Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

Bộ công thương
Trường đại học công nghiệp Hà Nội

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN
CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Báo cáo đề tài số 9 :
“Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm tưới tiêu ”

Lớp

: Điện 4 – K7

Nhóm thực hiện đề tài : Nhóm 9
Các thành viên trong nhóm :
1 . Phạm Công Dương
2 . Ngô Thế Dương

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Đăng Toàn

Điện 4 – K7 – Nhóm 9

1



2


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến
của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc
điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất
cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao
hơn. Việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được
phát triển rộng rãi cả về quy mô lẫn chất lượng. Trong đó ngành tự động hóa
chiếm một vai trò rất quan trọng không những làm giảm nhẹ sức lao động cho
con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng xuất lao động, cải
thiện chất lượng sản phẩm, chính vì thế tự động hóa ngày càng khẳng định được
vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ
biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt
Nam nói riêng. Chiếm một vị trí khá quan trọng trong ngành tự động hóa đó là
kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình viết tắt là PLC. Nó đã và đang phát triển
mạnh mẽ và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc
dân. Không những thay thế cho kỹ thuật điều khiển bằng cơ cấu cam hoặc kỹ
thuật rơle trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác nữa. Bên cạnh
đó việc sử dụng Biến Tần đem lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích
Xuất phát từ thực tế trên trong quá trình học tập tại trường em đã được giao đề
tài “ xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm tưới tiêu”
Đồ án bao gồm những nội dung sau:


Hình 1.1 Sơ đồ bố trí các hệ thống các công trình trạm bơm
Công trình cửa lấy nước 1 lấy nước từ nguồn (lấy từ song hồ kênh dẫn …).
Công trình dẫn nước 2 có nhiệm vụ đưa nước từ cửa lấy nước về bể tập trung
nước trước nhà máy bơm. Công trình dẫn nước có thể là kênh dẫn, đường ống
dẫn. Trên công trình có thể có bể lắng cát. Công trình 3 là kênh đãn nước vào bể
tập trung nước. Bể tập trung nước 4 nằm trước nhà máy bơm, nó có nhiệm vụ
nối tiếp đường dẫn với công trình nhận nước (bể hút)
Của nhà máy sao cho thuận dòng. Công trình nhận nước 9 (bể hút) lấy nước từ
bể tập trung và cung cấp nước cho ống hút hoặc ống tự chảy vào máy bơm.
Nhà máy bơm 5, đây là nơi đặt các tổ máy bơm và các thiết bị phụ cơ điện.
Đường ống áp lực (ống đẩy) 6, đưa nước từ máy bơm lên công trình tháo 7.
Công trình tháo 7 (bể tháo) nhận nước từ ống đẩy, làm ổn định mực nước phân
phối nước cho kênh dẫn 8 hoặc các công trình nhận nước.
Điện 4 – K7 – Nhóm 9

4


Đồ án chuyên môn tự động hóa
1.1.3

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

Cấu trúc trạm bơm

Các thiết bị chính trong trạm bơm gồm có : các thiết bị cơ khí thủy lực chính và
các thiết bị về năng lượng chính:
Các thiết bị cơ khí thủy lực chính của trạm bơm đảm bảo cung cấp đủ nước
(hoặc tiêu nước) tương ứng với biểu đồ lưu lượng yêu cầu. Thành phần của thiết


Tất nhiên chọn được một máy bơm đồng thời thỏa mãn các yêu cầu nêu trên
thường là khó, bởi vậy trong mỗi trường hợp cụ thể cần dựa vào những yêu
cầu quan trọng nhất cho hiệu quả tốt nhất về kinh tế - kỹ thuật cho xây dựng
và vận hành trạm
1.1.4

Trang bị điện trong trạm bơm

Trong trạm bơm, ngoài những thiết bị động lực chính trực tiếp làm nhiệm vụ
bơm nước mà chúng ta đã biết, còn có những thiết bị phụ.
Nhóm thiết bị phụ gồm có: các trang thiết bị cơ khí, hệ thống cấp nước kỹ thuật,
hệ thống tiêu nước, hệ thống cấp dầu, hệ thống cấp khí nén, thiết bị tạo chân
không, hệ thống cứu hỏa, hệ thống cấp nước uống và sản xuất, hệ thống thông
gió, các thiết bị kiểm tra - đo lường ... Các thiết bị này có nhiệm vụ đảm bảo
cho trạm bơm làm việc bình thường, tránh sự cố, kiểm tra bảo vệ công trình và
thiết bị làm việc tránh quá tải ..vv..

