Điều khiển nhiệt độ bằng PLC và truyền thông dữ liệu với máy tính

Trang 1

; BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HQC KY THUAT CONG NGHE TP.HCM

KHOA CO KHI TU DONG —- ROBOT

DO AN TOT NGHIEP

DIEU KHIEN NHIET DQ BANG PLC

& TRUYEN THONG DU LIEU VOT

MAY TINH

Trang 2

—— TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KY THUAT CONG NGHE TP HCM Độc lập — Tu _do — Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG-ROBOT

—” TP Hô Chí Minh, ngày tháng uăm 200%

NHIEM VU ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

(Chú ý : Sinh viên phải dán tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết mình)

HỌ VÀ TÊN : NAIYẾN H0ÄN4 THỊNH .MSSV : 404 đút 022

SH 1101211011110 6 TE.Wđn4 “RA THAM,, Ađd,.A4Â 82,

NGÀNH G ÁÁc Âủ “ye Ban — G2012 E1 ere

1- Đầu đề Đồ án: „

2- Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp (chung của đề tài):

1¬ + Tứ] tin, thidt, he vá t4 dt foro fied lk ii, Ab hal nba ¿ 3/5

3- Ngày giao nhiệm vụ Đồ án: .22//3/2008 4- Ngày hoàn thành nhiệm vụ : .49/42/2008

5- Họ tên cán bộ nướng dẫn — Nội a hướng dan:

Ngày Ad tháng ẢO năm „¿m7 - -

CHU NHIEM KHOA CAN BO HUONG DAN CHINH (Ky va ghi rõ họ je (Ký và ghi rõ họ tên)

at "= \ 3 TT |

Trang 3

—— TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP Hồ Chỉ Minh, ngày ‡0 tháng Á? năm 206%

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

(Dành cho cán bộ hướng dẫn)

1 Ho va Tén SV «TRYING QUANG THAMY MSSV: 404A48.02

Nganh A Mea Te de oF Ñakàl Lớp : 0@Ð€T4

2 De tai: a Mats nbidt dt lity ớ.Vn (huyết ert

3 Tổng quát về bản thuyết minh:

Sé trang 346 ¬— - Sốchương ứ

Số bảng số liệu đ6 Sốhinhvẽ _ 48

Số tài liệu tham khảo 4M Phần mềm tính toán “2e

Hiện vật (sản phẩm) ð4 Thuyết minh bằng máy tính Ø

4 Tổng quát về các bản vẽ:

Tổng số bản vẽ : 4Ð

Bản A0 :4© Bản AI: Bản A2:

Bản A3: — Bán A4:.— Khô khác:

53 Nội dung và nhữn teed diém chinh:

wth Mi, tka sal biel Ak _ hữu kho, aoe a LLL,

wath ius iy, đc by nan Hari Eerree

é EE

7 Dé nghi:

Được bảo vệ LIBõ sung thêm đề được bảo vệ LlKhông được bảo vệ

Giáo viên hướng dẫn

(Ký và MẪU TT

Trang 4

KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Độc lập — Tự do - Hạnh phúc

TP Hồ Chi Minh, ngày 32 tháng 4)năm 200% PHIẾU NHẬN XÉT ĐÒ ÁN TÓT NGHIỆP (Dành cho cán bộ hướng dẫn) nA ~ : 1 Họ và Tên SV : N@I-YÊr{0A4 THỊNH MSSV: Á04 A06.022 Ngành 2 Đề t tài: 2ụ.Á@¿ wee 4 ĐI Hi non mg ti 4o G0 ĐH mì 4 Áo Ái 0 Á ĐỂ NA Áo bì 4o m mo Ho t Ân ức mo ho 9 0 009 0 0 0 0:8 8.0 8 0.0/90 4010 9.6 8.0: 8-0910 0 01000 1.0 t9 6 00 0 n0 9 n0 0 40 0060 0 0 t0 0060608 85 6 3 Tổng quát về bản thuyết minh: Số trang ‡ố Sốchươn _ Ú6 Số bảng số liệu 0 Séhinhvé 4.P

Số tài liệu tham khảo 44 Phần mềm tính toán ean

Hiện vật (sản phẩm) .Ú4 Thuyết minh bằng máy tính Ø4

4 Tổng quát về các bản vẽ:

Tổng số bản vẽ : 4.Đ

Bản A0:.//D Bản Al: Bản A2: — Bản A3: > Bản A4: Khổ khác:

5 Nội ney va qn wu diém chinh: _

Tứ wha mye fa xòe aul “abd, Libs bé

7 Đề nghị:

Được bảo vệ L]Bô sung thêm đề được bảo vệ LIKhông được bảo vệ

Giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

ingle

BM7/TTLIATN sean wr

Trang 5

MỤC LỤC Lời mở đầu Chương Ï Tổng quan 1 Giới thiệu đề tài 2 Nhiệm vụ đề tài 3 Thực hiện Chương IT Lira chon thiét bi 1 Nguồn nhiệt 1.1 Định nghĩa 1.2 Ung dụng 1.3 Chon thiét bj dan nhiét cho hé théng 2 Vật liệu cách nhiệt 2.1 Định nghĩa 2.2 Ứng dụng 2.3 Chọn vật liệu cách nhiệt cho hệ thống 3 Cảm biến nhiệt độ 3.1 Định nghĩa 3.2 Ứng dụng 3.3 Thermocouple 3.3.1 Cầu tạo 3.3.2 Phân loại 4 Thiết bị điều khiển 4.1 Định nghĩa 4.2 Cấu trúc 4.3 Hoạt động PLC 4.4 Đặc điểm PLC 4.5 Ưu điểm PLC 4.6 PLC Siemens 4.6.1 Đặc tính PLC CPU 224 DC 4.6.2 Tính năng 4.6.3 Cấu trúc 4.6.4 Ngôn ngữ lập trình 4.6.5 Cách nổi thiết bị vao/ra 4.7 Module Thermocouple 5 Thiết bị đóng ngắt Chương III Thiết kế 1 Mô hình lò sấy 2 Điện hệ thống - -

Chương IV Tính toán thông số và chương trình điêu khiên

Trang 6

1.2 Độ vọt lỗ

1.3 Sai số xác lập

2 Chương trình điều khiển 2.1 Phương pháp điều khiển

2.1.1 Phương pháp điều khiển ON-OFF 2.1.2 Phương pháp điều khiển PID 2.2 Bộ điều khiển PID

2.2.1 Định nghĩa

2.2.2 Chức năng của các thành phần trong PID

2.2.3 Phương pháp điều rộng xung

2.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển

Chương V Kết quả điều khiển

1 Điều khiển 50°C 2 Điều khiển 70°C

3 Điều khiển tổng hợp 2 nhiệt độ 50°C và 70°C

Chương VI Truyền thông

1 Cơ sở truyền thông

2 Giải thuật truyền thông 3 Chương trình trên máy tính Phụ lục

1 Thiết kế chỉ tiết

2 Chương trình điều khiển bằng PLC

3 Chương trình truyền thông

3.1 Chương trình VB trên máy tính

Trang 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Nguyên lý cấu tạo Thermocouple Hình 2.2 Cặp nhiệt điện (Thermocouple) loại K

Hình 2.3 Cấu trúc hoạt động của PLC

Hình 2.4 Phần mềm MicroWin của PLC Siemens S7-200

Hinh 2.5 PLC $7-200 CPU 224

Hình 2.6 Sơ đồ chân của S7-200 CPU 224 DC Hình 2.7 Kiểu đầu vào DC

Hình 2.8 Nối dây phần cứng

Hình 2.9 Kiểu đầu vào DC Sourcing Hình 2.10 Kiểu đầu vào DC Sinking Hình 2.11 Nối đây phần cứng

Hình 2.12 Module Thermocouple 4 In

Hình 2.13 Bảng thông số mức nhiệt độ của từng loại và cách đọc tín hiệu ứng với nhiệt độ đó của Module Thermocouple

