Tiểu luận đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cấp nước tự động cho nhà chung cư

• Tác giả: Nguyễn Đương Tiến
• Người hướng dẫn: ThS. Vũ Duy Nghĩa
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống cấp nước tự động cho nhà chung cư
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• 1. CHƯƠNG 1: LỜI MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC
• 2.1. Tìm hiểu về đối tượng
• 2.2. Giải pháp công nghê đang được sử dụng
• 2.3. Lựa chọn giải pháp
• 2.4. Nguyên tắc điều khiển hệ thống
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 5. CHƯƠNG 5: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƯƠNG TRÌNH
• DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hệ thống điều khiển cấp nước tự động

Hệ thống điều khiển cấp nước tự động cho chung cư là một giải pháp công nghệ hiện đại nhằm tối ưu hóa việc cung cấp nước cho các tòa nhà cao tầng. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn đảm bảo áp lực nước ổn định, đáp ứng nhu cầu sử dụng của cư dân. Việc áp dụng công nghệ PLC (Programmable Logic Controller) trong hệ thống này cho phép điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống. Hệ thống sử dụng các cảm biến áp suất để theo dõi và điều chỉnh lưu lượng nước, từ đó giảm thiểu tình trạng lãng phí năng lượng và kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Theo nghiên cứu, việc tự động hóa trong cấp nước không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Lý do chọn đề tài

Nhu cầu sử dụng nước trong các khu chung cư ngày càng tăng cao, đặc biệt trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng. Việc cấp nước tự động giúp giảm thiểu công sức lao động và tăng cường hiệu quả sử dụng tài nguyên. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Việc áp dụng công nghệ mới vào hệ thống cấp nước là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế một hệ thống điều khiển cấp nước tự động cho chung cư, nhằm đảm bảo cung cấp nước ổn định và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống sẽ sử dụng các thiết bị như biến tần, cảm biến áp suất, và PLC để điều chỉnh lưu lượng nước theo nhu cầu sử dụng thực tế. Nghiên cứu cũng hướng đến việc tối ưu hóa chi phí đầu tư và vận hành hệ thống.

II. Thiết kế hệ thống điều khiển

Thiết kế hệ thống điều khiển cấp nước bao gồm việc lựa chọn các thiết bị phù hợp và xây dựng sơ đồ mạch điều khiển. Hệ thống sẽ sử dụng PLC S7-300 để điều khiển các bơm nước, đảm bảo áp suất và lưu lượng nước luôn ổn định. Các cảm biến áp suất sẽ cung cấp thông tin phản hồi về PLC, từ đó PLC sẽ điều chỉnh tốc độ của bơm thông qua biến tần. Việc sử dụng van điện và sensor mực nước cũng là một phần quan trọng trong thiết kế, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.

2.1. Cấu trúc phần cứng

Cấu trúc phần cứng của hệ thống bao gồm các thành phần chính như bơm nước, biến tần, PLC, và các cảm biến. Mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động của hệ thống. Bơm nước sẽ được điều khiển bởi biến tần, giúp điều chỉnh tốc độ bơm theo nhu cầu sử dụng. PLC sẽ xử lý tín hiệu từ các cảm biến và đưa ra lệnh điều khiển cho bơm. Cấu trúc này không chỉ giúp hệ thống hoạt động ổn định mà còn dễ dàng bảo trì và nâng cấp.

2.2. Mô hình thực tế

Mô hình thực tế của hệ thống cấp nước tự động được xây dựng dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và yêu cầu thực tế. Mô hình này sẽ bao gồm các thiết bị như bể chứa nước, đường ống, và các thiết bị điều khiển. Việc mô phỏng hoạt động của hệ thống trên phần mềm như Simatic WinCC giúp kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của thiết kế trước khi triển khai thực tế. Mô hình thực tế cũng sẽ giúp đánh giá được hiệu suất hoạt động của hệ thống trong các điều kiện khác nhau.

III. Ứng dụng và lợi ích của hệ thống

Hệ thống điều khiển cấp nước tự động mang lại nhiều lợi ích cho các khu chung cư. Đầu tiên, hệ thống giúp tiết kiệm năng lượng nhờ vào việc điều chỉnh tốc độ bơm theo nhu cầu sử dụng thực tế. Thứ hai, việc tự động hóa giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó giảm thiểu sai sót và tăng cường độ tin cậy của hệ thống. Cuối cùng, hệ thống còn giúp bảo vệ môi trường bằng cách giảm thiểu lãng phí nước và năng lượng. Các nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng hệ thống này có thể giảm tới 30% chi phí vận hành so với các phương pháp truyền thống.

3.1. Tiết kiệm năng lượng

Hệ thống cấp nước tự động giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách điều chỉnh tốc độ bơm theo nhu cầu sử dụng. Khi nhu cầu sử dụng nước thấp, bơm sẽ hoạt động ở tốc độ thấp hơn, từ đó giảm thiểu tiêu thụ điện năng. Việc này không chỉ giúp giảm chi phí vận hành mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Theo các nghiên cứu, việc sử dụng biến tần trong hệ thống bơm có thể tiết kiệm tới 50% năng lượng tiêu thụ.

3.2. Tăng cường độ tin cậy

Hệ thống điều khiển cấp nước tự động giúp tăng cường độ tin cậy của việc cung cấp nước. Nhờ vào việc sử dụng các cảm biến và PLC, hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh và phản hồi nhanh chóng với các thay đổi trong nhu cầu sử dụng nước. Điều này giúp đảm bảo rằng cư dân luôn có đủ nước sử dụng, ngay cả trong những thời điểm cao điểm. Hệ thống cũng có khả năng tự chẩn đoán và phát hiện sự cố, từ đó giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.