Đề 9: Hệ thống giảm sát và cảnh báo nồng độ khí CO2, bao gồm các thành phần chính: một bộ PLC, một bộ cảm biến (chuyển đổi) nồng độ khi CO2 có dài đo 02000ppm, tín hiệu ra 010 V, nguồn cấp cho cảm biến 24VDC, một chuông cảnh báo ngưỡng cao (BUZZER) và hai nút ấn START và STOP cho phép hệ thống hoạt đồng và dừng. Khi nồng độ khi CO2 vượt qua ngưỡng cảnh báo thì chuông BUZZER sẽ kêu trong 10s.
BÀI TẬP LỚN MƠN KỸ THUẬT LẬP TRÌNH PLC NỘI DUNG ĐỀ TÀI: Đề 9: Hệ thống giảm sát cảnh báo nồng độ khí CO2, bao gồm thành phần chính: PLC, cảm biến (chuyển đổi) nồng độ CO2 có dài đo [0-2000]ppm, tín hiệu [0-10] V, nguồn cấp cho cảm biến 24VDC, chuông cảnh báo ngưỡng cao (BUZZER) hai nút ấn START STOP cho phép hệ thống hoạt đồng dừng Khi nồng độ CO2 vượt qua ngưỡng cảnh báo chng BUZZER kêu 10s U CẦU: Tìm hiểu S7-300, S7-1200 Phân tích nguyên lý vận hành hệ thống Trình bày cảm biến (chuyển đổi) nồng độ khí CO2 ứng dụng? Xây dựng thuật toán cho hệ thống Phương pháp giao tiếp PLC S7-1200, S7 - 300 với biến tần ngoại vi hệ thống ? Sơ đồ đấu dây? Viết chương trình điều khiển, chạy mơ hệ thống BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Tìm hiểu S7-300, S7-1200 *S7-300: - PLC Siemens S7-300 thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình, thường dùng ứng dụng vừa lớn Nó thiết kế dựa tính chất PLC S7-200 bổ sung tính mới. PLC Siemens S7-300 xây dựng theo cấu trúc module xếp rack - Ứng dụng PLC Siemens S7-300: Trong thực tế PLC S7-300 ứng dụng đa dạng như: Điều khiển robot công nghiệp, dây truyền xử lý nước sạch, điều khiển hệ động servo hay máy chế tạo công cụ v v - CPU Siemens S7-300: + Chứa vi xử lý, hệ điều hành, nhớ, định thời gian, đếm, cổng truyền thông (RS485)… có vài cổng vào/ra số onboard + PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, đặt tên theo vi xử lý có CPU CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318… + Với CPU có hai cổng truyền thơng, cổng thứ hai có chức phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo phần mềm tiện dụng cài đặt sẵn hệ điều hành Các loại CPU phân biệt với CPU khác tên gọi thêm cụm từ DP Ví dụ Module CPU 314C-2DP… - Các CPU khác thành phần khơng giống nhau, cụ thể thành phần module hình dưới: Hình 1: CPU S7-300 - Các module mở rộng PLC S7-300 chia làm loại: + Power Supply (PS): module nguồn ni, có loại 2A, 5A 10A + Signal Module (SM): module tín hiệu vào số, tương tự + Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối thành phần mở rộng lại với Một CPU làm việc trực tiếp nhiều rack, rack tối đa Module mở rộng rack nối với Module IM + Function Module (FM): module chức điều khiển riêng Ví dụ module điều khiển động bước, module điều khiển PID + Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông mạng PLC với PLC với máy tính Hình 2: Một số module mở rộng thực - Kết nối: PlC Siemens S7-300 kết nối với nhiều chuẩn mạng