Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tự động hóa đóng vai trò trọng tâm nhằm nâng cao năng suất lao động, độ chính xác và hiệu quả tổng thể của quá trình sản xuất. Để hiện thực hóa tự động hóa công nghiệp, bên cạnh hệ thống cơ khí và thiết bị động lực, các bộ điều khiển khả trình (PLC) đã trở thành công cụ điều khiển tiêu chuẩn nhờ khả năng lập trình linh hoạt, dễ dàng thay đổi thuật toán hoạt động mà không cần can thiệp tái cấu trúc phần cứng.
Trong lĩnh vực nông nghiệp, dân dụng và công nghiệp, các hệ thống trạm bơm nước giữ nhiệm vụ thiết yếu trong công tác cấp nước tưới tiêu, tiêu úng và cung cấp nước sinh hoạt. Các phương thức vận hành trạm bơm truyền thống bằng tay hoặc điều khiển qua mạng rơ le - công tắc tơ cơ điện bộc lộ nhiều hạn chế: hệ thống dây dẫn phức tạp, kích thước tủ điện cồng kềnh, độ tin cậy thấp, khó bảo trì sửa chữa khi xảy ra sự cố và tiêu hao nhiều năng lượng điện do động cơ khởi động trực tiếp. Việc ứng dụng hệ truyền động biến tần kết hợp bộ điều khiển PLC cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ máy bơm trên dải rộng, thực hiện khởi động mềm giảm rung giật cơ khí, nâng cao tuổi thọ thiết bị và tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và giảng dạy chuyên ngành Kỹ thuật Điện – Điện tử, đề tài "Thiết kế mô hình trạm bơm nước tự động dùng PLC S7-200" được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:
- Nghiên cứu tổng quan cơ sở lý thuyết về hệ thống trạm bơm nước, động cơ dị bộ ba pha xoay chiều, thiết bị biến tần và bộ điều khiển logic khả trình PLC.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ và tập lệnh lập trình của PLC Siemens S7-200 trên phần mềm Step 7-Micro/WIN.
- Khảo sát thông số kỹ thuật, phương thức cài đặt tham số và cấu hình đấu nối của biến tần Omron 3G3MV.
- Tính toán lựa chọn các thiết bị điện động lực và điều khiển (động cơ bơm, contactor, rơ le nhiệt, rơ le trung gian, cảm biến mức nước).
- Thiết kế và thi công hoàn thiện mô hình cơ khí (bồn nước kính 96 lít, bàn đỡ di động) và mô hình tủ điện điều khiển ($40 \times 60 \times 210\text{ cm}$).
- Xây dựng sơ đồ mạch điện (động lực, điều khiển, phối ghép PLC) và viết chương trình điều khiển tự động hóa trạm bơm theo mức nước.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển tự động trạm bơm nước sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-200, biến tần Omron họ 3G3MV, hai động cơ điện xoay chiều ba pha kéo bơm, cảm biến phao nước đo mức và van điện từ xả đáy.
- Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế mô hình thí nghiệm phục vụ học tập, đào tạo và nghiên cứu thực nghiệm tại Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH); giới hạn ở quy mô mô hình phòng thí nghiệm với nguồn cấp 1 pha/3 pha hạ áp.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
1. Khung lý thuyết và mô hình ứng dụng
Đề tài xây dựng trên các nền tảng lý thuyết chuyên ngành Điện công nghiệp và Tự động hóa:
- Mô hình phân cấp chức năng quản lý sản xuất công nghiệp: Hệ thống được đặt trong cấu trúc 3 cấp cơ sở:
- Cấp chấp hành: Thực hiện đo lường (cảm biến phao mức) và dẫn động (động cơ bơm, van điện từ xả đáy).
- Cấp điều khiển (Cấp trường): Bộ điều khiển PLC tiếp nhận tín hiệu cảm biến, xử lý thuật toán logic và xuất lệnh điều khiển biến tần cùng thiết bị chấp hành.
- Cấp điều khiển quá trình: Hỗ trợ theo dõi, vận hành, giám sát và xử lý tình huống bất thường thông qua đèn báo, đồng hồ đo dòng/áp và nút nhấn tại mặt tủ.
- Lý thuyết trạm bơm và phân loại: Hệ thống công trình trạm bơm bao gồm cửa lấy nước, công trình dẫn nước, bể lắng cát, bể tập trung nước, công trình nhận nước (bể hút), nhà máy bơm, đường ống áp lực (ống đẩy) và công trình tháo (bể tháo). Phân loại theo mục đích sử dụng gồm: trạm bơm tưới, trạm bơm tiêu, trạm bơm tháo nước và trạm bơm cấp nước nông thôn.
- Lý thuyết động cơ điện dị bộ (không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc): Vận tốc từ trường quay $n_{tt} = \frac{60f_1}{p}$; độ trượt $s = \frac{n_{tt} - n}{n_{tt}} \times 100%$; tốc độ quay của rôto $n = n_{tt}(1-s)$; tần số dòng điện cảm ứng rôto $f_2 = s \cdot f_1$.
- Nguyên lý biến tần bán dẫn: Dòng biến tần Omron 3G3MV cho phép biến đổi tần số nguồn cấp nhằm điều khiển vô cấp tốc độ động cơ theo nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ tối đa 8 cấp tốc độ và truyền thông RS-485/Modbus.
- Nguyên lý điều khiển logic khả trình (PLC): PLC Siemens S7-200 hoạt động theo chu trình vòng quét (Scan cycle) lặp tuần tự gồm 4 giai đoạn: đọc tín hiệu từ các cổng ngõ vào số đưa vào bộ đệm ảo I (Input image register) $\rightarrow$ thực thi chương trình ứng dụng từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc $\rightarrow$ chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo Q (Output image register) ra các cổng ngõ ra số $\rightarrow$ xử lý truyền thông và tự kiểm tra trạng thái CPU.
2. Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật
Đề tài sử dụng phương pháp tính toán kỹ thuật kết hợp thiết kế và thực nghiệm mô hình hóa:
- Tính toán công suất động cơ kéo máy bơm:
$$\text{P}_{đc} = \frac{1000 \cdot Q \cdot H}{102 \cdot S}$$
Trong đó: $Q$ là lưu lượng nước ($\text{m}^3/\text{s}$), $H$ là cột áp bơm ($\text{m}$), $S$ là hiệu suất bơm (thường chọn $S \approx 0{,}82$), kết hợp hệ số dự phòng dư tải $0{,}43$ nhằm tránh quá tải.
- Tính toán lựa chọn Contactor và khí cụ đóng cắt:
$$\text{I}{tt} = \frac{\text{P}{đm}}{\sqrt{3} \cdot \text{U}{đm} \cdot \cos\varphi}$$
Dòng định mức của contactor được lựa chọn thỏa mãn điều kiện an toàn: $\text{I}{cct} \ge (2 \div 2{,}7) \cdot \text{I}_{tt}$, phối hợp cùng rơ le nhiệt để bảo vệ quá tải động cơ.
- Phương pháp lập trình: Lập trình theo cấu trúc khối (Chương trình chính OB1, chương trình con Subroutine, chương trình ngắt Interrupt) trên phần mềm Step 7-Micro/WIN bằng ngôn ngữ hình thang LAD (Ladder Logic).
Thiết kế và triển khai hệ thống
1. Kiến trúc phần cứng và thiết bị mô hình
Mô hình trạm bơm nước tự động được chia thành hai phần chính: cơ khí thủy lực và tủ điện điều khiển.
