BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MƠN HỌC : TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT
HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BƠM NƯỚC TRONG NHÀ MÁY

Ngành:

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Giảng viên hướng dẫn: Lê Quang Đức

SINH VIÊN THỰC HIỆN:
Nguyễn Quang Tin

1811050089

18DTDA2

Nguyễn Trần Thanh Tú

1811050098

18DTDA2

Mai Văn Hiệp

1811050303

18DTDA2

1


1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1.
Tính cần thiết và ứng dụng của đề tài
Xuất phát từ tình trạng các nhà máy muốn bơm nước lên hồ chứa, mà phải qua trung
gian nhiều hồ khác nữa. Việc máy bơm có hoạt động hay khơng phụ thuộc rất nhiều
vào việc hồ dưới có nước hay khơng nếu khơng có nước máy bơm cứ chạy dẫn đến
cháy máy bơm; nếu như hồ trên đã đầy rồi mà máy cứ bơm dẫn tới tình trạng lãng phí
nước. Chính vì thế nên nhóm em quyết định khắc phục những vẫn đề đó bằng việc kết
hợp đo mức nước ở cả hai hồ rồi ra quyết định là có cho máy bơm hoặc động hay
khơng.
1.2.
-

Nhiệm vụ cần thự hiện
Giám sát mực nước của hồ nguồn
Giám sát mực nước của bồn chứa nước nhà máy
Bơm nước nước khi bồn chứa hết nước
Bơm manual để phù hợp với từng nhu cầu công việc

1.3.
Phạm vi giới hạn của đồ án
Các chức năng khơng có trong hệ thống
- Khơng báo lượng nước (theo đơn vị đo lường)
- Không hiện thị lượng nước (theo đơn vị đo lường)
- Không bơm tự động theo yêu cầu (bơm đầy hồ khi chế độ full)
- Không bơm ngược lại hồ nguồn
1.4.

Bố cục và thời gian thực hiện
Thực hiện đồ án trong 8 tuần của môn học

2


2. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1.
Tìm hiểu đề tài
Trên thế giới, việc sử dụng PLC để điều khiển mực nước đã được áp dụng từ lâu và
ngày càng phổ biến. còn ở Việt Nam, việc sử dụng PLC cũng đang phát triển và việc
áp dụng PLC để điều khiển mực nước trong các bồn chứa đang trở nên phổ biến hơn.
Với tính năng nổi trội, PLC cho phép điều khiển với độ chính xác cao, dễ dàng.
Hiện nay, đã có nhiều nhà máy cũng như cơng trình sử dụng như:

Mơ phỏng quy trình sử lý và lọc nước

Hệ thống giám sát trạm bơm

3


2.2.
2.3.

Kỹ thuật
Ứng dụng và sử dụng các chức năng điều khiển của PLC để điều khiển hệ thống.
Dùng các sensor để phát hiện mực nước và phát tín hiệu về PLC điều khiển
Đưa vào máy bơm có cơng xuất lớn để tiết kiệm thời gian bơm nước
Hệ thống đơn giản dễ sử dụng

Thị trường

Hệ thống bơm nước được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy xí nghiệp ngồi ra cịn
có các chung cư hoặc nhà cao tầng.
Nguồn nước là nguyên liệu rất quan trọng đặc biệt là các công việc như lương thực
thực phẩm, tản nhiệt máy móc cơ khí, …
Chính vì vậy họ mong muốn có 1 hệ thống giám sát cũng như quy trình bơm tự động
đơn giản nhưng hiệu quả để giải quyết các vấn đề.
2.4.

Xã hội và mơi trường

Thân thiện với mơi trường vì khơng thải ra khí thải gây ơ nhiễm khơng khí.
Quy trình lắp đặt đơn giản tiết kiệm được thời gian thi cơng cũng như chi phí.

4


3. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1.

Đề xuất phương pháp thực hiện
Đề tài hệ thống điều khiển và giám sát bơm nước tự động cho nhà máy nhằm vào
đối tượng các nhà máy, cơng trình vừa và nhỏ có sử dụng nguồn nước trong quy
trình sản xuất cụ thể là nhà máy chế biến lương thực thực phẩm tư nhân.
Nên hệ thống bơm được thiết kế với công xuất không quá lớn để tránh việc dư
công suất và chiếm không gian quá lớn trong nhà máy cũng như giảm chi phí đầu
tư mà vẫn đảm bảo được các chức năng cơ bản cần thiết của hệ thống.

3.2.

-

Lựa chọn phương pháp thiết kế

Lựa chọn các bồn chứa phù hợp với nhu cầu sử dụng của nhà máy.
Sử dụng thẳng nguồn nước của nhà máy nước của nhà nước không thông qua bồn
nguồn trung giảm giúp giảm khơng gian và chi phí.
Sử dụng các cảm biến ngắt để chống tràn và an toàn lao động
Thiết kế chế độ manual để bơm lượng nước phù hợp với cơng việc tại thời điểm đó
Nếu trong quy trình automatic hệ thống bơm một cách tự động khi cạn đề luôn dáp
ứng được lượng nước sử dụng.

5


3.3.

Xác định cấu hình, tính năng, thơng số kỹ thuật của sản phẩm

Nguyên lý hoạt động của sản phẩm
+ Khi nhấn START hệ thống được khởi động và báo đèn nguồn lúc này đang trong
trạng thái automatic nên khi cảm biến cạn phát hiện mực nước trong bồn hết thì máy
bơm tự động hoạt động để bơm nước vào bồn tiếp tục phục vụ sản xuất khi bồn đầy
thì dừng bơm.
+ Khi nhấn ON chuyển qua chế động manual ( thủ công ) máy bơm hoạt động đến lúc
nhấn OFF hoặc bồn đầy dùng để tùy chỉnh được lượng nước cần dùng trong quy trình
sản xuất.

6



-

Cấu hình sản phẩm :
Phần điều khiển:
+ PLC là bộ điều khiển logic nơi điều khiển mọi hoạt động của sản phẩm.

*
*
*
*
*
*
*
*
*

SỐ NGÕ VÀO SỐ: 8.
SỐ NGÕ RA SỐ: 8, TRANSISTOR(SINK).
NGUỒN CUNG CẤP: 240 VAC.
ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC.
CÔNG SUẤT: 30W.
TRỌNG LƯỢNG: 0.6KG
CÓ THỂ MỞ RỘNG 16 ĐẾN 128 NGÕ VÀO/RA.
TRUYỀN THƠNG RS232C, RS 485.
KÍCH CỠ (W X H X D): 130X90X86.

Sơ đồ chân:

+ Nút nhấn dùng điều khiển hay thay đổi trạng thái của sản phẩm.

7


+ Sensor là cảm biến nhận các trạng thái của bồn nước.

Hãng CARLO GAVAZZI
- Output: Transistor NPN/PNP
- Trạng thái hiện thị : LED-indication for output ON
- Power supply: DC types: 10 to 40 VDC
- Áp lưc: 10bar ở 60 độ
- Tần số hoạt động: 30Hz
- Cường độ cảm biến: 0-100Lux hoặc 0-50000Lux
- Cable: 2 mét 
- Nhiệt độ hoạt động: -20 đến +80 độ 
- Chất liệu: Nhựa Polysulphone
Ứng dụng.

8


- Đo mực nước trong bồn, bể...
- Kiểm soát mực nước khi kết nối với một số thiết bị khác.
- Tối ưu hóa hệ thống tự động hóa.
+ Contactor
là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt điện cho máy bơm.

+ Tiếp điểm: 1NO+1NC, 1NO, 1NC, 2NO+2NC
+ Dòng điện contactor LS: Từ 6a – 800a
+ Nhiệt độ thấp nhất: Từ -5 độ C – 40 độ C
+ Điện áp điều khiển: 380V

-

Phần động lực:
+ Máy bơm công suất lớn dùng trong công nghiệp dùng để bơm nước từ nguồn vào
bồn chứa của nhà máy.
Động cơ: MÁY BƠM CÔNG NGHIỆP 30KW CM80-200B
Là động cơ dùng để bơm nước cấp cho nhà máy

9


Thông số kỹ thuật
Thông tinMô tả
Model: CM 80 – 200B
Hãng sản xuất : PENTEX
Xuất xứ: Italy
Công suất :
40 HP – 30 kW
Lưu lượng :
84 – 225 m3/h
Cột áp: 51 – 38 mét
Điện áp sử dụng :
3 phase – 50Hz
Họng hút – họng xả: 100 – 80 (mm)
Bảo hành:
12 tháng
CO – CQ:
Có
Các thơng tin kỹ thuật khác:
Vật liệu thân bơm :

Gang
Vật liệu cánh bơm :
Gang
Kích thước (D x R x C) :
850 x 380 x 490 (mm)
Khối lượng :
23.3 kg
Nhiệt độ chất lỏng:
-10 – 90oC
Áp xuất làm việc max: 10bar
Lớp cách điện : Cấp F
Mức độ bảo vệ động cơ:
IP55