Hình 2.14 Sơ đồ cầu tạo chung của SSR Hình 3.1 Thiết kế mô hình lò nhiệt Hình 3.2 Sơ đồ thiết kế phần điện Hình 3.3 Thiết kế phần điều khiển

Hình 3.4 Mô hình sau khi hoàn thành

Hình 4.1 Nguyên tắc hồi tiếp Hình 4.2 Độ vọt lố

Hình 4.3 Hàm truyền phương pháp điều khiển ON - OFF

Hình 4.4 Hiệu chỉnh P Hình 4.5 Chu kỳ tỉ lệ

Trang 8

LỜI MỞ ĐẦU

Đồ án Tốt nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về nghiên cứu cấu tạo,nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kế các thiết bị phục vụ cho nhà máy trong quá trình sản xuất tại các

bộ phận khác nhau

Đồ án Tết nghiệp là sự tổng hợp chặt chẽ giữa lý thuyết với thực hành.Với các lý thuyết được học trong nhà trường được xây dựng trên cơ sở những kiến thức

về điện công nghiệp,nguyên lý máy, các hệ thống điều khiển đã được chứng minh

và hoàn thiện qua thực tiễn sản xuất

Đồ án Tốt nghiệp là đồ án có tầm quan trọng nhất đối với sinh viên khoa Cơ khí.Đồ án giúp sinh viên tổng quan các kiến thức,nguyên lý làm việc nhằm giúp sinh viên có khả năng giải quyết những vấn đề và vận dụng hồn thành tốt những cơng việc sau này

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy TS.Nguyễn Vũ Thịnh- cán

bộ hướng dẫn đồ án, đến nay đồ án của chúng em đã hoàn thành Trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi sai sót, rất mong được sự góp ý và giúp đỡ của quý thầy

Trang 9

Điều khiển nhiệt độ bằng PLC Chương Ï TONG QUAN

1.Giới thiệu đề tài

Điều khiển nhiệt độ là một trong các quá trình điều khiến của ngành tự động

hóa Với tên đề tài “ Điều khiển nhiệt độ bằng PLC và truyền thông đữ liệu VỚI máy tính”, ta có thể hiểu được các quá trình thực hiện của để tài này Cụ thể đề tài sẽ được chia ra làm 3 phần, bao gồm:

1 Thiết kế mô hình lò nhiệt

2 Thiết kế chương trình điều khiển hệ thống bằng PLC

3 Thiết kế chương trình truyền thông dữ liệu với máy tính

Với việc ứng dụng của PLC trong việc điều khiển thì cho phớp ta thấy những ưu điểm trong lắp đặt và chỉnh sửa hệ thống, và với ứng dụng truyền thông dữ liệu

với máy tính thì việc quản lý và cập nhập thông tin nhanh và chính xác hơn qua

mạng truyền thông

Qua những kiến thức nghiên cứu về đề tài này sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về điều khiển 1 hệ thống tự động và ứng dụng của truyền thông máy tính trong công

nghiệp

2.Nhiệm vụ đề tài

Điều khiển nhiệt độ một lò sấy bằng phương pháp điều khiển PID và truyền

đữ liệu lên máy tính

3.Thực hiện

Điều khiển mô hình lò sấy dựa trên PLC S7-200 CPU 224 sẵn có cho phép: e Điều khiến lò sấy có công suất 1200W bằng phương pháp điều rộng xung

(PWM)

e Dùng cảm biến loại Thermocouple

s Cho phép tự hoạt động hoặc hoạt động hoặc điều chỉnh bằng tay Tối ưu quá quá trình điêu khiển

Truyền thông dữ liệu trực tiếp lên máy tính

SVTH: Trương Quang Thanh Trang |

Trang 10

ổ truyền thông dữ liệu với máy tính GVHD: TS Nguyễn Thịnh Chương II ; LUA CHON THIET BI 1.Nguồn nhiệt 1.1 Định nghĩa

Nguồn nhiệt là thiết bị cung cấp nhiệt cho hệ thống nhiệt Tùy vào tính chất

của mỗi hệ thống mà có mục đích sử dụng nhiệt khác nhau Trong hệ thống này ta dùng nhiệt để sấy

Trong thực tế thì thiết bị dẫn nhiệt bao gom: Dẫn nhiệt bằng điện trở, bằng đường hơi nóng (steam), dẫn nhiệt bằng đốt khí gas 1.2 Ứng dụng *Điện trở đốt: là thiết bị đùng các cuộn điện trở đốt nóng để cung cấp nhiệt lượng cho hệ thống Ưu điểm: - _ Tiện dụng, sẵn có - Tam nhiệt lớn Nhược điểm: - _ Khó ứng dụng trong các hệ thống lớn *Nguồn nhiệt băng hơi nóng: là thiết bị cung cấp nhiệt khí nóng cho hệ thống Ưu điểm: - Ung dụng rộng rãi, dễ lắp đặt Nhược điểm:

- _ Đồi hỏi cung cần hệ thống cung cấp khí nóng bên ngoài

Chỉ phí cao nhiệt cho hệ thống bằng việc đốt khí thổi vào bên trong

Ưu điểm:

- _ Nhiệt cung cấp lớn, 6n định

Nhược điểm:

- Chi phi cao

1.3 Chon thiét bj dan nhiét cho hé thong

Từ các điểm so sánh trên và với tính chất mô hình của đồ án nên chọn nhiệt

điện trở là thích hợp nhất; vì độ đáp ứng tương, đối nhanh, sẵn có và chỉ phí thấp Trong thực tế thị trường thì nhiệt điện trở có rất nhiều loại với nhiều công suất khác nhau:

- Về chủng loại: Trên thị trường có sẵn các loại như điện trở hình chữ U, hình chữ I, điện trở dạng lò xo cuộn tròn, dạng cuộn dây Mixo Trong các dạng kể trên thì chọn dạng cuộn đây Mixo là tiện lợi cho việc lắp đặt và có tính kinh tê nhất; vì các dạng chữ U và lò xo cuộn tròn có kích thước và công suất lớn nên không thể lắp vào mô hình mà chỉ được dùng trong công nghiệp còn dạng chữ Ï có khích thước và công suất nhỏ Mặt khác, cuộn dây Mixo được thiết kế sẵn phần đề

và chân để nên việc bố trí, lắp đặt rất thuận lợi, về mặt kinh tế thì loại điện trở này lại rẻ hơn các loại khác rất nhiều

- Về công suất: Cuộn dây Mixo có nhiều loại công suất như 500W, 600W,

800W, 1200W, Do tính chất của một đồ án nên thời gian đáp ứng rất quan

SVTH: Trương Quang Thanh Trang 2

Trang 11

Điều khiển nhiệt độ bằng PLC

trọng, vì vậy sau nhiều lần thứ nghiệm với từng loại công suất ta thấy chỉ có loại 1200W là đáp ứng được thời gian yêu cầu của đồ án

Vậy loại thiết bị dẫn nhiệt được chọn là cuộn dây Mixo 1200W

2 Vật liệu cách nhiệt 2.1 Khái niệm

Vật liệu cách nhiệt là vật liệu dùng để ngăn đồng thời qúa trình thoát nhiệt

của hệ thống ra ngoài môi trường cũng như tránh các tác nhân bên ngoài gây ảnh hưởng vào bên trong hệ thống Việc thất thốt nhiệt ra bên ngồi sẽ ảnh hưởng

không nhỏ đến quá trình kiểm soát hệ thống nhiệt

2.2 Ứng dụng

Vật liệu cách nhiệt hiện nay rất đa dạng và có mặt nhiều trên thị trường, vật

liệu cách nhiệt được dùng để bảo ôn các thiết bị, tùy vào việc sử dụng báo ôn các thiết bị khác nhau mà kích thước cũng như hình dạng khác nhau Được dùng chủ

yếu để bảo ôn các đường ống và cách nhiệt các hệ thống nhiệt

2.3 Chọn vật liệu cách nhiệt cho hệ thống

- Có nhiêu loại vật liệu cách nhiệt: Túi khí cách nhiệt, sợi thuỷ tỉnh cách nhiệt, bông thuỷ tỉnh cách nhiệt Các loại này đều có khả năng cách nhiệt từ 95% - 98% nhưng mỗi loại được ứng dụng trong một số lĩnh vực khác nhau

- Trong công nghiệp và nhất là trong hệ thông sây người ta thường sử dụng sợi thuỷ tỉnh hoặc bông thuỷ tỉnh để giữ nhiệt cho hệ thống Bông thuỷ tỉnh và sợi

thuỷ tỉnh có tính chất và tác dụng gần như nhau nhưng sợi thuỷ tỉnh mềm, mịn và

bên hơn bông thuỷ tỉnh

- Với tính chất đồ án không cần độ dày và chất liệu cao nên ta chọn bông

thuỷ tỉnh làm vật liệu cách nhiệt cho hệ thống vì giá thành của sợi thuỷ tỉnh cao hơn

- Một số đặc tính và ưu điểm của bông thuỷ tỉnh cách nhiệt:

- D6 day: 25mm; 50mm; 75mm; 100mm

- Khả năng cách nhiệt cách âm tốt: 95% - 97%

- Tính năng cách điện, chống cháy tốt

- Mềm, nhẹ, đàn hồi nhanh

- Độ bền cao, chịu được nhiệt độ lên tới 350°C

- Bông thủy tỉnh cách nhiệt được sử dụng rộng rãi trong Công nghiệp, Xây

dựng, cách nhiệt, cách âm, cách điện và chống cháy

- Độ dày của bông thuỷ tinh được qui định theo tiêu chuẩn công nghiệp dành cho từng kích thước và nhiệt độ khác nhau: 25mm, 50mm, 75mm, 100mm Do md

hình nhỏ, nhiệt độ lại không cao nên ta chỉ chọn độ dày của lớp vật liệu này là

25mm Sau khi tìm hiểu và quan sát thực tế cho thấy trong các xưởng người ta cũng

dùng độ dày tương tự để cách nhiệt cho trần nhà xưởng và nhiệt độ của mii tole những lúc nắng nóng cũng lên đến 70 — 80°C, bang với nhiệt độ của mô hình Nên

chọn độ dày 25mm là tương đối hợp lý về tính thẩm mỹ cũng như kinh tế ( mô hình

nhỏ nên nếu lớp vật liệu cách nhiệt quá dày sẽ gây mắt cân đối và khi độ dày càng

lớn thì giá thành sẽ càng cao)

Trang 12

3.Cảm biến nhiệt độ

3.1 Định nghĩa

Cảm biến nhiệt độ là một phần không thể thiếu trong các hệ thống đo lường và điều khiển nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ có khả năng nhận được tín hiệu nhiệt độ chính xác, trung thực và chuyển đổi thành tín hiệu có thể đo lường được như điện áp, dòng điện

Về nguyên lý, khi chế tạo các dụng cụ đo nhiệt độ, người ta thường dựa vào các thông sô vật lý để xác định như sự giãn nở của chất lỏng, khí, rắn sự truyền nhiệt của chúng hoặc sự thay đổi màu sắc theo nhiệt độ

3.2 Ứng dụng

Trong ứng dụng, người ta chia cảm biến nhiệt độ thành các loại sau:

+ Cap nhiét điện (Thermocouple) : la dung cụ đo nhiệt độ dựa trên suất điện động sinh ra ở vị trí tiếp xúc của 2 kim loại khác nhau khi có sự chênh lệch nhiệt độ

Ưu điểm:

- là thành phần tích cực, tự cung cấp công suất

- đơn giản, giá thành thấp, tầm thay đổi rộng, tầm đo nhiệt rộng

Nhược điểm:

- phi tuyén, điện áp cung cấp thấp, đòi hỏi điện áp tham chiếu - kém ốn định, kém nhạy

+ Nhiệt điện trở (RTD: Resistance Temperature Detector) là dụng cụ đo nhiệt độ

dựa trên sự thay đôi của điện trở khi nhiệt độ thay đổi

Ưu điểm:

- én định và chính xác

- tuyến tính hơn Thermocouple

Nhược điểm

- giá thành cao, phải cung cấp nguồn dòng - điện trở tuyệt đối thấp, tự gia tăng nhiệt

+ Các đầu dò nhiệt đô dạng áp hoặc dòng: (dòng: 0-40mA, áp: 0-10V) là thiết bị

cho phép chuyến các tín hiệu ra dạng Analog, khi dòng hoặc áp thay đổi thì nhiệt độ thay đổi

+ Dụng cụ đo nhiệt độ theo kiểu giãn nở các chất như: - Nhiệt kế thủy ngân

- Nhiệt kế lưỡng kim

+ Dung cụ đo nhiệt đô dựa trên hiện tượng bức xa nhiệt: các loại hóa kế quang học, hỏa kế bức xạ + Các IC cảm biến nhiệt độ Ưu điểm: - tuyến tính nhất - ngÕ ra có giá trị cao nhất - giá thành thấp Nhược điểm:

- chỉ đo nhiệt độ dưới 200°C

- cần cung cấp nguồn cho cảm biến

Trang 13

Điều khiển nhiệt độ bằng PLC - So sánh Cặp nhiệt điện (Thermocouple) so với các thiết bị đo nhiệt đô còn lạt: Ưu điểm:

- Cặp nhiệt điện có lợi điểm là tầm nhiệt độ lớn, thời gian đáp ứng nhanh hơn các loại thiết bị đo nhiệt độ khác như RTD hay các dụng cụ đo nhiệt khác

- Có giá thành rẻ hơn các thiết bị đọc nhiệt độ vào bằng dòng hoặc áp Nhược điểm:

- Bất lợi của cặp nhiệt điện là do ngõ ra có dạng phí tuyến theo nhiệt độ, thêm vào đó tín hiệu ngõ ra có điện áp rất thấp (khoảng yw V) nên cân phải cận thận

trong việc cân chuẩn nhiệt độ chuẩn

- Độ chính xác chưa cao nếu so với các thiết bị đọc bằng dòng hay áp 3.3 Thermocouple

3.3.1 Cấu tạo:

Cặp nhiệt điện được cầu tạo gồm 2 dây dẫn A và B được nối với nhau bởi 2 mối hàn có nhiệt độ T1, T2 Suất điện động E phụ thuộc vào bản chất vật liệu làm dây dẫn A,B và nhiệt độ T1, 12

Tl T2

B

Hình 2.1 Nguyên lý cấu tạo Thermocouple

Khi một mạch kín được tạo thành từ hai vật liệu A, B và hai chuyển tiếp của chúng được giữ ở nhiệt độ TI, 12, khi đó mạch sẽ tạo thành cặp nhiệt điện và cặp

nhiệt điện này gây ra > suất điện động E gọi là suất điện động SEEBECK

E„(ŒT1,T2)= E„(T2)- E„ŒT)

- #,(TI1,T2): Tổng suất điện động trong mạch kín khi hai đầu mối ghép ở

nhiệt độ T1,T2

„(TD) : Suất điện động ở mối ghép có nhiệt độ T1 - E„(T2) : Suất điện động ở mối ghép có nhiệt độ T2

Khi một đầu mối ghép được giữ ở nhiệt độ chuẩn (T1= °C), thì tống suất điện động ở hai đầu mối ghép (T2=T) là:

1 1

B=AT+BT +2 +—CT°

Như vậy suất điện động E là hàm phi tuyến thes nhiệt độ.Tuy nhiên về mặt toán

học,ta có thể xem E là hàm tuyến tính nếu B,C<<A

Trang 14

Điều khiển nhiệt độ bằng PLC -

3.3.2 Phân loại

Tùy theo vật liệu cầu tạo, cặp nhiệt điện được phân thành các loại sau: - Loại E: Chromel / Constantan