| Thành phần |
Đặc tính kỹ thuật và kích thước |
Chức năng trong mô hình |
| Bồn chứa nước |
Vật liệu kính trong suốt; kích thước $D \times R \times H = 40 \times 40 \times 60\text{ cm}$; dung tích tính toán: $V = 96\text{ lít}$. |
Quan sát trực quan sự thay đổi mức nước; chứa nước tuần hoàn. |
| Bàn đỡ bồn |
Bàn khung sắt định hình, tích hợp 4 bánh xe di chuyển; phía dưới đặt thùng chứa nước xả. |
Gá đặt bồn kính và chứa nước xả tuần hoàn qua van đáy. |
| Vỏ tủ điện điều khiển |
Kim loại tấm sơn tĩnh điện; kích thước: $40 \times 60 \times 210\text{ cm}$. |
Bảo vệ và bố trí các thiết bị điện, bộ điều khiển, khí cụ đóng cắt. |
| Mặt tủ điều khiển |
03 đèn LED báo trạng thái ($\varnothing 25\text{ mm}$); nút nhấn khởi động ($\varnothing 25\text{ mm}$); 02 đồng hồ đo Dòng và Áp ($72 \times 72\text{ mm}$). |
Giao diện điều khiển tại chỗ, giám sát điện áp và dòng điện tiêu thụ. |
| Bộ điều khiển PLC |
Siemens S7-200 (Modul CPU, cấp nguồn 24VDC/220VAC, tích hợp cổng I/O số). |
Xử lý logic điều khiển tuần tự, quản lý tín hiệu phao và xuất lệnh. |
| Biến tần |
Omron 3G3MV (hỗ trợ điều khiển đa cấp tốc độ, bảo vệ quá dòng, quá áp, quá nhiệt). |
Điều khiển tốc độ quay và chế độ khởi động/dừng của động cơ bơm. |
| Cơ cấu chấp hành |
02 động cơ không đồng bộ 3 pha kéo bơm; 01 van xả điện từ gắn lỗ xả đáy bồn. |
Bơm cấp nước lên bồn và xả nước tuần hoàn để mô phỏng tải tiêu thụ. |
| Cảm biến mức |
Phao nước dạng công tắc hành trình gắn trên miệng và thành bồn nước. |
Phát hiện mức nước cạn (bật bơm) và mức nước đầy (ngắt bơm). |
| Khí cụ bảo vệ |
Aptomat (MCCB), contactor, rơ le nhiệt, rơ le trung gian. |
Đóng cắt mạch động lực, mạch điều khiển và bảo vệ quá tải, ngắn mạch. |
2. Cài đặt thông số biến tần Omron 3G3MV
Các nhóm thông số cài đặt trên màn hình điều khiển biến tần phục vụ vận hành:
- Nhóm DRV (Drive): Cài đặt tần số hoạt động chuẩn, thời gian tăng tốc (Acceleration time), thời gian giảm tốc (Deceleration time), chiều quay và chế độ chạy.
- Nhóm FU1 (Function 1): Thiết lập tần số giới hạn tối đa, đặc tuyến V/f, mô men xoắn khởi động và các chế độ bảo vệ (quá tải, quá nhiệt).
- Nhóm FU2 (Function 2): Cấu hình hiển thị thông số (điện áp, dòng điện, tần số, tốc độ vòng quay), chức năng khóa dữ liệu và khôi phục cài đặt gốc nhà sản xuất.
- Nhóm I/O: Cấu hình ngõ vào đa chức năng (chọn các cấp tốc độ), chế độ kích hoạt NPN/PNP qua switch phần cứng và giao tiếp truyền thông.
- Quy chuẩn lắp đặt: Khoảng cách tản nhiệt tối thiểu giữa biến tần và thành tủ hoặc thiết bị lân cận: chiều đứng $\ge 150\text{ mm}$, chiều ngang $\ge 50\text{ mm}$. Tuyệt đối không nối nguồn điện xoay chiều AC vào các ngõ ra U, V, W của biến tần.
3. Cấu hình vào/ra và thuật toán điều khiển PLC S7-200
Hệ thống sử dụng các vùng nhớ dữ liệu của S7-200 gồm: Vùng đệm đầu vào $I$, vùng đệm đầu ra $Q$, vùng nhớ bit nội $M$, vùng nhớ đặc biệt $SM$, các bộ định thời (Timer) và bộ đếm (Counter).
| Tên thiết bị / Tín hiệu |
Địa chỉ PLC |
Chức năng hoạt động |
| Nút nhấn Start (Mở hệ thống) |
$I0.0$ |
Nhận lệnh kích hoạt hệ thống vận hành tự động. |
| Nút nhấn Stop (Dừng hệ thống) |
$I0.1$ |
Dừng khẩn cấp toàn bộ hệ thống trạm bơm. |
| Phao báo cạn (Mức nước thấp) |
$I0.2$ |
Báo cạn bồn chứa $\rightarrow$ Kích hoạt bơm 1 và bơm 2 chạy qua biến tần. |
| Phao báo đầy (Mức nước cao) |
$I0.3$ |
Báo đầy bồn chứa $\rightarrow$ Ngắt lệnh chạy động cơ bơm để chống tràn. |
| Rơ le nhiệt báo lỗi sự cố |
$I0.4$ |
Tín hiệu tiếp điểm bảo vệ ngắt hệ thống khi xảy ra quá tải động cơ. |
| Ngõ ra điều khiển Contactor Bơm 1 |
$Q0.0$ |
Cấp nguồn động lực cho động cơ bơm số 1. |
| Ngõ ra điều khiển Contactor Bơm 2 |
$Q0.1$ |
Cấp nguồn động lực cho động cơ bơm số 2. |
| Ngõ ra kích chạy Biến tần (Run) |
$Q0.2$ |
Xuất lệnh điều khiển biến tần Omron 3G3MV tăng tốc kéo bơm. |
| Ngõ ra điều khiển Van xả điện từ |
$Q0.3$ |
Kích mở van xả đáy mô phỏng phụ tải tiêu thụ nước. |
| Đèn báo trạng thái hoạt động/lỗi |
$Q0.4, Q0.5$ |
Hiển thị trạng thái hệ thống đang chạy bình thường hoặc báo sự cố. |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về cơ sở lý thuyết
Chương 1 trình bày toàn diện cơ sở lý luận về tự động hóa trạm bơm, lý thuyết máy điện và các thiết bị tự động hóa công nghiệp:
- Phân tích vai trò tự động hóa: Tự động hóa giúp cải thiện điều kiện lao động, loại bỏ thao tác thủ công, nâng cao độ tin cậy và liên tục vận hành thông qua cơ chế tự động đưa tổ máy dự phòng vào hoạt động khi có sự cố.
