Đang tải... (xem toàn văn)
kiểm soát nhiệt độ hoạt động của lò nhiệt
Đồ Án Môn Học Mục lục: Trang Đồ Án Môn Học Chương 1:Tầm quan trọng đề tài I / Tầm quan trọng PLC - Vào khoảng năm 1968, nhà sản xuất ô tô đưa yêu cầu kỹ thuât cho thiết bị điều khiển lô gíc khả lập trình Mục đích thay cho tủ điện khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện thường xuyên phải thay thể rơ le hỏng cuộn hút hay gẫy lò xo tiếp điểm Mục đích thứ hai tạo thiều bị điều khiển có tính linh hoạt việc thay đổi chương trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật sở máy tính công nghiệp, mà ưu điểm lập trình dễ dàng kỹ thuật viên kỹ sư sản xuất Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta giảm thời gian dừng sản xuất, mở rộng khả hoàn thiện hệ thống sản xuất thích ứng với thay đổi sản xuất Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển sở máy tính sản xuất thiết bị điều khiển khả lập trình gọi PLC - Mọi người thường thích dùng cụm từ “cách mạng công nghiệp ” tự động hóa để thu hút ý người dùng Nhưng liệu tương lai chứng kiến thay đổi toàn diện môi trường tự động hóa hay không ? Điều khó, công nghệ sản phẩm giới thiệu thị trường tiếp tục phát triển để đáp ứng nhu cầu suất sản phẩm người sử dụng Trong trình phát triển người ta tìm giải pháp giúp hạn chế số lượng thiết bị thiết lập hệ thống điều khiển cách dễ dàng PLC - Sự phát triển hệ thống PLC không phụ thuộc vào phát triển thiết bị riêng lẻ Thay vào đó, việc tích hợp công nghệ thông tin (IT) vào tất thiết bị liên quan đến giải pháp tự động hóa ưu tiên hàng đầu - Các điều khiển lập trình (PLCs) thành phần cốt lõi kỹ thuật tự động hóa ngày Trong trước đây, PLC gắn liền với nhiệm vụ truyền thống điều Trang Đồ Án Môn Học khiển vòng mở ngày nay, sử dụng để thực chức đa dạng với phạm vi ứng dụng rộng rãi Từ PLC dần trở thành thành phần cốt lõi đa chức giải pháp tự động hóa Trong tương lai, hệ thống sản phẩm tiếp tục phát triển để đáp ứng đầy đủ nhu cầu người sử dụng II / Tầm quan trọng lò nhiệt - Lò nhiệt sử dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp, ngành công nghiệp có nhu cầu sử dụng nhiệt với mức độ công suất khác Các nhà máy : Nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, nhà máy bánh kẹo, sử dụng nồi để sấy sản phẩm Một số nhà máy sử dụng nồi để đun nấu, trùng nhà máy nước giải khát, nhà máy nước mắm, tương hay dầu thực vật => Qua ta thấy để đảm bảo nhiệt độ tạo với yêu cầu tính chất công việc việc kiểm soát nhiệt độ lò nhiệt góp việc cần thiết Sau chúng em xin trình bày giải pháp đưa nhằm kiểm soát nhiệt độ tự động hóa qui trình hoạt động lò nhiệt Trang Đồ Án Môn Học Chương 2: Cấu trúc hoạt động PLC I / Sơ lượt PLC Cấu trúc phần cứng PLC - PLC có nhiều hãng sản xuất, nhiều loại nhiều cấu hình khác Tuy nhiên, dù hãng nào, loại nào, cấu hình chúng có chung thành phần sau: Cấu trúc tổng quát PLC Nguồn cung cấp - Nguồn tích hợp sẵn bên PLC làm riêng bên Có nhiều cấp điện áp khác tùy loại PLC, gồm 110VAC 220VAC 24VDC ( Hiện có hai cấp điện áp thường sử dụng 24VDC 220V-AC ) CPU (Central Proceesoing Unit) - Đây xử lý trung tâm làm việc máy tính, dùng để lưu trữ xử lý chương trình theo yêu cầu người lập trình Trang 10 Trang Đồ Án Môn Học I (Input) - Các loại cảm biến, công tắc, nút nhấn… đưa tín hiệu vào PLC thông qua module Input Tùy vào loại tín hiệu cảm biến số hay tương tự mà moudle ngõ vào PLC có hai loại Module số (Digital Module) Module tương tự (Analog Module) O (Output) - Các loại cấu chấp hành như: Bóng đèn, cuộn dây, vale, biến tần… điều khiển PLC thông qua module Output Tùy vào đối tượng điều khiển cần tín hiệu số hay tương tự mà moudle ngõ PLC có hai loại module số ngõ (Digital Output Module) module ngõ tương tự (Analog Output Module) Đèn báo - Dùng để báo trạng thái PLC, gồm nguồn, chạy chương trình, lỗi hệ thống Các cảnh báo cần thiết chẩn đoán cố Module ngõ vào - Tùy vào loại tín hiệu cảm biến số hay tương tự mà moudle ngõ vào PLC có hai loại Module số (Digital Module) Module tương tự (Analog Module) Module ngõ vào số - Các loại cảm biến, công tắc, nút nhấn, encoder… Có tín hiệu ngõ dạng số đưa vào PLC thông qua module số Trong chương nghiên cứu loại PLC PLC RockWell Trang Đồ Án Môn Học II / PLC RockWell Bộ điều khiển CompactLogix 1769-L32E - CompactLogix 1769–L32E sản phẩm dòng sản phẩm 1769–L3x hãng Allen Bradley, cung cấp giải pháp Logix cho ứng dụng từ nhỏ đến trung bình Thông thường ứng dụng yêu cầu hạn chế số lượng I/O khả giao tiếp, Module gắn bên phải, Module gắn vào có tên Local tăng dần lên - CompactLogix 1769–L32E cung cấp điều khiển tích hợp cổng giao tiếp Ethernet IP, RS 232, module 1769 SDN DeviceNet dùng để giao tiếp với mạng DeviceNet, module I/O Digital, Analog Chú thích Module 1769 L32E Controller (Compact Bus) Source DeviceNet (Local 1) 1769-IQ32 Sinking/Sourcing 24V DC Input (Local 2) Trang 1769-OB32 Current Sourcing 24V DC Output (Local 3) 1769-IF4 Analog Input (Local 4) 1769-OF2 Analog Output (Local 5) Đồ Án Môn Học Các khối cần sử dụng việc điều khiển lò nhiệt * 1769 L32E Controller (Compact Bus) Khóa chọn chế độ Vị trí khóa Run Chức - Tải project PLC máy tính Chương trình chạy cho phép ngõ PLC hoạt động Prog - Các ngõ PLC không hoạt động Tải chương trình lên PLC hay tải chương trình từ PLC máy tính Rem - Tải chương trình lên PLC hay tải chương trình từ PLC máy tính - Có thể chuyển chế độ Run, Program, Test chương trình RSLogix 5000 Trang Đồ Án Môn Học Đèn báo Trạng thái đèn Tắt RUN Sáng màu xanh Tắt Mô tả - PLC chế độ Program hay Test - PLC chế độ Run - Không có Tag bị ép buộc hoạt động I/O force bị tắt FORCE Sáng màu vàng - I/O force kích hoạt Nhấp nháy màu vàng - Một hay nhiều Bit ngõ vào, bị ép buộc hoạt động - Đang hoạt động tốt Tắt BAT Sáng màu đỏ - Không có Pin - Pin khoảng 5% cần thay Tắt - Không có thiết bị phần cứng định cấu hình I/O PLC chương trình Sáng màu xanh - PLC giao tiếp với thiết bị phần cứng định cấu hình I/O Nhấp nháy màu xanh - Một hay nhiều thiết bị I/O không đáp ứng với PLC Nhấp nháy màu đỏ - PLC không giao tiếp với thiết bị - PLC lỗi - Không có nguồn I/O Tắt Nhấp nháy màu đỏ Trang - Nếu lần lần đầu sử dụng PLC PLC cần Update Firmware Nếu lần Đồ Án Môn Học OK Sáng màu đỏ đầu PLC bị lỗi, để xóa lỗi thì: chuyển khóa từ - Bộ điều khiển phát lỗi, cần thực bước sau để xóa lỗi từ nhớ Tắt, mở lại nguồn điện Đổ chương trình vào PLC Chuyển khóa chế độ Run Sáng màu xanh - PLC hoạt động tốt Nhấp nháy màu xanh - PLC lưu trữ hay tải chương trình từ nhớ * Source * Modul 1769-IQ32 Sinking/Sourcing 24V DC Input: - Điện áp nhỏ nhất: 10V, điện áp lớn nhất: 30V - Số lượng ngõ vào: 32, thời gian chuyển trạng thái ON OFF: 8ms - Giá trị dòng điện: 1,5mA trạng thái OFF 2mA trạng thái ON Trang Đồ Án Môn Học Cấu trúc Module 1769-IQ32 * Modul 1769-OB32 Current Sourcing 24V DC Output: - Điện áp ngõ nhỏ nhất: 20,4V DC lớn nhất: 26,4V DC - Dòng điện ngõ nhỏ nhất: 1mA lớn 1A - Thời gian chuyển trạng thái từ OFF sang ON 0,1ms, ON sang OFF 1ms - Số lượng ngõ ra: 32 Trang 10 Đồ Án Môn Học Các phương trình tính toán : - Phương trình chuyển đổi nhiệt điện trở kim loại ( RTD - Resistance Temperature Detectors ): R(T) = RO( + AT + BT + CT3 ) Trong đó: - T nhiệt độ ( oC ) - R(T) điện trở cảm biến nhiệt độ T - RO điện trở cảm biến 0oC - A,B,C số - Ở nhiệt độ thấp phương trình chuyển đổi cảm biến xem tuyến tính R(T) = RO( + αT) Kim loại α (1/oC) Platin (Pt) 3,9.10-3 Đồng (Cu) 4,3.10-3 Niken (Ni) 5,4.10-3 - Tầm đo: Cảm biến Tầm đo(oC) Platin (Pt) -200 -> 1000 Đồng (Cu) < 100 - Phương trình chuyển đổi thường dùng PT100: R(T) = 100( + 3,9.10-3 T) - Phương trình chuyển đổi Thermistor : R(T) = RO.e β (1/T – 1/TO) Trong đó: - T nhiệt độ (K ) - R(T) điện trở cảm biến nhiệt độ T - RO điện trở cảm biến nhiệt độ TO - β số có giá trị từ 3000 đến 5000 tùy thuộc vào cách chế tạo Trang 16 Niken (Ni) < 300 Đồ Án Môn Học => Từ phương trình chuyển đổi ta thấy điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm mũ hay nói cách khác điện trở không phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ => không dùng Thermistor để đo nhiệt độ mà thường dùng mạch cảnh báo nhiệt độ hay mạch bù nhiệt - PTC( Positive temperature coefficient) : Hệ số nhiệt dương =>Tăng điện trở nhiệt độ tăng - NTC(Negative temperature coefficient): Hệ số nhiệt âm =>Giảm điện trở nhiệt độ tăng - Cảm biến nhiệt điện trở có loại dây, dây, dây tùy thuộc vào số lượng cảm biến chứa bên mà ta có dạng mạch cầu wheatstone 1/4, bán phần, toàn phần - Chúng ta thấy ngõ cảm biến điện trở ngõ vào PLC điện áp => Cần chuyển đổi điện trở đo nhiệt độ PT100 thành điện áp thích hợp đưa vào PLC - Mắc mạch để tạo mạch nguồn dòng 1mA cung cấp cho PT100 hình vẽ Với zener 9V, ta chọn R2= (9-0.7)/1mA=8.3k Trang 17 => Mạch đo sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại Chương 3: Qui Trình Thí Nghiệm I/ Kết nối phần cứng - Trong phần cần lưu ý đến việc kết nối PT100 khối khuyếch đại khối khuyếch đại PLC Rockwell PT100 khối khuyếch đại - Thực tế thay đổi điện trở ngõ PT100 nhỏ => lấy điện áp trực tiếp từ điện áp đặt vào đầu PT100 giá trị thấp Do ta cần cho điện áp qua khối khuyếch đại trước cấp vào ngõ vào analog PLC Sơ đồ kết nối Khối khuyếch đại PLC RockWell Sơ đồ kết nối II/ Kết nối mạch điều khiển Lưu đồ điều khiển lò nhiệt - Nhiệt độ điều khiển việc đọc tín hiệu analog từ cảm biến Pt100 thông qua module analog Tín hiệu analog đọc từ cảm biến module analog mã hóa thành tín hiệu digital lưu nhớ tạm thời vùng nhớ PLC Ta dùng giá trị đọc thông qua Module analog để điều khiển lò nhiệt Tín hiệu cảm biến PLC đọc liên tục để nhiệt độ lò vượt mức cho phép (70 oC) trạng thái Block tạo nhiệt (công suất) thay đổi trạng thái để nhiệt độ lò ngưỡng cho phép (50oC – 70oC) Quạt đối lưu giúp cho không khí nóng lò, giúp cho sản phẩm nhận lượng nhiệt cảm biến Pt100 đọc tín hiệu nhiệt a Khai báo ngỏ vào I/O, sơ đồ kết nối: Input Output On In1 Quạt đối lưu Out1 Off In2 Điện trở nhiệt Out2 - Tín hiệu ngõ vào analog đọc trực tiếp, ta đọc tín hiệu áp nên chân Com chân Vin- nối chung - Do ngõ Digital điện áp thấp (24V DC) ta phải kết nối qua trung gian (R1,R2) b mạch động lực: III/ Viết chương trình - Logic 5000 phần mềm chuyên dùng để viết chương trình điều khiển dùng plc Rocwell Chưng trình đựơc dùng để viết chương trình cho số PLC Rocwell Khi mở phần mềm lên, ta chọn loại PLC thích hợp dùng để điều khiển lò nhiệt - Trong PLC RockWell việt chương trình cho PLC cần phải khai váo module cần có để PLC hoạt động thực tế Ta vào phần CompactBus Local đề add thêm module cần thiết - Các module cần có để PLC hoạt động là: Odule nguồn 1769-SDN/A, module input 1769-IB32, module output 1769-OB32, module cuối cần cho việc điều khiển lò nhiệt module analog 1769-IF4 Tất module cần phải đặt tên để PLC hiểu Sau add module thư viện ra, module xếp vị trí theo thứ tự tăng dần - Để tới vị trí soạn thảo chương chương trình ta vào phần MainRoutine - Trong module analog có kênh đọc tín hiệu analog vào Ở chương trình ta dùng kênh để kết nối đcọ tín hiệu vào.Ở kênh có chân V+, V-, Com chân I+ Do việc điều khiển cần đọc tín hiệp thay đổi điện áp nên ta dùng chân V +, Vvà chân Com Điện áp thay đổi cảm biến thay đổi khoản 0-10 V Vì ta khai báo ngỏ vào khối analog đọc tín hiệu từ to 10 v - Khai báo vùng nhớ analog logic 5000 Để khai báo biến vùng nhớ ta vào phầm Program Tags vào phần Edit Tags Do vị trí khai báo module analog local nên ta chọn ngỏ vào Local4:I để đọc tín hiệu ngỏ vào In ta chọn Ch0Data - Để vào vùng soạn thảo chương trình ta vào mục MainRoutine Dựa theo cách viết chương trình dạng hình thang ta dùng lệnh Set (L), Reset (U), lệnh Compaire (A>=B) (A[...]... trở nhiệt của lò nhiệt) ,lúc đó điện áp sẽ thay đổi từ (1-10 V) ứng với các mốc 50oC là 5.7V và 70oC là 10V, tương ứng với giá trị ghi vào vùng nhớ analog của PLC là: 50oC – 18000, 70oC – 32000 Ta gán hai giá trị mốc tác động vào hai biến Set_lo_nhiet và Reset_lo_nhiet - Quá trình hoạt động của chương trình điều khiển hoạt động như sau: khi nhấn On thì lò nhiệt hoạt động, quạt đối lưu bắt đầu quay Nhiệt. .. trúc của lò nhiệt 1 Phần cứng Do cấu trúc lò nhiệt ngoài thực tế rất phức tạp nên trong phần này chúng ta sẽ sử dụng bộ thí nghiệm PT100 để khảo sát : - PT100 : đo nhiệt độ xuất ra giá trị điện trở - Cặp nhiệt : đo nhiệt độ xuất ra LED ( giám sát nhiệt độ bóng đèn ) - Bóng đèn sợi đốt : tạo nhiệt độ cho bộ thí nghiệm Trang 15 Đồ Án Môn Học 2 Các phương trình tính toán : - Phương trình chuyển đổi của nhiệt. .. nhiệt độ theo hàm mũ hay nói cách khác điện trở không phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ => không dùng Thermistor để đo nhiệt độ mà thường dùng trong các mạch cảnh báo quá nhiệt độ hay mạch bù nhiệt - PTC( Positive temperature coefficient) : Hệ số nhiệt dương =>Tăng điện trở khi nhiệt độ tăng - NTC(Negative temperature coefficient): Hệ số nhiệt âm =>Giảm điện trở khi nhiệt độ tăng - Cảm biến nhiệt điện... đọc về từ cảm biến của module analog sẽ được mã hóa thành tín hiệu digital và được lưu nhớ tạm thời tại vùng nhớ trong của PLC Ta dùng giá trị đọc về thông qua Module analog để điều khiển lò nhiệt Tín hiệu của cảm biến được PLC đọc về liên tục để khi nhiệt độ trong lò vượt mức cho phép (70 oC) thì trạng thái của Block tạo nhiệt (công suất) sẽ thay đổi trạng thái để nhiệt độ trong lò ở ngưỡng cho phép... của PT100: R(T) = 100( 1 + 3,9.10-3 T) - Phương trình chuyển đổi của Thermistor : R(T) = RO.e β (1/T – 1/TO) Trong đó: - T là nhiệt độ (K ) - R(T) là điện trở của cảm biến ở nhiệt độ T - RO là điện trở của cảm biến ở nhiệt độ TO - β là hằng số có giá trị từ 3000 đến 5000 tùy thuộc vào cách chế tạo Trang 16 Niken (Ni) < 300 Đồ Án Môn Học => Từ phương trình chuyển đổi ta thấy điện trở phụ thuộc vào nhiệt. .. 1 của Module analog ta chọn giá trị điện áp thay đổi từ 0-10V tưng tự như thế thì trong vùng nhớ analog sẽ thay đổi giá trị Digital từ 0-32000 Đối với cảm biến Pt100, giá trị điện áp thay đổi rơi trên cảm biến thay đổi theo nhiệt độ được khuếch đại lên nhiều lần để đáp ứng với giá trị đọc vào của Module analog Theo việc thiết kế thì nhiệt độ thay đổi từ 23oC ( nhiệt độ môi trường) đến 70oC ( nhiệt độ. .. quạt đối lưu bắt đầu quay Nhiệt độ đọc vào thông qua cảm biến Pt100 đi qua mạch khuếch đại điện áp, đi vào module analog sẽ thay đổi giá trị Giá trị này sẽ được so sánh với giá trị đặt trước (Set_lo_nhiet, Reset_lo_nhiet) Vì thế khi nhiệt độ ... nhiệt độ tạo với yêu cầu tính chất công việc việc kiểm soát nhiệt độ lò nhiệt góp việc cần thiết Sau chúng em xin trình bày giải pháp đưa nhằm kiểm soát nhiệt độ tự động hóa qui trình hoạt động. .. trị mốc tác động vào hai biến Set_lo_nhiet Reset_lo_nhiet - Quá trình hoạt động chương trình điều khiển hoạt động sau: nhấn On lò nhiệt hoạt động, quạt đối lưu bắt đầu quay Nhiệt độ đọc vào thông... nhiệt độ khuếch đại lên nhiều lần để đáp ứng với giá trị đọc vào Module analog Theo việc thiết kế nhiệt độ thay đổi từ 23oC ( nhiệt độ môi trường) đến 70oC ( nhiệt độ ngắt điện trở nhiệt lò nhiệt) ,lúc