- Loại J: Sắt / Constantan - Loại T: Đồng / Constantan

~ Loại K: Chromel / Alumel

- Loại R: Plantin_Rodium (13%) / Platin

- Loại S: Platin_Rodium (10%) / Platin

- Loại áp vào: +/- §0mV

Khi sử dụng cặp nhiệt điện cần lưu ý đến độ ôn định nhiệt độ 6 đầu tự do vì suất điện động sinh ra chịu ảnh hưởng trực tiếp nhiệt độ lên các mối nối trên cặp

nhiệt điện (giữa hai kim loại khác nhau) Do đó để phép đo được chính xác, ta cần

phải bỗ sung chính nhiệt độ cho đầu tự đo của cặp nhiệt điện

Có một số phương pháp để giữ ôn định nhiệt độ cho đầu tự đo như sau:

- Đặt đầu tự do trong nước đá (°C)

- Đặt đầu tự do vào môi trường có nhiệt độ ô ỗn định

Nhưng những cách nêu trên không thích hợp trong công nghiệp ma trong thực tế người ta thường dùng các cách sau đây

+ Dùng dây bù:

- Dùng một đoạn dây có vật liệu giếng cặp nhiệt điện, mỗi cặp nhiệt điện

được trang bị một cặp dây dẫn riêng biệt Nhiệm vụ của dây bù là điều hòa các đại

lượng dao động nhiệt độ tại điểm đo và giữ cho đầu tự đo duy trì nhiệt độ quy định - Dây bù cần phải có điện trở suất, độ nhạy giống cặp nhiệt điện để tránh tạo

thêm một cặp nhiệt điện tại chỗ nối

- Nhiệt độ ở đầu dây nối của dây bù với cặp nhiệt điện cần được duy trì ở

dưới 100 °C

- Đầu tự do mới được kéo dài sau khi nối thêm dây bù vẫn phải dùng biện

pháp ôn định và điều chỉnh nhiệt độ

+ Dùng mạch bù

- Sử dụng mạch điện bên ngoài để bù nhiệt độ đầu tự do của cặp nhiệt điện Dải nhiệt độ làm việc đối với mỗi cặp nhiệt thường bị hạn chế Ở nhiệt độ thấp năng

suất nhiệt điện của nó giảm đi Ở nhiệt độ cao, cặp nhiệt điện có thể bị nhiễm ban

do môi trường đo hoặc xảy ra hiện tượng bay hơi một trong các chất thành phần của hợp kim làm cặp nhiệt, hoặc là bị tăng kích thước hạt tỉnh thể dẫn đến làm tăng độ don cơ học,thậm chí bị nóng chảy

Trang 15

& truyền thông dữ liệu với máytính GVHD: TS Nguyen Vũ Thịnh

Bảng thống kê một số loại cặp nhiệt thường dùng trong thực tế:

Cặp nhiệt điện Nhiệt độ làm việc | Suất điện động E (mV)

CC) „

Loại T: Đông / Constantan -270 đến 400 -6,258 dén 19,027

Loại J: Sat / Constantan -210 dén 1200 -8,096 đến 45,498 Loại E: Chromel / Constantan | -270 đến 1000 -9,835 dén 66,473 Loai K: Chromel / Alumel -270 dén 1300 -5,354 dén 50,633 Loạ §: Plantin Rodium | -50 đến 1768 -0,236 đến 15,576 (10%) / Platin „ Loạ R: Plantin Rodium | -50 đến 1768 -0,226 đên 17,445 (13%) / Platin

Để đảm bảo độ én định của suất điện động, phải ấn định nhiệt độ sử dụng cao nhất cho cặp nhiệt điện có tính đến các điều kiện thực tế

Người ta thường dùng mối nối thứ 2 cho đo lường, suất điện động E được biểu điễn gần đúng theo công thức sau:

E=QG(Œ,~T,)+Œ,Œ? ~T;) q)

Trong đó:

C¡ C¿: là hang số nhiệt điện phụ thuộc vào vật liệu sử dụng làm mối nối T), Ty: la gia trị nhiệt độ tại điểm noi

Do suất điện động E được biểu diễn là hàm phi tuyến theo nhiệt độ nên độ nhạy của cặp nhiệt điện sẽ thay đổi theo từng khoảng đo.Vì hệ số đứng trước các sô hạng bậc cao là khá bé so với bậc nhất nên ta có thể xem suất điện động E là tuyến tính trong khoảng nhiệt độ đo giới hạn nào đó, và công thức (1) được biêu diễn dưới dạng gân đúng sau:

E=S„,;Œ—T,)

Trong đó:

Sav là độ nhạy nhiệt của mối nếi hai vật liệu A, B T¡ Nhiệt độ tại môi nối 1

T› Nhiệt độ tại mỗi nôi 2

Do loại K có dải nhiệt lớn so với các loại nhiệt khác, giá thành thấp hơn và

thông dụng hơn so với các loại khác trên thị trường

Dựa trên các lý thuyết và điều kiện thực tế trên, trong đồ án này đã sử dụng

cặp nhiệt điện loại K để đo nhiệt độ

Trang 16

đ« truyền thơng dữ liệu với máy tính GVHD:TS Nguyễn Vũ Tịnh eorauur g4 ¡

TY ng long cantimeaseve, omit (ee Real onie aflat Hi nd lov Te rons tongin be pemreelors, tats the Sn 2%

eee

—

Re

Hinh 2.2 Cặp nhiệt điện (r hermocouple) loai K

4.Thiết bị điều khiến

4.1 Định nghĩa

PLC (Programmable Logic Controller) la thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tùy thuộc vào người điều khiển mà có thê thực hiện các chương trỉnh khác nhau

4.2 Cầu trúc

Một PLC bao gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lưu trữ chương trình ứng dụng và những môdun giao tiếp nhập-xuất

Trang 17

& truyện thông dữ liệu voi may tinh ee VHD: TS Nguyen Vi Think roti Tedd may tind Đến PLC Déo các khối khác DCS - khác trong be TDD tang th a, (RLTC:TRRĐ-DL.) Hình 2.3 Cấu trúc hoạt động cha PLC 4.3 Hoạt động PUC

Về cơ bản, hoạt động của PLC khá đơn giản Hệ thống có các công vào/ra

(Input/Output) dung để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor,contactor, ) Sau khi nhận được tín hiệu ở đầu vào, CPU sẽ xử lý và đưa

các tín hiệu điều khiển qua module xuất ra các thiết bị được điều khiến

4.4 Đặc điểm PLC

Bộ điều khiến lập trình PLC tạo ra một khả năng điều khiến thiết bị dé dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC con có thé thực hiện những tác vụ khác như định thời gian, đếm , làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín "hiệu ở đầu vào, thực hiện logic được lập trình và kích tín hiệu điều

khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng

Việc sử dụng PLC cho phép ta hiệu chỉnh "hệ thống điều khiển mà khong can

có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, chỉ thay đôi chương trình điều khiển trong bộ

nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng

Trang 18

Ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thông mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức

tạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng, PLC như một máy tính công nghiệp, chúng có đặc điểm thích

hợp cho mục đích điều khiến trong công nghiệp

- Khả năng chống nhiễu tốt

- Cầu trúc dang module cho phép dé dang thay thé, tăng khả năng (nối thêm module mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm module chuyên dụng)

- Việc nôi đây và mức điện áp tín hiệu ở đầu vào được chuẩn hóa

- Ngôn ngữ lập trình chuyên dụng — dễ hiểu, đễ sử dụng - Thay đôi chương trình điều khiến dé dang

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển

các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình

4.5 Ưu điểm cúa PLC

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng

được tính năng cũng như lợi ích trong hoạt động công nghiệp

- Hệ thống dây giảm đến 80% so với hệ thống điều khiển relay

- Điện năng tiêu thụ giảm đáng kế vì PLC tiêu thụ ít điện năng,

- Chức năng tự chuân hóa của PLC cho phép sửa chữa để dàng và nhanh chóng nhờ tính năng giao tiếp giữa người và máy (HMI)

- Kích thước của PLC nhỏ gọn, số lượng I/O nhiều hơn, gitp người sử đụng

giải quyết nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiến hệ thống

- Lắp đặt một lần (sơ đồ hệ thống, đường nối dây, đường tín hiệu ) mà không phải thay đổi lắp đặt khi thay đổi thứ tự điều khiến, khả năng chuyến hệ

thống điều khiển cao hơn, điều khiển linh hoạt hơn

- Độ tin cậy cao do được thiết kế trong môi trường công nghiệp PLC có thê

được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao, vùng có từ trường mạnh, chân động

cơ khí, nhiệt độ và độ âm môi trường cao

- Phối hợp giữa các thiết bị điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu

Với những đặc điểm và ưu điểm của PLC như trên, nên việc ứng dụng của PLC trong việc điều khiển các hệ thống là rất đa dạng, do đó PLC là thiết bị tối ưu

trong việc điều khiển hệ thống nhiệt độ ;

Trên thực tế muốn điều khiển nhiệt độ thì có rất nhiều phương pháp và thiệt

bị khác nhau để điều khiển bao gồm PLC và các thiết bị điều khiến như các PID

Controller Với việc ứng dụng PLC để điều khiến thì có rất nhiều sự lựa chọn bao

gồm PLC của các hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubitshi, Omron, Delta với

mỗi loại PLC thì có mỗi cách điều khiển, cách lập trình và cách kết nối phần cứng

khác nhau

Để tránh mất thời gian trong việc tìm hiểu cách lập trình cho các PLC của

hãng khác, nên đã chọn lựa thiết bị của hãng Siemens để làm thiết bị điều khiển

dùng cho đồ án này

SVTH: Trương Quang Thanh

Trang 19

Điều khiển nhiệt độ bằng PLC |

& truyền thông dữ liệu với máy tịnh HH Đán 3 Euy can e-selmm

4.6 PLC Siemens

PLC S7-200 là một dòng gồm nhiều loại CPU khác nhau như CPU 212, 214,

215, 216, 224, 226 Các loại này khác nhau ở dung | Ivgng nhé, module I/O, tập lệnh,

số cổng giao tiếp về cách lập trình và điều khiển là giống nhau PUC được lập trình thông qua máy tính dùng, chuẩn RS-485 với phần mềm lập trình Step 7 MircoWin verson 4.0 theo kiểu kết nối PPI ( Point to Point Interface)

Chương trình PLC Š57-200 được thiết kế dưới dạng chương trình chính

(Main,OB), chương trình con (SBR), chương trình ngắt (INT) và vùng nhớ dữ liệu (Data Block)

Phe Ede View ALC Doing Tools Windows Hếp -

Hes OR) s velo BB Pear a Rael tle a 6 6 |e

|42%^ | ® lÌ% + e +|3to 0

What's New

CFU DUEL e201

ÔN Progam Block l4 toa Tae Gm Slats Guat Data Block Cross Fleterance ñ ny nh treo Man, HH | Gì ẽI-lR (-BI -B.-IB-(0-E- BH è- 8è E 8 'Đ)68'BREđ'E EE)EIR'E' #- mone i 7 4

1 ket Row 3, CT kar”

Hình 2.4 Phan mém MicroWin cia PLC Siemens S7-200

S7-200 kết nối theo khối gồm khối CPU và các khối mở rộng,với khối CPU

có các ngõ vào và ra cong truyền thông RS485.Bộ nhớ gồm 3 loại ROM, EEPROM

và RAM và chia làm nhiều vùng: I, Q, AI, AQ, M, SM, T, C, V, HC, AC Các ô

nhớ có thể truy cập theo bit, byte (B),tir (W), tir kép (DW)

SVTH: Truong Quang Thanh Trang 11

Trang 20

„GVHD: TS Nguyễn Vũ Thịnh

Bảng tóm tắt vùng nhớ của S7- 200 (trích từ tài liện S7-200)

Tinh nang CPU 221 CPU222 CPU224 CPU 226 CPU 226XM

Dung lượng sử dụng | 4096 byte | 4096 byte 8192 byte 8192 byte 8192 byte

Dung lượng dữliệu |2084byte [2084 byte | 5120byte | 5120 byte 5120 byte

'Vùng đệm ảo đâu vào | I0.0-I15.7 |10.0-I15.7 |10.0-I15.7 |10.0-115.7 10.0 - 115.7 IVùng đệm áo đâura | Q0.0 - | Q0.0 ~ | Q0.0 - | Q0.0-Q15.7 | Q0.0 - Q15.7

Q15.7 Q15.7 Q15.7

Vùng đâu vào tương AIW0 -—|AIWO - | ATWO - | ATWO -

tự AIW30 AIW62 AIW62 AIW62

Trang 21

Điều khiến nhiệt độ bằng PLC 4.6.1 Đặc điểm của PLC S7-200 CPU 224 Phan cứng

+ CPU 224 (đơn vị xử lý trung tâm)

Tốc độ tính toán, xử lý thông tin

Khả năng quản lý các Module mở rộng Khả năng quản lý bộ nhớ

Khả năng kết nối

+ B6 nhé ROM, RAM, EEPROM Lưu trữ trạng thái các biến vào và ra

Lưu trữ kết quả chương trình tính và kết quả trung gian

Lưu trữ chương trình điều khiển và hệ điều hành

Phan mém

Hệ điều hành và tập lệnh

Hệ điều hành năm trong bộ nhớ ROM

Tập lệnh được xử lý trong RAM và EEPROM dưới dạng mã lệnh Các đặc tính kỹ thuật:

Dung lượng bộ nhớ chương trình: 8KByte

Bộ nhớ số liệu: 5Kbyte

Khả năng lưu trữ dữ liệu khi bị mắt điện: 190h

Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân: 0,37 ms Bit Memory /Counter/ Timer: 256/ 256/ 256

Bộ đếm tốc độ cao: 6x 60 kHz (32 bït kể cả bit dấu)

Ngắt phần cứng : 4 chế độ ngắt Số đầu vào và ra: 14 DI - 10 DO

Số lượng kết nối Module tối đa: 7 Module

Đầu ra đề điều động xung: 2x 20 kHz

Cổng ghép nối: RS485

Chuẩn truyền thông:PPI/ MPI tốc độ truyền là 9,6-19,2-187,5 kbaud Freeport tốc độ truyện là 1,2 — 115,2 kbaud

Nguồn cung cấp: 20,4-28,8VDC

Khả năng chịu dòng: 110mA- 700mA Nguồn cung cấp cho thiết bị: L+ 5V

Trang 22

CPU 224 DC/DC/DC (6ES7 214-1AD22-0XB0) 24 VDC Power raga Tt 1 1 : SĐ@G@G@GGG&G@G8®®®®®®® [LTTMILI 00 0102 03 04 2M2L+05 0.6 07 10 11 lel + M bs De] [ TIM 00 01 0203 04 05 0607 2M 10 11 12 1 14 15]ÌM Lẻ | @@@@@@@@@@@@À@2€@€) IETTTITTITITITILILI | LECCE CELI LE EL (Stems Hình 2.6 Sơ đồ chân của S7-200 CPU 224 DC Ít †F + + 4.6.2 Tính năng

Chức năng chính của PLC là để điều khiển Logic, điều khiển tuần tự, liên

động Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm,

dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiến Logic một cách dễ đàng Đặc biệt nó có các lệnh phát hiện ra các sườn xung cho phép | ta xử lý thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu Nếu cần xử lý các thời điểm

chuyền trạng thái nhanh hơn ta có thê sử dụng ngất

Bên trong S7-200 có tích hợp một đồng hồ thời gian thực Ta có thê sử dụng nó cho các ứng dụng điều khiến thời gian dài hay các ứng dụng mà việc điều khiển phụ thuộc vào thời gian trong ngày (như điều khiển đèn giao thông) hay có thé theo mua trong năm (đèn chiếu sáng)

Về mặt xứ lý toán học, S7-200 có cả các lệnh toán học cho số nguyên và số thực Số thực có các lệnh cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm cho số nguyên thường và số nguyên 4 byte Số thực có các lệnh cộng, trừ, nhân, chia, sin, cos, tan, In, exp va

