ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Đề tài: THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BƠM

vi LỜI MỞ ĐẦU Thuật ngữ PLC đã trở nên khá quen thuộc với những người trong chuyên ngành điện, trong các hệ thống điều khiển, vận hành, …Nó là một bộ điều khiển chuyên dụng được thiết k

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Đề tài:

THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BƠM

GVHD: NGUYỄN VIỆT KHOA SVTH: 1) Nguyễn Hữu Hoàng – MSSV 2116150016 2) Hồ Xíp Rim – MSSV 2116150045 3) Nguyễn Hoài Tâm – MSSV 2116150048

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2019

vi

LỜI MỞ ĐẦU

Thuật ngữ PLC đã trở nên khá quen thuộc với những người trong chuyên ngành điện, trong các hệ thống điều khiển, vận hành, …Nó là một bộ điều khiển chuyên dụng được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao, dễ lập trình và chẩn đoán lỗi phức tạp PLC ngày càng đa dạng về chủng loại, công dụng giúp cho người dùng có thể dễ dàng sử dụng và chọn lựa, được xem là một lựa chọn tốt nhất cho các hệ thống điều khiển nhỏ, gọn, tiết kiệm về chi phí cho người dùng

Hơn nữa, hầu như đối với tất cả các lĩnh vực không chỉ riêng trong công nghiệp, công ty, nhà máy, xí nghiệp…mà cả hộ gia đình các thiết bị điều dùng tới điện, chính vì vậy cần phải có một hệ thống điện đảm bảo an toàn nhất cho người dùng như các thiết bị đóng cắt và bảo vệ thì tủ điện hay bảng điện là lựa chọn nhất cho người sử dụng Nó là nơi đấu nối, phân phối điện, đảm bảo cách ly những thiết bị mạng điện với người sử dụng điện trong quá trình vận hành và bảo trì điện

Và xuất phát từ những sự phát triển đó nhóm em đã nghiên cứu và chọn đề

tài:“Thiết kế tủ điều khiển hệ thống bơm”

Đề tài này giúp chúng em hiểu rõ hơn về PLC, về những ứng dụng của PLC và tầm quan trọng của nó, về cách điều khiển – lập trình, cách vận hành và thiết kế một tủ điện đảm bảo các tiêu chí an toàn khi sử dụng Đặc biệt là những kinh nghiệm trong quá trình lắp mạch thực tế, trong quá trình thực hiện song do thời gian và kiến thức có hạn, nên đề tài còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để có thể năng cao chất lượng của đề tài

Em xin chân thành cảm ơn!

để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Trang iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nhận xét chung:

Đánh giá: (Được phép bảo vệ hay không được phép bảo vệ)

Tp.HCM, ngày … tháng năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Việt Khoa

Trang v

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài: THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM SỬ DỤNG PLC

Ngày giao đề tài: 01/03/2019: Tuần thứ: 3

Ngày hoàn thành đề tài: 10/06/2019: Tuần thứ: 18

Sinh viên thực hiện:

Họ tên sinh viên 1: NGUYỄN HỮU HOÀNG MSSV:2116150016

Họ tên sinh viên 2: : HỒ XÍP RIM MSSV:2116150045

Họ tên sinh viên 3: NGUYỄN HOÀI TÂM MSSV:2116150048

- Mua thiết bị còn thiếu trong đồ án

- Thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ mạch điều khiển Tuần 7

- Viết báo cáo đồ án

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ và tên)

Nguyễn Việt khoa

Trang vi

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài: “Thiết kế tủ điều khiển hệ thống bơm” là một sản phẩm

mà nhóm em đã nỗ lực nghiên cứu và học tập ở trường Đề tài là do chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu tham khảo, thầy cô, bạn bè Trong quá trình viết báo cáo có

sự tham khảo một số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, dưới sự góp ý và hướng dẫn của thầy Nguyễn Việt Khoa, Khoa Điện – Điện tử trường Cao đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh Nếu không đúng với những gì nêu trên chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Trang vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Tủ điện 7

Hình 2.2 PLC S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC 3

Hình 2 3 Bộ nguồn DC-24V 8

Hình 2 4 Đèn 220VAC 4

Hình 2 5 Nút nhấn-25mm 4

Hình 2 6 Relay kiếng 5

Hình 2.7 Contactor 5

Hình 2.8 Nút dừng khẩn Amergency 5

Trang viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3 1 Các thiết bị sử dụng trong đồ án 14 Bảng 4 1 Kết quả thực nghiệm

Err or! Bookmark not defined

No table of figures entries found.

