Điều khiển và giám sát hệ thống cấp nước thông minh cho tòa nhà bằng IoT

• Tác giả: Nguyễn Lê Tiến Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Trần Vi Đô
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Điều Khiển Và Giám Sát Hệ Thống Cấp Nước Cho Tòa Nhà: Ứng Dụng IoT Trong Điều Khiển Và Giám Sát
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.2.1. Các hệ thống bơm hiện nay
• 1.2.2. Phương pháp điều khiển ON/OFF
• 1.2.3. Kết luận
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Phạm vi nghiên cứu đề tài
• 1.6. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
• 2.1. Thiết kế và lựa chọn thiết bị phần cứng
• 2.1.1. Yêu cầu thiết kế
• 2.1.2. Bản vẽ mô hình hệ thống
• 2.1.3. Lựa chọn thiết bị cho phần cứng
• 2.1.3.1. Khung đỡ hệ thống
• 2.1.3.2. Bồn chứa nước
• 2.1.3.3. Van một chiều
• 2.1.3.4. Van xả nước
• 2.1.3.5. Lựa chọn cáp động lực, bơm
• 2.1.3.6. Lựa chọn bơm tầng hầm
• 2.1.3.7. Lựa chọn bơm tăng áp
• 2.1.3.8. Lựa chọn đồng hồ vạn năng
• 2.1.3.9. Lựa chọn biến dòng
• 2.1.3.10. Đồng hồ đo áp suất
• 2.2. Thiết kế và lựa chọn thiết bị phần điện
• 2.2.1. Yêu cầu thiết kế
• 2.2.2. Sơ đồ khối và sơ đồ nối dây
• 2.2.2.1. Sơ đồ nối dây mạch động lực và điều khiển
• 2.2.3. Lựa chọn thiết bị cho phần điện
• 2.2.3.1. Lựa chọn MCB tổng
• 2.2.3.2. Lựa chọn MCB tải
• 2.2.3.3. Lựa chọn MCB khiển
• 2.2.3.4. Lựa chọn thiết bị truyền thông với mạng không dây
• 2.2.3.5. Lựa chọn bộ nguồn AC/DC
• 2.2.3.6. Lựa chọn Relay trung gian
• 2.2.3.7. Lựa chọn biến tần điều khiển bơm tầng hầm
• 2.2.3.8. Lựa chọn biến tần điều khiển bơm tầng mái
• 2.2.3.9. Lựa chọn cảm biến áp suất
• 2.2.3.10. Lựa chọn công tắc chuyển mạch Switch 3 vị trí
• 2.2.3.11. Lựa chọn công tắc chuyển mạch Switch 2 vị trí
• 2.2.3.12. Lựa chọn nút dừng khẩn cấp
• 2.2.3.13. Lựa chọn đèn, buzzer cảnh báo
• 2.2.3.14. Lựa chọn cảm biến mức nước
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
• 3.1. Thiết kế giao diện màn hình HMI
• 3.1.1. Kết nối HMI với PLC S7-1200 bằng Erthernet
• 3.1.2. Phân quyền trên HMI
• 3.1.3. Phân quyền trên phần mềm Kinco HMIware
• 3.1.4. Cảnh báo Alarm trên HMI
• 3.1.5. Cài đặt Alarm trên HMI
• 3.2. Thiết kế giao diện web qua V-Net Access
• 3.2.1. Tạo tài khoản đăng nhập
• 3.2.2. Kết nối V-Net Access với Sever của V-Box
• 3.2.3. Thiết lập Communication
• 3.2.4. Giám sát hoạt động
• 3.2.4.1. Thêm giá trị giám sát
• 3.2.4.2. Thêm giá trị cảnh báo Alarm
• 3.2.4.3. Hiển thị cảnh báo
• 3.2.4.4. Cài đặt biến tần Mitsubishi E700
• 3.2.4.5. Cài đặt thông số biến tần Frecon FR100
• 3.2.4.6. Cài đặt thông số đồng hồ Selec
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN
• 4.1. Phần bơm cấp nước
• 4.3. Phần hệ thống tủ điện
• 4.4. Hoàn thiện phần cứng
• 4.4.1. Tìm thông số cho bộ điều khiển PID
• 4.4.2. Giao diện màn hình HMI
• 4.4.2.1. Giao diện đăng nhập của hệ thống
• 4.4.2.2. Giao diện tổng quan của hệ thống
• 4.4.2.3. Giao diện cài đặt và điều khiển của hệ thống
• 4.4.2.4. Giao diện thông số đồng hồ đa năng Selec
• 4.4.2.5. Giao diện lịch sử báo lỗi của hệ thống
• 4.4.2.6. Giao diện lịch sử đăng nhập của hệ thống
• 4.4.2.7. Giao diện hiển thị biểu đồ áp suất trong đường ống
• 4.4.3. Giao diện màn hình Webserver
• 4.4.3.1. Giao diện đăng nhập của hệ thống trên Webserver
• 4.4.3.2. Giao diện tổng quan của hệ thống trên Webserver
• 4.4.3.3. Giao diện cài đặt và điều khiển của hệ thống trên Webserver
• 4.4.3.4. Giao diện thông số đồng hồ đa năng Selec trên Webserver
• 4.4.3.5. Giao diện lịch sử báo lỗi của hệ thống trên Webserver
• 4.4.3.6. Giao diện biểu đồ áp suất trong đường ống trên Webserver
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Công việc đã thực hiện
• 5.2. Những hạn chế của đề tài
• 5.3. Hướng phát triển của đề tài
• 5.3.1. Khắc phục các hạn chế của đề tài
• 5.3.2. Biện pháp khắc phục cho hệ thống khi xảy ra mất điện
• 5.3.3. Biện pháp khắc phục cho hệ thống khi cúp nước từ thủy cục
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Hệ thống cấp nước thông minh

