ứng dụng PLC S7 200 đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ trong lò vói giải đo [0-1200 ]°c

Bên cạnh đó vấn đề tiết kiệm năng lượng trong quá trình sử dụng công nghệ cũng là vấn đề cần quan tâm khi nước ta hiện any đang thiếu điện và các nhà máy xí nghiệp cần áp dụng thiết bi v

Bài tập lớn môn PLC Mục lục

1.1Lựa chọn thiết bị

1.2Xây dựng sơ đồ khối

1.3Xây dưng thuật toán

1.4Xây dựng phần mềm

Chương 3 kết quả đề tài

3.1Ket quả nghiên cứu lý thuyết.,.,

Ket quả thực nghiệm

1

Chuong 1 : Cơ sở lý thuyết.

1.1 Mục đích của đề tài.

Hiện nay các công ty xí nghiệp ở Việt Nam đang tiến hành lắp đặt và cải tạo mới, mạnh dạn đưa vào các thiết bị, công nghệ tiên tiến, bên cạnh đỏ còn nhiều nhả máy, xí nghiệp có ứng dụng công nghệ nhưng chưa đồng bộ còn thủ công Do đó việc điều khiển còn hạn ché nên săn phẩm làm ra chưa dược như mong muốn

Bên cạnh đó vấn đề tiết kiệm năng lượng trong quá trình sử dụng công nghệ cũng là vấn đề cần quan tâm khi nước ta hiện any đang thiếu điện và các nhà máy xí nghiệp cần áp dụng thiết bi và công nghệ vào qua trình điều khiến để giảm được lượng tiêu thụ điện và giảm được chi phí sản xuất

Hiểu được tầm quan trọng của việc đó nên nhóm tôi đã chon đề tài: ” ứng dụng PLC

S7 200 đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ trong lò vói giải đo [0-1200 ]°c

1.2 Phưong pháp đo.

Với đại lượng nhiêt chúng ta có các phương pháp đo tiếp xúc và không tiếp xúc:

1.2.1.1 Cặp nhiệt điện trở ( Thermocoiiptes ).

- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu

- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đối cho ra sức điện động thay đổi ( raV)

- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao

- Khuyết điếm; Nhiều yếu tố ảnh hướng làm sai số Độ nhạy không cao

-Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,,, -Tầm đo:

-100 D.C<1400D.C

- Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đàu nóng ( hay đầu đo), hai

đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuân ) Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu

nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh Một vấn đề đặt ra là

phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu Do

vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, moi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau:

E, J, K, R, s, T Các bạn lưu ý điều này để chọn đầu dò và bộ điều khiến cho thích họp

- Dây cúa cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiên, yểu tổ dan đến không

chính xác là chô này, đế giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ cho nó (offset trên bộ

điều khiển )

Lưu ý khỉ sử dụng:

- Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không nên nối

thêm dây ( vì tín hiệu cho ra lả mV nối sẽ suy hao rất nhiều ) Cọng dầy của cảm biến

2

nên đế thông thoáng ( đừng cho cọng dây này dính vào môi trường đo ) Cuối cùng là

nên kiểm tra cấn thận việc Offset thiết bị

- Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm và dương ) do vậy cần chú ý kí hiệu để

lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng

- Cấu tạo: Làm từ hon hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,

- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đôi

- Ưu điểm: Ben, rẽ tiền, dễ chế tạo

- Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp

- Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện từ

-Tầm đo: 50

- Thermistor được cẩu tạo từ hon hợp các bột ocid Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ

và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao Và mức độ dẫn

điện của hổn hợp này sẽ thay đối khi nhiệt độ thay đổi

- Có hai loại thermistor: Hệ sô nhiệt dương PTC- điện trớ tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt

âm NTC - điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng nhất là loại NTC

- Thermistor chi tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C do vậy người ta ít

dùng đê dùng làm cảm biến đo nhiệt Chì sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt

nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít Cái Block lạnh nào cũng có một vài bộ gắn

chật vào cuộn dây động cơ

Lưu ý khi sủ dụng:

- Tùy vào nhiệt độ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý hai loại PTC

và NTC (gọi nôm na là thường đóng/ thường hở) Có thế test dễ dàng với đồng ho

- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn

- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ánh hưởng bởi nhiệt độ

- Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giàn

- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền

- Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện

tử

Bài tập lớn môn

3

-Tầm đo: -50 <150 D.c.

nhiệt Bán Dần là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dần Có các loại

như Diode, Transistor, IC Nguyên Lý của chúng là dựa trên mức độ phàn cực của các

lóp P-N tuyển tính với nhiệt độ môi trường Ngày nay với sự phát triển của ngành công

nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại cảm

biển nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điếm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt

động on định, mạch điện xử ]ý dơn giản và rẻ tiền

Ta dễ dàng bắt gặp các loại này dưới dạng diode { hình dáng tương tự PtlOO), các

loại IC như: LM35, LM335, LM45 Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay đôi sẽ cho ra

điện áp thay đối Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuấn cỏ trong mạch

Cảm biến nhiệt LM35 và cảm biến nhiệt độ dạng Diode

Gần đây có cho ra đời IC cảm biển nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuân

truyền thông I2C ( DSI 8B20 ) mờ ra một xu hướng mới trong “ thê giới cảm biến”

Lum ý khi sử dụng:

-Vì được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dần kém bền,

khồng chịu nhiệt độ cao Neu vượt ngưỡng bảo vệ có thế làm hỏng cảm biến

-Cảm biến bán dẫn mỗi loại chi tuyến tính trong một giới hạn nào đó, ngoài dải này cảm

biến sẽ mất tác dụng Hết sức quan tâm đến tầm đo của loại cảm biển này đê đạt được sự

chính xác

-Loại này kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: Âm cao, hóa chất có tính ăn

mòn, rung sốc va chạm mạnh

1.2,2.1. NHIỆT KÉ BỨC XẠ ( còn gọi là hỏa kế- pyrometer )

- Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học

- Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt

-Ưu điếm: Dùng trong môi trường khác nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo

- Khuyết điếm; Độ chính xác không cao, đắt tiền

- Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung

-Tầm đo: -54 <1000 D.F

-Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế ) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ của những

môi trường mả các cảm biển thông thường không thế tiếp xúc được ( lò nung thép, hỏa

chất ăn mòn mạnh, khó đặt cám biến)

4

-Gồm có các loại: Hòa kế bức xạ, hòa kế cường độ sáng, hỏa ké màu sắc Chúng hoạt

động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ cỏ hiện tượng bức xạ năng lượng Và

năng ỉượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định

Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích đé cho ra nhiệt độ của vật cần

Lưu ý khi sử dụng:

-Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế có các tầm đo khác nhau, tuy nhiên đa số

hòa kế đo ó khoảng nhiệt độ cao, Và vì đặc điểm không tiếp súc trực tiểp với vật cẩn đo

nên mức độ chính xác của hóa kể không cao, chịu nhiều ảnh hướng của môi trường xung

quanh (góc độ đo, rung tay, ánh sáng môi trường )

1.3 Tìm hiểu về loại PLC S7-200:

PLC, (viết tắt củaprogramabỉe logic controller) là thiết bị điều khiển logic lập trình

được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển

logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Như vậy với chương trình điều khiến trong PLC

trở thành bộ điều khiển số nhò gọn có thế đễ dàng thay đoi thuật toán điều khiến và trao

đôi thông tin với môi trường bên ngoài ( PLC khác hoặc máy tính ), S7-200 là thiết bị

điều khiên logic khả trình của hãng Siemens ( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module và

có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau

Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung

lượng bộ nhớ không đủ ta có the sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu

(Catridge ) Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mới ), trong đó

họ 2IX không còn sản xuất nữa

Bài tập lớn môn

5

Hg 21X cư cäc dai sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; ho 22X cư

cäc dai sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM

* Thưng so vä cäc däc diem ky thuat ciki series 2 2 X :

/1.3.2

1. 1.1 CAU TRÜC PHAN CLrNG CÜA S7-200:

2. Hinh dang vä cäu true ben ngội;

LI, Cäc däu väo/ra so:

- Däu väo (Ix.x ): ket nưi vưi nüt bäm, cưng täc, sensor vưi dien äp

väo tieu chuän 24VDC

- Däu ra (Qx.x): ket nưi vưi thiet bi dieu khien vưi cäc dien äp

24VDC/220VAC ( tuy theo loai CPU )

- Däu väo nguưn: 24VDC/220VAC (tüy theo loai CPU )

1.2. Den trang thäi:

- Den RUN (mäu xanh): Chi bäo PLC dang ư che dư läm viec vä thuc

hien chirong trinh da diroc nap väo bo như clnicrng trinh

- Đèn STOP (màu vàng): Chi báo PLC đang ở chế độ dùng và khơng thực

hiện chương trình, các đầu ra đều ở trạng thái “OFF”

Physical size (mm) 90 x 80 x 62 90 x 80 x 62 120 5x80x62 190x80x62 190x80x62Program memory 4096 bytes 4096 bytes 8192 bytes 8192 bytes 163 84 bytesDa!a memory 2048 bytes 2048 bytes 5120 bytes 5120 bytes 102 40 bytesMemory backup 50 hours typical 50 hours typical 190 hours typical 190 hours typical 190 hours typicalLocalbOard I/OOn- 6 ln/4 Out 8 In/S Out 14 In/10 Out 24 In/16 Out 24 In/16 OutExpansion modules 0 modules’ 2 modules' 7 modules1 7 modules1 7 modules1

High-speed

Counters Single phase Two phase

4 at 30 kHz 2 at

20 kHz

4 at 30 kHz 2 at

20 kHz

6 at 30 kHz 4 at

20 kHz

6 at 30 kHz 4 at

20 kHz

6 at 30 kHz 4 at

20 kHzPulse outputs (DC) 2 at 20 kHz 2 at 20 kHz 2 at 20 kHz 2 at 20 kHz 2 at 20 kHz

Boolean execution speed

0.37 microseconds/instruction

Bai tap l&n mưn

- Đèn SF/DTAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lồi phần cứng hoặc hệ điều hành.

- Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái cùa đầu vào số(OM/OFF)

- Đèn Qx.x(raảu xanh): Chi báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF)

1.3. Port truyền thông:

- Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần

- Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng

1.4. Cô tvs, tãc chuyên chê độ:

- RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyến sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn

ở vị trí RUN { quan sát đèn trạng thái ),

- STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đẩu ra chuyến về OFF

- TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để download chương trình người dùng

1.5. Vít chỉnh tương tự:

Moi PLC đều có từ một đến hai vít chình tương tự có thế xoay được

270 độ đế thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương trình,

3. Cấu trúc phần cúng:

Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau:

- Module nguồn

- Module đầu vào

- Module đầu ra

- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

- Module bộ nhớ

- Module quản lý phối ghép vào ra

Bai tap l&n mön

2.1. Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):

CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Moi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:

- Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhó, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dải

- Đơn vị xử lý “tù ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cẩu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn

2.2. Bộ nhở:

Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, lả nơi lưu trữ các thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module đế cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiên với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chi cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trẽn module CPU

Khôi ngõ vào

Bộ nguôn Đơn vị xử lý

trung tâm

Quản lý ghép nối

Bộ nhớ

Khôi ngõ ra

Mô hình tống quát của một PLC

Bai tap l&n mön

Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khí mất điện

2.3. Khối vào/ra:

Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC) Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý

Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách ly quang,

2.4. Bộ nguồn:

Biến đối từ nguồn cấp bên ngoài vào đê cung cấp cho sự hoạt động của

PLC.

2.5. Khôi quản ỉỷ ghép nôi:

Dùng đế phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, báng vận hành, mạng truyẽn thông công nghiệp

1 Phân chia bộ nhó - :

Bộ nhớ của PLC S7-200 được chia thành bốn vùng cơ bàn và hầu hết có thể đọc ghi được chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt (SM) chi có thể truy cập đê đọc.EEFROM Miền nhó' ngoài

Vùng durơiìu irình

Vùng tham số

Vùng dữ liẽu

Vìmi: dối tương

Bai tap l&n mön

Cấu trúc bộ nhớ của PLC.

- Vùng nhớ chương trình: Là miền nhớ được dùng để lưu trừ các lệnh được dùng trong chương trinh.Vùng này thuộc kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được

- Vùng nhớ tham sổ: Dùng đế lưu giữ các tham sổ như từ khóa, địa chí trạm Vùng này thuộc kiểu non-volatile có thế đọc và ghi được

- Vùng dữ liệu: Dùng đế cất giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả các phép tinh, các hằng so được định nghĩa trong chương trinh, bộ đệm truyền thông,

- Vùng đối tượng: Bao gồm các bộ đếm, bộ định thì, các cống vào ra tương tự Vùng này không thuộc kiêu non-volatile nhưng có thẽ đọc và ghi được

Hai vùng nhở cuổi cỏ ỷ nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình.

- SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm

và có biển hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi cỏ lệnh gọí từ chương trình chính

- INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tố chức thành hàm và có khả năng trao đôi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khí có sự kiện ngắt xảy ra

3. Vùng nhó’dữ liệu:

Vùng dừ liệu là một vùng nhở động Nó có thể được truy cập theo từng bit, tùng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được

sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền

thông, lập bảng, các hàm dịch chuyến, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ để phục vụ cho những mục đích và công dụng khác nhau, bao gồm các vùng sau:

-V (Variable memory): Vùng nhớ biến

-I (Input image register): Vùng đệm đầu vào

-Q (Output image register): vùng đệm đầu ra

-M {Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội

-SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt

Cách thức truy cập địa chỉ của vùng nhớ dữ liệu:

VB183(byte cao) VB184(byte thấp) VW183

-Truy cập theo từ kép: Tên miền + D + địa chỉ byte cao trong miền.Ví

dụ VD345 chỉ từ kép gồm 4 byte 345, 346, 347, 348 trong miền nhớ V trong đó 345 là byte cao trong từ kép 31 24 23 16 15 8 7 0

VB183(byte cao) VB184 VB185 VB186(byte thấp) VD183

3.2. Truv cập gián tiếp:

Truy cập địa chỉ gián tiểp thông qua con trỏ (pointer) Con trỏ là một miền nhớ tù kép chứa địa chỉ của vùng nhớ khác Các vùng nhớ V, L và thanh ghi chi mục ( AC1 ,AC2,AC3 ) có thể được sử dụng như là con trỏ

Để sử dụng con trỏ phải sử dụng lệnh MOVE D đế chuyến địa chỉ của vùng nhớ được định địa chỉ gián tiếp vào vùng con trỏ Con trỏ cũng có thể được chuyến tới chương trình con như là một tham so S7-200 cho phép con trò truy cập các vùng nhớ V,M,T,Q,S,T,C theo giá trị hiện hành và không cho phép truy cập theo từng bit và các vùng nhớ AI,AQ,HC,SM,L-

Đế truy cập gián tiếp dữ liệu địa chỉ của một vùng nhớ, phải tạo một con trỏ cho vùng đó băng cách sử dụng ký tự & cùng với vùng nhớ có đja chỉ cân lây, Toán hạng đầu vào của lệnh phải bắt đầu với ký tự & để chỉ rằng địa chỉ vùng nhớ, thay cho nội dung của nó được chuyến vào vùng định nghĩa toán hạng đầu ra của lệnh Quy ước sử dụng con trỏ để truy nhập như sau:

- & địa chỉ byte (cao): Toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép.VD: MOVD &VW100,AC1: Tạo con trỏ bằng cách đua địa chi byte cao VB100 vào trong thanh ghi ACl thanh ghi AC1 sẽ chửa địa chỉ của VW100

-* con trỏ: Toán hạng lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép mà con trỏ chỉ vào

Theo ví dụ trên, khi đã tạo con trở ta có thể lấy nội dung của AC! và chuyển vào VW300 bàng cách dùng toán hạng lấy nội dung trỏ vào thanh ghi AC1

VD: MOVW &AC I ,VW300: Nội dung của AC1 được chuyển vào VW300,

4 Vùng đối tượng:

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối

tượng lập trình như các giá trị tức thòi, giá trị đặt trước của bộ đếm,

hay timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer,