Đồ án môn tự động hóa công nghiệp: Thiết kế hệ thống điều khiển bơm nước sử dụng PLC S7 – 1200

Trên thế giới, việc sử dụng PLC để điều khiển mức nước đã được áp dụng từ lâu và ngày càng phổ biến. Còn ở Việt Nam, việc áp dụng PLC cũng đang phát triển và việc áp dụng PLC để điều khiển mức nước trong các bể chứa đang dần trở nên phổ biến hơn. Với tính năng nổi trội, PLC cho phép điều khiển với độ chính xác cao, dễ dàng điều khiển và mở rộng điều là mà người sử dụng đang hướng tới.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hà Nội, 6-2015

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án 2: “Thiết kế hệ thống điều khiển bơm nước sử dụng plc s7-1200” do nhóm chúng em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS

Đỗ Mạnh Cường Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này chúng em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danhmục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu pháthiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày…… tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Phan Đăng Hùng

M C L C Ụ Ụ

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC VÀ YÊU CẦU BÀI TOÁN 2

1.1.Điều khiển mức nước 2

1.2.Yêu cầu công nghệ 2

1.3.Chọn PLC và Sensor 3

1.3.1.Chọn PLC 3

1.3.1.Sensor 3

CHƯƠNG 2 THUẬT TOÁN VÀ GIAO DIỆN HMI 3

2.1.Thuật toán 3

Đầu vào 5

Tên biến 5

Đầu ra 5

Tên biến 5

Cảm biến 1 5

S1 5

Pump 5

P 5

Cảm biến 2 5

S2 5

Alarm 5

A 5

Cảm biến 3 5

2.2 Giản đồ Ladder 6

2.2.Giao diện HMI 7

CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ DẤU DÂY 8

3.1.Kết nối 8

3.2.Hoạt động 9

PHẦN 4: THỰC HIỆN MÔ PHỎNG 9

4.1 Phần mềm TIA PORTAL 9

4.2 Chạy thử trên máy tính 11

4.3 Kết quá đạt được 11

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

Danh mục hình vẽ

DANH M C HÌNH VẼ Ụ

Hình 1.1 Các thiết bị riêng lẻ truyền số liệu về bộ thu thập dữ liệu 3

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống giám sát năng lượng 4

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống 6

Hình 3.1 Mặt trên của thiết bị đo 53

Lời nói đầu

L I NÓI Đ U Ờ Ầ

Trên thế giới, việc sử dụng PLC để điều khiển mức nước đã được áp dụng từ lâu

và ngày càng phổ biến Còn ở Việt Nam, việc áp dụng PLC cũng đang phát triển và việc

áp dụng PLC để điều khiển mức nước trong các bể chứa đang dần trở nên phổ biến hơn

Với tính năng nổi trội, PLC cho phép điều khiển với độ chính xác cao, dễ dàngđiều khiển và mở rộng điều là mà người sử dụng đang hướng tới

Trong đồ án tốt nghiệp nhóm em đã được giao đề tài : “Thiết kế hệ thống điều khiển mức nước sử dụng plc s7-1200” Nội dung đồ án gồm các phần cơ bản như sau:

- Tổng quan chung về điều khiển mức nước và yêu cầu bài toán.

- Thuật toán và giao diện HMI.

- Sơ đồ dấu dây.

- Kết quả đạt được.

Sau 3 tháng được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Đỗ Mạnh Cường đồ án

của nhóm em đã hoàn thiện Do thời gian làm đồ án ngắn và khả năng còn hạn chế, chắcchắn đồ án của nhóm em còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp củathầy cô và các bạn

Hà nội, ngày …… tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Phan Đăng Hùng

1

Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

CH ƯƠ NG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC VÀ YÊU CẦU BÀI

TOÁN

1.1.Yêu c u công ngh ầ ệ

Hệ thống gồm 2 bể nước được đặt cách nhau một khoảng trong không gian:

-Dùng bơm để bơm nước từ bình dưới lên trên khi sensor dưới ở bình trên dưới mức-Bơm liên tục cho đến khi sensor trên ở bình trên vượt quá mức thì dừng bơm

-Trong trường hợp sensor ở bình dưới ở dưới mức thì hệ thống cũng dừng bơm và đưa ra cảnh báo

1.2.Ch n PLC và Sensor ọ

1.2.1.Ch n PLC ọ

Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sựkiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực

Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một

hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ Tốc độ của hệ thống đượccải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với cácthiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn

ALARM

Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

PLC cũng đã phát triển ở Việt Nam khá lâu với nhiều hãng sản xuất như Siemens, Ormon, Misubishi, Alenbratlay… nhưng nhóm chọn PLC S7-1200 của Siemens vì nó đáp

ứng được yêu cầu bài toán và cũng vì nó là loại PLC mới nên dễ dàng mở rộng bài toán

Về CPU nhóm quyết định chọn CPU 1214C vì một số lý do:

- Có 14 inputs/10 output số trong khi bài toán chỉ cần 3 inputs và 2 outputs số vì thế nó không những dáp ứng yêu cầu mà có thể mở rộng bài toán

