4 6 14 điều khiển và giám sát lò nhiệt

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT GVHD : BÙI THANH HUYỀN &1& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ PHẦN GIỚI THIỆU CÁC ĐỐI TƯỢNG LIÊN QUAN GVHD : BÙI THANH HUYỀN &2& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ CHƯƠNG : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ VÀ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN 1.1 Giới thiệu nhiệt độ phương pháp điều khiển : Nhiệt độ đại lượng vật lý diện khắp nơi nhiều lĩnh vực, công nghiệp sinh hoạt Nhiệt độ trở nên mối quan tâm hàng đầu cho nhà thiết kế máy điều khiển nhiệt độ trở thành mục tiêu ngành Điều Khiển Tự Động Trong nhiều lĩnh vực kinh tế, vấn đề đo kiểm sốt nhiệt độ q trình thiếu được, công nghiệp Đo nhiệt độ công nghiệp gắn liền với quy trình cơng nghệ sản xuất , việc đo kiểm soát nhiệt độ tốt định nhiều đến chất lượng sản phẩm ngành công nghiệp thực phẩm, luyện kim, xi măng, gốm sứ, công nghiệp chế tạo động đốt Tùy theo tính chất , u cầu q trình mà địi hỏi phương pháp điều khiển thích hợp Tính ổn định xác nhiệt độ địi hỏi đặt vấn đề cần phải giải Một điều thực cần thiết ta phải khảo sát kỹ đối tượng cung cấp nhiệt mà ta cần phải điều khiển để dẫn đến mơ hình tốn học cụ thể Từ giải toán điều khiển sở lý thuyết nghiên cứu sẳn Hệ thống điều khiển nhiệt độ phân làm hai loại : hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system) hệ thống điều khiển (sequence control system)  Điều khiển hồi tiếp thường xác định giám sát kết điều khiển , so sánh với yêu cầu thực thi (ví dụ điểm đặt) tự động điều chỉnh  Điều khiển thực bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước xác định GVHD : BÙI THANH HUYỀN &3& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ Một hệ thống muốn xác cần phải thực hồi tiếp tín hiệu so sánh với tín hiệu vào gởi đến điều khiển hiệu chỉnh đầu Hệ thống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường thấy hệ thống tự động Các phương pháp điều khiển khác nguyên tắc điều khiển giống Một hệ thống điều khiển nhiệt độ dựa nguyên tắc hệ thống hồi tiếp có dạng tổng quát hình : Giá trị đặt X Bộ điều khiển Bộ phận gia nhiệt Nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ Đây hệ thống hồi tiếp qua cảm biến cho tín hiệu đo lường nhiệt độ so sánh với giá trị đặt , sai lệch tín hiệu đặt đo đưa tới điều khiển tạo tín hiệu điều khiển cơng suất cấp cho phận gia nhiệt Như phương pháp điều khiển khác chất điều khiển khác tạo nên 1.2.Nhiệm vụ luận văn : 1.2.1.Nhiệm vụ luận văn tìm hiểu thực mục tiêu sau : Sử dụng PLC SIEMENS S7-300 điều khiển lò nhiệt phương pháp mờ lai Giám sát điều khiển thu thập liệu hoạt động lò nhiệt sử dụng phần mềm WinCC (Windows Control Center) 1.2.2.Phạm vi điều khiển : khuôn khổ giới hạn luận văn nên em giới hạn phạm vi sau :  Đối tượng : PLC S7-300 (CPU 314IFM), modun AI SM331 chuyên dụng có khả đọc trực tiếp tín hiệu từ cảm biến Thermocoup, PT lò nhiệt dân dụng  Cảm biến : Thermocoup TC loại K có độ nhạy nhiệt 40V/10C  Phương tiện điều khiển : OP (Operation Panel), nhiên thay PC ( Personal Computer ) với hệ điều hành Windows 98  Giao tiếp máy tính : thơng qua phần mềm WInCC cơng ty SIEMENS  Bộ điều khiển mờ PID : tích hợp PLC S7-300 công ty SIEMENS GVHD : BÙI THANH HUYỀN &4& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ  Chương trình điều khiển : soạn thảo phần mềm Step7 công ty SIEMENS CHƯƠNG : GIỚI THIỆU PLC SIEMEN VÀ PHẦN MỀM STEP7 GIỚI THIỆU PLC PLC (Programmable Logic Control): thiết bị điều khiển logic khả trình loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể thuật tốn mạch logic GVHD : BÙI THANH HUYỀN &5& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ 1.1 Vài nét lịch sử PLC: PLC bắt đầu phát triển từ năm 1968 để đáp ứng yêu cầu hãng Hydraumatic Division of General Motors (GM) Thời gian này, GM thường nhiều thời gian để thay hệ thống điều khiển dựa relay cần hiệu chỉnh hay thay đổi mẫu mã xe Để giảm chi phí cao việc nối lại dây, kỹ thuật điều khiển GM gọi hệ thống điện tử có linh động máy tính, lập trình bảo dưỡng kỹ sư chun gia xí nghiệp Nó chịu đựng bụi bẩn khơng khí, rung, nhiễu điện, độ ẩm nhiệt độ cao môi trường công nghiệp PLC lắp đặt vào năm 1969 thành cơng nhanh chóng Những chức giống relay thay thế, chí PLC có độ tin cậy hệ thống relay, lý thành phần điện tử đơn giản so với phần chuyển động relay điện Nó chiếm khơng gian counters, timers thành phần điều khiển khác mà thay Khả lập trình lại lớn có thay đổi kế hoạch điều khiển Có lẽ chìa khóa lớn để PLC chấp nhận cơng nghiệp ngơn ngữ lập trình dựa giản đồ hình thang (ladder diagram) ký hiệu thường dùng thợ điện Hầu hết nhân viên xí nghiệp huấn luyện theo mức logic hình thang nên họ dễ dàng chấp nhận PLC Thực mức logic hình thang có vai trị chung việc lập trình sửa chữa, cho dù ngơn ngữ lập trình tân tiến phát triển 1.2 Đặc điểm PLC : Một hệ điều khiển gọi điều khiển lập trình ngõ ngõ vào nối kết với thông qua điều khiển lập trình Chức hệ điều khiển chuyển đổi thành chương trình nạp vào điều khiển Bộ điều khiển dựa theo chương trình để thực trình điều khiển ngõ thơng số ngõ vào Chúng ta có nên dùng ngơn ngữ lập trình ? Trong năm 1970 đầu thập kỷ 80 nhiều kỹ sư, nhà điều hành sản xuất người thiết kế hệ thống tốn nhiều thời gian để tranh luận đề tài song song chi phí cho PLC Ngày nay, người ta chấp nhận PLC trở nên kinh tế có hiệu hệ thống điều khiển cần từ ba đến bốn relay hay nhiều chi phí cho PLC nhỏ vài trăm dollars Các nhà sản xuất đặt hiệu suất chất lượng lên hàng đầu phí trở nên khơng quan trọng Với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật máy tính dùng PLC để điều khiển máy công nghiệp vì:  Một PLC đơn giản dùng nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ việc điểu khiển lặp lặp lại tác vụ đơn giản việc điều khiển để chạy tác vụ phức tạp GVHD : BÙI THANH HUYỀN &6& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ  Các chương trình điểu khiển thay đổi cách dể dàng, cải tiến để phù hợp với hoạt động  Chương trình điều khiển dể dàng nạp vào nhiều PLC, dể dàng trao đổi chương trình  Thời gian đáp ứng nhanh trở thành tiêu chuẩn PLC Điều cần thiết điều khiển cơng nghiệp, tín hiệu từ cảm biến thay đổi nhanh  Trong PLC có sẳn đếm, định sử dụng với nhiều độ xác khác nhau, q trình điều khiển có cần thêm  Có thể chấp nhận tính kinh tế PLC sử dụng hệ thống điều khiển có relay hay nhiều  Khi dùng PLC giao tiếp với thiết bị đèn LED đoạn, chọn nhấn ( thumbwheels), chức xử lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu tần số cao  Cho phép hiển thị đồ hoạ hệ thống  Truyền thông: Những hoạt động giao tiếp với PLC khác hay mạng máy tính giúp cho việc thu thập liệu trao đổi thông tin dể dàng Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng relay dây nối logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dễ dàng cho PLC mà đảm bảo tốc độ xử lý giá Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch sau chức làm toán máy lớn Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng nhớ lớn hơn, số lượng I/O nhiều PLC sử dụng nhớ lập trình để lưu trữ lệnh thực thi chức đặc biệt gồm có điều khiển ON/OFF, định thời, đếm, thứ tự, số học xử lý liệu Với hệ điều khiển, tín hiệu đầu