- Hệ thống trạm bơm nước: Mô tả cấu trúc 8 hạng mục thành phần công trình trạm bơm và phân tích đặc thù 4 dạng trạm bơm: trạm tưới (làm việc theo mùa vụ khô hạn), trạm tiêu (bơm tiêu nước ngập úng nội đồng ra sông vào mùa mưa lũ), trạm tháo nước và trạm cấp nước nông thôn (yêu cầu vận hành an toàn quanh năm, liên tục, mức độ vệ sinh cao).
- Động cơ dị bộ xoay chiều ba pha: Trình bày cấu tạo stato, rôto lồng sóc và rôto dây quấn. Giải thích hiện tượng cảm ứng điện từ sinh ra ngẫu lực quay và độ trượt $s$, chứng minh tốc độ từ trường quay của rôto đối với stato có cùng giá trị với tốc độ từ trường stato ($n_{tt2s} = n_{tt}$).
- Biến tần Omron họ 3G3MV: Trình bày bảng thông số dòng 230V và 460V, sơ đồ kết nối mạch lực (đầu vào R, S, T; đầu ra U, V, W), mạch điều khiển ngõ vào số/tương tự, phương pháp nối tiếp địa chống nhiễu và nguyên tắc bảo vệ mạch rẽ qua MCCB.
- Bộ điều khiển lập trình PLC S7-200: Khái quát lịch sử phát triển từ hệ rơ le đến PLC. Cấu trúc bộ nhớ (vùng chương trình OB1, Subroutine, Interrupt; vùng dữ liệu $V, I, Q, M, SM$), nguyên lý vòng quét và các tập lệnh cơ bản trong phần mềm Step 7-Micro/WIN (Bit logic, sườn xung P/N, Timer TON/TONR/TOFF, Counter CTU/CTD/CTUD, lệnh so sánh, lệnh di chuyển bộ nhớ Move).
- Khí cụ điện: Trình bày cấu tạo, nguyên lý dập hồ quang của Contactor và phương pháp tính chọn công suất động cơ, dòng định mức contactor.
Chương 2: Thiết kế mô hình
Chương 2 mô tả chi tiết quy trình tính toán, thiết kế cơ khí và lắp ráp mạch điện cho mô hình thực nghiệm:
- Thiết kế bồn nước và khung giá đỡ: Chế tạo bồn kính kích thước $40 \times 40 \times 60\text{ cm}$ ($V = 96\text{ lít}$), lắp bàn sắt có 4 bánh xe chịu tải, lắp van xả điện từ dưới đáy bồn và gắn hai đường ống bơm nước vào từ hai động cơ ba pha.
- Thiết kế tủ điện điều khiển: Chế tạo vỏ tủ điện kích thước $40 \times 60 \times 210\text{ cm}$. Bố trí mặt tủ gồm 3 đèn báo pha/trạng thái $\varnothing 25\text{ mm}$, nút nhấn khởi động $\varnothing 25\text{ mm}$, 2 đồng hồ đo dòng/áp kích thước $72 \times 72\text{ mm}$.
- Thiết kế module thí nghiệm: Bố trí thanh ray gá lắp PLC S7-200, biến tần Omron 3G3MV, hệ thống rơ le trung gian, contactor, rơ le nhiệt và cầu đấu dây domino gọn gàng, cách ly an toàn giữa mạch động lực và mạch điều khiển.
- Lắp đặt cảm biến mức nước: Sử dụng phao điện dạng công tắc hành trình đấu nối về ngõ vào số của PLC để báo cạn và báo đầy.