S1:=FalseS3:=True

Pump:= TrueTrong đó:

Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

Dựa vào yêu cầu bài toán, ta đặt các biến vào ra như sau:

S2:=TrueS3:=True

Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

Ngoài ra chúng ta sử dụng 2 nút nhấn hành trình Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống

Quy định trạng thái các biến như sau:

Biến S1 ở trạng thái logic cao “1” khi mức nước chạm đầu cảm biến S1 và ở mức logic thấp khi “0” khi đầu cảm biến không chạm nước.Tương tự cho cảm biến S2 và S3 Biến P ở mức logic cao “1” khi máy bơm nước hoạt động va logic thấp “0” khi bơm ngừng hoạt động Biến A ở mức logic cao “1” khi Alarm cảnh báo và ở mức logic không

“0” khi Alarm nghỉ

2.2.Giản đồ Ladder

5

Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

7

Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

2.2.Giao di n HMI ệ

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

CH ƯƠ NG 3 SƠ ĐỒ DẤU DÂY

3.1.K t n i ế ố

9

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính, giúp tăng năng suất và hiệu quảlàm việc

TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẽ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sựthống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng.Ví dụ, tất cả các thiết bị vàmạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ Hướng ứngdụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, các tínhnăng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữliệu TIA Portal

TIA Portal cung cấp một hệ thống kĩ thuật mới thông minh và trực quan hơn, vớicác giao diện trực quan, dễ nhìn, tính năng “kéo- thả” đơn giản, thuận tiện cho việc lậptrình

Hai phần mềm quan trọng nhất trong TIA Portal là Simatic Step7 và SimaticWinCC( phiên bản mới nhất dành cho S7-1200 là TIA Portal V13)

11

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

4.2 Ch y th trên máy tính ạ ử

Khi nhấn nút Start trên HMI cho chạy chương trình và trạng thái của Sensor

3=True ,Sensor 1 =False, Sensor 2 = False:Bơm sẽ chạy Ta sẽ có các trạng thái trên giao diện HMI thay đổi theo trạng thái các biến:

- Bảng thông báo Run chuyển từ màu cam sang màu đỏ

- Bảng thông báo Pump chuyển từ màu xám sang màu xanh và các mũi tên nhấp nháy chỉ trạng thái bơm chạy

Khi trạng thái Sensor 3 chuyển sang False, Sensor 1 và 2 vẫn giữ nguyên trạng thái False lúc này: Dừng bơm , đưa ra cảnh báo Ta sẽ có các trạng thái trên giao diện HMI thay đổi theo trạng thái các biến:

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

- Bảng thông báo Pump sẽ chuyển từ màu xanh sang mà xám đồng thời mũi tên dừng nhấp nháy chỉ trạng thái dưng bơm

- Vòng tròn Alarm đổi từ màu trắng sang đỏ và nhấp nháy chỉ trạng thái bật cảnh báo

4.3 K t quá đ t đ ế ạ ượ c

Đây là bước cuối cùng cả quá trình mô phỏng và kết quả thu được là từ giao diện mô phỏng HMI ta có thể điều khiển được hoạt động đóng mở hệ thống, đồng thời xem được các trạng thái của Bơm và Cảnh báo một cách rõ ràng.Hệ thống chạy ổn định và dễ dàng

sử dụng

K T LU N VÀ H Ế Ậ ƯỚ NG PHÁT TRI N C A Đ TÀI Ể Ủ Ề

Sau quá trình làm đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ : “Thiết kế hệ thống điều khiển mức nước sử dụng plc s7-1200”, chúng em đã tổng hợp được khá nhiều kiến thức đã

học trên giảng đường vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo TS.Đỗ Mạnh Cường các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa XNCN đã giúp đỡ chúng em hoàn

thành bản đồ án này Chúng em đã thu được những kết quả cụ thể như sau:

Đã thực hiện:

 Hiểu và nắm được các phương pháp đo mức

 Thiết kế thành công phần mềm PLC điều khiển bơm nước

 Thiết bị giao diện người máy HMI

 Thiết kế và viết chương trình thu thập dữ liệu, vẽ đồ thị trên máy tính bằng C#.Định hướng mở rộng:

 Thiết kế điều khiển hệ thống bơm nước với nhiều máy bơm

 Thiết kế đo mức liên tục và đo cả áp suất

 Cải tiến giao diện người máy HMI

Do thời gian và năng lực bản thân còn hạn chế nên kết quả của chúng em chắc chắn còn nhiều thiếu sót,chúng em rất mong được sự chỉ dạy và đóng góp ý kiến của thầy

cô và các bạn

13

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày…tháng…năm 2015

Sinh viên thực hiện

Phan Đăng Hùng

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả

[1] Bộ điều khiển LOGIC khả trình PLC và ứng dụng

[2] Bài giảng điều kiển LOGIC Trường đại học bách khoa Hà Nội

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Level_sensor

[4] s71200_easy_book_en-US_en-US

15