Đề 11: Ứng dụng PLC S71200, S7 – 300 của SIEMENS thực hiện bài toán đo, điều khiển, cảnh báo lưu lượng nước trên đường ống chảy vào bồn. Lưu lượng nước được thay đổi thông qua việc tác động động cơ bơm nước vào đường ống. Ông dẫn nước có đường kính 10cm. Các tham số cụ thể trong hệ thống như sau: Lưu lượng nước giới hạn trong dải (010)ls Động cơ bơm được điều khiển qua biến tần MM420 Đầu ra cảm biến lưu lượng chuẩn hoá về 420mA Bảng điều khiển gồm các nút ấn Start, Stop, đèn bảo trạng thái hệ thống RUN, đèn cảnh báo ngưỡng thấp FLA(=8,5ls)
BÀI TẬP LỚN MƠN KỸ THUẬT LẬP TRÌNH PLC NỘI DUNG ĐỀ TÀI: Đề 11: Ứng dụng PLC S7-1200, S7 – 300 SIEMENS thực toán đo, điều khiển, cảnh báo lưu lượng nước đường ống chảy vào bồn Lưu lượng nước thay đổi thông qua việc tác động động bơm nước vào đường ống Ơng dẫn nước có đường kính 10cm Các tham số cụ thể hệ thống sau: - Lưu lượng nước giới hạn dải (0-10)l/s - Động bơm điều khiển qua biến tần MM420 - Đầu cảm biến lưu lượng chuẩn hoá 4-20mA - Bảng điều khiển gồm nút ấn Start, Stop, đèn bảo trạng thái hệ thống RUN, đèn cảnh báo ngưỡng thấp FLA(=8,5l/s) YÊU CẦU: Tìm hiểu S7-300, S7-1200 Phân tích ngun lý vận hành hệ thống Trình hủy phương pháp đo lưu lượng chất lỏng Xây dựng thuật toán đo lưu lượng điều khiển động Phương pháp giao tiếp PLC S7-1200, S7-300 với biển tắm vị hệ thống? Sơ đồ đấu dây? Viết chương trình điều khiển, chạy mô 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 thơng (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 không 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 nuôi, 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 thơng, trao đổi thơng 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 q 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 + toán 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 ngôn ngữ dạng STL phát triển nhiều Nó gần giống với ngơn 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 sốt tự động hóa đơn giản Hiện nay, dòng 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 toàn 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 2 Phân tích ngun lý vận hành hệ thống - Ấn nút START, hệ thống hoạt động, đèn RUN sáng - Nếu lưu lượng đường ống thấp hoăc 1,21 l/s, đèn FLA sáng, biến tần điều khiển động chạy với mức tần số f = 50Hz (do đầu Analog PLC cấp tín hiệu) để tăng lưu lượng nước ống - Đặt lưu lượng ổn định (1,22-8,50) l/s Khi mức lưu lượng nhỏ 8,51 l/s lớn 1,21 l/s, biến tần điều khiển động chạy với mức tần số 30Hz để ổn định lưu lượng nước ống - Nếu lưu lượng 8,51 l/s lớn 8,51 l/s, đèn FHA sáng, biến tần điều khiển động chạy với mức tần số f = 20Hz để giảm lưu lượng nước ống - Ấn nút STOP, hệ thống dừng hoạt động, đèn RUN tắt Trình bày phương pháp đo áp suất đường ống - Cảm Biến Lưu Lượng: Sử dụng cảm biến lưu lượng cảm biến điện từ, cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại để đo lưu lượng chất lỏng đường ống hệ thống đường ống - Giao Tiếp Cảm Biến với PLC: Kết nối cảm biến lưu lượng với PLC S7-1200 thông qua cổng giao tiếp phù hợp cổng analog digital Đơi khi, cần sử dụng card mở rộng để mở rộng số lượng cổng đầu vào đầu PLC - Lập Trình PLC: Sử dụng phần mềm lập trình PLC (ví dụ: TIA Portal) để viết chương trình điều khiển PLC Trong chương trình này, bạn cần thiết lập biến đầu vào để nhận giá trị đo từ cảm biến lưu lượng - Xử Lý Dữ Liệu: Trong chương trình PLC, xử lý liệu đo từ cảm biến lưu lượng Bạn áp dụng phép tốn để chuyển đổi giá trị đo thành lưu lượng chất lỏng theo đơn vị phù hợp (ví dụ: lít/phút gallon/phút) - Điều Khiển Giám Sát: Sử dụng logic điều khiển chương trình PLC để kiểm sốt lưu lượng chất lỏng theo điều kiện đặt trước Bạn thiết lập cảnh báo hành động tự động lưu lượng vượt thấp mức xác định - Hiển Thị Báo Cáo: Sử dụng giao diện người dùng hình HMI (Human-Machine Interface) máy tính để hiển thị lưu lượng chất lỏng thơng số liên quan Bạn tạo báo cáo dựa liệu thu thập từ PLC để theo dõi phân tích hiệu suất hệ thống Xác định thuật toán đo áp suất điều khiển tốc độ động 5 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 ngồi 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 thơng qua module analog output SQ 1232 Hình 4: Sơ đồ dấu dây Viết chương trình điều khiển, chạy mô hệ thống Totally Integrated Automation Portal De11 / PLC_1 [CPU 1212C 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 LAD 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" %Q0.0 "RUN" %Q0.0 "RUN" Network 2: Đo cảnh báo NORM_X Intto Real %Q0.0 "RUN" 5530 %MW64 "Cảm biến" 27648 SCALE_X Real to Real ENENO MIN 0.0 %MD14 "Tag_2" 10.0 %MD14 "Tag_2" OUT VALUE MAX %MD18 "Mức lưu lượng đo được" = Real 8.5 %Q0.2 "FHA" Network 3: %M1.3 "AlwaysFALSE" %Q0.1 "FLA" EN IN MOVE ENO OUT1 %Q0.2 "FHA" EN IN MOVE ENO OUT1 Network 4: Điều chỉnh bơm %MW50 "Điện áp ĐKĐC" %MW50 "Điện áp ĐKĐC" EN MIN ENO VALUE MAX OUT %MD18 "Mức lưu lượng đo được" Totally Integrated Automation Portal %Q0.0 "RUN" NORM_X Intto Real %Q0.1 "FLA" ENENO MIN %Q0.2 "FHA" %MW50 "Điện áp ĐKĐC" 10 SCALE_X Real to Int OUT VALUE MAX %MD22 "Tag_1" %MD22 "Tag_1" 27648 EN MIN ENO OUT VALUE MAX %QW96 "input biến tần"