thiết kế mô hình đo và điều khiển nhiệt độ

thiết kế mô hình đo và điều khiển nhiệt độ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 SVTH : HUỲNH THIÊN BẢO LỚP : 95KĐĐ GVHD : NGUYỄN XUÂN ĐÔNG TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 3 – 2000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP -TỰ DO- HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN –ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 2. Các Số Liệu Ban Đầu: 3. Nội Dung Phần Thuyết Minh: 4.Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 5.Ngày giao nhiệm vụ: 13-12-1999 6.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28-2-2000 Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn Ngày…Tháng ….Năm 2000 Chủ nhiệm bộ môn BẢN NHẬN XÉTLUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung luận văn tốt nghiệp: Nhận xét của giáo viên hướng dẫn : Giáo viên hướng dẫn (ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN XUÂN ĐÔNG BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung luận văn tốt nghiệp: Nhận xét của giáo viên phản biện: Giáo viên phản biện (ký và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang Phần A : GIỚI THIỆU Phần B : NỘI DUNG Phần I : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Chương I :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ I – Khái niệm chung 1 II – Các phương pháp đo nhiệt độ III – Giới thiệu một số mạch đo nhiệt độ - -17 IV – Giới thiệu một số mạch khống chế nhiệt độ 20 Chương II : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC I – Sơ lược về lòch sử phát triển II – Cấu trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC 25 III – So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác – Lợi ích của việc sử dụng PLC IV – Một vài lónh vực tiêu biểu ứng dụng PLC V – Giới thiệu về Module Analog EM235 của PLC S7 – 200, CPU 214 30 Chương III : GIỚI THIỆU VỀ SCR VÀ CÁC IC ĐƯC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 36 Phần II : NỘI DUNG A – THIẾT KẾ PHẦN CỨNG I – Yêu cầu 39 II – Sơ đồ khối – Nguyên lý hoạt động dựa theo sơ đồ khối 39 III – Thiết kế chi tiết- 1 – Mạch cảm biến nhiệt độ và mạch khuếch đại- 39 2 – Mạch điều khiển 3 – Mạch giải mã – Hiển thò 4 – Thiết bò 5 – Nguồn cung cấp-51 6 – Sơ đồ nguyên lý-54 B – PHẦN MỀM 1 – Quan hệ giữa nhiệt độ và dữ liệu 12 bit ở đầu ra của bộ chuyển đổi ADC 55 2 – Chương trình điều khiển- 57 Phần III : THI CÔNG MẠCH I – Sơ đồ bố trí linh kiện và mạch in II – Cân chỉnh mạch đầu đo Phần C : KẾT LUẬN – TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHAÀN I: LYÙ THUYEÁT LIEÂN QUAN CHƯƠNG I :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ I-Khái niệm chung: Trong nghiên cứu khoa học, trong sản xuất cũng như trong đời sống sinh hoạt hằng ngày, luôn luôn cần xác đònh nhiệt độ của môi trường hay của một vật nào đó. Vì vậy việc đo nhiệt độ đã trở thành một việc làm vô cùng cần thiết. Đo nhiệt độ là một trong những phương thức đo lường không điện. Nhiệt độ cần đo có thể rất thấp (một vài độ Kelvin), cũng có thể rất cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin). Độ chính xác của nhiệt độ có khi cần tới một vài phần ngàn độ, nhưng có khi vài chục độ cũng có thể chấp nhận được. Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt như cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode và transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh … Tùy theo khoảng nhiệt độ cần đo và sai số cho phép mà người ta lựa chọn các loại cảm biến và phương pháp đo cho phù hợp: - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện là từ 200 0 C đến 1000 0 C,độ chính xác có thể đạt tới +/-1% -> 0.1%. - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) là từ –270 0 C đến 2500 0 C với độ chính xác có thể đạt tới +/- 1% -> 0.1%. - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng các cảm biến tiếp giáp P-N (diode, transistor, IC) là từ –200 0 C đến 200 0 C,sai số đến +/- 0.1%. - Các phương pháp đo không tiếp xúc như bức xạ,quang phổ… có khoảng đo từ 1000 0 C đến vài chục ngàn độ C với sai số +/-1% -> 10%. Thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celcius( 0 C), thang đo Kelvin ( 0 K), thang đo Fahrenheit ( 0 F), thang đo Rankin ( 0 R). T( 0 C) = T( 0 K) – 273.15 T( 0 F) = T( 0 R) - 459.67 T( 0 C) = [ T( 0 F) –32 ]*5/9 T( 0 F) = T( 0 C)*9/5 +32 *Sự liên hệ giữa các thang đo ở những nhiệt độ quan trọng: Kelvin( 0 K) Celcius( 0 C) Rankin( 0 R) Fahrenheit( 0 F) 0 -273.15 0 -459.67 273.15 0 491.67 32 273.16 0.01 491.69 32.018 373.15 100 671.67 212 II-Các phương pháp đo nhiệt độ: Ta có thể chia quá trình đo nhiệt độ ra làm ba khâu chính: a-Khâu chuyển đổi: Khâu chuyển đổi nhiệt độ thường dựa vào những biến đổi mang tính đặc trưng của vật liệu khi chòu sự tác động của nhiệt độ. Có các tính chất đặc trưng sau đây: - Sự biến đổi điện