Các bộ điều khiển trung tâm (CPU) của PLC S7-1200

Bảng 2.1 Các bộ điều khiển trung tâm của PLC S7-1200

Có thể có đến 3 module truyền thông (CM)

CPU

1212C

Bộ điều khiển này có thể mở rộng bởi:

1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB)

 Module tín hiệu mở rộng: không

 Board tín hiệu/truyền thông:1

 Module truyền thông: 3

 Bộ đếm tốc độ cao:

 1 Pha 3 x 100KHZ

 2 Pha 3 x 80KHZ

 Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2

 Truyền thông: Ethernet

 Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày

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

 Ngõ vào ra tương tự: 2 in

 Vùng nhớ Truy suất bit (M): 4096Byte

 Module tín hiệu mở rộng: 2

 Board tín hiệu/truyền thông:1

 Module truyền thông: 3

 Bộ đếm tốc độ cao:

 1 Pha 3 x 100KHZ/1 x 30KHZ

 2 Pha 3 x 80KHZ/1 x 20KHZ

 Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2

 Truyền thông: Ethernet

 Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày

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

 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: 10 ngày

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

2.5.5 PLC S7-1200 CPU 1215C

Hình 2.13: Hình ảnh PLC S7-1200 CPU 1215C

 Bộ nhớ người dùng:

 Bộ nhớ làm việc: 125 Kb

 Bộ nhớ lưu trữ: 4Mb

 Ngõ vào ra số: 14 In/10 Out

 Ngõ vào ra tương tự: 2 AI, 2 AQ

 6 bộ đếm xung tốc độ cao với tối đa ( 3 100 kHz và 3 30 kHz)

Phần mềm TIA Portal là một giải pháp được phát triển mang đến hiệu quảđiều hành các tác vụ một cách chính xác và tối ưu Bạn đã hiểu về phần mềmTIA Portal là gì? Đặc điểm của TIA Portal và ứng dụng thực tế Thông tinBatiea chia sẻ dưới đây sẽ cung cấp thông tin hữu ích về TIA Portal.

TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phầnmềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hànhđiện của hệ thống Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên,

có sử dụng chung 1 môi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển

hệ thống

Hình 2.15: Tìm hiểu về phần mềm Tia portal TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nócho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ mộtcách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất Giải pháp giảm thiểu thời giantích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống.

TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả cácphần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sảnphẩm Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữliệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vậnhành

TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:

 Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đadạng

 Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát

 Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project

để xác định bệnh, lỗi hệ thống

 Tích hợp mô phỏng hệ thống

 Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens

Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14,TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17 Tùy theonhu cầu sử dụng mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bảntương ứng

2.6.1 Ưu – nhược điểm khi sử dụng phần mềm Tia portal

TIA Portal là thuật ngữ quen thuộc được ứng dụng trong các lĩnh vực tựđộng hóa, tích hợp nhiều phần mềm phổ thông khác như: HMI, PLC, Invertercủa Siemens Phần mềm TIA Portal có những ưu và nhược điểm trong vậnhành hệ thống tự động hóa

bộ lập trình PLC được thả vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập màkhông cần bất ký thao tác lập trình nào.

 Hạn chế: Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nêndung lượng bộ nhớ khổng lồ Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình,quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng

2.6.2 Các thành phần trong phần mềm Tia portal

Phần mềm TIA Portal được Siemens phát triển với nhiều thành phần giúpngười dùng quản lý, lập trình PLC, HMI hiệu quả Các thành phần có trong

bộ TIA Portal:

 Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lậptrình và mô phỏng PLC S7-300, S7-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…

 Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI,

và giao diện SCADA

 Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens

 Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt

 Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với hỗ trợ Scout TIA Thưviện Simatic Robot đầy đủ dữ liệu cho phép người dùng thiết lập cấuhình và hệ thống nhanh chóng

2.6.3 Giao diện của phần mềm tia portal

Khi sử dụng TIA PORTAL, phần mềm được chia thành 2 khung hiển thịkhác nhau

Portal View

Đây là giao diện ban đầu khi người sử dụng khởi động phần mềm, ở khung hiển thị này chúng ta sẽ thấy được 3 phần chính:

① Các tác vụ khởi động cơ bản

② Tạo project mới, mở project có sẵn và cài đặt thiết bị

③ Bản lựa chọn và cấu hình thông tin ban đầu

④ Bật khung hiển thị project Project View

Hình 2.16: Giao diện portal view Khi lựa chọn mục Project View ở khung hiển thị Portal View (4) chúng ta

sẽ được đưa đến phần hiển thị sâu hơn về thiết bị và lập trình:

① Thanh công cụ – Menu

② Thanh cuộn các thẻ tag, thiết bị và cấu hình tinh chỉnh Project

③ Khu vực làm việc (bàn làm việc chính)

④ Thẻ nhiệm vụ.