Trang viii

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU i

LỜI CẢM ƠN ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC v

LỜI CAM ĐOAN vi

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

MỤC LỤC i Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG i

1.1 Lý do chọn đề tài Error! Bookmark not defined. 1.2 Mục tiêu của đề tài Error! Bookmark not defined. 1.3 Phương pháp thực hiện đề tài Error! Bookmark not defined. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

2.1 Tủ điện 7

2.2 PLC S7-1200 8

2.3 Bộ nguồn DC24V 9

2.4 Đèn 220V 10

2.5 Nút nhấn-25mm 10

2.6 Relay kiếng 11

2.7 Contactor 11

2.8.Nút dừng khẩn Amergency 12

2.9.Phần mềm Tia portal 12

2.10.Phần mềm WinCC 12

Chương 3 TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỒ ÁN 14

3.1 Các thiết bị sử dụng trong đồ án 14

3.2 Mô hình đồ án Error! Bookmark not defined. 3.3 Sơ đồ đấu dây 15

3.4.Sơ đồ kết nối PLC 15

3.5.Sơ đồ cấp nguồn 16

3.6 Mạch động lực 16

3.7.Tín hiệu vào ra của hệ thống 17 3.8 Chương trình điều khiển PLC 17Chương 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 244.1 Kết quả thực nghiệm Error! Bookmark not defined.

4.1.1 Trường hợp không có lỗi: Error! Bookmark not defined.

4.1.2 Trường hợp có lỗi: Error! Bookmark not defined 4.1.3.Trường hợp khẩn cấp: Error! Bookmark not defined.

4.2.Mô hình tủ hoàn thiện 24Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 255.1 Kết luận 25 5.1.1 Kết quả đạt được Error! Bookmark not defined.

5.1.2 Hạn chế của đề tài Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG

1.1.Giới thiệu

Qua hàng thế kỉ, điện năng đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất trong sử dụng hàng ngày và công nghiệp Bên cạnh tầm quan trọng của mình, điện năng cũng tiềm tàng những rủi ro gây thương vong và chắc chắn là một trong những lý do hàng đầu của những vụ cháy thảm khốc Sự cố gây ra bởi điện thường nguy hiểm và khó dự đoán, khi

mà điện năng được sử dụng cho hầu hết các loại thiết bị Thông thường, điện năng có thể tác động trực tiếp tới 3 kiểu thiết bị như: - Thiết bị dùng điện: máy móc sử dụng điện như nguồn năng lượng chính - Thiết bị sinh điện: máy biến áp, máy phát điện - Trang thiết

bị điện: cáp, tủ điện, cầu dao, phích cắm Dựa vào cơ sở dữ liệu của chúng tôi, hầu hết các vụ cháy nghiêm trọng tại Việt Nam đều liên quan tới yếu tố điện, nguyên nhân thường do bảo trì kém hoặc quá tải và việc vệ sinh các thiết bị sinh điện và trang thiết bị điện Vì vậy tủ điện được chế tạo nhằm mục đích có thể dễ dàng kiểm soát cũng như dễ dàng trong coi hệ thống điện, cũng như tiện lợi và đẹp mắt hơn

Vì vậy nhóm chúng em muốn thiết kế một tủ điện để sau khi chúng em ra trường với một

am hiểu về cách thiết kế và thi công tủ điện chúng em có thể mở cửa hàng kinh doanh tủ điện hoặc là thiết kế tủ điện cho các nhà máy

- Cảm biến áp suất giả lập dưới dạng biến trở

- Các động cơ được giả lập là 3 contactor

- Relay nhiệt được giả lập là 3 công tắc switch nằm ngoài panel mặt tủ

ĐỒ

1.Yêu cầu lập trình

1.1Trường hợp không có lỗi:

1 Nhấn START, đèn RUN-L sáng, hệ thống bơm hoạt động, đèn STOP-L tắt,

chạy cả 3 Bơm theo trình tự 1>2>3, mỗi lần chạy cách nhau 10s

2 Nếu 1bar ≤ P < 3bar thì chạy cả 3 Bơm

3 Nếu 3bar ≤ P < 5bar thì chạy Bơm 1 và Bơm 2

4 Nếu 5bar ≤ P < 7bar thì chạy Bơm 1

5 Nếu 7bar ≤ P < 9bar thì dừng cả 3 bơm

6 Nhấn STOP để quay lại trạng thái ban đầu

1.2.Trường hợp có lỗi:

Trường hợp 1 trong 3 rờ le nhiệt tác động thì dừng Bơm tương ứng, đèn ERR-L và RUN-L sáng, đồng thời: -Nếu 1bar ≤ P < 5bar thì 2 bơm còn lại chạy

1 -Nếu 5bar ≤ P < 7bar thì chạy 1 trong 2 bơm còn lại-Nếu 5bar ≤ P < 7bar thì chạy

1 trong 2 bơm còn lại

-Nếu 7bar ≤ P < 9bar thì dừng cả 3 bơm

LẮP TỦ

ĐIỆN

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH

2

Trường hợp 2 trong 3 rờ le nhiệt tác động thì dừng Bơm tương ứng, đèn ERR-L và RUN-L sáng, đồng thời: -Nếu 1bar ≤ P < 7bar thì 1 bơm còn lại chạy

Nếu 7bar ≤ P < 9bar thì dừng cả 3 bơm, RUN-L sáng

Trường hợp 3 rờ le nhiệt tác động thì dừng tất cả Bơm, đèn ERR-L sáng, đèn RUN-L tắt

3

Trường hợp P < 1bar hoặc P ≥ 9bar thì cả 3 bơm dừng hết, đèn

ERR-L sáng, đèn RUN-L tắt

4

Khi hệ thống bị lỗi, phải nhấn RESET để xác nhận khắc phục xong và xoá lỗi, kể

cả khi mất điện lúc hệ thống đang báo lỗi (phải nhớ trạng thái lỗi khi mất điện)

Sau khi nhấn RESET, hệ thống trở lại trạng thái ban đầu

Khi hệ thống đang ở trạng thái ban đầu, nếu có bất kỳ lỗi nào xảy ra thì đèn

1.4.Lưu đồ thuật giải

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tủ điện

Hình 2 1 Tủ điện

-K hái niệm:

- Tủ điện là nơi chứa đựng các thiết bị điện và bảng thiết bị điện như: Công tắc, cầu giao, biến thế, biến áp, … ở các công trình, nhà cửa, nhà máy…

Chức năng của tủ điện:

Tủ điện là một bộ phận không thể thiếu trong bất kỳ một công trình công nghiệp hay dân dụng nào, từ nhà máy điện đến các trạm biến áp, hệ thống truyền trải phân phối đến các

hộ tiêu dùng điện Nó được dùng làm nơi để lắp đặt và bảo vệ cho các thiết bị đóng cắt điện và thiết bị điều khiển, và là nơi đấu nối, phân phối điện cho công trình, đảm bảo cách ly những thiết bị mang điện với người sử dụng điện trong quá trình vận hành

Tủ điện có thể được làm từ tấm kim loại hoặc composit với kích thước và độ dày khác nhau tùy theo mục đích sử dụng Trong các ứng dụng thông thường, tủ điện thường được sơn tĩnh điện trơn hoặc sần với các màu sắc khác nhau tùy theo lĩnh vực sử dụng hoặc yêu cầu của thiết kế

-Các thiết bị thường dùng trong tủ điện: PLC, Contactor, Relay, cảm biến, CB, biến

tần,đèn báo, nút nhấn,

1200 của Siemens có một giao diện truyền thông đáp ứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh và toàn diện

- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau

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

- Bổ sung 4 cổng Ethernet

- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC

- Board tín hiệu của PLC S7-1200:

1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (+- 10VDC, 0-20mA)

2 cổng tín hiệu vào + 2 cổng tín hiệu ra số, 0.5A

- PLC dùng trong đồ án :PLC S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC dung để lưu

chương trình điều khiển và xuất tín hiệu để điều khiển toàn bộ tủ điện

2.3 Bộ nguồn DC24V

Hình 2 3 Bộ nguồn 24VDC

-Chức năng:Bộ nguồn được ứng dụng trong tất cả hệ thống tự động, công nghiệp, tòa

nhà, cấp nguồn điều khiển cho, PLC, relay, các thiết bị có nguồn nuôi là DC 24V , với kích thước nhỏ gọn, lắp đặt Din-rail, tiện lợi trong các thao tác lắp đặt thích hợp lắp trong

các tử điện, tử điều khiển

Bộ nguồn họat động ổn định, với hiệu suất và tuổi thọ cao, sản xuất và thiết kế đẹp, tinh sảo theo tiêu chuẩn Châu Âu

Với hai ngõ ra 24VDC, trang bị chức năng bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, có led hiển thị cho ngõ ra DC Báo thấp áp DC khi quá tải

Bộ nguồn 24VDC có thể sử dụng nguồn cấp có phạm vi rộng bao gồm điện áp AC và

DC

Bộ nguồn có công tắc chuyển chọn điện áp đầu vào 115VAC và 220VAC

-Thông số kỹ thuật:

Nguồn cấp: 90~264VAC hoặc 210~375VDC

Ngõ ra DC: 24VDC, có biến trở điều chỉnh ngõ ra

- Thông số kỹ thuật Đèn báo pha:

- Điện áp: 220VAC, 220VDC, nguồn cấp 24VDC, 24VAC, 110VDC, 110VAC (12VAC, bộ nguồn 12VDC, 48VDC, 48VAC, 6VAC/DC đặt hàng)