Điện 4 – K7 – Nhóm 9

6


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

Các thiết bị phụ cần thỏa mãn những yêu cầu sau:
- Bảo đảm vận hành tiện lợi và an toàn, giá thành rẻ;
- Khi tiến hành sữa chữa công trình và các tổ máy chính cũng như các cụm

Hình 1.3: Đặc tính làm việc song song của hai máy bơm giống nhau
Ta xét hai máy bơm cùng đặc tính Q –H làm việc song song trên 1 đường ống.khi
đó cột áp tổng cộng Htc của hệ thống bằng cột áp của từng bơm:
Htc=H1=H2=H3=....= Hn
Lưu lượng tổng cộng bằng tổng lưu lượng của các bơm cung làm việc:
Điện 4 – K7 – Nhóm 9

8


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

Qtc=Q1+Q2+...+Qn
Do đó khi xây dựng đường đặc tính tổng cộng chỉ cần nhân đôi hoành độ (lưu
lượng) còn tung độ (cột áp) thì giữ nguyên.
Trên đồ thị để tìm điểm C trên đường đặc tính tổng cộng
Q-H(1+2) thì lấy ac=2ab,tương tự ta tìm được đường đặc tính tổng cộng Q-H(1,2)
Giao điểm giữa 2 đường đặc tính đường ống DE và đường đặc tính tổng cộng QH(1=2) là điểm làm việc của 2 bơm ghép song song,hoành độ cho lưu lượng tổng
cộng Q(1=2) còn tung độ cho cột áp tổng cộng H(1=2).Từ điểm số 2 kẻ đường
song song với trục hoành,đường này cắt đường đặc tính của máy bơm Q-H1,2 tại
điểm số 1 cho lưu lượng Q1,cột áp H1 của từng bơm khi làm 2 việc song song
trong hệ thống
Từ đồ thị ta thấy: H(1=2)=H1=H2
Q1=Q2=Q(1=2)/2
Từ điểm 1 kẻ đường song song với trục tung được điểm 3&4 cho công suất và hiệu
suất của từng bơm khi làm việc song song trong hệ thống.
Giao điểm 5 của đường đặc tính từng bơm Q-H1,2với đường ống xác định điểm
làm việc của từng bơm trong hệ thống cho lưu lượng Q2,cột áp H.

như trường hợp 2 bơm làm việc song song.
Từ đường đặc tính ta thấy rằng khi số bơm làm việc song song càng nhiều thì sự
giảm lưu lượng của mỗi bơm so với trường hợp làm việc riêng rẽ càng lớn
Các bơm làm việc song song có lợi khi đường đặc tính của bơm và đường ống là
thoải.
Khi đường đặc tính đường ống đặc biệt là đường đặc tính máy bơm dốc thì hiệu
quả làm việc song song như vậy là thấp.Trong trường hợp này thì sự thay đổi cột
áp ảnh hưởng đến sự thay đổi lưu lượng ít hơn trường hợp bơm có đường đặc tính
thoải.
Điện 4 – K7 – Nhóm 9

10


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

1.2.3. Bốn bơm cùng đặc tính làm việc song song
Từ đường đặc tính ta thấy khi số lượng bơm làm việc song song tăng lên thì lưu
lượng giảm dần theo sự tăng số máy bơm.Khi mở thêm bơm thứ 4 thì sự tăng lưu
lượng của hệ thống không đáng kể so với trường hợp 2 hoặc 3 bơm cùng làm việc.
Như vậy khi ghép song song nhiều bơm thì hiệu quả kinh tế sẽ thấp.
1.2.4. Sự làm việc song song của các bơm khác đặc tính