- Xây dựng sơ đồ nguyên lý và đấu nối: Hoàn thiện sơ đồ mạch động lực cấp nguồn 3 pha cho biến tần và động cơ bơm qua MCCB, sơ đồ mạch điều khiển 24VDC/220VAC, sơ đồ đấu nối liên kết chân I/O của PLC với phao nước, nút nhấn và rơ le điều khiển biến tần.
- Lập trình và vận hành thử nghiệm: Viết chương trình điều khiển dạng LAD trên phần mềm Step 7-Micro/WIN; kiểm tra hoạt động đóng cắt tuần tự của hai tổ máy bơm theo trạng thái cảm biến phao và van xả.
Kết quả và đóng góp
1. Kết quả kỹ thuật đạt được
- Chế tạo hoàn chỉnh mô hình thực tế trạm bơm nước tự động gồm bồn nước kính $96\text{ lít}$ trên khung xe đẩy và tủ điện điều khiển công nghiệp kích thước $40 \times 60 \times 210\text{ cm}$.
- Kết nối thành công bộ điều khiển PLC Siemens S7-200 với biến tần Omron 3G3MV điều khiển hoạt động của hai động cơ bơm nước ba pha.
- Xây dựng chương trình điều khiển hoàn chỉnh trên phần mềm Step 7-Micro/WIN, thực hiện chuẩn xác các chế độ tự động hóa: tự động kích hoạt bơm khi cạn nước, tự động dừng bơm chống tràn khi đầy nước, điều khiển van xả đáy mô phỏng quá trình tiêu thụ nước.
- Thiết lập đầy đủ hệ thống bảo vệ liên động bao gồm bảo vệ ngắn mạch bằng MCCB, bảo vệ quá nhiệt/quá tải qua rơ le nhiệt và các chức năng cảnh báo lỗi tích hợp trên biến tần.
2. Đóng góp của đề tài
- Cung cấp mô hình thực nghiệm trực quan phục vụ công tác giảng dạy, thực tập chuyên môn cho sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử và Điện công nghiệp.
- Làm rõ giải pháp công nghệ kết hợp giữa PLC và Biến tần trong điều khiển truyền động điện máy bơm, giúp chứng minh ưu điểm khởi động mềm, điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ và tiết kiệm năng lượng điện so với giải pháp đóng ngắt truyền thống.
Hạn chế và hướng phát triển đề tài
1. Hạn chế của mô hình
- Mô hình được xây dựng ở quy mô phòng thí nghiệm, công suất động cơ và dung tích bồn chứa ($96\text{ lít}$) nhỏ, chưa phản ánh đầy đủ quán tính thủy lực và áp lực của trạm bơm công nghiệp công suất lớn.
- Sử dụng dòng PLC S7-200 và biến tần Omron 3G3MV là các dòng thiết bị thế hệ cũ.
- Chưa tích hợp hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu tự động SCADA trên máy tính hoặc màn hình cảm ứng công nghiệp HMI; việc theo dõi thông số chủ yếu thông qua đồng hồ kim và đèn báo tại mặt tủ.
2. Hướng phát triển đề tài
- Nâng cấp bộ điều khiển trung tâm lên các dòng PLC thế hệ mới (như Siemens S7-1200 hoặc S7-1500) và tích hợp màn hình HMI cảm ứng tại mặt tủ.
- Mở rộng thuật toán điều khiển tự động vòng kín (PID Control) kết hợp cảm biến áp suất đường ống để tự động ổn định áp suất cấp nước liên tục theo lưu lượng tiêu thụ.
- Xây dựng hệ thống giao diện SCADA trên máy tính kết nối qua mạng truyền thông công nghiệp (Profibus, Modbus RS-485, Ethernet công nghiệp) để thu thập dữ liệu, vẽ biểu đồ lưu lượng, cảnh báo sự cố từ xa và lưu trữ lịch sử vận hành.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án là nguồn tư liệu thực hành hữu ích đối với:
- Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện – Điện tử, Điện công nghiệp và Tự động hóa: Tham khảo quy trình thiết kế tủ điện điều khiển công nghiệp, cách bố trí khí cụ điện trên thanh ray và thiết kế mặt tủ.
- Người nghiên cứu và kỹ thuật viên lập trình PLC: Tham khảo phương pháp lập trình điều khiển mức nước trên phần mềm Step 7-Micro/WIN, cấu trúc tập lệnh Timer, Counter, Bit logic và cách phân chia khối chương trình OB1, Subroutine, Interrupt.
