Điều khiển nhiệt độ dùng PLC S7200

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 SVTH : HUỲNH THIÊN BẢO LỚP : 95KĐĐ GVHD : NGUYỄN XUÂN ĐÔNG TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 3 – 2000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP -TỰ DO- HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN –ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 2. Các Số Liệu Ban Đầu: 3. Nội Dung Phần Thuyết Minh: 4.Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 5.Ngày giao nhiệm vụ: 13-12-1999 6.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28-2-2000 Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn Ngày…Tháng ….Năm 2000 Chủ nhiệm bộ môn BẢN NHẬN XÉTLUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung luận văn tốt nghiệp: Nhận xét của giáo viên hướng dẫn : Giáo viên hướng dẫn (ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN XUÂN ĐÔNG BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung luận văn tốt nghiệp: Nhận xét của giáo viên phản biện: Giáo viên phản biện (ký và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang Phần A : GIỚI THIỆU Phần B : NỘI DUNG Phần I : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Chương I :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1 I – Khái niệm chung 1 II – Các phương pháp đo nhiệt độ 2 III – Giới thiệu một số mạch đo nhiệt độ - -17 IV – Giới thiệu một số mạch khống chế nhiệt độ 20 Chương II : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 25 I – Sơ lược về lòch sử phát triển 25 II – Cấu trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC 25 III – So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác – Lợi ích của việc sử dụng PLC IV – Một vài lónh vực tiêu biểu ứng dụng PLC 30 V – Giới thiệu về Module Analog EM235 của PLC S7 – 200, CPU 214 30 Chương III : GIỚI THIỆU VỀ SCR VÀ CÁC IC ĐƯC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 36 Phần II : NỘI DUNG A – THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 39 I – Yêu cầu 39 II – Sơ đồ khối – Nguyên lý hoạt động dựa theo sơ đồ khối 39 III – Thiết kế chi tiết- 39 1 – Mạch cảm biến nhiệt độ và mạch khuếch đại- 39 2 – Mạch điều khiển 43 3 – Mạch giải mã – Hiển thò 48 4 – Thiết bò 51 5 – Nguồn cung cấp-51 6 – Sơ đồ nguyên lý-54 B – PHẦN MỀM 55 1 – Quan hệ giữa nhiệt độ và dữ liệu 12 bit ở đầu ra của bộ chuyển đổi ADC 55 2 – Chương trình điều khiển- 57 Phần III : THI CÔNG MẠCH I – Sơ đồ bố trí linh kiện và mạch in 66 II – Cân chỉnh mạch đầu đo 69 Phần C : KẾT LUẬN – TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHAÀN I: LYÙ THUYEÁT LIEÂN QUAN CHƯƠNG I :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ I-Khái niệm chung: Trong nghiên cứu khoa học, trong sản xuất cũng như trong đời sống sinh hoạt hằng ngày, luôn luôn cần xác đònh nhiệt độ của môi trường hay của một vật nào đó. Vì vậy việc đo nhiệt độ đã trở thành một việc làm vô cùng cần thiết. Đo nhiệt độ là một trong những phương thức đo lường không điện. Nhiệt độ cần đo có thể rất thấp (một vài độ Kelvin), cũng có thể rất cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin). Độ chính xác của nhiệt độ có khi cần tới một vài phần ngàn độ, nhưng có khi vài chục độ cũng có thể chấp nhận được. Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt như cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode và transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh … Tùy theo khoảng nhiệt độ cần đo và sai số cho phép mà người ta lựa chọn các loại cảm biến và phương pháp đo cho phù hợp: - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện là từ 200 0 C đến 1000 0 C,độ chính xác có thể đạt tới +/-1% -> 0.1%. - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) là từ –270 0 C đến 2500 0 C với độ chính xác có thể đạt tới +/- 1% -> 0.1%. - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng các cảm biến tiếp giáp P-N (diode, transistor, IC) là từ –200 0 C đến 200 0 C,sai số đến +/- 0.1%. - Các phương pháp đo không tiếp xúc như bức xạ,quang phổ… có khoảng đo từ 1000 0 C đến vài chục ngàn độ C với sai số +/-1% -> 10%. Thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celcius( 0 C), thang đo Kelvin ( 0 K), thang đo Fahrenheit ( 0 F), thang đo Rankin ( 0 R). T( 0 C) = T( 0 K) – 273.15 T( 0 F) = T( 0 R) - 459.67 T( 0 C) = [ T( 0 F) –32 ]*5/9 T( 0 F) = T( 0 C)*9/5 +32 *Sự liên hệ giữa các thang đo ở những nhiệt độ quan trọng: Kelvin( 0 K) Celcius( 0 C) Rankin( 0 R) Fahrenheit( 0 F) 0 -273.15 0 -459.67 273.15 0 491.67 32 273.16 0.01 491.69 32.018 373.15 100 671.67 212 II-Các phương pháp đo nhiệt độ: Ta có thể chia quá trình đo nhiệt độ ra làm ba khâu chính: a-Khâu chuyển đổi: Khâu chuyển đổi nhiệt độ thường dựa vào những biến đổi mang tính đặc trưng của vật liệu khi chòu sự tác động của nhiệt độ. Có các tính chất đặc trưng sau đây: - Sự biến đổi điện trở. - Sức điện động sinh ra do sự chênh lệch nhiệt độ ở các mối nối của các kim loại khác nhau. - Sự biến đổi thể tích, áp suất. - Sự thay đổi cường độ bức xạ của vật thể khi bò đốt nóng. Đối với chuyển đổi nhiệt điện, người ta thường dựa vào hai tính chất đầu tiên để chế tạo ra các cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt điện trở kim loại hay bán dẫn, các cảm biến nhiệt độ dưới dạng các linh kiện bán dẫn như: diode, transistor, các IC chuyên dùng. b-Khâu xử lý: Các thông số về điện sau khi được chuyển đổi từ nhiệt độ sẽ được xử lý trước khi qua đến phần chỉ thò. Các bộ phận ở khâu xử lý gồm có: phần hiệu chỉnh, khuếch đại, biến đổi ADC (Analog-Digital-Converter)… Ngoài ra còn có thể có các mạch điện bổ sung như: mạch bù sai số, mạch phối hợp tổng trở… c-Khâu chỉ thò: Khâu chỉ thò trước đây thường sử dụng các cơ cấu cơ điện, ở đó kết quả đo được thể hiện bằng góc quay hoặc sự di chuyển thẳng của kim chỉ thò. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ điện tử, đãsản xuất nhiều loại IC giải mã, IC số chuyên dùng trong biến đổi ADC, vì vậy cho phép ta sử dụng khâu chỉ thò số dễ dàng như dùng LED 7 đoạn hoặc màn hình tinh thể lỏng LCD. Ở đó, kết quả đo được thể hiện bằng các con số trong hệ thập phân. 1-Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở: Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong các đường ống, các lò phản ứng hóa học, các nồi hơi, không khí trong phòng … Nguyên lý làm việc của thiết bò này là dựa vào sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của các vật dẫn điện, tức là điện trở là một hàm theo nhiệt độ: R = f(T). Cuộn dây điện trở thường nằm trong ống bảo vệ, tùy theo công dụng mà vỏ ngoài có thể làm bằng thủy tinh, kim loại hoặc gốm. Đối với hầu hết các vật liệu dẫn điện thì giá trò điện trở R tùy thuộc vào nhiệt độ T theo một hàm tổng quát sau: [...]... động đơn giản của một PLC, với hoạt động này sẽ giúp cho người thiết kế nắm được nguyên tắc của một PLC Nhằm cụ thể hóa hoạt động của một PLC, sơ đồ hoạt động của một PLC là một vòng quét (scan) như sau: Thực hiện chương trình Đọc ngõ vào Xử lý các yêu cầu giao tiếp Gửi đến ngõ ra Tự chẩn đoán Hình :một vòng quét của PLC Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program Execution), PLC khi cập nhật tín... hưởng đến chu trình sản xuất, các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn III-So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác _ Lợi ích của việc sử dụng PLC: 1-So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác: a -PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay: Việc phát triển hệ thống điều... chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các phần mềm khác, làm "chậm" đi quá trình giao tiếp với các thiết bò được điều khiển Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dễ dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC 2-Lợi ích của việc sử dụng PLC: Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng... chương trình cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới b -PLC với máy tính: Cấu trúc giữa máy tính với PLC đều dựa trên bộ vi xử lý (CPU) để xử lý dữ liệu Tuy nhiên có một vài cấu trúc quan trọng cần phân biệt để thấy rõ sự khác biệt giữa một PLC và một máy tính : -Không như máy tính, PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường công nghiệp Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu diện... cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra/vào lớn Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam, … Ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thông minh” (intelligence) còn gọi là các siêu PLC (super PLC) cho tương... và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống diều khiển chỉ cần lắp dặt một lần (đối với sơ đồ hệ thống,... và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh hơn với các chức năng mở rộng: Hệ thống ngõ vào/ra có thể tăng lên đến 8000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128000 từ bộ nhớ (word of memory) Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẽ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẽ Tốc... một PLC được thiết kế với phần cứng và phần mềm sao cho dễ lắp đặt (đối với phần cứng) đồng thời về mặt chương trình cũng phải dễ dàng để người sử dụng (kỹ sư, kỹ thuật viên) thao tác lập trình một cách nhanh chóng, thuận lợi (ví dụ: lập trình bằng ngôn ngữ hình thang… ) c -PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer): Đối với một PC, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, ... cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ... Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp Processor Memory Power Supply Hình : Sơ đồ khối tổng quát của CPU 2-Hoạt động của một PLC: Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản Đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bò ngoại vi vào CPU (như các sensor, contact,