Hình 1.5: Đặc tính làm việc song song của 2 bơm khác nhau
Trong một số điều kiện xác định thì các bơm có đặc tính khác nhau cũng có thể
làm việc song song với nhau.
Trên đồ thị ta thấy bơm 2 tạo ra cột áp thấp hơn bơm 1
Vì 2 bơm chỉ làm việc song song khi chúng có cột áp như nhau nên từ điểm C bơm


12


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

Chương 2 : Thiết kế hệ thống trạm bơm, tính chọn thiết bị
2.1 Xây dựng phương án làm việc.
2.1.1 Thuyết minh nguyên lí làm việc của hệ thống

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển bơm tưới tiêu
Chế độ tưới:
Chế độ 1: Ấn Mode 1, thực hiện chế độ bơm dài hạn, cả 4 tổ máy bơm cùng hoạt
động bơm nước từ sông vào kênh dẫn. Khi cảm biến báo đầy trên kênh dẫn, tổ bơm
tự động ngắt, khi mức nước trên kênh dẫn xuống mức cạn thì máy bơm lại tiếp tục
chạy, duy trì cho kênh dẫn luôn có nước chảy vào cánh đồng. Không giới hạn số
lần đầy kênh và cạn kênh. Khi nào muốn dừng ta ấn nút STOP trên bảng điều
khiển.

Điện 4 – K7 – Nhóm 9

13


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn



Hình 2.2 Cảm biến siêu âm
● Thông số kỹ thuật:
-

Tần số siêu âm: (70 kHz)

-

Dải đo: 0,6÷15m

-

Sai số: ± 1 cm (18 ~ 30°C, 860÷1060 hPa)

-

Nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 80°C

-

Nguồn điện: 20÷36 Vdc

-

Đầu ra: 4÷20 mA

2.2.2 Động cơ máy bơm

Hình 2.3 Động cơ máy bơm


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

Hình 2.5 Công tắc tơ
Đặc điểm contactor Ls
- Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt kèm theo vỏ kim loại và phị kim loại khép kín
là giải pháp hiệu quả cho khách hàng.
- Chỉ có 3 khung kích thước cho dải lên tới 95A, giúp nhà sản xuất dễ dàng làm tủ
điện
2.2.5. PLC

Điện 4 – K7 – Nhóm 9

17


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

Hình 2.6 PLC S7-200
-PLC S7-200 là một loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens. Cấu trúc S7-200 gồm
1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau.S7-200 gồm
nhiều loại: CPU 221, 222, 224, 226….có nhiều nhất 7 module mở rộng khi có
nhu cầu: tổng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng ( AS-I, Profibus ).
Sử dụng trong bài làm là PLC S7-200 CPU 224

2.3 Sơ đồ đấu dây

2.3.2. Sơ đồ mạch điều khiển
a, Bảng địa chỉ
Đầu vào

Địa chỉ

START

I0.0

Khởi động hệ thống

STOP_

I0.1

Dừng hệ thống

S1

I0.2

Cảm biến mức báo mức nước sông lên cao

S2

I0.3

Cảm biến mức báo mức nước kênh cạn



Mode 3

I0.7

Đầu ra

Địa chỉ

K1

Q1.0

Cấp điện cho đèn báo hệ thống hoạt động

K2

Q0.0

Cấp điện cho máy bơm Pump1

K3

Q0.1

Cấp điện cho máy bơm Pump2

K4

Q0.2


Q0.0
Q0.1

Q0.2
Q0.3

M
L
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
Điện 4 – K7 – Nhóm 9

21


Đồ án chuyên môn tự động hóa

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

̰

Q1.0
K1

23


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Điện 4 – K7 – Nhóm 9

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

24


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Điện 4 – K7 – Nhóm 9

GVHD : TH.S Nguyễn Đăng Toàn

25