- Kỹ sư vận hành hệ thống truyền động điện: Tham khảo tài liệu cài đặt các nhóm thông số (DRV, FU1, FU2, I/O) và nguyên tắc đấu nối an toàn cho biến tần Omron 3G3MV.
Câu hỏi thường gặp
1. Bồn nước và tủ điện trong mô hình được thiết kế với các thông số kích thước nào?
Bồn chứa nước được gia công bằng kính trong suốt với kích thước Chiều dài $D = 40\text{ cm}$, Chiều rộng $R = 40\text{ cm}$, Chiều cao $H = 60\text{ cm}$, cho dung tích chứa $V = 96\text{ lít}$. Vỏ tủ điện điều khiển có kích thước $40 \times 60 \times 210\text{ cm}$; mặt tủ lắp 3 đèn LED báo trạng thái ($\varnothing 25\text{ mm}$), nút nhấn khởi động ($\varnothing 25\text{ mm}$) và 2 đồng hồ đo Dòng/Áp kích thước $72 \times 72\text{ mm}$.
2. Đồ án sử dụng phần mềm và các ngôn ngữ lập trình nào cho PLC S7-200?
Đồ án sử dụng phần mềm Step 7-Micro/WIN để lập trình cho PLC Siemens S7-200. Phần mềm hỗ trợ 3 dạng ngôn ngữ lập trình: LAD (Ladder Logic - sơ đồ hình thang), STL (Statement List - danh sách câu lệnh dạng Assembly) và FBD (Function Block Diagram - sơ đồ khối hàm). Trong đó, ngôn ngữ LAD được sử dụng chủ đạo để viết chương trình điều khiển trạm bơm.
3. Biến tần Omron họ 3G3MV có những đặc tính kỹ thuật chính nào và yêu cầu lắp đặt khoảng cách ra sao?
Biến tần Omron 3G3MV có kích thước nhỏ gọn, điều khiển tối đa 8 cấp tốc độ, tích hợp cổng truyền thông RS-485/Modbus, cho phép cài đặt qua các nhóm thông số DRV, FU1, FU2, I/O. Khi lắp đặt trong tủ điện, khoảng cách tối thiểu giữa biến tần với thành tủ hoặc thiết bị khác theo chiều đứng phải đạt $150\text{ mm}$ và theo chiều ngang phải đạt $50\text{ mm}$.
4. Cảm biến mức nước trong hệ thống sử dụng loại nào và kết nối ra sao?
Hệ thống sử dụng cảm biến phao nước dạng công tắc hành trình cơ điện gắn trên thành và miệng bồn nước để giám sát mức nước cạn và đầy. Tín hiệu tiếp điểm từ phao được nối trực tiếp vào các ngõ vào số ($I0.2, I0.3$) của PLC S7-200 để kích hoạt hoặc ngắt chu trình bơm.
5. Công thức tính chọn công suất động cơ bơm và dòng định mức Contactor được áp dụng như thế nào?
Công suất động cơ bơm được tính theo công thức $\text{P}{đc} = \frac{1000 \cdot Q \cdot H}{102 \cdot S}$ (với $S \approx 0{,}82$ kết hợp hệ số dư tải $0{,}43$). Dòng điện tính toán của phụ tải là $\text{I}{tt} = \frac{\text{P}{đm}}{\sqrt{3} \cdot \text{U}{đm} \cdot \cos\varphi}$, từ đó chọn contactor có dòng định mức $\text{I}{cct} \ge (2 \div 2{,}7) \cdot \text{I}{tt}$ và ghép nối rơ le nhiệt bảo vệ.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế mô hình trạm bơm nước tự động dùng PLC S7-200" của sinh viên Trần Minh Nguyên và Trịnh Xuân Sơn đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu thiết kế, tính toán và chế tạo mô hình thực nghiệm trạm bơm điều khiển tự động. Bằng việc kết hợp bộ điều khiển PLC Siemens S7-200 với biến tần Omron 3G3MV và cơ cấu phao báo mức, hệ thống đã vận hành chính xác các chu trình bơm cấp nước và xả nước tuần hoàn, chứng minh tính hiệu quả của giải pháp truyền động biến tần - động cơ. Công trình là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho công tác giảng dạy, học tập và phát triển các hệ thống tự động hóa công nghiệp quy mô vừa và nhỏ.