Hệ thống cấp nước thông minh cho tòa nhà là một giải pháp hiện đại nhằm đảm bảo cung cấp nước liên tục và ổn định cho cư dân. Việc ứng dụng IoT trong hệ thống này cho phép điều khiển và giám sát từ xa, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống này không chỉ đơn thuần là một mạng lưới cấp nước mà còn là một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh, có khả năng thu thập và phân tích dữ liệu để tối ưu hóa hoạt động. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ IoT trong xây dựng đã giúp giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì, đồng thời nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Một trong những điểm nổi bật của hệ thống này là khả năng giám sát hệ thống cấp nước từ xa, cho phép người quản lý theo dõi tình trạng hoạt động và phát hiện sự cố kịp thời.

1.1. Ứng dụng IoT trong điều khiển nước

Ứng dụng IoT trong điều khiển nước mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống cấp nước thông minh. Các cảm biến được lắp đặt trong hệ thống có khả năng thu thập dữ liệu về lưu lượng, áp suất và chất lượng nước. Dữ liệu này được truyền tải qua mạng Internet đến các thiết bị giám sát, cho phép người quản lý theo dõi và điều chỉnh hoạt động của hệ thống một cách hiệu quả. Việc sử dụng cảm biến nước giúp phát hiện rò rỉ và các vấn đề khác trong hệ thống, từ đó giảm thiểu tổn thất nước và chi phí sửa chữa. Hệ thống cũng có thể tự động điều chỉnh hoạt động của máy bơm dựa trên nhu cầu sử dụng thực tế, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.2. Giám sát hệ thống cấp nước

Giám sát hệ thống cấp nước là một phần quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống. Hệ thống giám sát từ xa cho phép người quản lý theo dõi tình trạng hoạt động của các thiết bị như máy bơm, van và cảm biến. Thông qua giao diện người dùng, người quản lý có thể nhận được thông báo về các sự cố, như áp suất thấp hoặc rò rỉ nước. Việc này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Hệ thống giám sát cũng có thể cung cấp dữ liệu lịch sử, giúp phân tích và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống trong tương lai.

II. Công nghệ IoT trong xây dựng

Công nghệ IoT đang ngày càng trở nên phổ biến trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt là trong việc phát triển các tòa nhà thông minh. Việc tích hợp các thiết bị thông minh vào hệ thống cấp nước không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng mà còn tạo ra một môi trường sống tiện nghi hơn cho cư dân. Các thiết bị như cảm biến, máy bơm và hệ thống điều khiển đều có thể được kết nối và điều khiển thông qua một nền tảng duy nhất. Điều này giúp giảm thiểu sự phức tạp trong việc quản lý và bảo trì hệ thống. Hệ thống cấp nước thông minh cũng có khả năng tự động hóa nhiều quy trình, từ việc điều chỉnh áp suất đến việc phát hiện và xử lý sự cố.

2.1. Hệ thống tự động hóa

Hệ thống tự động hóa trong cấp nước cho tòa nhà là một yếu tố quan trọng giúp nâng cao hiệu quả hoạt động. Các thiết bị như biến tần và bộ điều khiển PID được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của máy bơm, từ đó duy trì áp suất nước ổn định. Hệ thống tự động hóa không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa cũng giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống, đảm bảo cung cấp nước liên tục cho cư dân.

2.2. Quản lý nước thông minh

Quản lý nước thông minh là một khía cạnh quan trọng trong việc phát triển hệ thống cấp nước cho tòa nhà. Hệ thống này cho phép theo dõi và điều chỉnh việc sử dụng nước một cách hiệu quả. Các cảm biến được lắp đặt trong hệ thống có khả năng thu thập dữ liệu về lưu lượng và áp suất nước, từ đó giúp người quản lý đưa ra các quyết định chính xác về việc điều chỉnh hoạt động của máy bơm và các thiết bị khác. Việc quản lý nước thông minh không chỉ giúp tiết kiệm nước mà còn giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì hệ thống.