Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn Chương III GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 3.1 KHÁI QUÁT VỀ PLC PLC ( viết tắt của từ tiếng Anh : Programmable Logic Controller) được gọi là bộ điều khiển Logic khả trình. Nó được hình thành vào năm 1968 từ một nhóm kỹ sư hãng General Motors với ý tưởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau: lập trình dễ dàng, ngôn ngữ dễ hiểu, dễ dàng sửa chữa thay thế, ổn định trong môi trường công nghiệp, giá cả cạnh tranh. PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt là dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét. Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như 1 máy tính, nghĩa là phải có 1 bộ vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhieenphair có các cổng vào ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như Counter, Timer, và các khối hàm chuyên dụng khác. PLC đáp ứng hầu hết các yêu cầu và như là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trước đây việc tự động hóa chỉ được áp dụng trong hoạt động sản xuất hàng loạt năng suất cao, nhưng hiện nay cần thiết phải tự GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn động hóa trong nhiều ngành sản xuất khác nhau và trong cả nhiều hoạt động sản xuất khác nhau, để nâng cao năng suất và chất lượng Hình 26 Nguyên lý chung về cấu trúc của PLC Hình 27 Hệ thống điều khiển dung PLC GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn 3.2 ƯU ĐIỂM CỦA PLC TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ. Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần thay thế các hệ thống điều khiển bằng rơle và contactor thông thường, bởi nó có những ưu điểm vượt trội sau: - Linh kiện lắp ráp hệ thống là rất ít, dây dẫn kết nối giảm rất nhiều so với hệ thống điều khiển cổ điển nên hệ thống nhỏ gọn. - Công suất tiêu thụ nhỏ - Sự thay đổi cấu trúc hệ thống điều khiển rất dễ dàng đây chính là ưu điểm lớn nhất của PLC. Nhiệm vụ điều khiển có thể được thay thế rất dễ dàng bằng cách thay đổi chương trình điều khiển nạp vào bộ nhớ của PLC thông qua phần mềm viết trên máy tính hay máy lập trình. - Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh. Nhờ công nghệ tích hợp bán dẫn và vi xử lý nên tốc độ hoạt động của PLC trong hệ thống điều khiển tự động được nâng lên rất nhiều so với hệ điều khiển cổ điển bằng dây dẫn. - Độ bền và độ tin cậy vận hành cao - Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng. Nếu ở hệ thống rơle hay contactor khi số tiếp điểm tăng thì kéo theo rất nhiều dây dẫn và chi phí lắp ráp tăng, khó khăn trong công tác bảo trì, độ chính xác kém. Còn hệ thống lắp bằng PLC thì hoàn toàn có lợi về mọi mặt trên. - Dễ lập trình, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và có thể lập trình trên máy tính hay máy lập trình PG thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó. - Có các module rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết một cách rất dễ dàng và linh hoạt. GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn 3.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA PLC - Module CPU Module CPU là module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thì, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) … và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard như CPU 314IFM.Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315…. Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ module CPU313IFM, module CPU314IFM… Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán như mạng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU này được phân biệt với các loại module CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed Port). Ví dụ như module CPU315-2DP.Tham khảo hình dưới: GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn Hinh 28 Cổng giao tiếp của các PLC - Các loại module mở rộng : + PS (Power Supply): Module nguồn nuôi, có 3 loại 2A, 5A và 10A. + SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có: • DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24VDC và 120/230V AC. • DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24VDC và ngắt điện từ. • DI/DO (Digital Input/Digital Out): Module mở rộng các cổng vào/ra số với số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy theo từng loại module. • AI (Anolog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất chúng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module. Tín hiệu vào có thể là áp, dòng, điện trở. GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn • AO (Anolog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự. Chúng là những bộ chuyển đổi số tương tự 12 bits (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module. Tín hiệu ra có thể là áp hoặc dòng. • AI/AO (Analog Input/Analog Output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy theo từng loại module. + IM (Interface Module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi thanh rack chỉ có thể gá tối đa 8 module mở rộng (không kể module CPU, nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải được nối với nhau bằng module IM Hình 29 Thanh rack GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn Hình 30 Sơ đồ phân bố các racks + FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước, module PID, module điều khiển vòng kín, Module đếm, định vị, điều khiển hồi tiếp … + CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng (MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.Hình sau là cấu hình đầy đủ của một thanh Rack và sơ đồ kết nối nhiều Rack: GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn Hình 31 Cấu hình 1 thanh rack của PLC S7-300 Hình 32 Cấu hình tổng quát của một PLC S7-300 với 4 thanh rack nối với nhau nhờ moduleIM và cáp nối 368 - Phụ kiện: Bus nối dữ liệu (Bus connector). GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn Các module của PLC S7-300 3.4 CẤU TRÚC BỘ NHỚ CỦA PLC Bộ nhớ của S7-300 được chia thành 3 vùng chính • Vùng chứa chương trình ứng dụng. Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền OB (Organisation Block): Miền chứa chương trình tổ chức. FC ( Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó. FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-Data Block). • Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng : được phân chia thành 7 miền khác nhau gồm - I (Process image Input): Miền bộ điệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO 2 lỏng siêu tới hạn - Q (Process image output): Miền bộ điệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai đọan thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình ứng dụng không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chỉ chuyển vào bộ đệm Q. - M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit (M), Byte (MB), từ (MW), hay từ kép (MD). - T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước (PV- preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV- Current value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ timer. - C: Miền nhớ phục vụ đếm (counter) bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước (PVpreset value), giá trị đếm tức thời (CV-Current value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ counter. - PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O external input). Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từ kép (PID). - PQ: Miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự (I/O external 0utput). Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module đọc và chuyển tới các cổng ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW) hoặc theo từ kép (PQD). • Vùng chứa các khối dữ liệu : được chia làm 2 loại - DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp GVHD: ThS An Hoài Thu Anh SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân 65 [...]... NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn 5.2.BẢNG SYMBOL: GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 68 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn 5.3.CHƯƠNG TRÌNH: GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 69 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn. .. Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 71 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 72 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài... Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 74 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 75 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài... Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 77 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 78 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài... Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 80 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 81 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài... Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 83 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 84 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài... Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 86 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 87 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài... Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 89 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 90 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài... dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng OB, FC, FB Miền này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD) CHƯƠNG 5: LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 5.1 GRAFCET: GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 66 SVTH: Cù Tuấn Anh Nghiêm Minh Tuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn GVHD: ThS An Hoài Thu Anh 67 SVTH: Cù...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống trích ly thí nghiệm sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn với từng bài toán điều khiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD) - L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của