⑤ Khu vực khảo sát

⑥ Quay lại phần hiển thị ban đầu – Portal View

⑦ Chuyển đổi tác vụ đang thực hiện

Hình 2.17: Giao diện Project view của Tia Portal2.6.4 Lợi ích khi sử dụng phần mềm tia portal

 Dễ dàng thêm Instruction vào chương trình

Người sử dụng có thể thêm các instruction trực tiếp vào chương trình củamình với vài bước kéo thả cơ bản

Hình 2.18: Thêm Instruction vào chương trình

Để thêm vào chương trình, ở mục thẻ nhiệm vụ người sử dụng chọn vào

mục “Basic Instruction” và kéo thả các mục cần thiết vào nơi bạn muốn gắn

instruction

 Thêm instruction thường sử dụng vào Favorites

Để thao tác nhanh hơn khi thêm các instruction, người sử dụng có thể lưucác instruction thường dùng vào mục Favorites.

Người sử dụng chỉ việc mở mục Basic Instruction, nhấn giữ instructionthường sử dụng và thả vào mục Favorites

Sau khi thêm instruction vào được Favorites, người sử dụng dễ dàng hơntrong việc tìm và chèn instruction vào chương trình với 1 lần nhấp chuột

 Dễ dàng thêm đầu vào và đầu ra cho LAD và FBD

Để thêm đầu vào, hãy nhấn vào icon “Create” hoặc nhấn chuột phải vàothẻ instruction đang hiện có lệnh IN/OUT có sẵn và chọn lệnh “Insert input”hay tổ hợp phím Ctrl+Shift+3

Hình 2.19: Thêm đầu vào (Input) trong Tia portal

 Mở rộng hoặc thu hẹp cấu trúc đầu ra và đầu vào

Để trông dễ nhìn hơn, đầu vào đầu ra được thu gọn lại

Để xem chi tiết đầu vào hoặc đầu ra người sử dụng chỉ việc nhấn vào mũitên để hiển thị đầy đủ thông tin chi tiết.

Hình 2.20: Mở rộng, thu hẹp cấu trúc đầu vào, ra trong tia portal

 Thay đổi chế độ hoạt động cho CPU

Bình thường sẽ không có loại CPU nào có công tắt vật lý để chạy hayngừng Và ở TIA PORTAL thì chúng ta có thể nhanh chóng giải quyết vấn đề

này bằng cách chọn nút “Start CPU” và “Stop CPU” ở trên thanh công cụ để

điều chỉnh chế độ hoạt động cho CPU nhanh chóng

Đối với các loại CPU có thể điều khiển và chẩn đoán Online, người sửdụng cũng có thể tùy chỉnh được chế độ hoạt động cho CPU Để sử dụngđược mục CPU operator panel, người sử dụng phải kết nối online thành công

đến CPU Sau đó ở khung thẻ nhiệm vụ, mục Online Tools cung cấp cho ta

sử dụng tùy chỉnh Run/Stop CPU Ngoài ra còn có cả chế độ MREs (Memory Reset) để ta khởi tạo lại bộ nhớ cho CPU.

Hình 2.21: Dễ dàng thay đổi chế độ hoạt động của CPU

 Lưu trữ và tạo thư viện lưu trữ dự án

Không ai muốn làm đi làm lại 1 bước quá nhiều lần, thì TIA PORTALcũng đã hiểu người sử dụng và đưa ra cho người dùng phần Global andproject libraries Cho phép chúng ta truy cập nhanh các dự án trước đó và tinhchỉnh lại các thông tin, cấu hình phù hợp với dự án hiện tại mà không cần tốnquá nhiều công đoạn để tạo dựng lại 1 dự án mới với cùng cấu trúc Bạn hoàntoàn có thể tạo và lưu 1 thư viện riêng cho chính mình trên máy tính cá nhân

để sử dụng về sau

Hình 2.22: Thư viện dự án trong tia portal

 Thay đổi nhanh phiên bản của Instruction

Khi có nhiều bản cập nhật và mỗi bản cập nhật lại có nhiều tính năng khácnhau, để lựa chọn các phiên bản instruction mong muốn, người sử dụng có thểchọn phiên bản nhanh bằng cách nhấp chuột phải vào bên phải để chọnversion (V_số version cần chọn)

Hình 2.23: Chọn phiên bản cho Instruction

 Mô phỏng ngắt kết nối mô-đun nhưng không mất dữ liệu

Đây chắc hẳn là một tính năng thông minh và rất cần thiết cho người sửdụng, không còn lo ngại dữ liệu cấu hình đã được cài bị mất hút khi ngắt kếtnối mô-đun để tinh chỉnh

Người sử dụng kéo phần module lên mục Module not plugged in khi đócác dữ liệu của mô-đun được cấu hình sẽ lưu lại cùng toàn bộ dự án

Khi đó ta có thể rút mô-đun ra để bảo trì bảo dưỡng và có thể lắp lại trongtương lai mà không cần phải thiết lập lại cấu hình như ban đầu

Hình 2.24: Lưu trữ dữ liệu khi tháo mô đun

2.7 Giới thiệu về phương thức truyền thông RS485

2.7.1 Giới thiệu chuẩn truyền thông RS485

Khi một mạng cần phải chuyển các khối nhỏ thông tin trên một khoảngcách dài, RS485 thường là chuẩn giao tiếp được lựa chọn Các nút mạng cóthể là máy tính cá nhân, vi điều khiển, hoặc bất kỳ thiết bị có khả năng truyềnthông nối tiếp không đồng bộ So với Ethernet và giao diện mạng khác, phầncứng và giao thức yêu cầu của RS-485 đơn giản hơn và rẻ hơn

Có thể coi chuẩn RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữliệu nối tiếp Những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giaotiếp với bất kỳ thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua

RS485. Liên kết RS485 được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảngcách xa và điều khiển cho nhiều ứng dụng Những đặc điểm nổi trội củaRS485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng mộtđường truyền, tốc độ baud có thể lên tới 115.200 cho một khoảng cách là

4000 feet (1200m). 

Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi nhiễuxảy ra ở dây này thì cũng xảy ra ở dây kia, tức là hai dây cùng nhiễu giốngnhau Điều này làm cho điện áp sai lệch giữa hai dây thay đổi không đáng kểnên tại nơi thu vẫn nhận được tín hiệu đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu

đã loại bỏ nhiễu Liên kết RS485 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp,nơi mà môi trường nhiễu khá cao và sự tin tưởng vào tính ổn định của hệthống là điều quan trọng

2.7.2 Giới thiệu về giao thức truyền thông USS

USS là giao thức truyền thông do Siemens phát triển, nó dựa trên nền tảngtruyền thông vật lý Modbus RS485 USS với cấu hình và cài đặt dễ dàng,chuyên nghiệp thật sự mang tới lợi thế với hệ tích hợp tự động hóa cao nhưSiemens

Hình 2.25: Giao thức truyền thông USS

2.7.3 Quá trình giao tiếp hai thiết bị thông qua truyền thôngUSS

Mỗi CPU S7-1200 có thể có tối đa ba module giao tiếp và mỗi modulegiao tiếp CM 1241 RS485 hỗ trợ tối đa 16 biến tần. Do đó, người dùng có thể

thiết lập tối đa ba mạng USS trong một CPU S7-1200 và mỗi mạng USS hỗtrợ tối đa 16 bộ biến tần, với tổng số lên đến 48 bộ biến tần.

PLC S7-1200 cung cấp một thư viện USS dành riêng cho giao tiếp USS, như thể hiện trong hình sau:

Hình 2.26: Thư viện truyền thông USS

Khối chức năng USS_DRV: là khối chức năng chính của giao tiếp USS. Các thông tin của biến tần và các lệnh điều khiển biến tần đều do chức năng này hoàn thành. Phải được gọi trong OB chính và không được gọi trong OB ngắt tuần hoàn Khối chức năng USS_PORT: là giao diện giữa S7-1200 và biến tần, và chủ yếu thiết lập các tham số giao diện của giao tiếp. Có thể gọi là OB chính hay ngắt.

Khối chức năng USS_RPM: đọc các thông số của biến tần thông qua giao tiếp USS. Phải được gọi trong OB chính và không được gọi trong OB ngắt tuần hoàn Khối chức năng USS_WPM: là một tham số để cài đặt biến tần thông qua giao tiếp USS. Phải được gọi trong OB chính và không được gọi trong OB ngắt tuần hoàn

Khối chức năng USS_DRV nhận và truyền dữ liệu với khối chức năngUSS_PORT thông qua khối dữ liệu USS_DRV_DB và khối chức năngUSS_PORT là giao diện truyền thông giữa mô-đun S7-1200 PLC, CM1241RS485 và biến tần. Giao tiếp giữa khối chức năng USS_RPM và khối chứcnăng USS_WPM và bộ biến tần giống như giao tiếp của khối chức năngUSS_DRV

2.8 Tìm hiểu thiết bị trong công nghệ

2.8.1 Động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc

Rotor lồng sóc là loại động cơ bao gồm nhiều lớp thép ở trong lõi với cácthanh đồng hoặc nhôm được cách đều nhau và đặt dọc theo trục ngoại vi, cuốicùng sẽ bị chập vĩnh viễn ở 2 đầu khi đến các vòng cuối Cấu trúc đơn giảnnhưng rất chắc chắn này sẽ giúp cho rotor hoạt động thuận thường được ứngdụng rỗng rãi trong đời sống và sản xuất công nghiệp như bơm nước, trộnnguyên liệu…

 Cấu tạo của động cơ ba pha

Hình 2.27: Cấu tạo động cơ ba pha

Cấu tạo của động cơ ba pha bao gồm 2 phần chính: Stator và Rotor.

Phần Stator: gồm các dây đồng quấn trên khung được ghép lại từ các lá thép kỹ thuật Khi cho dòng điện chạy qua đó điện năng sẽ biến đổi thành hệ thống các đường sức từ có hướng khép kín trên mạch từ.

Phần Rotor: đây là phần quay của động cơ được ghép từ nhiều thanh kim loại tạo thành một cái lồng hình trụ

 Nguyên lý hoạt động