Đồ án HCMUTE: Mô hình hệ thống điều khiển giám sát nước cung cấp cho tòa nhà

• Tác giả: Đặng Hữu Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Ngành CN KT Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Mô Hình Hệ Thống Điều Khiển Giám Sát Nước Cung Cấp Cho Tòa Nhà
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG BƠM NƯỚC
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Giới hạn đề tài
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.5. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Khái niệm
• 2.2. Phân loại
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG
• 3.1. Tính toán các thông số cho hệ thống
• 3.2. Tính toán hệ thống
• 3.3. Bể chứa ngầm. Đồng hồ nước
• 3.4. Đường kính ống
• 3.5. Thiết kế hệ thống
• 3.6. Chọn thiết bị cho hệ thống
• 3.6.1. Chọn thiết bị cho mạch động lực
• 3.6.2. Lựa chọn bơm 3 pha đầu vào, bơm chính
• 3.6.3. Lựa chọn bơm 3 pha đầu vào, bơm phụ
• 3.6.4. Lựa chọn bơm tăng áp
• 3.6.5. Lựa chọn biến tần
• 3.6.6. Lựa chọn Contactor
• 3.6.7. Lựa chọn MCCB
• 3.6.8. Lựa chọn cáp mạch động lực, bơm biến tần
• 3.6.9. Lựa chọn cáp mạch động lực, bơm đầu vào
• 3.7. Lựa chọn thiết bị cho mạch điều khiển
• 3.7.1. Lựa chọn MCB
• 3.7.2. Lựa chọn cảm biến áp suất
• 3.7.3. Lựa chọn nút nhấn nhả có đèn
• 3.7.4. Lựa chọn nút nhấn Switch
• 3.7.5. Lựa chọn đèn báo
• 3.7.6. Chọn bộ nguồn AC/DC
• 3.7.7. Cảm biến mức nước
• 4. CHƯƠNG 4: CÀI ĐẶT THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ PHẦN MỀM
• 4.1. Thiết kế giao diện màn hình HMI
• 4.2. Kết nối HMI với PLC S7-1200 bằng Ethernet
• 4.3. Giao tiếp Modbus RTU với biến tần
• 4.4. Phân quyền trên HMI
• 4.5. Cảnh báo alarm trên HMI
• 4.6. Chức năng VNC
• 4.7. Cài đặt biến tần GD20
• 4.8. Cài đặt biến tần VFD-M
• 4.9. Thanh ghi giao tiếp truyền thông Modbus
• 5. CHƯƠNG 5: THI CÔNG MÔ HÌNH, THỰC NGHIỆM
• 5.1. Thi công mô hình
• 5.2. Phần số 1: Đầu vào – cung cấp nước
• 5.3. Phần số 2: Đầu ra – duy trì áp suất
• 5.4. Hệ thống điện và điều khiển
• 5.5. Hoàn thiện mô hình. Tìm thông số cho bộ điều khiển PID
• 5.6. Trang lịch sử đăng nhập
• 5.7. Trang báo động Alarm
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Mục tiêu 1: Tính toán, thiết kế hệ thống bơm
• 6.2. Mục tiêu 2: Điều khiển bơm luân phiên đầu vào trực tiếp qua ngõ ra của PLC
• 6.3. Mục tiêu 3: Điều khiển bơm 3 pha đầu ra bằng biến tần INVT
• 6.4. Mục tiêu 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát với 2 hình thức: thông qua tủ điều khiển hoặc thông qua giao diện WEBSEVER
• 6.5. Những hạn chế của đề tài
• 6.6. Hướng phát triển của đề tài
• 6.7. Khắc phục các hạn chế của đề tài
• 6.8. Biện pháp khắc phục cho hệ thống khi xảy ra mất điện
• 6.9. Biện pháp khắc phục cho hệ thống khi cúp nước từ thủy cục
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát nước

Hệ thống điều khiển giám sát nước cho tòa nhà tại HCMUTE được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng cao trong các khu vực đô thị. Hệ thống này không chỉ đảm bảo cung cấp nước liên tục mà còn tối ưu hóa hiệu suất sử dụng nước. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong hệ thống này giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, đồng thời nâng cao độ chính xác và an toàn trong quá trình vận hành. Hệ thống giám sát nước thông minh cho phép theo dõi và điều khiển từ xa, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.

