Nghiên cứu thiết kế mô hình tự động hóa điều khiển bể SBR trong hệ thống xử lý nước thải

u diễn bằng hộp là các bộ định thời (timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện. Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hòa hay là đường trở về nguồn cung cấp. Dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. 3.1.2 Khái niệm về phương pháp lập trình STL: STL là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. Để tạo ra một chương trình STL, người lập trình phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit của ngăn xếp logic của S7-200. Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau. Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit đầu tiên và bit thứ hai của ngăn xếp. Giá trị logic mới đều có thể được gửi (hoặc được nối thêm) vào ngăn xếp. Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp, thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit. Ngăn xếp và tên của từng bit trong ngăn xếp được biểu diễn ở hình sau: Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 49 S0 Stack 0 – bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp S1 Stack 1 – bit thứ hai của ngăn xếp S2 Stack 2 – bit thứ ba của ngăn xếp S3 Stack 3 – bit thứ tư của ngăn xếp S4 Stack 4 – bit thứ năm của ngăn xếp S5 Stack 5 – bit thứ sáu của ngăn xếp S6 Stack 6 – bit thứ bảy của ngăn xếp S7 Stack 7 – bit thứ tám của ngăn xếp S8 Stack 8 – bit thứ chín của ngăn xếp Hình 3.12 . Ngăn xếp logic của S7-200 3.2 Các nhóm lệnh lập trình cho S7-200 S7-200 có một khối lượng lệnh tương đối lớn thể hiện các thuật toán của đại số Boolean song chỉ có một vài kiểu lệnh khác nhau, được chia thành các nhóm lệnh. Do không có điều kiện để tìm hiểu, nghiên cứu và trình bày tất cả các lệnh của S7-200, nên tôi chỉ xin phép trình bày khái quát mang tính giới thiệu về chức năng của những nhóm lệnh cơ bản và sơ đẳng dùng cho việc lập trình, các lệnh được thể hiện bằng ngôn ngữ STL và không trình bày cú pháp thực hiện. Bảng 3.3. Một số nhóm lệnh cơ bản của PLC S7-200: Nhóm lệnh Chức năng Lệnh ở dạng STL Lệnh vào ra Nạp giá trị logic cho tiếp điểm, sao chép nội dung bit đầu tiên trong ngăn xếpvào bit được chỉ định LD, LDN, = … Lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm Đóng, ngắt các tiếp điểm gián đoạn đã được thiết kế S, R … Lệnh logic đại số Boolean Cho phép tạo lập các mạch logic (không nhớ) A, O, AN, ON … Lệnh Stack Logic Tổ hợp, sao chụp hoặc xóa các mệnh đề logic ALD, OLD, LPS, LRD, LPP Lệnh tiếp điểm đặc biệt Phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung, đảo lại trạng thái của dòng cung cấp NOT, EU, ED Lệnh so sánh So sánh các giá trị byte, từ, từ kép … LDB=, AW>=, OD … Lệnh nhảy và gọi chương trình con Cho phép thay đổi thứ tự thực hiện lệnh, trong đó, nơi điều khiển chuyển đến phải được đánh dấu trước bằng một nhãn chỉ đích JMP, CALL, LBL, SBR … Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 50 Lệnh can thiệp vào vòng quét Kết thúc chươg trình đang thực hiện và kéo dài thời gian của một vòng quét END, MEND, STOP, WDR, NOP … Lệnh điều khiển Timer Tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra, có thể có nhớ hoặc không TON, TOF, TONR Lệnh điều khiển Counter Thực hiện việc đếm sườn xung, việc đếm có thể là đếm tiến, lùi, tiến lùi CTU, CTD, CTUD Lệnh số học Thực hiện các phép tính số học trong chương trình +I, -D, *R, /R, MUL, DIV, SQRT … Lệnh tăng, giảm một đơn vị và lệnh đảo giá trị thanh ghi Làm đơn giản hóa các vòng điều khiển bên trong chương trình hoặc quá trình lặp INCW, INCD, DECW, DECD, INVW, INVD … Lệnh dịch chuyển nội dung ô nhớ Di chuyển, sao chép số liệu từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ MOVB, MOVW, MOVD, MOVR, SWAP … Lệnh làm việc với mảng Di chuyển mảng dữ liệu, nạp dữ liệu cho các mảng dữ liệu lớn BMV, FILL Lệnh dịch chuyển thanh ghi Dịch chuyển thanh ghi có độ dài 16, 32 bit hoặc tùy ý được định nghĩa trước SRW, SLW, SRD, SLD, RRW, SHBR ... Lệnh làm việc với bảng Cho phép nhập dữ liệu vào một bảng sắp xếp số liệu theo thứ tự đã được nhập vào hoặc ngược lại ATT, LIFO, FIFO, Lệnh tìm kiếm Tìm dữ liệu theo mẫu cho trước trong một bảng FND=, FND, FND>, FND< Ngoài ra S7-200 còn các nhóm lệnh, các hàm khác thực hiện nhiều chức năng nâng cao nhằm thực hiện những khả năng ứng dụng vô cùng rộng rãi của PLC S7-200. • Biến đổi dữ liệu • Xây dựng cấu trúc vòng lặp • Đồng hồ thời gian thực • Truyền thông trên mạng nhiều chủ • Ngắt và xử lý ngắt, ngắt truyền thông • Bộ đếm tốc độ cao • Phát xung tốc độ cao … Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 51 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MÔ HÌNH BỂ SBR 1. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống thực 1.1 Thiết bị khả lập trình PLC S7-200 1.1.1 PLC S7-200 CPU 224XP a) Đặc điểm cấu tạo phần cứng: Ngoài những đặc điểm chung của CPU đã nêu ở chương III, CPU 224XP có những đặc điểm cấu tạo phần cứng liên quan đến việc thiết kế hệ thống như sau: • Sử dụng nguồn xoay chiều, giá trị từ 85 đến 264 VAC • 14 cổng vào số một chiều • 10 cổng ra rơle • 2 cổng vào tương tự • 1 cổng ra tương tự • 2 bộ điều chỉnh tương tự • 2 cổng truyền thông Hình 4.1. CPU 224XP b) Sơ đồ kết nối nguồn điện và các cổng vào/ra của CPU 224XP: CPU 224 XP có 14 cổng vào và 10 cổng ra số kiểu rơle, 2 cổng vào và 1 cổng ra tương tự. CPU 224 XP AC/DC/Relay sử dụng nguồn vào xoay chiều, và cung cấp một nguồn 24 VDC ở hàng dưới. Cách kết nối các cổng ra và vào được thể hiện ở hình 4.2. Trong đó, các cổng vào từ I0.0 đến I0.7 có chung âm nguồn 1M, các cổng vào từ I1.0 đến I1.5 có chung âm nguồn 2M; các cổng ra Q0.0 đến Q0.3 có chung dương nguồn 1L, cổng ra từ Q0.4 đến Q0.6 có chung dương nguồn 2L, cổng ra từ Q0.7 đến Q1.1 có chung dương nguồn 3L, cùng chung một nhóm cổng ra phải sử dụng cùng một kiểu điện áp có thể là một chiều hoặc xoay chiều. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 52 Hình 4.2. Sơ đồ kết nối cổng vào/ra của CPU 224XP AC/DC/Relay 1.1.2 Môđun mở rộng cổng ra EM 222: Do số lượng thiết bị chấp hành của hệ thống (12 thiết bị) vượt quá số cổng ra của CPU 224XP (chỉ có 10 cổng ra) nên ta phải sử dụng thêm một môđun mở rộng loại EM 222 (gồm có 8 cổng ra kiểu rơle) ghép nối với CPU 224XP để tăng số lượng cổng ra đáp ứng yêu cầu của hệ thống. Hình 4.3. Sơ đồ kết nối cổng vào/ra EM 222 Nguồn nuôi cho EM222 là nguồn +24V, đầu dương đưa vào chân L+, đầu âm đưa vào chân M, tương tự với CPU 224XP có cổng ra kiểu rơle các cổng ra của EM222 từ Qx.0 đến Qx.3 có chung dương nguồn 1L, từ Qx.4 đến Qx.7 dùng chung dương nguồn 2L và các cổng ra cùng chung một nguồn phải sử dụng cùng một kiểu điện áp xoay chiều hoặc một chiều. Vì các cổng ra của EM222 được ký hiệu từ Qx.0 đến Qx.7 trong đó x sẽ được đánh số theo nguyên tắc đã nêu ở chương III mục 2.1.7. 1.2 Các thiết bị đo lường, thu nhận thông tin 1.2.1 Thiết bị đo nồng độ oxy: Thiết bị sử dụng đo nồng độ oxy trong bể (DO1, DO2) gồm hai thiết bị là: cảm biến đo nồng độ oxy (Measuring Dissolved Oxygen Sensor) và bộ chuyển đổi tín hiệu cảm biến đo nồng độ oxy (Dissolved Oxygen Measurement Transmitter for Oxygen sensors). Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 53 a) Cảm biến đo nồng độ oxy Trong việc thiết kế hệ thống lựa chọn cảm biến nồng độ oxy model OxyMax W COS 41 của hãng Endress + Hauser, có hình dạng, kích thước, sơ đồ cấu tạo như hình dưới: Hình 4.4. Hình ảnh bên ngoài của cảm biến đo nồng độ oxy Hình 4.5. Kích thước của cảm biến đo nồng độ oxy Hình 4.6. Cấu tạo bên trong của cảm biến đo nồng độ oxy Cảm biến đo nồng độ oxy làm việc theo phương pháp điện thế, là phương pháp đo điện thế cực, trong đó sử dụng các chuyển đổi Ganvanic. Nguyên lý làm việc được trình bày như sau: Oxy trong nước theo dòng chảy (do máy khuấy tạo nên) đến màng, do đặc điểm về vật liệu chế tạo mà màng chỉ cho phép oxy hòa tan khuếch tán qua màng. Oxy khuếch tán theo bề mặt của catốt trong chất điện phân làm xảy ra phản ứng điện hóa kèm theo đó xuất hiện sức điện động tỷ lệ với nồng độ oxy. Từ sự tỷ lệ đó ta có thể đo được nồng độ của oxy hòa tan trong nước. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 54 b) Bộ chuyển đổi tín hiệu của cảm biến đo nồng độ oxy Cấu tạo bộ chuyển đổi: Bộ chuyển đổi tín hiệu của cảm biến đo nồng độ oxy làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu đo được về nồng độ oxy sang dạng tín hiệu điện. Trong hệ thống thực sử dụng bộ chuyển đổi Liquisys M COM 223/253 của hãng Endress + Hausser. Bộ chuyển đổi này có sơ đồ cấu tạo như sau: Hình 4.7. Sơ đồ cấu tạo của bộ chuyển đổi tín hiệu cảm biến nồng độ oxy A Cảm biến nồng độ oxy model COS 41 G Rơle báo động B Tín hiệu ra chuyển đổi oxy sang dòng điện H Rơle trung gian 1 C Tín hiệu ra chuyển đổi nhiệt độ sang dòng I Rơle trung gian 2 điện J Rơle trung gian 3 D Đầu vào nhị phân 1 K Rơle trung gian 4 E Đầu vào nhị phân 2 L Dòng điện vào 4 … 20 mA F Đầu ra điện áp M Nguồn điện Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 55 Cấu tạo của bộ chuyển đổi gồm có bộ nguồn, bộ khuếch đại tín hiệu, bộ chuyển đổi và các đầu đưa tín hiệu vào và ra. Tín hiệu đo được đưa từ cảm biến đưa vào bộ khuếch đại , . Sau đó nó được chuyển đổi sang dạng tín hiệu điện đưa ra ngoài dạng tương tự qua các bộ chuyển đổi , . Tín hiệu ra còn có thể đưa ra ở tín hiệu số với các rơle trung gian H, I, J, K. Với các tín hiệu đưa ra dạng số, người sử dụng phải tiến hành cài đặt trên màn hình của bộ chuyển đối Kết nối cảm biến với bộ chuyển đổi: Việc kết nối được trình bày ở hình bên. Trong đó CMK là cáp nối giữa đầu lắp với bộ chuyển đổi, một đầu của cáp lắp vào cảm biến, đầu kia đưa ra các đầu dây: dây màu nâu (BN) và đỏ (RD) đưa tín hiệu về nhiệt độ về bộ chuyển đổi, dây màu trắng (WH) và xanh lá cây (GN) đưa tín hiệu đo được về nồng độ oxy về bộ chuyển đổi. Hình 4.8. Kết nối cảm biến đo nồng độ oxy với bộ chuyển đối Thao tác trên bộ chuyển đổi: Bộ chuyển đổi ngoài chức năng chính là chuyển đổi tín hiệu đo được (về nồng độ oxy, nhiệt độ) từ cảm biến sang dạng tín hiệu điện nó còn có thể thực hiện chức năng điều khiển (bằng cách thay đổi trạng thái tiếp điểm của các rơle đầu ra H, I, J, K). Để thực hiện chức năng này ta tiến hành thao tác cài đặt trên màn hình của nó. Các phím thao tác: Phím CAL dùng để gọi các chương trình có trong bộ chuyển đổi (hiển thị thông số đo được, cài đặt giá trị để thực hiện việc điều khiển, chọn rơle thực hiện …); Phím +/– dùng để thay đổi giá trị mong muốn, phím E (Enter) dùng để xác nhận giá trị cài đặt. Phím REL lựa chọn rơle sẽ thay đổi tiếp điểm (thực hiện nhiệm vụ điều khiển) khi cảm biến báo đại lượng đo giá trị mong muốn. Để đơn giản việc lập trình cho PLC, ta có thể cài đặt sẵn trên bộ chuyển đổi chức năng khi nồng độ oxy trong bể lớn hơn 2mg/l thì sẽ thay đổi trạng thái tiếp điểm của một trong các rơle (trong trường hợp cụ thể này chọn rơle H) và đưa tín hiệu dạng số đến cổng vào PLC. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 56 Hình 4.9. Mặt ngoài bộ chuyển đổi Hình 4.10. Màn hình cài đặt thông số Chú thích: 1. Màn hình LCD hiển thị thông số 4. Đèn báo trạng thái rơle 2. Hiển thị % nồng độ oxy trong dải đo 5. Đèn báo động 3. Các phím thao tác 6. Phím REL chọn rơle Lắp đặt cảm biến đo nồng độ oxy và bộ chuyển đổi trong bể: Hình 4.11. Cách lắp đặt cảm biến nồng độ oxy với bộ chuyển đổi trong hệ thống 1. Cảm biến đo nồng độ oxy COS 41 4. Mái che bảo vệ 2. Thanh treo cảm biến 5. Bộ chuyển đổi Liquisys M COM 253 3. Giá treo Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 57 1.2.2 Thiết bị phát hiện bùn: Thiết bị sử dụng phát hiện bùn trong đường ống dẫn bùn của bể SBR (FL2, FL3) gồm hai thiết bị là: cảm biến lưu lượng dạng tua bin (Turbine Flow Sensor) và cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor). Cảm biến lưu lượng dạng tua bin làm nhiệm vụ phát hiện dòng chảy trong ống, cảm biến tiệm cận có nhiệm vụ báo tín hiệu về trạng thái làm việc của tuabin (trạng thái dòng chảy trong ống) cho PLC. a) Cảm biến lưu