BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC CHO TÒA NHÀ CAO TẦNG

TP.Hồ Chí Minh-12/2017


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...........................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề................................................................................................................... 1
2. Mục tiêu đề tài............................................................................................................1
3. Nội dung đề tài............................................................................................................ 2
4. Giới hạn đề tài.............................................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài....................................................................2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...........................................................................4
1.1. Giới thiệu về đề tài...................................................................................................4
CHƯƠNG II: THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM................................................5
2.1. Thiết bị phần cứng...................................................................................................5
2.1.1. PLC S7-300.......................................................................................................5
2.1.2. Cấu trúc bên trong của PLC S7-300..................................................................6
2.1.3. Các thiết bị kết nối sử dụng...............................................................................7
2.2 Phần mềm sử dụng..................................................................................................12
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG...........................................................................14
3.1. Sơ đồ khối của hệ thống.........................................................................................14
3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.........................................................................14
3.3. Sơ đồ kết nối PLC..............................................................................................16
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................21
5.1. Kết quả đã đạt được:..............................................................................................21
5.2. Hướng phát triển:...................................................................................................21

KẾT LUẬN...................................................................................................................... 22
SVTH:

Trang 1


TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................23

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Quá trình công nghiệp hóa điện đại hóa đất nước ngày càng phát triển, song song
với đó là việc ứng dụng những khoa học tiến bộ nhất vào hoạt động sản xuất. Việc tự
động hóa trong lĩnh vực sản xuất đã được sử dụng rộng rãi qua đó thuật ngữ giám sát dần
được hình thành. Việc giám sát các hoạt động của hệ thống dần dần được thực hiện bởi
các phương tiện máy móc kỹ thuật mới, giảm bớt lại công việc của con người. Trong đó
giám sát mạng điện là một trong những yêu cầu cần đặt ra.
Vậy nên thay vì luôn phải có một người túc trực đóng cắt máy bơm để bơm nước
cho một tòa nhà, công trình. Chúng ta có thể ứng dụng PLC vào công việc này, vừa giúp
tiết kiệm thời gian, tiền bạc về lâu dài.
2. Mục tiêu đề tài
Tạo ra một công cụ giám sát, điều khiển hệ thống bơm nước tự động, dễ sử dụng
và đem lại hiệu quả cao.
3. Nội dung đề tài
Khi có yêu cầu vận hành, PLC sẽ kiểm tra mức nước của các bể chứa. Nếu bể
chứa có lượng nước thấp hơn mức của cảm biến dưới thì máy bơm nước sẽ bật và bơm
cho đến khi mức nước trong bể đạt đến mức của cảm biến trên thì máy bơm sẽ không
bơm. Các van đóng mở bằng tay phòng có trường hợp sảy ra sự cố cũng như làm giảm
giá thành của đề tài.
Vậy mỗi lầu của tòa nhà sẽ có 1 bể chứa nước riêng, người dùng không phải lo
lắng hết nước do mỗi khi nước gần hết thì máy bơm sẽ tự động bơm nước vào.


SVTH:

Trang 2


4. Giới hạn đề tài
Tạo ra được một công cụ giúp hỗ trợ người dùng, dễ dàng sử dụng, hiệu quả cao,
chi phí lắp đặt và vận hang hợp lý.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Áp dụng cho các tòa nhà, khu đông dân cư cần cung cấp nước liên tục.
Giúp cho việc vận hành hệ thống bơm nước được dễ dàng hơn.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

SVTH:

Trang 3


1.1. Giới thiệu về đề tài
Nền công nghiệp thế giới đang trên đà phát triển ngày càng cao, trong đó vấn đề
điều khiển tự động luôn là mối quan tâm hàng đầu trong các ứng dụng khoa học sản xuất.
Nó đòi hỏi sự chính xác, tính tiêu chuẩn và khả năng xử lý nhanh ở mức hoàn hảo, chỉ
như vậy mới đáp ứng được nhu cầu ngày càng gia tăng của xã hội.
Từ các hệ thống máy tính to lớn cồng kềnh và phức tạp, các nhà khoa học không
ngừng cải tiến và hoàn thành cả phần cứng lẫn phần mềm để đáp ứng các yêu cầu trong
công nghiệp với các sản phẩm gọn nhẹ, tiện dụng, độ linh hoạt cao, giá thành rẻ. Từ đó
bộ lập trình PLC được ra đời. Cùng với đó là các phần mềm điều khiển và giám sát hệ
thống tự động cũng được phát triển nhằm tăng tính tương tác giữa người dùng và hệ

thống tự động, giúp cho quá trình điều khiển được thực hiện dễ dàng.
Từ những yêu cầu cấp thiết về việc phát triển phần mềm điều khiển và giám sát hệ
thống mạng điện hạ thế bằng PLC và SCADA, đề tài sẽ nghiên cứu và phát triển các
phần mềm điều khiển cho các mô-đun PLC. Mục tiêu của đề tài đó là nghiêu cứu, phát
triển các phần mềm giám sát, điều khiển hiệu quả, đáp ứng nhu cầu làm việc và học tập
trong nhà trường.
Nhằm tạo ra một công cụ giúp người dùng dễ dàng giám sát, vận hành hệ thống
nước. Người dùng có thể vừa làm những việc khác nhưng vẫn vận hành tốt hệ thống bơm
nước tự động này.

CHƯƠNG II: THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM

SVTH:

Trang 4


2.1. Thiết bị phần cứng
2.1.1. PLC S7-300
- PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình.
- Thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới
- Kết cấu theo kiểu các module sắp xếp trên các thanh rack.
CPU S7-300
- Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng truyền
thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard.
- PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong CPU
như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…
- Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc
nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ
điều hành. Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ

DP. Ví dụ Module CPU 314C-2DP…
Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí , điều khiển quá trình với: 6 bộ đếm
tốc độ cao( high speed counter); 2 ngõ ra PTO 100KHz điều khiển tốc độ và vị trí động
cơ bước hay bộ lái servo(servo drive); ngõ ra điều rộng xung PWM điều khiển tốc độ
động cơ , vị trí valve hay điều khiển nhiệt độ...;16 bộ điều khiển PID với tính năng tự
động xác định thông số điều khiển ( auto – tune functionality).
Ứng dụng:
Ứng dụng trong sản xuất và dân dụng như:
- Điều khiển robot công nghiệp
- Hệ thống xử lý nước sạch
- Điều khiển trong các cẩu trục
- Điều khiển dây chuyền băng tải.
- Máy chế tạo công cụ
- Máy dệt may v.v...
2.1.2. Cấu trúc bên trong của PLC S7-300
SVTH:

Trang 5


2.1.3. Các module mở rộng
Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:
- Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A.
- Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự.
- Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại với nhau.
Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mở rộng
và các rack được nối với nhau bằng Module IM.
SVTH:

Trang 6



- Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng. Ví dụ module điều khiển
động cơ bước, module điều khiển PID
- Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ
PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.

2.1.4. Cảm biến đo mức nước RFLS-35

SVTH:

Trang 7


Hiện nay, các ứng dụng đo mức trong công nghiệp ngày càng đa dạng. Đòi hỏi các cảm
biến phải có độ chính xác cao, thời gian đáp ứng nhanh. Có nhiều cảm biến đo mức như:
siêu âm, radar, điện dung, thủy tĩnh, phao, cảm biến ON/OFF. Mỗi loại cảm biến có cách
hoạt động riêng phù hợp cho một ứng dụng nhất định.

Cảm biến đo mức ON OFF RFLS-35 là loại cảm biến báo đầy báo cạn. Như hình trên,
chúng ta thấy cảm biến được lắp tại 2 vị trí trên silo. Một con cảm biến có nhiệm vụ báo
đầy và con còn lại có nhiệm vụ báo cạn. Đây là loại cảm biến được sử dụng nhiều hiện
nay vì giá thành rẻ, dễ sử dụng.
Một vài thông số của cảm biến đo mức ON OFF RFLS-35 như:
 Nguồn cung cấp: 24 VDC
 Vật liệu housing: thép 316L
 Vật liệu điện cực: nhựa cao cấp chống bám dính
SVTH:

Trang 8



 Ngõ ra: xung NPN hoặc PNP
 Chuẩn bảo vệ: IP67, IP68
 Thời gian đáp ứng nhanh
 Dòng output max: 300mA
 Nhiệt độ hoạt động: -40....+85 độ C
 Ứng dụng: báo ON OFF nước, nước thải, hóa chất, xi măng, cát, đá, thức ăn
gia súc, bột....
 Xuất xứ: Dinel (CH SÉC)
Catalogue của cảm biến RFLS-35 :

SVTH:

Trang 9


SVTH:

Trang 10


SVTH:

Trang 11


SVTH:

Trang 12



SVTH:

Trang 13


SVTH:

Trang 14


SVTH:

Trang 15


2.1.5 Cảm biến đo lưu lượng nước YF-S201 :
Working voltage: 5V-24V
Maximum current: 15 mA(DC 5V)
Weight: 43 g
Flow rate range: 1~30 L/min
Operating temperature: 0°C~80°C
Liquid temperature <120°C
Operating humidity 35%~90%RH
Operating pressure: under 1.75Mpa
Store temperature: -25°C~+80°C
Store humidity: 25%~90%RH
Ký hiệu dây cảm biến:
- Black (Đen): GND

- Red (Đỏ): VCC supply
- Yellow (Vàng): Tín hiệu ra của hall sensor
Tần số tín hiệu đầu ra: F=7.5xQ ( L/Phút)
Catalogue cảm biến YF-S201:

SVTH:

Trang 16


SVTH:

Trang 17


SVTH:

Trang 18


2.1.6 Bể chứa nước :
Ta dùng 3 bể có dung tích 5000l cho hệ thống trên.

2.1.7. Máy bơm đẩy cao :

SVTH:

Trang 19



2.2 Phần mềm sử dụng
Phần mềm dùng để lập trình cho PLC S7-300 là WINCC. WinCC là một phần
mềm SCADA đuợc phát triển bởi Seimens . cho phép vận hành trên cơ sở giao diện đồ
họa các quá trình của hệ thống công nghiệp . Chương trình được thiết kế với những
module chức năng phù hợp với yêu cầu công nghiệp : ví dụ như các giao diện đồ họa ,
các message , các báo cáo . Thêm vào đó WinCC cũng cung cấp những giao diện mở điều
này mang đến cho người dùng những giải pháp mở trong một hệ thống phức tạp , Truy
nhập cơ sở dử liệu bởi giao diện chuẩn ODBC và SQL . Tích hợp những Object khác trên
nền tảng OLE2.0 và OLE custom Control.
Giao diện phần mềm WINCC và SIMATIC STEP 7

SVTH:

Trang 20


Giao diện phần mềm WINCC

Giao diện phần mềm SIMATIC STEP 7

SVTH:

Trang 21


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1. Sơ đồ khối của hệ thống

3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Dòng điện được đưa qua CT để về giá trị từ 5-10A sau đó được đưa qua bộ cách ly

tín hiệu dòng điện, điện áp được đưa trực tiếp vào bộ cách ly tín hiệu điện áp.
Khi tín hiệu dòng và áp được đưa qua bộ cách ly, ngõ ra tín hiệu của bộ cách ly là
4-20mA tương thích với tín hiệu ngõ vào của module analog.
Ban đầu cảm biến lượng nước được kiểm tra,nếu nước vừa ở mức dưới,cảm biến
đưa tín hiệu lên mức 1 bơm bắt đầu bơm nước vào bể. Nếu nước bắt đầu chạm mức cảm
biến trên, tín hiệu lên mức 1 thì bơm bắt đầu ngừng.
Nếu ngày chẵn thì bơm 1 bơm nước,ngắt bơm 2, ngược lại thì ngày lẻ bơm 2 bơm
và bơm 1 ngắt. Việc này giúp cho động cơ có thời gian nghỉ, giúp tăng tuổi thọ của máy.
Khi mở Van xả thì nước ở van chảy qua cảm biến YF-S201. Tín hiệu được đưa qua
bộ chuyển đổi và hiển thị số m3 nước mà mỗi block sử dụng.

SVTH:

Trang 22


Module analog nhận tín hiệu đưa vào plc s7-300, plc sẽ xử lý tín hiệu để:
 Hiển thị lên màn hình Computer/Wincc.
 So sánh giá trị thu được để đưa ra tác động thích hợp ở module digital cho
motorise và đèn báo.
3.3. Sơ đồ kết nối chi tiết hệ thống

Sơ đồ kết nối các cảm biến Analog vào module SM 232:

SVTH:

Trang 23


SVTH:


Trang 24