khác PROFIBUS, CAN, DeviceNet, ASi - Profibus: tiêu chuẩn mạng trường mở Quốc tế theo chuẩn mạng trường châu âu EN 50170 EN 50254 Trong sản xuất, ứng dụng tự động hóa q trình cơng nghiệp tự động hóa tịa nhà Các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) hoạt động hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin hệ thống tự động hóa thiết bị trường phân tán.Chuẩn cho phép thiết bị nhiều nhà cung cấp khác giao tiếp với mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi RS485 chuẩn công nghiệp Trong ứng dụng sản xuất IEC 1158-2 điều khiển trình Profibus sử dụng Ethernet/TCP-IP Hình 3: Kết nối profibus - Ngơn ngữ lập trình: PLC Siemens S7-300 lập trình qua ngơn ngữ như: Step (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGrap + Dạng LAD: Phương pháp hình thang, thích hợp với người quen thiết kế mạch điện tử logic + Dạng STL: Phương pháp liệt kê Là dạng ngơn ngữ lập trình thơng thường máy tính Mỗi chương trình ghép nhiều câu lệnh, câu lệnh có cấu trúc chung gồm “tên lệnh + tốn hạng” + Dạng FBD: Phương pháp hình khối Là kiểu ngơn ngữ đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số + Dạng SCL: Có cấu trúc gần giống với ngơn ngữ dạng STL phát triển nhiều Nó gần giống với ngôn ngữ bậc cao Pascal để người lập trình dễ thao tác *S7-1200: - PLC S7-1200 loại điều khiển logic lập trình (PLC) sở hữu thiết kế nhỏ gọn, có khả xử lý tốc độ cao, hỗ trợ nhiều thiết bị đầu vào/ra khác nhau, bao gồm thiết bị nặng chịu va đập phù hợp với ứng dụng công nghiệp nhỏ vừa, đáp ứng nhu cầu kiểm soát tự động hóa đơn giản Hiện nay, dịng sản phẩm bán chạy thị trường chi phí thấp độ hiệu cao - Nó có khả mở rộng linh hoạt, hỗ trợ module giao tiếp với thiết bị bên ngồi máy tính, máy in, máy đo, cảm biến, van điều khiển hệ thống khác - PLC tích hợp tính bảo mật mạnh mẽ để đảm bảo an tồn bảo vệ thơng tin quan trọng q trình hoạt động Nó kết nối với thiết bị khác lập trình, máy tính để thiết lập chương trình điều khiển cho Phân tích ngun lý vận hành hệ thống - Ấn nút START, hệ thống hoạt động, đèn RUN sáng - Nếu nồng độ khí CO2 thấp hoăc 1000ppm, nồng độ chưa vượt ngưỡng - Nếu nồng độ khí CO2 lớn 1000ppm, đèn FHA sáng, biến trở module cảm biến điều chỉnh điện áp tham chiếu (Reference volatge), chân DOUT đảo trạng thái, còi BUZZER kêu 10s - Ấn nút STOP, hệ thống dừng hoạt động, đèn RUN tắt Trình bày phương pháp đo áp suất đường ống - Cảm Biến (Chuyển Đổi) Nồng Độ Khí CO2: Cảm biến nồng độ khí CO2 thiết bị có khả đo lường lượng khí CO2 có khơng gian cụ thể Cảm biến thường sử dụng công nghệ hồng ngoại, quang phổ, học để đo lường nồng độ khí CO2 Cảm biến nồng độ khí CO2 đóng vai trị quan trọng nhiều ứng dụng, đặc biệt lĩnh vực môi trường tự động hóa - Ứng Dụng Cảm Biến Nồng Độ Khí CO2: + Hệ Thống Quản Lý Khí Thải: Trong ngành công nghiệp sản xuất, cảm biến CO2 sử dụng để giám sát điều chỉnh lượng khí CO2 phát từ trình sản xuất xử lý + Hệ Thống Điều Hịa Khơng Khí: Trong hệ thống điều hịa khơng khí tịa nhà phòng làm việc, cảm biến CO2 sử dụng để đo lường nồng độ khí CO2 khơng khí Khi nồng độ CO2 tăng lên, hệ thống điều hịa tăng cường lượng khơng khí tươi đưa vào phịng để cải thiện chất lượng khơng khí + Đo Lường Khí Trong Mơi Trường: Trong nghiên cứu biến đổi khí hậu mơi trường, cảm biến CO2 sử dụng để đo lường nồng độ khí CO2 khơng khí, giúp nhà khoa học phủ hiểu rõ biến đổi khí hậu tác động hệ thống sinh thái sức khỏe người + An Tồn Trong Cơng Nghiệp: Trong ngành công nghiệp luyện kim hóa chất, nồng độ CO2 cao làm tăng nguy tai nạn Cảm biến CO2 sử dụng để giám sát nồng độ CO2 kích hoạt cảnh báo nồng độ vượt mức an toàn + Nông Nghiệp Chăn Nuôi: Trong nông nghiệp chăn nuôi, cảm biến CO2 sử dụng để kiểm sốt mơi trường ni trồng chăm sóc động vật, giúp cải thiện sản xuất sức khỏe trồng động vật + Ứng Dụng Trong Công Nghệ Xe Hơi: Trong ngành công nghiệp xe hơi, cảm biến CO2 sử dụng hệ thống kiểm soát khí thải để đo lường giảm thiểu lượng khí CO2 phát từ động Xác định thuật toán đo áp suất điều khiển tốc độ động Phương pháp giao tiếp PLC S7-1200, S7 - 300 với biến tần ngoại vi hệ thống sơ đồ đấu dây - Đối với ngoại vi nút nhấn đèn giao tiếp việc đấu nối qua cổng DI DO, đầu vào DI đấu kiểu âm chung, đầu DO dạng dương chung - Đối với cảm biến, cảm biến dạng chân đấu trực tiếp qua cổng AI có sẵn PLC - Nguồn 24VDC đấu vào cảm biến *Đối với tín hiệu Analog PLC có khả xuất tín hiệu 0…10V, 1…5V, 4… 20mA, 0…20mA để điều khiển tốc độ biến tần Đồng thời biến tần xuất tín hiệu analog để phản hồi tốc độ lại cho PLC - Giao tiếp PLC biền tần thông qua module analog output SQ 1232 Hình 4: Sơ đồ dấu dây Viết chương trình điều khiển, chạy mơ hệ thống Totally Integrated Automation Portal De9 / PLC_2 [CPU 1214C DC/DC/DC] / Program blocks Main [OB1] Main Properties General Name Main Numbering Automatic Information Title "Main Program Sweep (Cy‐ cle)" Version 0.1 Main Name Input Number Type Author OB Comment Family User-defined ID Data type Default value Comment Bool Bool Initial_Call Remanence Temp Constant Language Initial call of this OB =True, if remanent data are available Network 1: Khởi động %M0.0 "Start" %M0.1 "Stop" %M0.2 "Nhớ" %M0.2 "Nhớ" Network 2: Đo NORM_X Int to Real %M0.2 "Nhớ" %MW64 "Cảm biến" 27648 SCALE_X Real to Real ENENO MIN OUT 0.0 %MD14 "Tag_2" 2000.0 %MD14 "Tag_2" VALUE MAX EN MIN ENO VALUE MAX OUT NORM_X Real to Real SCALE_X Real to Int ENENO MIN 0.0 OUT %MD18 "Nồng độ CO2 đo được" 2000.0 %MD22 "Tag_3" 27648 %MD22 "Tag_3" VALUE MAX EN MIN %MD18 "Nồng độ CO2 đo được" "IEC_Timer_0_ DB".Q >= Real 1000.0 VALUE MAX %Q0.0 "Chuông" %DB1 "IEC_Timer_0_DB" TON Time INQ T#10sPT ET ENO OUT Network 3: Cảnh báo %M0.2 "Nhớ" %MD18 "Nồng độ CO2 đo được" %MD50 "Thời gian" %QW96 "Đồng hồ hiển thị" LAD