lượng dạng tua bin: Cảm biến lưu lượng dạng tua bin có một guồng đạp nước, trục của guồng được đặt trong lòng ống dẫn, vuông góc với dòng chảy. Ở mỗi cánh quạt của guồng có gắn các tấm nam châm. Khi có dòng chảy trong đường ống, năng lượng của dòng chảy sẽ làm cho các guồng quay, các tấm nam châm gắn ở cánh quạt của guồng cũng quay theo, sự thay đổi vị trí của các tấm nam châm dẫn đến sự thay đổi về điện cảm trong mạch của cảm biến tiệm cận, sự thay đổi đó sẽ được cảm biến tiệm cận chuyển sang các tín hiệu dạng xung. Như vậy khi có dòng chảy trong ống thì có tín hiệu đưa về PLC, còn khi không có dòng chảy trong ống sẽ không có tín hiệu. Hình 4.13. Cảm biến lưu lượng dạng tua bin Hình 4.14. Nguyên tắc phát hiện dòng chảy của cảm biến tiệm cận Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 58 b) Cảm biến tiệm cận: Cảm biến tiệm cận sử dụng là loại làm việc theo nguyên lý thay đổi điện cảm của phần tử mạch điện. Cấu tạo của nó gồm bốn khối chính: cuộn dây và lõi ferit; mạch dao động; mạch phát hiện; mạch đầu ra. Hình 4.15. Cảm biến tiệm cận Hình 4.16. Cấu tạo nguyên lý cảm biến tiệm cận điện cảm Nguyên lý hoạt động: mạch dao động phát ra dao động điện từ tần số radio. Từ trường biến thiên tập trung từ lõi sắt sẽ móc vòng với đối tượng kim loại đặt đối diện với nó. Khi đối tượng lại gần sẽ có dòng điện Foucault cảm ứng trên mặt đối tượng tạo nên một tải làm giảm biên độ tín hiệu dao động. Bộ phát hiện sẽ phát hiện sự thay đổi trạng thái biên độ mạch dao động. Mạch bị phát hiện sẽ ở vị trí ON, phát tín hiệu làm mạch ra ở vị trí ON. Khi mục tiêu rời khỏi trường của bộ cảm biến biên độ mạch dao động tăng lên trên giá trị ngưỡng và bộ phát hiện trở về vị trí OFF là vị trí bình thường. Nguyên lý hoạt động được minh họa bởi hình 4.17: Hình 4.17. Chu kỳ phát hiện Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 59 Hình 4.18. Sơ đồ mạch ra của cảm biến Hình 4.19. Cảm biến và các đầu dây ra Trong trường hợp thiết kế bể ta chọn cảm biến tiệm cận là loại cảm biến sử dụng nguồn một chiều ba dây (DC 3 – wire type) của hãng Autonics Đây là loại cảm biến có mạch ra kiểu NPN, có ba dây ra, trong đó dây nâu (brown) và xanh dương (blue) là cung cấp nguồn một chiều 24V cho cảm biến làm việc, dây đen (black) là dây tín hiệu ra sẽ đưa tín hiệu về PLC. Tải (Load) ở trên hình 4.18 có thể là một điện trở có giá trị 1k – 2,2kΩ. 1.2.3 Thiết bị đo mức nước: Thiết bị sử dụng đo mức nước trong bể SBR (LV3, LV4) là loại cảm biến đo mức theo nguyên lý phao nổi, dùng để đo ba mức nước. Một mình nó tương đương với ba cảm biến đo mức độc lập. Cấu tạo chính cảm biến đo mức nước gồm có 3 phao nổi và 3 tiếp điểm tương ứng với ba mức nước cần đo. Hình 4.20. Cảm biến đo mức nước Hình 4.21. Tiếp điểm của cảm biến Các phao sẽ được thả treo trong bể với độ cao định trước, tương ứng với mỗi mức nước cần đưa ra tín hiệu cho PLC xử lý. Ở đây ta sử dụng cảm biến đo mức model 3PFHCP của hãng EPG có phao màu đỏ (red) tương Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 60 ứng với mức nước đầy trong bể, phao màu xanh dương (blue) tương ứng với mức nước làm việc của máy khuấy, phao màu vàng (yellow) tương ứng với mức nước cạn trong bể. Tiếp điểm của phao màu đỏ là tiếp điểm thường đóng, khi nước trong bể đạt mức đầy, phao nổi và tiếp điểm thường đóng trở thành tiếp điểm hở. Tiếp điểm của phao màu vàng và xanh dương và là tiếp điểm thường hở, khi nước dâng làm phao nổi, tiếp điểm được đóng lại. Trên hình các dây màu đỏ (red), xanh dương (blue), cam (orange) là dây đưa tín hiệu báo trạng thái của các tiếp điểm, còn dây trắng (white) và dây đen (black) là dây nối với nguồn. 1.3 Các thiết bị chấp hành Khái niệm về thiết bị chấp hành: là thiết bị bao gồm hai phần cơ bản gồm cơ cấu chấp hành (actuator) và phần tử điều khiển (control element). Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điều khiển thành năng lượng còn phần tử điều khiển tác động can thiệp trực tiếp vào biến điều khiển. 1.3.1 Rơle trung gian PLC S7-200 CPU 224XP AC/DC/Relay là bộ khả lập trình có cổng ra dạng rơle. Khi đơn vị xử lý trung tâm xuất tín hiệu điều khiển, tiếp điểm cổng ra được đóng lại giống như tiếp điểm của công tắc chuyển từ trạng thái hở sang trạng thái đóng. Trong khi đó các thiết bị điều khiển của hệ thống là các động cơ, máy bơm có chế độ làm việc khắc nghiệt và rất có thể xảy ra các sự cố như quá tải, quá dòng, các hiện tượng nhiệt, điện không có lợi. Cho dù các động cơ, máy bơm trong hệ thống luôn có những thiết bị bảo vệ (khởi động từ, áptômát …) nhưng để hoàn toàn yên tâm PLC không bị ảnh hưởng bởi các sự cố trên, tín hiệu điều khiển từ cổng ra của PLC tới thiết bị nên được đưa qua rơle trung gian. Rơle trung gian có hai loại làm việc theo nguồn điện một chiều (với các cấp điện áp: 12V, 24V, 36V …) và xoay chiều (100V, 110V, 220V …). Cấu tạo của rơle trung gian gồm có: cuộn dây, lõi từ và các cặp tiếp điểm thường đóng, thường hở. Rơle trung gian làm việc dựa trên nguyên lý điện từ. Khi ta đưa dòng điện chạy qua cuộn dây, lõi từ đặt trong cuộn dây trở nên có từ tính và hút các tiếp điểm làm cho các cặp tiếp điểm thường đóng trở thành hở và thường hở được đóng lại. Cuộn dây rơle được nối với cổng ra của PLC, các tiếp điểm rơle được nối với các phần tử điều khiển. Như vậy trong trường hợp có sự cố xảy ra thì nó sẽ chỉ tác động đến các tiếp điểm của rơle trung gian mà không ảnh hưởng đến PLC. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 61 Hình 4.22. Cấu tạo nguyên lý của một rơle trung gian Hình 4.23. Rơle ở trạng thái làm việc Hình 4.24. Hình ảnh bên trong của rơle trung gian Hình 4.25. Hình dáng của một rơle trung gian và chân đế cắm 1.3.2 Van điện từ Van đóng mở đường ống thuộc loại van điện từ làm việc dựa trên nguyên lý điện từ giống như các rơle trung gian, các van này dùng để đóng mở các đường ống xả nước vào và ra khỏi bể, đường ống dẫn bùn. Hình 4.26. Van điện từ Hình 4.27. Cấu tạo nguyên lý của van điện từ Nguyên lý làm việc của van điện từ là khi đặt một điện áp vào hai đầu cuộn dây, mạch từ trở nên có từ tính, lực từ xuất hiện và hút lõi sắt (nòng van). Khi lực từ mạnh hơn lực lò xo thì nòng van được kéo lên và van được mở. Khi không còn điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây nữa, quá trình diễn ra ngược lại, lực lò xo mạnh hơn lực từ, nó đẩy nòng van xuống và van bị đóng lại. Cuộn hút điện từ Tiếp điểm U Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 62 1.3.3 Động cơ máy khuấy và bơm hút bùn Ngoài các thiết bị trên hệ thống điều khiển bể còn có có các thiết bị khác gồm có: Động cơ ba pha, công suất 30KW có gắn cánh quạt sử dụng làm nhiệm vụ khuấy, đảo trong quá trình khuấy; Bơm hút bùn công suất 3KW làm nhiệm vụ hút bùn. 2. Thiết kế mô hình bể SBR 2.1 Lựa chọn các thiết bị cho việc thiết kế mô hình Từ sơ đồ nguyên lý của hệ thống bể SBR và những hiểu biết về các thiết bị sử dụng trong hệ thống thực, ta tiến hành thiết kê mô hình bể SBR điều khiển bằng PLC S7-200. Do các thiết bị của hệ thống thực có những thiết bị đắt tiền, cồng kềnh và đòi hỏi kết nối, lắp đặt phức tạp như cảm biến đo nồng độ oxy, động cơ xoay chiều ba pha cùng với hệ thống khởi động, nối đất bảo vệ của nó … nên trong quá trình thiết kế ta phải sử dụng một số thiết bị rẻ tiền và đơn giản hơn để thay thế. Các thiết bị sử dụng thiết kế mô hình là: Thiết bị đo nồng độ oxy sẽ được thay thế bằng nút ấn chết, nút ấn ở trạng thái hở sẽ tương ứng với trường hợp nồng độ oxy < 2mg/l, nút ấn ở trạng thái đóng sẽ tương ứng với trường hợp nồng độ oxy > 2mg/l. Thiết bị đo lưu lượng bùn sẽ được thay thế bằng các guồng đạp nước có gắn tấm kim loại nhỏ ở mỗi cánh, cảm biến tiệm cận sử dụng là của hãng Autonics có cấu tạo, nguyên lý hoạt động giống với cảm biến tiệm cận đã trình bày ở mục 1.2.2 b). Hình 4.28. Lắp đặt cảm biến báo bùn trong mô hình Thiết bị đo mức nước sẽ sử dụng là đầu của hai sợi dây dẫn điện, khi nước đạt mức cho phép thì chính nước sẽ là vật dẫn điện giữa hai đầu dây đó và đưa tín hiệu về PLC. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 63 Thiết bị chấp hành sử dụng rơle trung gian loại có điện áp định mức 24VDC. Động cơ và máy bơm sẽ được thay thế bằng môtơ một chiều có điện áp định mức 12VDC. Van đường ống sẽ sử dụng van điện từ nhưng có điện áp định mức là 24VDC, công suất 10W. Để điều khiển mô hình ta sử dụng các nút ấn: nút ấn gạt START (khởi động hệ thống), STOP (dừng hệ thống); nút ấn thường hở RESET (dùng cho trường hợp khởi động lại hệ thống từ đầu). Ngoài ra trong việc thiết kế mô hình còn lắp đặt thêm các bóng đèn có điện áp định mức 12VDC và 24VDC trên bảng hiển thị hoạt động của bể để báo hiệu trạng thái làm việc của các thiết bị một cách trực quan. Bóng đèn có điện áp 24VDC nối song song với cuộn dây của van điện từ, bóng đèn có điện áp 12VDC dùng để nối nối tiếp với môtơ. 2.2 Sơ đồ kết nối các thiết bị với PLC Khi lựa chọn xong các thiết bị để thiết kế mô hình, tiến hành phân công cổng vào/ra của PLC. Dưới đây là bảng phân công cổng vào/ra PLC với các ký hiệu của các thiết bị và chức năng của nó. Trước khi xem sơ đồ kết nối thiết bị và mô hình ta xem lại các ký hiệu thiết bị đã trình bày ở sơ đồ hình 2.1 chương II mục 1.1: Bảng 4.1. Ký hiệu các thiết bị sử dụng trong hệ thống bể Ký hiệu Thiết bị LV3, LV4 Cảm biến mức DO1, DO2 Cảm biến đo nồng độ oxy FL2, FL3 Cám biến báo bùn V4, V7 Van đóng mở đường ống xả nước vào bể V5, V8 Van đóng mở đường ống xả nước ra khỏi bể V6, V9 Van đóng mở đường ống dẫn bùn M1, M2, M3, M4 Máy khuấy B2, B3 Bơm hút bùn (Tuy nhiên, do đây là mô hình nên các tên gọi thiết bị có ý nghĩa tượng trưng). Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 64 Bảng 4.2. Bảng phân công cổng vào/ra của PLC STT Thiết bị Ký hiệu I/O PLC Chức năng 1 Nút ấn START I0.0 Khởi động hệ thống 2 Nút ấn STOP I0.1 Dừng hệ thống 3 Nút ấn RESET I1.4 Tái khởi động hệ thống 5 Cảm biến mức LV3 I0.2 Báo nước trong bể ở mức cạn (mức 1) 6 Cảm biến mức LV3 I0.3 Báo nước trong bể ở mức làm việc (mức 2) 7 Cảm biến mức LV3 I0.4 Báo nước trong bể ở mức đầy (mức 3) 8 Cảm biến mức LV4 I0.5 Báo nước trong bể ở mức cạn (mức 1) 9 Cảm biến mức LV4 I0.6 Báo nước trong bể ở mức làm việc (mức 2) 10 Cảm biến mức LV4 I0.7 Báo nước trong bể ở mức đầy (mức 3) 11 Cảm biến đo nồng độ oxy DO1 I1.0 Đo nồng độ oxy 12 Cảm biến đo lưu lượng bùn FL2 I1.1 Đo lưu lượng bùn 13 Cảm biến đo nồng độ oxy DO2 I1.2 Đo nồng độ oxy 14 Cảm biến đo lưu lượng bùn FL3 I1.3 Đo lưu lượng bùn 15 Van 4 V4 Q0.0 Đóng mở đường ống dẫn nước vào bể 16 Van 5 V5 Q0.1 Đóng mở đường ống xả nước ra khỏi bể 17 Van 6 V6 Q0.2 Đóng mở đường ống hút bùn 18 Máy khuấy 1 M1 Q0.3 Khuấy 19 Máy khuấy 2 M2 Q0.4 Khuấy 20 Bơm hút bùn B2 Q0.5 Hút bùn 21 Van 7 V7 Q0.6 Đóng mở đường ống dẫn nước vào bể 22 Van 8 V8 Q0.7 Đóng mở đường ống xả nước ra khỏi bể 23 Van 9 V9 Q1.0 Đóng mở đường ống hút bùn 24 Máy khuấy 3 M3 Q1.1 Khuấy 25 Máy khuấy 4 M4 Q2.0 Khuấy 26 Bơm hút bùn B3 Q2.1 Hút bùn Hình 4.29 Sơ đồ bể và thiết bị có sự phân công các cổng vào/ra PLC Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 65 Khi đã phân công cổng vào/ra cho các thiết bị trong mô hình ta đưa ra sơ đồ đấu dây cho PLC và Môđun mở rộng như sau: Hình 4.30 Sơ đồ kết nối cổng vào/ra của PLC và Môđun mở rộng Chú thích: Bóng đèn Rơle trung gian Công tắc, nút ấn, cổng vào PLC của các cảm biến Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 66 Tuy nhiên sơ đồ hình 4.30. mới chỉ đưa ra kết nối cổng ra của PLC với các rơle trung gian (cụ thể là các cuộn dây của rơle trung gian), dưới đây là sơ đồ kết nối các thiết bị với các tiếp điểm của rơle trung gian: Hình 4.31 Sơ đồ kết nối thiết bị với tiếp điểm của rơle trung gian Tiếp điểm của các rơle trung gian Môtơ Cuộn dây của van điện từ Bóng đèn Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 67 2.3 Mô hình của hệ thống Mô hình của hệ thống sẽ bao gồm 2 phần: • Bảng hiển thị và điều khiển • Mô hình 2 bể SBR 2.3.1 Bảng hiển thị và điều khiển Phần thứ nhất là bảng