đặc biệt là lệnh PID cho điều khiển vòng kín Các lệnh trên đủ để xử lý các sô liệu

trong các ứng dụng điều khiển đơn gián, tuy nhiên để thực hiện chúng tốn khá nhiều

thời gian của PUC Lệnh PID sử dụng để điều khiển vòng kín cho các đầu vào/ra tương tự, ra PWM và các dữ liệu khác Do thời gian thực hiện lệnh |} PID lâu cho nên S7-200 chỉ có khả năng thực hiện vài vòng kín với thời gian lay mẫu từ vài ms đến vài trăm ms thoả mãn cho các ứng dụng biến thiên chậm (điêu khiển nhiệt do ) Nếu ta đặt thời gian lẫy mẫu nhỏ hay thực hiện nhiều vòng kín có thể dẫn đến quá

tai PLC và làm PLC bị lỗi Để đơn giản cho việc lập trình điều khiển vòng kín,

MicroWin có công cụ cho phép người dùng khai báo dễ đàng

Trang 23

Ngoài các bộ đếm bằng phan mềm thực hiện theo chu kỳ quét của chương trình, S7-200 có các bộ đếm bằng phan ctmg (HSC-High speed counter) Có tối đa 6

bộ HSC trong S7-200, ta có thê lập trình nó theo 1 trong 13 chế độ khác nhau để đếm thuận/nghịch hay bộ đếm hai pha (dùng cho Encoder) với các đầu vào điều

khiến Tân số cao nhất mà các bộ đếm này có thể đếm được là 30 kHz với xung 1

pha và 20 kHz với xung hai pha Các bộ đếm này cho phép S7-200 có thé kêt nối với các máy phát tốc xung để đo tốc độ động cơ, hay với Encoder để đo tốc độ và chiều quay cũng như đo khoảng di chuyên trong các máy gia công cơ khí

S7-200 có hai đầu ra xung tại Q0.0 và Q0.1 mà nó có thể sử đụng để phát ra PulseTrain Output (PTO) hay Pulse Width Modulation (PWM) Voi chire năng PWM ta cé thé dùng nó dé điêu khiển điện áp ra với các ứng dụng có công suất lớn bằng các thay đổi tỉ lệ giữa thời gian bật (Ton) và thời gian tat (Toff) Dd phan giai cha thi gian nay 14 1 millisecond hoặc 1mircosecond Nó sử dụng cho điều khiển tốc độ động cơ một chiều hay điều khiến nhiệt độ Với chức năng PTO ta có thể lập trình để đầu ra bắn ra một SỐ xung vuông với tin số nào đó Các xung này có thé chia ra thành nhiều đoạn với tần SỐ có thé tăng dần hay giảm dan

S7-200 có một hay hai công thông tin sử dụng chuẩn RS485 Các công này có thể làm việc ở chế độ PPI (Point to Point Interface), MPI (Mulipoint Interface) hay chế độ Free Port Ở chế độ PPI hay MPI cho phép S7-200 có thể kết nối với

máy lập trình để truyền/nạp chương trình hay sử dụng các tiện ích khác Nó cũng cho phép các PLC kết nối với nhau để trao đổi đữ liệu hay kết nỗi với các màn hiển thị khác (TD200, OP3, OP7 ) Một số S7-200 có tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng Nó cho phép 57-200 có thể tham gia vào mạng

Profibus như là một Slave thông minh Ở chế độ Free port người dùng có thê tự do

định nghĩa và lập trình công thông tin cho ứng dụng của mình để có thể kết nối S7- 200 với vi điều khiến, máy tính hay các thiết bị khác (bar code, printer ) Ta cũng có thể dùng tiện ích có sẵn trong MicroWin để khai báo cho S7-200 thực hiện giao

thức USS để kết nối với các biến tan cia SIEMENS hay giao thức ModBus

Trang 24

4.6.3 Cầu trúc PLC S7-200

Khái niệm vòng quét

a) Đọc dữ liệu đầu vào: Đọc các trạng thái vật lý (Input) vào bộ dém ao IR (Input Register)

b) Thực thi chương trình: CPU doc dit liệu tir IR,thyc hign chuong trình

phần mềm, kết quả được lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu ra OR

(Output Register)

c) Xử lý các yêu cầu truyền thông (Optiow): Nếu có yêu cầu truyền thông và

xử lý ngắt -

đ) Tự chuẩn đoán lỗi: CPU tự kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong ROM,các

vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng

e) Xuất kết quả ở đầu ra: CPU đọc kết qua tir OR,va xuất kết quả ra các

công vật lý

Truy cập đữ liệu

a) Cúch truy cập dữ liệu trực tiếp Truy cap theo bit

i a Vũng nhớ bộ đệm áo đầu vào (IR) | 76543210 Byte 0 Dấu phân cách (bắt buộc) aye Byle 2 Địa chỉ byle ered Tên vùng nhớ Byte 5

Truy cap theo byte

S10 Dia chi byte

| L—= Kiéu truy cap Tên vùng nhớ

MS8 LSB M9SB - ignificant bit

VB100 L8 ~ HamimgwAomvke

Truy cập theo word (từ)

' vie Bia ia chi byte cao chi byt

| L— Kiểu truy cập

Tên vùng nhớ

Most significant byte Least significant byte

VWI00 |! VBI100 ball VB1GI1 9

SVTH: Trương Quang Thanh Trang l6

Trang 25

truyền thông dữ liệu với máy tính GVHD T$ Nguyễn VỤ LỰN Truy cập theo Double Word (Từ kép) y 00 Địa chi byte cao | L— Kiểu truy cập Tên vùng nhớ Most signihcert byte Least sgnficant byte MSB isa

voroo [> VBIOO |= VBIỢI ve]: vera [7 venos a}

b)Phân chia vùng nhớ trong S7-200

Vùng đệm ảo đầu vào (I; 10.0- 115.7)

CPU sẽ truy cập các đầu vào vật lý tại mỗi đầu của chu kỳ quét và ghi di

liệu tương ứng vào bộ đệm ảo

Định đạng truy cập

Bit 10.4

Byte, Word, hay Double Word IB4

Ving đệm ả ảo đầu ra (Q; Q0.0-Q15.7)

Cuối mỗi chu kỳ quét,CPU S7-200 sẽ truy cập dữ liệu từ bộ đệm ao xuất ra các đầu ra vật lý Định dạng truy cập Bit Q0.5 Byte, Word, hay Double Word = QB5 Vùng nhớ biến (V) Vùng nhớ này thường để lưu các kết quả trung gian của chương trình Định dạng truy cập | Bit V10.2 Byte, Word, hay Double Word VW100 Vùng nhớ bít (M)

Vùng nhớ này thường để lưu các kết quả trung gian của một thao tác hoặc các thông tin điều khiển khác.Trạng thái nguồn cung cấp không ảnh hưởng tới vùng nhớ này Định dạng truy cập | Bit M26.7 Byte, Word, hay Double Word MD20 | Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao (HC, HC0-HC5)

Bộ đếm tốc độ cao hoạt động độc lập với chu kỳ quét của PLC.Giá trị đếm là giá trị dạng 32 bít có dấu,là giá trị chỉ đọc và được gán địa chỉ dưới dạng double word

Trang 26

Định dạng truy cập HC[định dạng sô] HƠI Vùng nhớ thời gian (T; T0-T255) ,

Vùng nhớ này dùng cho các bộ thời gian của $7-200.Doi voi mot bộ Timer

có 2 hình thức truy cập vùng nhớ là truy cập theo timer bit hoặc truy cập theo current value (giá trị hiện hành) Định dạng truy cập T[định dạng sô] Format: (24 MOV_W ———†Ex Ta — IN OUT Vw200 137 Titimer number] Current Value To T1 | Te

Accesses the current value

Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo timer

bit hoặc current value

Vùng nhớ bộ đếm (C; C0-C255) -

Vùng nhớ này dùng cho các bộ đêm của S57-200.Đôi với một bộ Counter có 2 hình thức truy cập vùng nhớ là truy cập theo counter bit hoặc truy cập theo current GVHD: TS Nguyễn Vũ Thịnh T24 TimerBits | , To | ¬ TỊ T2 co value Định dạng truy cập C[định dạng sô] Có

Format: Cfeounter number]