1.1. Giới thiệu về hệ thống giám sát nước

Hệ thống giám sát nước cho tòa nhà được xây dựng dựa trên nền tảng công nghệ Internet of Things (IoT). Hệ thống này cho phép người dùng theo dõi mức nước, áp suất và tình trạng hoạt động của các bơm từ xa thông qua giao diện web. Việc sử dụng cảm biến và bộ điều khiển PLC giúp hệ thống hoạt động hiệu quả, tự động hóa quá trình điều khiển và giám sát. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì và vận hành.

1.2. Lợi ích của hệ thống điều khiển giám sát nước

Hệ thống điều khiển giám sát nước mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho người sử dụng. Đầu tiên, nó giúp tiết kiệm nước và năng lượng thông qua việc điều chỉnh hoạt động của các bơm theo nhu cầu thực tế. Thứ hai, hệ thống cung cấp cảnh báo rò rỉ nước, giúp người quản lý nhanh chóng phát hiện và khắc phục sự cố. Cuối cùng, việc tự động hóa trong điều khiển giúp giảm thiểu nhân lực cần thiết cho việc giám sát và vận hành hệ thống.

II. Thiết kế và tính toán hệ thống bơm

Thiết kế hệ thống bơm cho tòa nhà 10 tầng với 60 căn hộ đòi hỏi tính toán kỹ lưỡng về công suất và áp suất. Hệ thống bơm được thiết kế với 3 bơm luân phiên, đảm bảo cung cấp nước liên tục cho bồn chứa trên tầng thượng. Việc sử dụng biến tần INVT cho phép điều khiển bơm 3 pha một cách linh hoạt, giúp duy trì áp suất ổn định trong đường ống. Hệ thống cũng được trang bị cảm biến áp suất để theo dõi và điều chỉnh hoạt động của bơm một cách tự động.

2.1. Tính toán công suất bơm

Công suất bơm được tính toán dựa trên nhu cầu sử dụng nước của tòa nhà. Với 300 người sử dụng, cần xác định lưu lượng nước tối đa và áp suất cần thiết để đảm bảo cung cấp nước cho tất cả các căn hộ. Các thông số này sẽ được sử dụng để lựa chọn bơm phù hợp, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu và tiết kiệm năng lượng.

2.2. Thiết kế hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển được thiết kế với hai hình thức: điều khiển từ tủ điện và điều khiển qua giao diện web. Việc sử dụng PLC Siemens và HMI Kinco giúp người quản lý dễ dàng theo dõi và điều chỉnh hoạt động của hệ thống. Giao thức Modbus RTU RS485 được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị, đảm bảo tính chính xác và nhanh chóng trong việc gửi nhận dữ liệu.

III. Ứng dụng và triển khai hệ thống

Hệ thống điều khiển giám sát nước đã được triển khai tại HCMUTE, mang lại nhiều lợi ích cho việc quản lý và sử dụng nước. Việc tự động hóa trong điều khiển giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, đồng thời nâng cao hiệu suất sử dụng nước. Hệ thống cũng cung cấp các báo cáo và thống kê về mức tiêu thụ nước, giúp người quản lý có cái nhìn tổng quan về tình trạng sử dụng nước trong tòa nhà.

3.1. Triển khai hệ thống tại HCMUTE

Hệ thống đã được lắp đặt và vận hành thử nghiệm tại HCMUTE. Các thiết bị như bơm, cảm biến và PLC đã được kết nối và cấu hình để hoạt động đồng bộ. Quá trình triển khai gặp một số khó khăn ban đầu, nhưng nhờ sự hỗ trợ từ các giảng viên và kỹ sư, hệ thống đã hoạt động ổn định và hiệu quả.

3.2. Đánh giá hiệu quả hoạt động

Sau một thời gian vận hành, hệ thống đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc tiết kiệm nước và năng lượng. Các báo cáo cho thấy mức tiêu thụ nước đã giảm đáng kể so với trước đây. Hệ thống cũng cung cấp cảnh báo kịp thời khi có sự cố xảy ra, giúp người quản lý nhanh chóng khắc phục và đảm bảo cung cấp nước liên tục cho người dân.