hiển thị và điều khiển quá trình làm việc bể SBR - hình 4.32. Trên bảng có gắn các bóng đèn được kết nối với PLC như đã trình bày trên hình 4.30. và hình 4.31. tương ứng với vị trí và trạng thái làm việc của các thiết bị, khi thiết bị nào làm việc thì đèn sẽ sáng để người quan sát biết. Các nút ấn START, STOP và RESET, DO1, DO2 được lắp trên bảng để thuận tiện cho quá trình điều khiển. Trong đó các nút ấn DO1 và DO2 thay cho việc báo nồng độ oxy trong bể (trên hay dưới mức định trước là 2mg/l). Hình 4.32. Bảng hiện thị và điều khiển quá trình làm việc bể SBR 2.3.2 Mô hình 2 bể SBR Phần thứ hai của mô hình là hệ thống là mô hình làm việc của bể SBR gồm có mô hình của các bể cân bẳng, bể SBR, hồ làm sạch, và các thiết bị van đóng mở đường ống, động cơ máy khuấy, bơm hút bùn. Các thiết bị thay thế bao gồm: các môtơ thay cho các động cơ và máy bơm hút bùn, van điện từ có kích thước, công suất nhỏ hơn so với van ở hệ thống thực để phù hợp với mô hình. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 68 Hình 4.33. Mô hình hệ thống bể SBR Hình 4.34. Mô hình bể SBR và sự bố trí các thiết bị Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 69 2.4 Lập trình điều khiển cho mô hình 2.4.1 Lưu đồ điều khiển: Việc lập lưu đồ điều khiển cho mô hình dựa vào các lưu đồ điều khiển được lập ở chương II mục 2. Ta chỉ thay các thiết bị, quá trình hoạt động … bằng các cổng vào/ra, các biến nhớ, từ đó lập chương trình. Bảng phân công các cổng vào/ra của PLC đã được trình bày ở Bảng 4.2 chương này nên dưới đây tôi chỉ xin trình bày bảng các biến nhớ nội M được sử dụng cho việc lập trình: Bàng 4.3. Bảng biến nhớ nội M sử dụng cho việc lập trình Tên biến Chức năng M0.0 Cho phép bể SBR 1 hoạt động M0.1 Cho phép bể SBR 2 hoạt động M0.2 Cho phép quá trình xả nước vào bể SBR 1 được thực hiện M0.3 Cho phép quá trình khuấy trong bể SBR 1 được thực hiện M0.4 Cho phép quá trình lắng trong bể SBR 1 được thực hiện M0.5 Cho phép quá trình xả nước ra khỏi bể SBR 1 M0.6 Cho phép quá trình hút bùn khỏi bể SBR 1 được thực hiện M0.7 Cho phép quá trình xả nước vào bể SBR 2 được thực hiện M1.0 Cho phép quá trình khuấy trong bể SBR 2 được thực hiện M1.1 Cho phép quá trình lắng trong bể SBR 2 được thực hiện M1.2 Cho phép quá trình xả nước ra khỏi bể SBR 2 được thực hiện M1.3 Cho phép quá trình hút bùn khỏi bể SBR 2 được thực hiện M1.4 Tham gia tạo xung 1 phút với T37 M1.5 Tham gia tạo xung 10 phút với T39 cho quá trình khuấy ở bể SBR 2 M1.6 Tạo chu kỳ làm việc mới cho bể SBR 1 M1.7 Tạo chu kỳ làm việc mới cho bể SBR 2 M2.0 Tham gia tạo xung 10 phút với T38 cho quá trình khuấy ở bể SBR 1 M2.1 Máy khuấy 1 làm việc ở chế độ đồng thời M2.2 Máy khuấy 2 làm việc ở chế độ đồng thời M2.3 Máy khuấy 1 làm việc ở chế độ luân phiên M2.4 Máy khuấy 2 làm việc ở chế độ luân phiên M2.6 Máy khuấy 3 làm việc ở chế độ đồng thời M2.7 Máy khuấy 4 làm việc ở chế độ đồng thời M3.0 Máy khuấy 3 làm việc ở chế độ luân phiên M3.1 Máy khuấy 4 làm việc ở chế độ luân phiên M3.2 Tạo chu kỳ làm việc mới cho bể SBR 1 (trường hợp thời gian hút bùn dài hơn 15 phút) M3.3 Tạo chu kỳ làm việc mới cho bể SBR 2 (trường hợp thời gian hút bùn dài hơn 15 phút) Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 70 Hình 4.35. Lưu đồ điều khiển các quá trình của bể Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 71 Hình 4.36. Lưu đồ điều khiển van đóng mở đường ống xả nước vào 2 bể Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 72 Hình 4.37. Lưu đồ điều khiển quá trình khuấy ở bể SBR 1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 73 Hình 4.38. Lưu đồ điều khiển quá trình khuấy ở bể SBR 2 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 74 Hình 4.39. Lưu đồ điều khiển quá trình xả nước ra khỏi bể Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 75 Hình 4.40. Lưu đồ điều khiển van đường ống dẫn bùn Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 76 Hình 4.41. Lưu đồ điều khiển quá trình hút bùn Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 77 2.4.2 Lập trình điều khiển cho PLC: Ngôn ngữ STL: Network 1 // KHỞI ĐỘNG HỆ THỐNG & TẠO XUNG 1 PHÚT LDN I0.1 A I0.0 LPS = M0.0 A C50 = M0.1 TON T46, 600 LPP LPS A T37 = M1.4 LPP AN I1.4 AN M1.4 TON T37, 600 Network 2 // TẠO THỜI GIAN TRỄ CHO BỂ SBR 2 LD T37 LD I1.4 CTU C50, 120 Network 3 // TẠO CHU KỲ LÀM VIỆC CHO BỂ SBR 1 LD T37 LD M1.6 A M3.2 O I1.4 CTU C48, 240 Network 4 // TẠO CHU KỲ LÀM VIỆC CHO BỂ SBR 2 LD C50 A T46 A T37 LD M1.7 A M3.3 O I1.4 CTU C49, 240 Network 5 // KHỞI TẠO CHU KỲ LÀM VIỆC CHO HAI BỂ LDN I0.1 LPS A C48 = M1.6 LPP A C49 = M1.7 Network 6 // HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ SBR 1 LD M0.0 LPS AW< C48, 60 = M0.2 LRD Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 78 AW>= C48, 60 AW< C48, 150 = M0.3 LRD AW>= C48, 150 AW< C48, 195 = M0.4 LRD AW>= C48, 195 AW< C48, 225 = M0.5 LPP AW>= C48, 225 = M0.6 Network 7 // QUÁ TRÌNH XẢ NƯỚC VÀO BỂ SBR 1 LD M0.2 AN I0.4 = Q0.0 Network 8 // QUÁ TRÌNH KHUẤY BỂ SBR 1 CHỌN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LD M0.3 LPS AN I1.0 = M2.1 = M2.2 LPP A I1.0 LPS AN M2.0 TON T38, 6000 LRD A T38 = M2.0 LRD AW< T38, 3000 = M2.3 LPP AW>= T38, 3000 = M2.4 Network 9 // QUÁ TRÌNH KHUẤY BỂ SBR 1 ĐIỀU KHIỂN MÁY KHUẤY LD M0.3 A I0.3 LPS LD M2.1 O M2.3 ALD = Q0.3 LPP LD M2.2 O M2.4 ALD = Q0.4 Network 10 // QUÁ TRÌNH XẢ NƯỚC RA KHỎI BỂ SBR 1 LD M0.5 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 79 A I0.2 = Q0.1 Network 11 // QUÁ TRÌNH HÚT BÙN BỂ SBR 1 LD M0.6 LPS TON T44, 9000 A I1.1 TON T40, 600 LRD AN I1.1 TON T41, 600 LRD AW<= 100, T40 AW<= 100, T41 = Q0.2 A Q0.2 = Q0.5 LPP A T44 LD T40 O T41 ALD = M3.2 Network 12 // HOẠT ĐỌNG CỦA BỂ SBR 2 LD M0.1 LPS A C50 AW< C49, 60 = M0.7 LRD AW>= C49, 60 AW< C49, 150 = M1.0 LRD AW>= C49, 150 AW< C49, 195 = M1.1 LRD AW>= C49, 195 AW< C49, 225 = M1.2 LPP AW>= C49, 225 = M1.3 Network 13 // QUÁ TRÌNH XẢ NƯỚC VÀO BỂ SBR 2 LD M0.7 AN I0.7 = Q0.6 Network 14 // QUÁ TRÌNH KHUẤY BỂ SBR 2 CHỌN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LD M1.0 LPS AN I1.2 = M2.6 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 80 = M2.7 LPP A I1.2 LPS AN M1.5 TON T39, 6000 LRD A T39 = M1.5 LRD AW< T39, 3000 = M3.0 LPP AW>= T39, 3000 = M3.1 Network 15 // QUÁ TRÌNH KHUẤY BỂ SBR 2 ĐIỀU KHIỂN MÁY KHUẤY LD M1.0 A I0.6 LPS LD M2.6 O M3.0 ALD = Q1.1 LPP LD M2.7 O M3.1 ALD = Q2.0 Network 16 // QUÁ TRÌNH XẢ NƯỚC RA KHỎI BỂ SBR 2 LD M1.2 A I0.5 = Q0.7 Network 17 // QUÁ TRÌNH HÚT BÙN BỂ SBR 2 LD M1.3 LPS TON T45, 9000 A I1.3 TON T42, 600 LRD AN I1.3 TON T43, 600 LRD AW<= T42, 100 AW<= T43, 100 = Q1.0 A Q1.0 = Q2.1 LPP A T45 LD T42 O T43 ALD = M3.3 LAP TRINH CHO PLC (NGON NGU LAP TRINH LAD) KHOI DONG HE THONG & TAO XUNG 1 PHUTNetwork 1 / TONIN 100 msPT / / TONIN 100 msPT I0.1 I0.0 M0.0 C50 M0.1 T46 600 T37 M1.4 I1.4 M1.4 T37 600 TAO THOI GIAN TRE CHO BE SBR 2Network 2 CTUCU R PV T37 C50 I1.4 120 TAO CHU KY LAM VIEC CHO BE SBR 1Network 3 CTUCU R PV T37 C48 M1.6 M3.2 I1.4 240 1 / 7 LAP TRINH CHO PLC (NGON NGU LAP TRINH LAD) TAO CHU KY LAM VIEC CHO BE SBR 2Network 4 CTUCU R PV C50 T46 T37 C49 M1.7 M3.3 I1.4 240 KHOI TAO CHU KY LAM VIEC CHO HAI BENetwork 5 / I0.1 C48 M1.6 C49 M1.7 HOAT DONG CUA BE SBR 1Network 6 <I >=I <I >=I <I >=I <I >=I M0.0 C48 60 M0.2 C48 60 C48 150 M0.3 C48 150 C48 195 M0.4 C48 195 C48 225 M0.5 C48 225 M0.6 QUA TRINH XA NUOC VAO BE SBR 1Network 7 / M0.2 I0.4 Q0.0 2 / 7 LAP TRINH CHO PLC (NGON NGU LAP TRINH LAD) QUA TRINH KHUAY O BE SBR 1 - CHON CHE DO LAM VIECNetwork 8 / / TONIN 100 msPT <I >=I M0.3 I1.0 M2.1 M2.2 I1.0 M2.0 T38 6000 T38 M2.0 T38 3000 M2.3 T38 3000 M2.4 QUA TRINH KHUAY BE SBR 1 - DIEU KHIEN MAY KHUAYNetwork 9 M0.3 I0.3 M2.1 Q0.3 M2.3 M2.2 Q0.4 M2.4 QUA TRINH XA NUOC RA KHOI BE SBR 1Network 10 M0.5 I0.2 Q0.1 3 / 7 LAP TRINH CHO PLC (NGON NGU LAP TRINH LAD) QUA TRINH HUT BUN BE SBR 1Network 11 TONIN 100 msPT TONIN 100 msPT / TONIN 100 msPT <=I <=I M0.6 T44 9000 I1.1 T40 600 I1.1 T41 600 100 T40 100 T41 Q0.2 Q0.2 Q0.5 T44 T40 M3.2 T41 4 / 7 LAP TRINH CHO PLC (NGON NGU LAP TRINH LAD) HOAT DONG CUA BE SBR 2Network 12 <I >=I <I >=I <I >=I <I >=I M0.1 C50 C49 60 M0.7 C49 60 C49 150 M1.0 C49 150 C49 195 M1.1 C49 195 C49 225 M1.2 C49 225 M1.3 QUA TRINH XA NUOC VAO BE SBR 2Network 13 / M0.7 I0.7 Q0.6 QUA TRINH KHUAY O BE SBR 2 - CHON CHE DO LAM VIECNetwork 14 / / TONIN 100 msPT <I >=I M1.0 I1.2 M2.6 M2.7 I1.2 M1.5 T39 6000 T39 M1.5 T39 3000 M3.0 T39 3000 M3.1 5 / 7 LAP TRINH CHO PLC (NGON NGU LAP TRINH LAD) QUA TRINH KHUAY BE SBR 2 - DIEU KHIEN MAY KHUAYNetwork 15 M1.0 I0.6 M2.6 Q1.1 M3.0 M2.7 Q2.0 M3.1 QUA TRINH XA NUOC RA KHOI BE SBR 2Network 16 M1.2 I0.5 Q0.7 6 / 7 LAP TRINH CHO PLC (NGON NGU LAP TRINH LAD) QUA TRINH HUT BUN BE SBR 2Network 17 TONIN 100 msPT TONIN 100 msPT / TONIN 100 msPT <=I <=I M1.3 T45 9000 I1.3 T42 600 I1.3 T43 600 T42 100 T43 100 Q1.0 Q1.0 Q2.1 T45 T42 M3.3 T43 7 / 7 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 81 2.4.3 Thuyết minh phần lập trình - kết hợp xem phần lập trình bằng phương pháp lập trình LAD: • Network 1 // Khởi động hệ thống và tạo xung 1 phút Tạo xung 1 phút: Lý do tạo xung 1 phút: vì các quá trình làm việc của bể diễn ra trong thời gian dài hơn giá trị có thể của một bộ định thời trong S7-200 (giá trị định thời tối đa của S7-200 là 54’) vì vậy cần tạo ra một bộ đếm thời gian “ảo” sử dụng bộ đếm, trong đó xung đưa vào bộ đếm có thời gian là 1 phút. Như vậy cứ 1 phút thì bộ đếm tăng một giá trị. Khi I0.0 = 1 thì T37 bắt đầu đếm thời gian. Khi T37 đếm đến giá trị đặt trước 600 (1 phút) tiếp điểm thường hở T37 = 1 nên cuộn dây M1.4 = 1, nên tiếp điểm thường đóng M1.4 = 0. Tiếp điểm M1.4 đặt trước T37 vì vậy bộ định thời T37 không được cung cấp nguồn nuôi nữa nên trở về giá trị 0, tiếp điểm T37 = 0 và cuộn dây M1.4 = 0, tiếp điểm M1.4 lại trở lại giá trị logic 1 cho phép cung cấp nguồn điện nuôi T37, T37 lại tiếp tục đếm, đến khi đếm đến giá trị đặt trước thì việc đếm lại bắt đầu lại từ đầu. Cứ như vậy trong 1 phút thì M1.4 và T37 được đưa lên giá trị logic 1 một lần tạo ra xung để đưa vào các bộ đếm (C48, C49, C50). Khởi động bể SBR 1: Khi ta ấn nút START: I0.0 = 1 thì M0.0 = 1; bể SBR 1 được phép làm việc. Khởi động bể SBR 2: Vì bể SBR 2 làm việc sau bể SBR 1 một khoảng trễ là 120 phút, nên bộ đếm C50 đặt trước M0.1 có nhiệm vụ tạo trễ 120 phút, khi nào C50 đếm được giá trị 120 (2 giờ) thì C50 = 1, lúc đó M0.1 = 1 và bể SBR 2 được phép làm việc. Việc tạo trễ cho bể SBR 2 được trình bày ở Network 2. Ngoài ra khi C50 = 1 thì T46 có giá trị đặt trước là 600 (1 phút) cũng bắt đầu được đếm thời gian. T46 tham gia quá trình tạo chu kỳ làm việc cho bể SBR 2 sẽ được trình bày ở Network 4. • Network 2 // Tạo thời gian trễ cho bể SBR 2 Cứ mỗi lần T37 đếm đến giá trị đặt trước nó lại kích 1 xung cho bộ đếm C50, và khi C50 đếm đến giá trị 120 lần tương đương với thời gian là 120 phút - thời gian trễ cho bể SBR 2 hoạt động. Chân Reset của bộ đếm là tiếp điểm I1.4, khi I1.4 = 1 thì bộ đếm được đưa về giá trị 0. I1.4 được đặt trước bộ định thời T37, bộ đếm C48, C49, C50 để làm nhiệm vụ Reset cho cả hệ thống (xem Network 1, Network 2, Network 3, Network 4). Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 82 • Network 3 // Tạo chu kỳ làm việc cho bể SBR 1: Chu kỳ làm việc của bể SBR 1 là 240 phút, T37 làm nhiệm vụ kích xung cho bộ đếm C48, khi C48 đếm đến 240 tương ứng với chu kỳ làm việc bình thường của bể thì C48 = 1. Khi C48 = 1, thì M1.6 =1 (Network 5) đồng thời nếu M3.2 = 1 (liên quan đến việc kiểm tra đã hết bùn trong đường ống chưa trong quá trình hút bùn Network 11). M1.6 và M3.2 có giá trị logic 1 thì sẽ reset C48, và việc đếm của C48 lại bắt đầu lại từ đầu. • Network 4 // Tạo chu kỳ làm việc cho bể SBR 2: Việc tạo chu kỳ làm việc cho bể SBR 2 tương đương với bể SBR 1. Trong đó biến nhớ M1.7 có nhiệm vụ giống M1.6 ở trên, M3.3 có nhiệm vụ giống M3.2 là reset cho C48. Việc tạo chu kỳ cho bể SBR 2 có khác so với bể SBR 1 ở chân kích xung đếm cho C49. là có thêm tiếp điểm C50 và T46. C50 làm nhiệm vụ trễ 120 phút, tức là khi bể SBR 1 hoạt động được 120 phút rồi thì C49 mới được đếm để tạo chu kỳ cho bể SBR 2 và T46 tạo trễ 1 phút cho việc đếm đó. Nếu không có T46 làm trễ 1 phút, thì khi T37 = 1 và C5= 1(đếm đến giá trị 120), lập tức C49 = 1 (đếm đến giá trị 1) như vậy quá trình hoạt động của bể SBR 2 bỏ qua khoảng thời gian từ 0 đến 1 phút. Lý do được trình bày ở giản đồ thời gian dưới đây: Không sử dụng T46 Có sử dụng T46 Hình 4.42. Giản đồ minh họa vai trò của T46 • Network 5 // Khởi tạo chu kỳ làm việc cho hai bể M1.6 là chân reset của C48, khi C48 = 1 thì M1.6 = 1, kết hợp với M3.2 = 1 nó sẽ xóa giá trị đếm của C48 và việc đếm lại tiến hành lại từ đầu. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 83 Như vậy thời gian của chu kỳ làm việc của bể SBR 1 được bắt đầu lại từ đầu. Sự việc tương tự với bể SBR 2. • Network 6 // Hoạt động của bể SBR 1: Khi M0.0 = 1 thì bể SBR 1 được phép làm việc. Ta bắt đầu tiến hành so sánh C48 (thời gian làm việc của bể) với các giá trị đặt trước (thời gian cho mỗi quá trình). Tương ứng với mỗi quá trình là các biến nhớ từ M0.2 đến M0.6 (đã trình bày ở Bảng 4.3). Mối quan hệ giữa giá trị của C48 và mức logic của các biến đại diện cho các quá trình làm việc được trình bày ở dưới: Hình 4.43. Giản đồ minh họa • Network 7 // Quá trình xả nước vào bể SBR 1 Khi M0.2 = 1, tức là quá trình xả nước vào bể được thực hiện thì Q0.0 = 1 (van xả nước vào bể được mở) đến khi nào I0.4 = 1 là khi nước trong bể đạt mức đầy. Khi M0.2 = 0 tức là không phải quá trình xả nước vào bể. • Network 8 // Quá trình khuấy bể SBR 1 chọn chế độ làm việc M0.3 = 1 quá trình khuấy trong bể SBR 1 được thực hiện. Nếu I0.1 = 0 (tương ứng với nồng độ oxy < 2mg/l – xem Bảng 4.2) thì M2.1 = 1; M2.2 =1 tương ứng với máy khuấy 1 và 2 làm việc chế độ đồng thời (xem Bảng 4.3). Khi I0.1 = 1, T38 được sử dụng để tạo xung 10 phút (giá trị đặt trước là 6000). cách thức làm việc của T38 giống với việc tạo xung 1 phút đã trình bày ở trên. Ở đây ta sử dụng biến M2.0 để tham gia quá trình tạo xung. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 84 Để tạo chế độ làm việc luân phiên trong 5 phút cho hai máy khuấy ta sử dụng lệnh so sánh T38 với 3000 (tương đương 5 phút), khi T38 < 3000 thì M2.3 = 1, M2.4 = 0, khi T38 > 3000 thì M2.3 = 0, M2.4 = 1. M2.3, M2.4 tương đương với máy khuấy 1 và 2 ở chế độ luân phiên (xem Bảng 4.3). • Network 9 // Quá trình khuấy bể SBR 1 điều khiển máy khuấy: Tiếp điểm I0.3 = 1 tương đương nước trong bể ở mức làm việc, khi I0.3 = 1 thì các tiếp điểm Q0.3 và Q0.4 vùng đệm cổng ra của 2 máy khuấy mới có thể có giá trị logic 1, hai máy khuấy mới có thể làm việc. Lý do sử dụng các biến nhớ M2.1, M2.2. M2.3, M2.4 thay cho Q0.3 và Q0.4 là vì nguyên tắc khi lập trình là cuộn dây ra chỉ được xuất hiện một lần. Nguyên nhân của việc này là PLC làm việc theo vòng quét, nó sẽ thực hiện lệnh cuối cùng trong vòng quét. Ở trường hợp này, nếu ta không thay Q0.3 và Q0.4 bằng các biến nhớ trên thì không bao giờ máy khuấy làm việc ở chế độ đồng thời. • Network 10 // Quá trình xả nước ra khỏi bể SBR 1: M0.5 = 1 thì quá trình xả nước ra khỏi bể mới được thực hiện, Q0.1 là vùng đệm cổng ra cho phép van xả nước mở, khi nước trong bể đạt mức cạn I0.2 = 0, Q0.1 = 0 và van sẽ được đóng • Network 11 // Quá trình hút bùn bể SBR : M0.6 = 1 thì quá trình hút bùn mới được thực hiện. Khi M0.6 = 1 thì ngay lập tức Q0.2 = 1 và Q0.5 = 1, tức là van đường ống dẫn bùn được mở và bơm hút bùn được khởi động. Nếu trong bể có bùn, dòng chảy của bùn qua sẽ làm quay guồng đạp nước, và tín hiệu sẽ phát liên tục vào cổng I1.1 (nguyên lý làm việc của thiết bị báo bùn được trình bày ở mục 1.2.2). Khi đó I1.1 sẽ thay đổi giá trị logic từ 0 đến 1 và từ 1 đến 0 liên tục và như vậy T40 và T41 không đạt được giá trị đặt trước, và tiếp điểm của nó sẽ không ngắt nguồn nuôi Q0.2 và Q0.5. Để bảo vệ chống chạy cạn cho bơm khi không có bùn trong thời gian 10 giây. Ta sử dụng lệnh so sánh bộ định thời T40 và T41với giá trị đặt trước 100 (10 giây), khi T40 > 100 hoặc T41 > 100 thì tiếp điểm T40 hoặc T41 có giá trị logic 1 và nó sẽ ngắt Q0.2 và Q0.5 khỏi nguồn, van đường ống dẫn bùn bị đóng lại và bơm ngừng làm việc. Do quy trình xử lý nước thải yêu cầu trường hợp thời gian hút bùn quy định đã hết mà bùn vẫn còn trong đường ống cần hút hết ra để tránh trường hợp làm tắc đường ống, ta sử dụng bộ định thời T44, T40 và T41 để bắt đầu Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 85 chu kỳ làm việc mới cho bể. T44 được đặt giá trị đặt trước là 9000 (tương đương 15 phút), cùng lúc với M0.6 = 1, T44 được cung cấp nguồn nuôi để đếm thời gian, hết 15 phút thì tiếp điểm T44 = 1, nhưng do còn bùn nên T40 hoặc T41 chưa đạt giá trị logic bằng 1, nên M3.2 chưa bằng 1, C48 vẫn chưa được reset nên quá trình hút bùn vẫn tiếp tục. Khi hết bùn I1.1 = 0 hoặc 1 trong khoảng thời gian 1 phút, T41 hoặc T40 sẽ đạt giá trị logic 1 và lúc đó M3.2 = 1 và C48 được reset, chu kỳ làm việc mới của bể bắt đầu. Phần lập trình hoạt động của bể SBR 2 từ network 12 đến network 17 tương đương với phần lập trình hoạt động của bể SBR 1 chỉ khác về tên biến nhớ và các cổng vào/ra đã được trình bày ở Bảng 4.2 và Bảng 4.3. 2.5 Mô phỏng sự vận hành của PLC Việc mô phỏng sự vận hành của PLC được tiến hành thử nghiệm bằng Bàn thử nghiệm chương trình điều khiển Micro PLC của Công ty Thiết bị điện Công nghiệp Tam Anh do chính tôi lắp đặt. Quá trình thử nghiệm chương trình với PLC CPU 224XP AC/DC/RELAY và môđun mở rộng EM222, sử dụng các loại công tắc gạt tác động các cổng vào I0.0, I0.1 để khởi động và dừng hệ thống nút ấn thường hở tác động cổng vào I1.4 để thực hiện chức năng Reset hệ thống, tác động vào cổng vào I1.1 và I1.3 để thử nghiệm quá trình hút bùn, các nút ấn chết đưa vào các cổng vào còn lại của PLC đưa tín hiệu thay cho các trường hợp báo mức nước, mức oxy. Các tín hiệu của cổng ra đưa vào các rơle trung gian, cổng ra nào có tín hiệu xuất ra thì đèn led của rơle nối với cổng ra đó phát sáng. Vì bàn thử nghiệm chỉ có 10 rơle trung gian nên hai cổng ra còn lại quan sát trực tiếp trên PLC (trên môđun EM222). Kết quả quá trình thử nghiệm là việc điều khiển diễn ra như mong muốn. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 86 Bàn thử nghiệm chương trình điều khiển Micro PLC Bàn thử nghiệm Mặt trước bàn thử nghiệm PLC và Rơle trung gian Các nút bấm tác động cổng vào PLC Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 87 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 1. Kết luận Sau một thời gian thực tập và làm báo cáo tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Thạc sỹ Phan Văn Thắng và với sự nỗ lực của bản thân, báo cáo thực tập tốt nghiệp của tôi đã hoàn thành. Tôi nhận thấy qua thời gian thực tập báo cáo của tôi đã thu được những kết quả sau: Báo cáo đã thực hiện tốt những nhiệm vụ, yêu cầu đề ra trong “Đề cương thực tập tốt nghiệp” là đã nghiên cứu, tìm hiểu và trình bày rõ ràng về: • Các kiến thức cơ bản của công nghệ xử lý nước thải. • Quy trình xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Hạ Long. • Kỹ thuật ứng dụng PLC trong tự động hóa, hiểu biết về PLC từ các khái niệm cơ bản, đến đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, cách sử dụng, phương pháp lập trình cho PLC … • Kiến thức về các thiết bị tự động hóa sử dụng trong phạm vi nghiên cứu của đề tài: đó là các thiết bị đo lường, thu nhận thông tin các thiết bị chấp hành ... • Đưa ra được mô hình điều khiển bể SBR, có sơ đồ mô hình, đưa ra các thiết bị được lựa chọn thay thế thiết bị thực để tiến hành thiết kế mô hình, sơ đồ đấu dây của các thiết bị với PLC. • Đưa ra được thuật toán, lưu đồ điều khiển để vận hành bể, và dựa vào đó đã lập trình và thử nghiệm thành công. Tuy nhiên, do báo cáo làm trong một thời gian ngắn, điều kiện về tài liệu còn thiếu và kiến thức thực tế của bản thân tôi còn nhiều hạn chế, nên báo cáo sẽ không tránh khỏi sai xót và có những hạn chế như sau: • Do thực tập và làm báo cáo trong thời gian ngắn nên tôi chưa xây dựng được mô hình thực sự nên mới chỉ thiết kế mô hình thử nghiệm ở mức độ quan sát sự làm việc trên PLC. • Do chưa tìm đủ tài liệu cần thiết nên trong báo cáo việc trình bày về các thiết bị vận hành như động cơ, bơm hút bùn còn chưa trình bày cụ thể, chi tiết, chưa đưa ra được sơ đồ đấu dây của các thiết bị thực. • Do kiến thức về lập trình vẫn còn nhiều hạn chế nên chương trình điều khiển còn dài và phức tạp. Trong đề tài, phần lập trình sẽ ngắn hơn, Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 88 đơn giản và dễ hiểu hơn nếu biết sử dụng lệnh làm việc với thời gian thực thay cho việc phải sử dụng tổ hợp các lệnh so sánh, các lệnh điều khiển bộ đếm, bộ định thời. 2. Đề nghị Từ những kết luận về đề tài tôi xin đưa ra đề nghị sau: Tự động hóa điều khiển bể SBR trong hệ thống xử lý nước thải nói riêng và tự động hóa quá trình xử lý nước thải nói chung là một lĩnh vực thiết thực, mang tính trách nhiệm và ý thức với cộng đồng rất cần được ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Đề tài này khi được hoàn thiện và nâng cao hoàn toàn có thể ứng dụng ở thực tế. Những phương hướng để hoàn thiện và nâng cao đề tài trong tương lai là: • Tự động hóa tất cả các khâu chưa được tự động hóa, tất cả các giai đoạn của toàn bộ quá trình xử lý nước thải từ khi đưa từ hồ chứa cho đến lúc đưa ra hồ làm sạch. • Hoàn thiện phần lập trình có sử dụng lệnh làm việc với đồng hồ thời gian thực của PLC, việc này vừa tận dụng một khả năng vốn có của PLC vừa làm cho chương trình ngắn hơn, đơn giản và dễ hiểu hơn. • Sử dụng các phần mềm để kết nối hệ thống điều khiển với máy tính, xây dựng giao diện giao tiếp để người có thể điều khiển hệ thống thông qua máy tính. Khi đó không chỉ người lao động được giải phóng khỏi lao động chân tay, nhàm chán và độc hại mà việc điều khiển hệ thống được tiến hành dễ dàng, trực quan, việc thay đổi các thông số của hệ thống cũng được thuận tiện. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Ngọc Cảm. PLC phần trung tâm trong hệ thống điều khiển tự động. Tạp chí Tự động hóa ngày nay. Số 3/2006. [2] Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân. Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển. NXB Khoa học và kỹ thuật - 2001. [3] Nguyễn Thái Minh Đức. SIMATIC S7-200 Sản phẩm Micro PLC xuất sắc nhất giành cho các nhà chế tạo máy Việt nam. Tạp chí Tự động hóa ngày nay. Số 3/2006. [4] Nguyễn Thái Minh Đức. Ứng dụng PLC ở Việt Nam như thế nào ? Tạp chí Tự động hóa ngày nay. Số 3/2006. [5] Phạm Thị Giới. Tự động hóa các công trình cấp và thoát nước. NXB Xây Dựng - 2003. [6] Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa, Nguyễn Thị Vấn. Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý (tập II). NXB Giáo Dục. [7] Vũ Quang Hồi. Trang bị điện - điện tử công nghiệp. NXB Giáo Dục - 2003. [8] Trần Văn Mô. Thoát nước đô thị một số vấn đề lý thuyết và thực tiễn. NXB Xây Dựng - 2002. [9] Trần Văn Nhân. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải. NXB Khoa học và kỹ thuật - 1999. [10] Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến. Giáo trình cảm biến. NXB Khoa học và kỹ thuật - 2006. [11] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh. Tự động hóa với SIMTATIC S7-200. NXB Nông nghiệp - 2002. [12] Bùi Thanh. Cảm biến lưu lượng bạn chọn loại gì ? Tạp chí Tự động hóa ngày nay. Số 12/2005 [13] PGS TS Hoàng Tuệ. Xử lý nước thải. NXB Xây Dựng - 2005. [14] Basic of PLCs, Tài liệu của hãng Siemens. [15] Basic of Sensor, Tài liệu của hãng Siemens. [16] SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual, Tài liệu của hãng Siemens. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Trang 90 [17] Catalog sản phẩm của các hãng điện tử: Siemens, Autonics, Endress + Hauser. [18] Một số bài viết trên các trang web điện tử: www.dientuvietnam.net, www.hiendaihoa.com, www.automation.siemens.com, www.plcs.net