21 Mov W - Current Value

8 co

C3—4IN OUT|— VW200 e1

- C2 Accesses the current value

Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo timer bit hoặc current value Vùng nhớ đặc biệt (SM) Accesses the timer bit C24 Counter Bits ci m Ce <4

Accesses the counter bit

Vùng nhớ này cung cập các bit truyén théng gitra CPU va chuong trinh.Cac

Trang 27

Vùng nhớ đầu vào tương tự (Al)

S7-200 chuyên một giá trị tương tự thành một giá trị số có độ lớn 16 bit.Do độ lớn dữ liệu truy cập là một từ,mặt khác khi truy cập đầu vào tương tự luôn sử

dụng định dạng từ do vậy địa chỉ byte luôn bắt đầu bằng số chẵn.Ví dụ AIWO0,

AIW2, AIW4 Giá trị đầu vào Analog đưới dạng chỉ đọc

Định dạng truy cập:

AIW[định dạng số] AIWO

c)Truy cập gián tiếp thông qua con trỏ

Con trỏ (Pointer) là ô nhớ có chứa 1 từ kép (double word) chứa địa chỉ của

một ô nhớ khác.Khi ta truy cập vào ô nhớ của con trỏ có nghĩa ta dang doc địa chỉ của ô nhớ mong muốn

Có 3 vùng nhớ trong S7-200 cho phép dùng làm con trỏ: V, L, AC], AC2,

AC3

S7-200 cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ sau: I, Q, V, M, S, T (current value), C (current value)

S7-200 không cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ sau: AI,

AQ, HC, SM, L và địa chỉ dưới dạng bit

Khi sử dụng cách truy cập dữ liệu thông qua con trỏ,trong S7-200 sử dụng 2 kí tự & và *

Ký tự &: Dùng để khởi tạo con trỏ Vị dụ MOVD &VB200, AC]

Chuyến địa chỉ VB200 (không chuyển nội dung) vào thanh ghi ACI ACI trở thành con trỏ Ký tự *: Dùng để truy cập nội dung ô nhớ có địa chỉ chứa trong con trỏ Vi du MOVB *AC1, VB2000 Chuyển nội dung ô nhớ có địa chỉ lưu trong con trỏ ACl vào ô nhớ có địa chỉ VB2000

Luu y:Dé thay déi ndi dung con trỏ

Sử dụng lên tăng +D (Tăng từ kép,do con trỏ là một thanh ghi 32 bị) Nếu truy cập theo byte: Tăng nội dung con trỏ lên 1

Nếu truy cập theo word: Tăng nội dung con trỏ lên 2

Nếu truy cập theo double word: Tăng nội dung con trỏ lên 4

Trang 28

Điều khiển nhiệt độ bằng PLC _ 4.6.4 Ngôn ngữ lập trình Trong S7-200 có 3 ngôn ngữ lập trình: Ngôn ngữ LADDER (LAD) Ngôn ngữ STL Ngôn ngữ FBD

3 ngôn ngữ về mặt hình thức có thể chuyến đổi lẫn nhau Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình là tùy theo thói quen, sở thích cũng như kinh nghiệm của người sử

dụng

Ngôn ngữ LADDER

Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở sơ đồ trang bị điện,việc kết nối

lập trình đồ họa giông với việc thiết lập sơ đồ relay-contactor.Một chương trình

nguồn được viết bằng LAD được tổ chức thành các Network Mỗi Network thực hiện một công việc nhỏ

S7-200 đọc chương trình từ trên xuống, từ trái qua phải, sau đó lặp lại ở vòng quét tiếp theo Ví dụ ngôn ngữ lập trình LAD [PROGRAM COMMENTS i} Metwork 1 Network Tite [Network Comment ] 10.0 BỊ —‹ ) Network 2 | q0.0 tũT1 10.2 —‹ ®) q02 Ngôn ngữ STL

Là ngôn ngữ lập trình đưới dạng Text gần giống với lập trình hợp ngữ trong vi điều khiến và vi xử lý, là ngôn ngữ mạnh cho phép tạo ra một chương trình mà LAD hoặc FBD rất khó tạo ra Một chương trình được viết bằng STL được tễ chức

thành các Network Mỗi Network thực hiện một công việc nhỏ

Trang 29

& truyền thông đữ liệu với máy tính GVHD: TS Nguyễn Vũ Thịnh Ví dụ ngôn ngữ ŠTL [PROGRAM COMMENTS Network 1 Network Title | Network Comment LD 10.0 = Q0.6 Network 2 — D 00.0 10.1 10.2 90.3 1 Q0.2, 1 tì >0 oe pe ot Ngôn nhữ FBD

Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở kết nối các khối hàm,sử dụng các kí hiệu logic giống với đại số Boolean Cac ham toan học phức tạp cũng được thể hiện đưới dạng khối với các đầu vào và đầu ra thích hợp

S7-200 đọc chương trình từ trên xuống, từ trái qua phải, sau đó lặp lại ở vòng

Trang 32

truyén thong dữ liệu với may tinh GVHD: TS Nguyen Vi Think,

4.7 Module Thermocouple

Module Thermocouple là thiét bị dùng để chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu Analog, nó là thiết bị giao tiếp với các PLC thuộc dong $7-200 ding dé do 7 loai Thermocouple khác nhau bao gồm: J, K, E, N, S, T và R Ngoài ra cũng cho phép kết nối với loại Thermocouple dạng tín hiện Analog mức thấp như loại +/-

80mV

Cách cài đặt Module Thermocouple

Trong các thiết bị như Module Thermocouple trước khi nhận tín hiệu ta phải cài đặt các chuẩn nhiệt độ để thiết bị đọc vào được chuẩn xác

Trên Module Thermocouple cho phép ta cài đặt các thông số này dựa trên các

Trang 33

& lâu tH ues OY DLT Nguyen Vo Thinn

Hình 2.13 Bảng thông số mức nhiệt độ của từng loại và cách đọc tin hiệu ứng với nhiệt độ đó của Module Thermocouple

5 Dene Ward 1 digit = 0.1%) ị ‘ ; : : b i

ee soe Typed Tek 7 TT yee pene pee tee ¿ : cape Bi ” 1 Gesie : 18720 ` 339B + i š japod”: 3808 ce * : : ‘ ¡ 12001 BED 120001 1 † : apes a KE

1 9091 ors are oto

0 0080 Son's orc no's -+ Frrr -~8.1'g ~6.1°G ~œ1"G ‘ | ee : Ỹ ¡-4800`: FA34 -193.010 : ị “ ^^ underrange | -200.0'C : ị : : Š ; 72100 : F7CC ~-2t0% ; Lan38 ˆ EkDá OO = -288.0'G ị ñ ¡ -Ed0 > FETS ¿ -z?0da' ~#00"%G morc ; aoc CS | -27ee Ba0g A L 1 4 9 i 9 ? i ‘ 4+ * i

ufacy over fal spar xo 9.6% 20.19% I

roa tog ancien) sett ates ` xi.B'C ‘eae a's 010% i

Goi action error -.1i.'6 21010 tC atc asic aso NA ì 7

“SG# J Overiow, OAs Overrange: NA = Nomnal range: Umi = Undermange; UF = Undertow ” a ee

"y ineicaten inat al aratog ‘\alues greater than trig anc below the open wre threshold repoi te overtow cata value, 82767 cr T7”

indicates that af araiog values fess than this and greater than te open were thresnolel report the undertow data value, -SZ768 (048000)

SVTH: Truong Quang Thanh Trang 25

Trang 34

5.Thiết bị đóng ngắt

Thiết bị đóng ngắt cho hệ thống là Relay: có 2 loại Relay chính là SSR (Solid State Relay) và Relay cơ (đóng ngắt các tiếp điểm bằng nam châm và lò xo)

Trong quá trình điều khiến nhiệt độ thì việc đóng ngắt được xử lý rất nhiều

lân

Do đó dựa trên việc xử ly đóng ngắt ta sé chon SSR

SSR hoạt động trên nguyên tắc đóng ngắt tiếp điểm bằng bộ điều khiển vi xử lý dùng Triac