10


Bồn chứa nước (hãng Sơn Hà)

Mức chứa : 20.000 L (20m khối)
Chất liệu : Inox
Loại : Nằm ngang
Đường kính

2200mm

Dung tích

20000L


Chiều dài thân bồn

5000mm

Chiều dài cả bồn

5500mm

Chiều cao cả bồn

2450mm

Chiều rộng cả bồn

2300mm

Số người sử dụng phù hợp dùng trong công nghiệp sản xuất

11


4. Thiết kế thí nghiệm, mơ hình
4.1.
-

Thiết kế quy trình các bước tiến hành thiết kế điều khiển
Xác định nghiệm vụ thư
Lập sơ đồ khối chức năng
Viết grafcet và SFC
Lập code PLC

Chạy thử và sửa lỗi
Mô phỏng chức năng bằng lapview

4.2.

Xác lập các chức năng điều khiển và xây dựng sơ đồ khối chương trình điều khiển và
giám sát
Chức năng :
+ Automatic : Tự động bơm nước khi bồn nước cạn và tự động ngắt khi đầy.
+ Manual
: Điều kiển bằng thủ công để tùy chỉnh lượng nước cần dùng và cũng tự
ngắt khi bồn đầy.

-

-

Sơ đồ khối giám sát và điều khiển

Dừng máy bơm

Dừng máy bơm

OFF

12


4.3.


Chọn các thiết bị, lập bảng tính giá thành và ước lượng thời gian thi công
Các thiết bị để thiết kế tủ điện :

ST
T
1
2
3
4
5
6
7

Thiết bị

Giá thành

Công tắt
Đèn báo
CB điện 2 pha
CB điện 3 pha
Plc Mitsubishi fx3u
Relay nhiệt
Vỏ tủ điện

30k/1cái
5k/1cái
100k/1cái
400k/1c
3.500k/1cái

400k/1cái
500k/1cái

Các thiết bị động lực :

ST
T
1
2
3
4

Thiết bị

Giá thành

Máy bơm 30kW CM80-200B
Bồn chứa 20.000L
Ống dẫn nước
Sensor mực nước

100tr/1máy
75tr/1cái
5tr/6m
10tr/1cái

Và các chi phí khác như : chi phí xây dựng, chi phí nhân cơng, ….
Ước lượng thời gian thi công : 4 tháng

13



4.4.

Các thiết kế cơ khí

Cad máy bơm nước

14


5. Thi cơng thí nghiệm, mơ hình (mơ phỏng)
5.1.

Mạch điều khiển

15


5.2.

Mạch động lực

16


5.3.

Viết GRAFCET


17


5.4.

SFC

5.5.

Mô phỏng trên Labview

Mô phỏng tổng quát

18


Mô phỏng chức năng automatic khi nước cạn bơm tự hoạt động

Mơ phỏng chức năng manual khi nhấn on thì bơm hoạt động
19


6. Tổng kết đánh giá
6.1. Ưu điểm
- Tự động bơm nước khi hết nước cung cấp kịp thời lượng nước dùng trong sản
xuất.
- Có chức năng manual có thể bơm lượng nước phù hợp với nhu cầu của nhà
máy.
- Hệ thống đơn giản giúp giảm chi phí xây dựng, lắp đặt cũng như nhân công.
- Thay thế sức lao động, giám sát thường xuyên của con người.

6.2. Nhược điểm
- Chưa có thiết bị do lượng nước trong bồn.
- Hệ thống đơn giản hóa nên nhiều chức năng hẹn giờ, bơm theo mức, … chưa
có.
- Cịn phụ thuộc vào nguồn nước từ nhà máy lọc.
- Có cảm biến chất lỏng giúp tự ngắt khi nước đầy và bơm khi hết nước.
- Có chức năng bảo vệ khi bồn nguồn hay nguồn nước hết.
6.3. Xét các khía cạnh
- Hệ thống đơn giản phù hợp với các nhà máy xí nghiệp vừa và nhỏ.
- Khơng gây ra khói hay chất thải khơng gây ô nhiễm môi trường.
6.4. Hướng phát triển
- Thêm các chức năng về đặt thời gian, đặt lượng nước hay mực nước cần bơm.
- Thiết kế cơ khí giúp nâng cao độ bền.
- Lập ra quy trình lắp đặt chặc chẽ giảm thời gian cũng như nhân công thi công.

20