- Dòng tiêu thụ: Nhỏ hơn 18mA

- Tuổi thọ: Trên 100.000 giờ sáng liên tục

- Nhiệt độ hoạt động: -25~70 độ C

- Tiêu chuẩn kín nước: IP65 chống nước và chống bụi

2.5 Nút nhấn-25mm

Hình 2 5 Nút nhấn-25mm

-Khái niệm:Là loại nút nhấn duy trì trạng thái và đảo trạng thái sau mỗi lần bị tác động,

loại nút này rất tiện lợi trong đóng mở các thiết bị mà không cần phải qua các hệ thống mạch tự giữ, giúp tiết kiệm dây dẫn trong các mạch điều khiển, đóng cắt nhanh các thiết

bị, tiết kiệm diện tích mặt tủ điện vì chỉ cần một nút nhấn hai công dụng

- Chức năng:Dùng để đóng ngắt nguồn cho mạch điện

-Đường kính: 25mm

-Màu: đỏ + xanh

2.6 Relay kiếng

Hình 2 6 Relay kiếng

-Khái niệm:Relay kiếng thường được sử dụng chịu tải trung gian cho các cảm biến, làm

các mạch tự giữ, on/off, với thiết kế có nhiều tiếp điểm nhờ đó mà ta có thể chỉ cần sử dụng một tín hiệu có thể điều khiển được nhiểu thiết bị cùng một lúc, thiết kế luôn có nút test cơ để kiểm tra tiếp điểm hoặc để thay đổi trạng thái của relay mà không cấp nguồn vào, với màu xanh cho điện áp DC, màu đỏ cho điện áp AC Rất tiện lợi cho việc kiểm tra, bảo trì, bảo dưỡng Tích hợp đèn led báo trạng thái cấp nguồn để biết rơ le đang hoạt động

-Chức năng:Là công tắt đóng ngắt nguồn bằng điện khi nhận được tín hiệu từ PLC

-khái niệm:Công tắc tơ là khí cụ điện để đóng, ngắt thường xuyên các mạch điện động

lực, từ xa, bằng tay (thông qua nút bấm) hoặc tự động Việc đóng cắt công tắc tơ có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hoặc khí nén Thông thường sẽ sử dụng nam châm điện để đóng cắt công tắc tơ

-Cấu tạo của công tắc tơ:Bao gồm các bộ phận chính như trên hình 4: Cuộn cảm, nam

châm điện, lò xo, lõi thép và các tiếp điểm

-Chức năng: Đóng ngắt mạch điện từ xa, vận hành và bảo vệ động cơ, thiết bị

Thông thường tiếp điểm sử dụng là tiếp điểm thường đóng, có nghĩa là lúc nào điện cũng qua tiếp điểm để cho máy hoạt động Khi được tác động thì sẽ ngắt điện ra

Gồm ba bộ phận rời ghép lại với nhau, đầu nút được thiết kế phi 25 mm Ngoài ra đầu nút

được thiết kế kín nước đạt tiêu chuẩn IP65, đủ để sử dụng trong môi trường có nước thường xuyên rơi vào.Cụm tiếp điểm được trang bị hai tiếp điểm thường đóng và thường

mở, ngoài ra ta cũng có thể chọn 2 NO, 2 NC, 1NO, 1NC Sử dụng điện áp lên đến

500VAC.Nhiệt độ hoạt động -20-70 độ C, tiếp điểm bằng đồng

-Chức năng:Ngắt nguồn điện khẩn cấp trong trường hợp có lỗi xảy ra

2.9.Phần mềm Tia portal

-TIA Portal:cái tên rất quen thuộc trong lĩnh vực tự động hóa Đúng như tên gọi TIA

Portal: Total Intergrated Automation Portal, là phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm cấu hình, lập trình cho các hệ tự động hóa và truyền động điện: PLC, HMI, Inverter của Siemens

- Ưu điểm: tích hợp tất cả trong 1 phần mềm, 1 giao diện, tạo ra sự nhất quán trong việc

cấu hình hệ thống

- Nhược điểm: dung lượng phần mềm lớn, yêu cầu cấu hình máy tính cao, ban đầu khó

làm quen đối với người mới học

2.10.Phần mềm WinCC

-Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ

liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc

chuyên ngành tự động hóa

-WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT hay Windows

2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển

-Các mô đun của WinCC:

Tùy theo chức năng sử dụng mà người dùng có thể chọn các gói khác nhau của WinCC như là một trong các lựa chọn của sản phẩm Các gói cơ bản của WinCC chia làm hai loại như sau:

-WinCC Runtime Package (Viết tắt là RT): chứa các chức năng ứng dụng dùng để chạy các ứng dụng của WinCC như hiển thị, điều khiển, thông báo các trạng thái, các giá trị điều khiển và làm các báo cáo

-WinCC Complete Package (Viết tắt là RC): bao gồm bản quyền để xây dựng cấu hình hệ thống (configuration licence) và bản quyền để chạy ứng dụng (Runtime)