trở. - Sức điện động sinh ra do sự chênh lệch nhiệt độ ở các mối nối của các kim loại khác nhau. - Sự biến đổi thể tích, áp suất. - Sự thay đổi cường độ bức xạ của vật thể khi bò đốt nóng. Đối với chuyển đổi nhiệt điện, người ta thường dựa vào hai tính chất đầu tiên để chế tạo ra các cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt điện trở kim loại hay bán dẫn, các cảm biến nhiệt độ dưới dạng các linh kiện bán dẫn như: diode, transistor, các IC chuyên dùng. b-Khâu xử lý: Các thông số về điện sau khi được chuyển đổi từ nhiệt độ sẽ được xử lý trước khi qua đến phần chỉ thò. Các bộ phận ở khâu xử lý gồm có: phần hiệu chỉnh, khuếch đại, biến đổi ADC (Analog-Digital-Converter)… Ngoài ra còn có thể có các mạch điện bổ sung như: mạch bù sai số, mạch phối hợp tổng trở… c-Khâu chỉ thò: Khâu chỉ thò trước đây thường sử dụng các cơ cấu cơ điện, ở đó kết quả đo được thể hiện bằng góc quay hoặc sự di chuyển thẳng của kim chỉ thò. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ điện tử, đãsản xuất nhiều loại IC giải mã, IC số chuyên dùng trong biến đổi ADC, vì vậy cho phép ta sử dụng khâu chỉ thò số dễ dàng như dùng LED 7 đoạn hoặc màn hình tinh thể lỏng LCD. Ở đó, kết quả đo được thể hiện bằng các con số trong hệ thập phân. 1-Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở: Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong các đường ống, các lò phản ứng hóa học, các nồi hơi, không khí trong phòng … Nguyên lý làm việc của thiết bò này là dựa vào sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của các vật dẫn điện, tức là điện trở là một hàm theo nhiệt độ: R = f(T). Cuộn dây điện trở thường nằm trong ống bảo vệ, tùy theo công dụng mà vỏ ngoài có thể làm bằng thủy tinh, kim loại hoặc gốm. Đối với hầu hết các vật liệu dẫn điện thì giá trò điện trở R tùy thuộc vào nhiệt độ T theo một hàm tổng quát sau: [...]... và B và tại hai điểm tiếp xúc của chúng có nhiệt độ T1 và T2 sẽ tạo ra một sức điện động E T2T1A/B tùy thộc một mặt vào vật liệu của A và B, mặt khác tùy thuộc vào T1 và T2 Nhiệt độ của một trong hai mối nối cố đònh, được biết và dùng làm chuẩn (T1 = Tref), trong khi T2 là nhiệt độ của mối nối còn lại là nhiệt độ Tc đạt được khi đặt trong môi trường có nhiệt độ không biết Tx Nhiệt độ Tc phụ thuộc vào... chọn nhiệt điện trở phù hợp với điều kiện đo. Ví dụ nếu cần đo trong môi trường dễ ăn mòn thì phải dùng loại vỏ bằng thép hợp kim không rỉ có tính chống mòn Nhiệt độ và áp lực môi trường đo không vượt quá giới hạn quy đònh của từng loại -Không nên đặt nhiệt kế ở những nơi có chấn động, rung động, va chạm Đầu dây nối vào dây đồng hồ chỉ nhiệt độ không được nóng quá 100 0C Vò trí đặt can nhiệt (loại nhiệt. .. loại hỏa kế quang học như hỏa kế bức xạ, hỏa kế vi sai, hỏa kế đo màu sắc, hỏa kế nhiệt ngẫu… Nếu hỏa kế tiêu thụ toàn bộ năng lượng của bức xạ toàn phần của vật thể, đó là hỏa kế bức xạ toàn phần Hoả kế quang điện dùng sự so sánh giữa sự phát sáng của dây tóc ngọn đèn được chế tạo đặc biệt với độ sáng của vật nung nóng và xác đònh chính xác dây tóc và nhiệt độ Hỏa kế quang điện cho kết quả đo không... hàn C2H2, hàn hóa chất Cặp nhiệt loại 1,2,3 : đo ở nhiệt độ 5000 : thermistor đo nhiệt độ thấp B = 6000 ->13000 : thermistor đo nhiệt độ cao Khi nhiệt độ càng giảm thì độ nhạy của... lý hoạt động được dùng tương tự như mạch dùng transistor cảm biến 4 -Đo nhiệt độ bằng IC: *Giới thiệu: Kỹ thuật vi điện tử cho phép chế tạo được những mạch kết nối gồm những transistor giống nhau được sử dụng để làm cảm biến hoàn hảo đo nhiệt độ dựa vào việc đo sự khác biệt điện áp V BE dưới tác động của nhiệt độ Các cảm biến này tạo ra các dòng điện hặc điện áp tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối,với độ tuyến... điểm của nhiệt kế này Phạm vi sử dụng thermistor từ 100 0C đến 4000C Vì là chất bán dẫn nên khi sử dụng ở nhiệt độ cao hơn 200 0C thì Thermistor phải có bọc chất liệu nhiệt 2 -Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện (Thermocouple) : Nhiệt độ cần đo được cặp nhiệt chuyển đổi thành sức điện động để đưa vào các voltmet chỉ thò bằng kim,bằng vạch sáng hoặc bằng các con số *Cấu tạo-Đặc tính tổng quát : Một cặp nhiệt . đó. Vì vậy việc đo nhiệt độ đã trở thành một việc làm vô cùng cần thiết. Đo nhiệt độ là một trong những phương thức đo lường không điện. Nhiệt độ cần đo có thể rất thấp (một vài độ Kelvin), cũng. thể rất cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin). Độ chính xác của nhiệt độ có khi cần tới một vài phần ngàn độ, nhưng có khi vài chục độ cũng có thể chấp nhận được. Việc đo nhiệt độ được tiến. LED 7 đo n hoặc màn hình tinh thể lỏng LCD. Ở đó, kết quả đo được thể hiện bằng các con số trong hệ thập phân. 1 -Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở: Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của