Ưu điểm so với Relay cơ:

- Do ding vi diéu khién nén viéc déng ngat được sử dụng ở mức độ cao mà không gây hỏng

- So với Relay cơ tuổi thọ của SSR cao hơn rất nhiều Nhược điểm

- Dễ bị nhiễu khi hoạt động gần các thiết bị gây nhiễu và trong môi trường

nhiệt độ thay đổi lớn

Trang 35

Chương THỊ

THIET KE

1.Thiết kế mô hình

* Yêu cầu kỹ thuật:

- Ôn định nhiệt độ dưới 100 °C

- Cách nhiệt với môi trường bên ngoài - Thiết kế nhỏ gọn - Đảm bảo bố trí được các thiết bị: Nguồn nhiệt, quạt đối lưu, thermocouple, đồng hồ cơ - Độ đáp ứng hợp lý * Thiết kế:

- Với yêu cầu kỹ thuật cách nhiệt với môi trường ngoài, ta có các giải pháp:

+ Mô hình được thiết kế với 2 lớp: lớp trong và lớp ngoài

+ Giữa 2 lớp có lớp cách nhiệt

- Để xây dựng mô hình gồm 2 lớp, ta cần thiết kế khung cho mô hình Chức năng của khung:

Cố định lớp trong và lớp ngoài

Tạo tính vững chắc cho mô hình Vật liệu khung: Thép ống vuông Uu điểm: - Bền, kích thước đa dạng - Phé biến, giá thành thấp Khuyết điểm: - Trọng lượng lớn + Lớp trong: Phải vững chắc để đảm bảo việc bố trí thiết bị Vật liệu: Thép tắm Ưu điểm: — - Chịu nhiệt tốt - Vững chắc „ - Giá thành thâp Khuyết điểm: - Nặng - Tính thẩm mỹ thấp + Lớp ngồi: Khơng đời hỏi khả năng chịu nhiệt và có tính thâm mỹ Vật iiệu: Tôn lạnh Ưu điểm: — - Nhẹ, bền - Có tính thẩm mỹ cao - Được sử dụng phô biến - Dễ lắp ráp - Giá thành thấp

Khuyết điểm: - Chịu lực kém, dễ biến dạng

+ Phân cửa: Quan sát bên trong mô hình và đưa thiết bị từ bên ngoài vào

Vật liệu khung cửa: Thép ông vuông

Trang 36

& truyén thông đữ liệu với may | tính GVHD: D: TS Nguyễn ` Vũ Thịnh

Lớp trong và lớp ngoài: Có nhiệm vụ chứa lớp vật liệu cách nhiệt, có

tính thấm mỹ cao và không đòi hỏi khả năng chịu lực Vật liệu lớp trong và lớp ngồi cửa là tơn lạnh

Tay câm cửa:

Mục đích: Tăng tính linh hoạt

Sử dụng loại bằng Inox, là loại phổ biến trên thị trường và có tính thâm mỹ cao

*Cac van đề phát sinh:

1) Các góc cạnh của mô hình có độ hở và không có tính thâm mỹ Khắc phục: Dùng nẹp chữ V

Uu điểm: — - Nhẹ, thẩm mỹ cao

- Kích thước đa dạng, đễ lựa chọn - Giá thành thấp

Khuyét điểm: - Chịu lực kém, dễ biến dạng

2) Sự thoát nhiệt qua khung của mô hình, ảnh hướng đến độ đáp ứng gây khó khăn cho quá trình điều khiến

Trang 37

Điều khiển nhiệt độ bằng PLC 2.Điện hệ thông Đèn báo trạng thái u Cap RS232/RS485 <———> Máy tính Khối điều khiến trung tâm PLC S7-200 CPU 224 và Module Thermocouple I U ! Solid State Relay Ï Nguồn 24VDC cung cấp Các nút nhẫn cập nhập thông số Cảm biến Thermocouple Điện trở Solid State nhiét Cc Relay — Quạt đối lưu | <==— Nguồn 220VAC cung cấp

Hình 3.2 Sơ đồ thiết kế phần điện

Khối xử lý trung tâm

——

Khối xử lý trung tâm bao gồm PLC S7-200 và Module Thermocouple có nhiệm vụ xử lý tín hiệu,điêu khiển và thu thập dữ liệu để truyền thông

Khối hiển thị

Trang 38

Khối cập nhập thông số

Dùng để thực hiện việc thay đổi các thông số của chương trình điều khiển

Trong khối này bao gồm 4 nút nhắn và 1 Switch Nút Start: (N1) khởi động hệ thống Nit Stop: (N2) tắt hệ thống Nút gia nhiệt 50°C: (N3) dùng để chọn mức nhiệt độ là 50°C (chỉ dùng trong khi chọn trạng thái Manual) Nút gia nhiệt 70°C: (N4) dùng để chọn mức nhiệt độ là 70°C (chỉ dùng trong khi chọn trạng thái Manual)

Switch có 3 vị trí: (S) bên trái là điều khiển Manual (bằng tay), bên phải là điều khiển Automatic (Tự động), vị trí giữa là vị trí OFF

Dén bao trang thai

Dùng để báo trạng thái hoạt động của hệ thống.Bao gồm 2 đèn:

Đèn xanh: (Ð2) báo trạng thái hệ thống hoạt động

Đèn đỏ: (ĐI) báo trạng thái quá nhiệt khi xảy ra, trong trường hợp quá nhiệt độ

(khoảng 80°C)

Mạch công suất

Dùng cho việc đóng hoặc ngắt nhiệt điện trở và quạt để đạt nhiệt độ mong muốn Ở đây ta sẽ sử dụng 2 ngõ ra của PLC là ngõ ra Q0.0 và Q0.1 để làm chức năng

điều động độ rộng xung

Khi ngõ ra điều độ rộng của xung sẽ kích tín hiệu dẫn qua Solid State Relay, ở đây sẽ kích dẫn Opto-Triac kéo theo kích Triac trong SSR đề đóng nguôn cho thiết bị

Trang 39

Hình 3.3 Thiết kế phần điều khiến _

Hình 3.4 Mô hình sau khi hoàn thành

Trang 40

& truyền thông dữ liệu với máy tín GVHD TS NG yêu vu UG

Chương TỪ , „ ˆ

TINH TOAN THONG SO

VA CHUONG TRINH DIEU KHIEN 1.Các thông số nhiệt trên mô hình

Một hệ thống điều khiển nhiệt độ dựa trên nguyên tắc hồi tiếp về (vòng kín) có dạng tổng quát sau: e Nhiệt độ Giá Bộ điều khiến Bộ phận gia nhiệt Cảm biến nhiệt độ |

Hình 4.1 Nguyên tắc hồi tiếp

Sai lệch E giữa tín hiệu đặt và tín hiệu đo sẽ được bộ đều khiển xử lý để tính

tốn cơng suất cap cho bộ phận gia nhiệt

Mô hình đối tượng lò nhiệt

Mô hình đối tượng lò nhiệt có hàm truyền như sau:

K es

G(S)=

(S) 1+7S

K: hệ số khuếch đại của đối tượng

L: hằng số thời gian không nhạy của lò nhiệt, được mô tả bằng khâu trễ e””

Lò nhiệt có thời gian trì hoãn lớn sẽ gây khó khăn cho việc điều khiến cho nên cần phải có phương pháp điều khiển thích hợp

T: Hang sô thời gian quán tính của lò nhiệt, là thời gian từ khi nhiệt độ đáp ứng sự thay đối của nguồn cung cấp đến khi đạt đến một vị trí nhiệt độ cân bằng

mới

L và T là hai thông số đặc trưng của lò nhiệt và có thể xác định từ thực nghiệm, nó là đường đặc tính nhiệt độ theo thời gian Ta có thể xác định được

đường đặc tính này bằng cách cho đầu vào thay đôi trạng thái thì nhiệt độ sẽ từ một giá trị cân bằng này sẽ chuyển sang một trạng thái nhiệt độ cân bằng mới theo

đường chữ Š như sau:

Nguyễn Hoàng Thịnh