vào, đầu nối vào PLC PLC hoạt động cách kiểm tra lại tín hiệu lệnh (đã lập trình nhớ), sau ghi kết vào ngõ đưa đến thiết bị điều khiển Trong PLC, phần cứng CPU chương trình hai đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức quy trình cơng nghệ, ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức GVHD : BÙI THANH HUYỀN &7& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp mang tính vật lý so với điều khiển dùng dây nối relay Nhiều PLC giúp gia tăng cạnh tranh Các q trình thường sử dụng PLC bao gồm: đóng gói, đóng chai vận chuyển, xử lý vật liệu, vận hành máy, phát lượng, hệ thống điều khiển xây dựng, hệ thống bảo vệ, dây chuyền tự động, vẽ đường xử lý nước PLC ứng dụng nhiều ngành công nghiệp bao gồm thức ăn đồ uống, chuyển động tự động, hóa học, nhựa, bột giấy giấy, dược vật liệu Thực ra, ứng dụng cần đến điện sử dụng PLC So sánh PLC với số hệ thống khác: Chỉ tiêu so Rơ-le Mạch số Máy tính sánh Giá thành Khá thấp Thấp Cao chức Kích thước vất Lớn Rất gọn Khá gọn lý Tốc độ điều Chậm Rất nhanh Khá nhanh khiển Khả Xuất sắc Tốt Khá tốt chống nhiễu Lắp đặt Mất thời gian Mất thời gian Mất nhiều thiết kế lắp thiết kế thời gian đặt lập trình Khả điều Khơng Có Có khiển tác vụ phức tạp Dễ thay đổi Rất khó Khó Khó điều khiển Cơng tác bảo Kém-có Kém- IC Kém- có trì nhiều công tác hàn nhiều mạch điện từ chuyên dùng PLC Thấp Rất gọn Nhanh Tốt Lập trình lắp đặt đơn giản Có Đơn giản Tốt- module tiêu chuẩn hóa 1.3 Một vài ưu điểm PLC tự động: Ưu điểm : - Thời gian lắp đặt công trình ngắn gọn - Dễ dàng thay đổi mà không tổn thất tài GVHD : BÙI THANH HUYỀN &8& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ - Có thể tính toán xác giá thành - Cần thời gian huấn luyện - Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm - Ứng dụng phạm vi rộng - Dễ bảo trì, thị vào giúp xử lý cố dễ nhanh - Độ tin cậy cao - Chuẩn hóa phần cứng điều khiển - Thích ứng môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn 1.3.1 Điều khiển giám sát: - Thay cho điều khiển Relay - Thời gian đếm - Thay cho panels điều khiển mạch in - Điều khiển tự động bán tự động tay,các máy trình 1.3.2 Điều khiển dãy: Các phép toán số học - Cung cấp thông tin - Điều khiển liện tục: nhiệt độ, áp suất - Điều khiển P.I.D - Điều khiển động chấp hành - Điều khiển động bước 1.3.3 Điều khiển mềm dẻo: - Điều khiển trình báo động - Phát lỗi điều hành - Ghép nối qua máy tính - Ghép nối với máy in - Mạng tự động hóa xí nghiệp GVHD : BÙI THANH HUYỀN &9& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ - Mạng cục - Mạng mở rộng 1.4 Cấu trúc PLC : - Một hệ thống lập trình phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O) CENTRAL PROCESSING UNIT IN PUT OUT PUT Hình 1.4.a-Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lập trình - Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm phần: xử lý, hệ thống nhớ hệ thống nguồn cung cấp Processcor emory M Po wer Supply Hình 1.4.b-Sơ đồ khối tổng quát CPU Giới thiệu PLC SIEMEN 2.1 Cấu trúc , chức 1- Các khối S7-300 - Khối tín hiệu (SM) + Khối ngõ vào digital: 24V DC, 120/230V AC + Khối ngõ digital: 24V DC, ngắt từ + Khối ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, cặp nhiệt + Khối ngõ vào digital: 24V DC, Áp, dòng - Khối giao tiếp (IM): Khối IM360/IM365 IM365 dùng để nối nhiều cấu hình Chúng điều khiển ghi hệ thống - Khối giả lập (DM): Khối DM 370 dự phịng khối tín hiệu chưa định Chẳng hạn dành chỗ cho khối tương lai lắp đặt - Khối chức (FM): Thể chức đặc biệt sau + Đếm GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 10 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM