Ứng dụng PLC đo và điều khiển nhiêt độ

giới thiệu chung : Ngoài khả năng điều khiển Logic - ON hoặc OF, thì một trong những khả năng mở rộng của PLC là có khả năng đo lờng và điều khiển liên tục nghĩa là tín hiệu vào và ra củ

PLC04- 27

Điều khiển liên tục

Đo và hiển thị nhiệt độ

A Mục đích yêu cầu

1 Nắm đợc nguyên lý đo lờng và điều khiển liên tục bằng PLC.

2 Lập trình ứng dụng đo và hiển thị nhiệt độ bằng PLC - S7-200.

B Chuẩn bi :

1 Modul đào tạo PLC tối thiểu, Hoặc modul đầy đủ - S7-200-CPU215.

2 Mô đun EM235, Can nhiệt PT100 Nhiệt kế đo nhiệt độ.

3 Thết bị lập trình cho PLC, Cáp ghép nối.

4 Máy tính và phần mềm lập trình.

C Lý thuyết :

1 giới thiệu chung : Ngoài khả năng điều khiển Logic - ON hoặc OF, thì một trong những khả năng mở rộng của PLC là có khả năng đo lờng và điều khiển liên tục nghĩa là tín hiệu vào và ra của PLC là các tín hiệu liên tục Analog Các tín hiệu này có thể thay đổi liên tục trong dải đo từ ( 0 đến 5V;

từ 0 đến 10Vol; + - 5Vol; + - 10 Vol; 0 đến 20mA; 4 đến 20mA) tuỳ theo yêu cầu biến đổi vào ra

Để đa các tín hiệu này vào PLC là thiết bị sử lý số - máy tính các PLC phải

sử dụng thêm khối mở rộng A/D làm chức năng biến đổi tín hiệu tơng tự (Analog) ở đầu vào thánh số (Digital) đa vào PLC và sử dụng khối mở rộng D/A làm chức năng biến đổi tín hiệu số (Digital) thành tín hiệu tơng tự (Analog) ở đầu ra

Sơ đồ khối ghép nối nh sau :

Cảm

biến,

K.đại

Hình 27 - 1 Hệ đo lường và điều khiển dùng PLC

Phần đánh dấu - gồm PLC và các khối

mở rộng A/D, D/A

Một trong các mô đun mở rông đó là mô đun EM235 của hãng SIEMENS.

Mô đun EM235 của hãng SIEMENS :

RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- V0 I0 L+ M I

EM 235

ANALOG In-Out-PB

PT100

I0

Figure 36.3

EM235 Circuit

Các thông sô của mô đun gồm :

• 03 kênh vào Analog - biến đổi A/D 12 bit gồm các đầu vào :A+ A-, B+ B-, C+ C-,

• 01 kênh ra Analog - biến đổi A/D 12 bit Gồm các đầu ra Uo ra điện áp,

Io ra dòng điện.

3 Giới thiệu về thí nghiệm và chơng trình :

Tham khảo

Chương trỡnh vớ dụ : Đo nhiệt độ và hiển thị nhiệt độ chỉ định bằng cỏch dựng khối mở rộng EM235, trong đú cú một kờnh khối analog, cú cảm biến nhiệt độ là PT

100 được nối vào khối.

Chuyển đổi nhiệt độ được thuc hien thụng qua điện trở của PT100 sang điện

ỏp, đầu ra analog cua PLC được sử dụng là nguồn dũng Nguồn đầu ra cấp cho cảm biến PT100 với dũng cố định là 12,5 mA Với mạch này, một điện ỏp tuyến tớnh đầu vào 5mV/o C sẽ được sinh ra Khối EM235 chuyển đổi điện ỏp này sang giỏ trị số mà

+24

Hình 27 - 2 Mô đun EM235

chương trình sẽ cập nhật liên tục Từ giá trị đọc được này, chương trình sẽ tính ra nhiệt độ bằng công thức:

T[ C] = ( ° Digital Value) - (0 ° C-Offset)

(1 C-Value) °

Digital Value là giá trị được chứa trong AIWx (x = 0,2,4)

0oC – Offset là giá trị số đo được ở 0oC, trong trường hợp này là 4000

1oC – Value là giá trị thay đổi khi nhiệt độ tăng được 1oC Trong ví dụ này là

16

Chương trình sẽ tính giá trị đến 1 số sau dấu phẩy thập phân và hiển thị kết quả

“Nhiệt độ = xxx.xoC” ra màn hình TD 200 Trong phần khởi tạo của chương trình, người dùng có thể nhập vào giá trị giới hạn nhiệt độ cao và thấp Chương trình sẽ hiển thị giá trị nhiệt độ đo được và đưa ra cảnh báo nếu giá trị đó vượt ra ngoài khoảng giới hạn thông qua màn hình TD 200 Thông báo “Nhiệt độ > xxx.x oC” sẽ xuất hiện ở dòng thứ 2 của màn hình nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ giới hạn trên Và thông báo “Nhiệt độ < xxx.x oC” sẽ được hiện ra nếu nhiệt độ đo được giảm xuống dưới mức giới hạn nhiệt độ thấp.

Sơ đồ đấu nối thiết bị được cho dưới đây:

T D 2 0 0

F 5

F 1

F 6

F 2

F 7

F 3

F 8

F 4

S H I F T

E S C E N T E R

C P U 2 1 4

E M 2 3 5

0 V + 2 4 V

T E M P E R A T U R E = 2 3 6 ° C

P T 1 0 0

I o

Hinh 27-3 So do noi thiet bi

Luu do chuong trinh :

Khởi tạo: xóa bỏ toán hạng, lấy giá trị chênh lệch 1oC và tại 0oC, chỉ

định giá trị giới hạn, ghi giá trị dòng điện ra AQW0

Bắt đầu CT

Chuyển giá trị đo được về nhiệt độ trong AIWx

Thực hiện tính toán nhiệt độ: giá trị đo được trừ đi giá trị đo được tại

0oC, chia cho độ chênh tương ứng với 1oC

Chia phần dư nhân 10 cho độ chênh tương ứng 1oC sau đó cộng vào giá

trị đã tính được Ghi vào vùng nhớ cập nhật ra thông báo 1 TD200

Hiển thị thông báo 1

Nhiệt độ > Nhiệt độ mức cao?

Hiện thông báo 2;

Tắt lò

Xóa bít cho phép hiển thị thông báo

2

Hiển thị thông báo 3

Mở lò

Xóa bít cho phép hiển thị thông báo

3 Nhiệt độ<Nhiệt độ mức thấp ?

Kết thúc

Sai

Sai Đúng

Đúng

Hinh 27-4 Luu do chuong trinh

Mô tả chương trình:

Cảm biến nhiệt độ:

PT 100 là thiết bị phát hiện nhiệt độ bằng điện trở bạch kim, dải nhiệt độ thích hợp sử dụng thiết bị này là từ -60 đến 400 oC.

Tính toán nguồn cấp cho PT100

PT100 có giá trị điện trở là 100Ω ở nhiệt độ là 0oC Điện trở này thay đổi tuyến tính với nhiệt độ với tỷ lệ xấp xỉ 0,4 Ω/ oC

R [ O h m ]

T [ ° C ]

1 0 0

1 0 2

1 0 4

1 0 6

1 0 8

1 1 0

Để sinh ra một điện áp 5 mV/ oC, một nguồn dòng 12,5 mA được cấp cho PT

100 Độ phân giải ở đầu ra analog là 10uA/ 1 đơn vị Vì thế, giá trị để tạo ra dòng 12,5 mA là 1250 Do vùng nhớ cho đầu ra analog AQW là 16 bít Do vậy, phải nạp ra vùng nhớ này giá trị là 20000 để có thể tạo ra dòng điện 12,5 mA ở đầu ra Io.

20mA tương ứng với giá trị 32000 Do đó, (32000/20mA * 12.5mA = 20000)

Hinh 27-5 Dac tinh cam bien

RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- V0 I0 L+ M I

EM 235

ANALOG In-Out-PB

PT100

I0

Sơ đồ đấu nối khối EM235

Công tắc thiết lập cho module EM235 để chọn chế độ 0 – 10 V được bố trí như sau:

Phụ thuộc vào số kênh được sử dụng trong module EM235, địa chỉ tương ứng của các vùng nhớ đầu vào sẽ là

AIW0 – kênh vào 1 AIW2 – kênh vào 2 AIW4 – kênh vào 3

AQW0 – kênh ra 1

Những đầu vào không dùng của EM235 phải được nối ngắn mạch.

Hinh 27 - 7 Noi EM235

Main Program - Ch¬ng tr×nh chÝnh

// Đo nhiệt độ và hiển thị lên màn hình TD 200

│ SM0.1 MOV_DW──┐

1 ├─┤ ├─────────────────────────────┬────────────┤EN │

│ │ │ │

│ │ K0┤IN OUT├VD196

│ │ │ │

│ │ └───────┘

│ │ MOV_W───┐

│ ├────────────┤EN │

│ │ │ │

│ │ K16┤IN OUT├VW250

│ │ │ │

│ │ └───────┘

│ │ MOV_W───┐

│ ├────────────┤EN │

│ │ │ │

│ │ K4000┤IN OUT├VW252

│ │ │ │

│ │ └───────┘

│ │ MOV_W───┐

│ ├────────────┤EN │

│ │ │ │

│ │ K300┤IN OUT├VW260

│ │ │ │

│ │ └───────┘

│ │ MOV_W───┐

│ ├────────────┤EN │

│ │ │ │

│ │ K200┤IN OUT├VW262

│ │ │ │

│ │ └───────┘

│ │ MOV_W───┐

│ └────────────┤EN │

│ │ │

│ K20000┤IN OUT├AQW0

│ │ │

│ └───────┘

MOVW 4000, VW252 // lấy giá trị tại 0°C = 4000 đưa vào VW252

│ SM0.0 SUB_I───┐

2 ├─┤ ├───────────────────────────┬────────────┤EN │

│ │ │ │

│ │ AIW4┤IN1 OUT├VW200

│ │ VW252┤IN2 │

│ │ └───────┘

│ │ DIV─────┐

│ ├────────────┤EN │

│ │ │ │

│ │ VW200┤IN1 OUT├VD198

│ │ VW250┤IN2 │

│ │ └───────┘

│ │ MUL─────┐

│ ├────────────┤EN │

│ │ │ │

│ │ K10┤IN1 OUT├VD196

│ │ VW198┤IN2 │

│ │ └───────┘

│ │ DIV─────┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ │ │ │ │ VW198┤IN1 OUT├VD196 │ │ VW250┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ MOV_W───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ │ │ │ │ VW198┤IN OUT├VW160 │ │ │ │ │ │ └───────┘ │ │ MOV_W───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ │ │ │ │ K0┤IN OUT├VW198 │ │ │ │ │ │ └───────┘ │ │ MUL─────┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ │ │ │ │ K10┤IN1 OUT├VD198 │ │ VW200┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ ADD_I───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ │ │ │ │ VW160┤IN1 OUT├VW200 │ │ VW200┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ MOV_W───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ │ │ │ │ VW200┤IN OUT├VW116 │ │ │ │ │ │ └───────┘ │ │ V12.7 K1 │ └────────────( S ) │

MOVW VW200, VW116 // chuyển kết quả ra VW116 để hiển thị trên TD200

│

│ VW200 VW260 V12.6

3 ├───────┤ >= W ├───────────┬────────────( )

│ │

│ │ Q0.0 K1

│ ├────────────( R )

│ │

│ │ MOV_W───┐

│ └────────────┤EN │

│ │ │

│ VW260┤IN OUT├VW136

│ │ │

LDW>= VW200, VW260 // Nếu vượt quá giới hạn nhiệt độ cao

│ VW200 VW262 V12.5

4 ├───────┤ <= W ├───────────┬────────────( )

│ │

│ │ Q0.0 K1

│ ├────────────( S )

│ │

│ │ MOV_W───┐

│ └────────────┤EN │

│ │ │

│ VW262┤IN OUT├VW156

│ │ │

│ └───────┘

TD200

│

5 ├───────────────────────────────────────( MEND )

Data Block DB1 (V Memory):

Đây là khối thông số cho TD 200 điều khiển việc đọc, hiển thị thông báo với giá trị được cập nhất của nhiệt độ đo và cảnh báo với giá trị giới hạn nếu có.

// Bắt đầu khối TD200_BLOCK 0

// (Những chú thích trong đoạn chương trình này không nên bỏ đi )

V3.3

VB5 0 // Các phím chức năng từ M0.0 đến M0.7

// MESSAGE 1

// Bit cho phép hiển thị là V12.7

hiện tại

// MESSAGE 2

// Message Enable Bit V12.6

để hiển thị

// MESSAGE 3

// Message Enable Bit V12.5

thị

// Kết thúc TD200_BLOCK 0

D Các bớc thực hành

1 Tìm hiểu kỹ yêu cầu công nghệ nêu trên, phân tích dac điểm của hệ thống và cách làm việc của hệ.

2 Liệt kê các đầu và ra :

3 Phân cổng vào ra cho PLC : đợc thực hiện có dụng ý theo tên gọi :

4 Dựng lu đồ chơng trình :

5 Dich lu đồ sang giản đồ thang:

6 Lập trình giản đồ thang vào PLC

7 Nối PLC va cac thiet bi theo so do hinh 7-3

8 Chạy kiểm tra chơng trình bằng cách do nhiet do thuc tai dau do v kiem tra à Hien thi tren man hinh may tinh va tren TD - 200

9 Chạy kiểm tra toàn bộ hệ thống - viết báo cáo nhận xét kết quả.

E Câu hỏi cuối bài học

1 Giải thích nội dung quan sát đợc trong thực hành 8.

2 Giải thích sự khác nhau giữa giữa kết quả đo đợc bằng PLC và bằng nhiệt kế thực, nêu phơng án lập trình chỉnh định lại kết quả đo đặc điểm khác nhau của chơng trình.

3 Lập trình định chuẩn lại kết quả đo theo nhiệt kế mẫu ?