Ứng Dụng PLC Điều Khiển Và Ổn Định Lò Nhiệt (Kèm Bản Vẽ, Datasheet, Plc)

i TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA -o0o - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH LÒ NHIỆT TP HỒ CHÍ MINH – 09/2011 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT ii Đại học GTVT TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - ĐTVT Độc lập – Tự – Hạnh phúc Bộ môn Tự động hóa TP Hồ Chí Minh, ngày …tháng …năm 2011 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỒ ÁN : - Ứng dụng PLC điều khiển ổn định lò nhiệt YÊU CẨU CỦA ĐỒ ÁN: - Tìm hiểu PLC S7-300 Tìm hiểu cách lập trình giao diện Tìm hiểu nguyên lý hoạt động lò nhiệt Tìm hiểu phần cứng lò nhiệt Tìm hiểu nguyên lý điều khiển ổn định lò nhiệt Thi công mạch điều khiển, mạch động lực lò nhiệt Lập trình điều khiển lò nhiệt Lập trình giao diện Kết nối với phần cứng NGÀY GIAO ĐỒ ÁN: 01/06/2011 NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN : 30/08/2011 HỌ VÀ TÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN PHẦN HƯỚNG DẪN Ths Đặng Hữu Thọ Nội dung yêu cầu đồ án tốt nghiệp Bộ môn thông qua Tp HCM, ngày …tháng …năm 2011 TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) Ths Đặng Hữu Thọ NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký ghi rõ họ tên) Ths Đặng Hữu Thọ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT iii TÓM TẮT Trong trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, chúng em củng cố kiến thức thực tiễn chuyên ngành Đồng thời tìm hiểu, thực nghiệm, thiết kế điều khiển đối tượng lò nhiệt Nhiệm vụ đồ án tìm hiểu, thực mục tiêu sau:  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động lò nhiệt, đối tượng thường gặp công nghiệp với công suất lớn, độ quán tính nhiệt lớn tầm hoạt động rộng  Tìm hiểu phương pháp điều khiển nhiệt độ cổ điển thiết kế điều khiển PID theo phương pháp thực nghiệm Ziegler – Nichols phương pháp đại số  Thiết kế mạch công suất điều khiển đối tượng lò nhiệt theo phương pháp điều khiển pha (thay đổi góc mở van bán dẫn – đồ án chọn van bán dẫn hai thyristor đấu song song ngược pha) Đồng thời thiết kế mạch điều khiển van bán dẫn theo phương pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính  Sử dụng hàm thư viện chuẩn PLC S7-300 để thu thập điều khiển nhiệt độ như: hàm scale AI, hàm PID, hàm unscale AO,… Và sử dụng module chuyên dụng để đọc tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến RTD,…  Giám sát điều khiển thu thập liệu hoạt động lò nhiệt sử dụng phần mềm WinCC (Windows Control Center) công ty Siemens ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH HÌNH VẼ vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU .x DANH SÁCH CÔNG THỨC xi CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đối tượng phương pháp điều khiển 1.2 Nhiệm vụ đồ án: CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT .4 2.1 Lò nhiệt ( lò điện trở) 2.1.1 Giới thiệu chung lò nhiệt 2.1.1.1 Định nghĩa .4 2.1.1.2 Ưu điểm lò điện 2.1.1.3 Nhược điểm lò điện 2.1.2 Những yêu cầu cấu tạo lò điện trở 2.1.3 Cấu tạo lò điện trở 2.1.3.1 Vật nung, dây nung .7 2.1.3.2 Vỏ lò điện trở 2.1.3.3 Lớp lót 2.1.4 Đối tượng lò nhiệt sử dụng luận văn 10 2.2 Cảm biến nhiệt độ 11 2.2.1Thermocoupble (cặp nhiệt điện) 11 2.2.1.1 Cấu tạo nguyên lý đo .11 2.2.1.2 Một số loại cặp nhiệt thông dụng 12 Bảng 2.1: Phân loại cặp nhiệt điện 12 2.2.1.3 Ưu nhược điểm Thermocouple 13 2.2.1.4 Bù nhiệt độ môi trường .14 2.2.2 RTD (Thermal Resistor) .14 2.2.3 Thermitor(thermally sensitive resistor) 17 2.2.4 IC cảm biến 18 2.3 Các phương pháp điều khiển nhiệt độ .19 2.3.1 Điều khiển ON-OFF 19 2.3.2 Điều khiển khâu tỉ lệ (P) 21 2.3.3 Điều khiển khâu vi phân tỉ lệ (PD) 22 2.3.4 Điều khiển khâu tích phân tỉ lệ (PI) 23 2.3.5 Điều khiển khâu vi tích phân tỉ lệ (PID) 24 Bảng 2.2: So sánh phương pháp điều khiển 26 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT v 2.4 Thư viện hàm S7-300 sử dụng luận văn 27 2.4.1 Hàm chuyển đổi Sacle FC105 27 2.4.2 Module analog SM331 S7-300 29 Bảng 2.4: Quan hệ giá trị số PLC quy đổi dãi nhiệt độ ngõ vào 30 2.4.3 Hàm chuyển đổi Unscale FC106 31 Bảng 2.5:Quan hệ giá trị số PLC dãi điện áp ngõ ±10V 33 2.4.4 Module mềm PID .34 Bảng 2.6: Khai báo tham số cho module PID .38 2.4.5 Hàm PID FB41 “CON_C” 39 Bảng 2.7: Mô tả tín hiệu đầu vào khối PID 43 Bảng 2.8: Mô tả tín hiệu đầu 49 CHƯƠNG 51 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH ĐỘNG LỰC .51 3.1 Nguyên lý làm việc lò điện trở .51 3.2 Yêu cầu mạch động lực .51 3.3 Tính toán chọn van bán dẫn .53 3.4 Tính toán bảo vệ van bán dẫn 55 3.4.1 Bảo vệ dòng 56 3.4.2 Bảo vệ áp 57 3.5 Thi công thực tế 59 CHƯƠNG 61 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR 61 4.1 Nguyên tắc điều khiển thyristor 61 4.1.1 Nguyên tắc mở van thyristor 61 4.1.2 Cấu trúc mạch điều khiển thyristor .62 4.1.3 Nguyên tắc điều khiển thyristor 62 4.2 Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển 65 4.3 Vi mạch TCA 785 .69 4.3.1 Giới thiệu TCA 785: 69 4.3.2 Chức ký hiệu chân TCA 785 69 Bảng 4.1: Chức chân vi mạch TCA 785 70 4.4 Tính toán mạch điều khiển 76 4.5 Thi công thực tế 80 CHƯƠNG 84 THIẾT KẾ KHÂU HIỆU CHỈNH PID 84 5.1 Khảo sát vòng hở lò nhiệt 84 5.2 Điều khiển vòng kín 87 5.3 Thiết kế điều khiển PID phương pháp Ziegler-Nichols .89 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT vi Bảng 5.1: Các thông số điều khiển PID xác định theo cách 90 Bảng 5.2: Các thông số điều khiển PID xác định theo cách 90 Bảng 5.3: Các thông số điều khiển PID lò nhiệt dùng luận văn 91 5.4 Thiết kế điều khiển PID phương pháp đại số .91 5.5 Đặc trưng điều khiển P,I,D 97 Bảng 5.4: Đặc trưng thông số điều khiển PID 97 CHƯƠNG 98 GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH 98 6.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống 98 6.1.1 Giao tiếp PC PLC 98 6.1.2 Cảm biến PLC 99 6.1.3 Lò nhiệt PLC 99 6.3.1 Chế độ 103 6.3.2 Chế độ 105 6.4 Giải thích giao diện điều khiển 108 CHƯƠNG 113 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .113 7.1 Kết thực nghiệm 113 7.1.1 Kết thực nghiệm với phương pháp đại số 113 7.1.2 Kết thực nghiệm với phương pháp Ziegler – Nichol 115 Chế độ .116 7.1.3 Những khó khăn gặp phải 118 7.2 Hướng phát triển đề tài 118 PHỤ LỤC 121 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Dạng tổng quát hệ thống hồi tiếp .2 Hình 2.1: Cặp nhiệt điện thực tế .11 Hình 2.2: Cấu tạo cặp nhiệt điện .12 Hình 2.3: Kết nối cặp nhiệt điện với dụng cụ đo 13 Hình 2.4: Cấu tạo RTD .15 Hình 2.5: Một số loại Thermitor .17 Hình 2.6: Cấu tạo cảm biến IC bán dẫn 18 Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển lò nhiệt 20 Hình 2.8: Đặc tính điều khiển điều khiển ON – OFF 20 Hình 2.9:Đáp ứng điều khiển khâu tỉ lệ (P) 21 Hình 2.10: Đáp ứng điều khiển khâu vi phân tỉ lệ (PD) với P = .22 Hình 2.11 : Đáp ứng điều khiển khâu vi phân tỉ lệ (PI) với P = 23 Hình 2.12: Sơ đồ điều khiển sử dụng điều khiển PID 25 Hình 2.13: So sánh đáp ứng hệ thống so với điều khiển 27 Hình 2.14: Đồ thị mô tả hàm scale AI 28 Hình 2.15: Cú pháp hàm FC105 dạng LAD 28 Hình 2.16: Sơ đồ nối dây module SM331 AI/AO 2x12 bit 29 Hình 2.17: Sơ đồ kết nối cảm biến RTD với module analog input 31 Hình 2.18: Cú pháp hàm FC106 dạng LAD 32 Hình 2.19: Sơ đồ kết nối ngõ analog output với tải 33 Hình 2.20: Sơ đồ điều khiển PID .34 Hình 2.21: Cửa sổ cài đặt thông số cho PID mềm 37 Hình 2.22: Sơ đồ cấu trúc module PID 39 Hình 2.23: Sử dụng module PID .43 Hình 3.1: Nguyên lý mạch động lực .52 Hình 3.2: Dạng điện áp ngõ qua thyristor 52 Hình 3.3: Nguyên lý mạch động lực có cuộn dây L bảo vệ 56 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT viii Hình 3.4: Đồ thị trình biến thiên điện áp dòng điện .57 Hình 3.5: Nguyên lý mạch động lực có thêm R, C bảo vệ 58 Hình 3.6: Nguyên lý mạch động lực hoàn chỉnh 59 Hình 3.7: Mạch nguyên lý orcad mạch động lực 59 Hình 4.4: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” .64 Hình 4.5: Đồ thị xung điều khiển thyristor 66 Hình 4.6: Đồ thị trình điều khiển thyristor 67 Hình 4.7: Nguyên lý mạch điều khiển thyristor 68 Hình 4.8: Hình dạng vi mạch TCA 785 69 Hình 4.9: Sơ đồ khối TCA 785 71 Hình 4.10: Đồ thị tạo xung ngõ TCA 785 72 Hình 4.11: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor TCA 785 (theo datasheet) 75 Hình 4.12: Khối khuếch đại xung biến áp xung 77 Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển orcad 82 Hình 4.14: Layout mạch điều khiển mạch động lực 83 Hình 5.1: Đáp ứng nấc lò nhiệt 85 Hình 5.2: Đáp ứng nấc thực tế lò nhiệt 86 Hình 5.3: Sơ đồ điều khiển vòng kín 87 Hình 5.4: Sơ đồ khối điều khiển vòng kín .87 Hình 5.5: Sơ đồ tóm tắt hệ thống 89 Hình 5.6: Sơ đồ điều khiển hệ thống dùng cho phương pháp đại số 92 Hình 6.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống 98 Hình 6.2: Lưu đồ chương trình 100 Hình 6.3: Lưu đồ thuật toán chế độ 103 Hình 6.4: Lưu đồ thuật toán chế độ 105 Hình 6.5: Đặc tuyến nhiệt độ - thời gian 106 Hình 6.6: Giao diện điều khiển 108 Hình 6.7: Đồ thị thu thập nhiệt độ 111 Hình 6.8: Bảng thu thập thông số nhiệt độ 111 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT ix Hình 6.9: Đồ thị công suất 112 Hình 7.1: Đáp ứng ngõ chế độ với phương pháp đại số 114 Hình 7.2: Giá trị nhiệt độ thu thập chế độ phương pháp đại số 114 Hình 7.3: Đáp ứng ngõ chế độ phương pháp đại số .115 Hình 7.4: Đáp ứng thực tế chế độ phương pháp Ziegler – Nichol .116 Hình 7.5: Đáp ứng thực tế chế độ phương pháp Ziegler – Nichol .117 Nhận xét: 117 Với hệ số xác định hai phương pháp trình bày cho ta đáp ứng thỏa mãn yêu cầu 117 Đối với chế độ hệ số phương pháp đại số cho ta đáp ứng tốt so với phương pháp Ziegler – Nichol: thời gian gia nhiệt nhanh hơn, độ vọt lố nhỏ .117 Còn chế độ hệ số phương pháp Ziegler – Nichol cho đáp ứng tốt phương pháp đại số: độ vọt lố nhỏ, sai số xác lập nhỏ .118 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT x DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Phân loại cặp nhiệt điện 12 Bảng 2.2: So sánh phương pháp điều khiển 26 Bảng 2.4: Quan hệ giá trị số PLC quy đổi dãi nhiệt độ ngõ vào 30 Bảng 2.5:Quan hệ giá trị số PLC dãi điện áp ngõ ±10V 33 Bảng 2.6: Khai báo tham số cho module PID .38 Bảng 2.7: Mô tả tín hiệu đầu vào khối PID 43 Bảng 2.8: Mô tả tín hiệu đầu 49 Bảng 4.1: Chức chân vi mạch TCA 785 70 Bảng 5.1: Các thông số điều khiển PID xác định theo cách 90 Bảng 5.2: Các thông số điều khiển PID xác định theo cách 90 Bảng 5.3: Các thông số điều khiển PID lò nhiệt dùng luận văn 91 Bảng 5.4: Đặc trưng thông số điều khiển PID 97 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT 111  Đồ thị thu thập nhiệt độ Hình 6.7: Đồ thị thu thập nhiệt độ Bảng Alarm logging Hình 6.8: Bảng thu thập thông số nhiệt độ Chương 6: Giải Thuật Và Chương Trình Điều Khiển 112 Hình 6.9: Đồ thị công suất Chương 6: Giải Thuật Và Chương Trình Điều Khiển 113 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 7.1 Kết thực nghiệm Chương trình thực chạy ổn định, theo ý tưởng người lập trình Hệ thống hoạt động với tương đối đầy đủ tính hệ SCADA bao gồm: giám sát, điều khiển, lưu trữ hiển thị liệu, cảnh báo có cố xảy thiết bị Hệ thống điều khiển tốt giá trị nhiệt độ trình điều khiển nhiệt độ, sai số xác lập nhỏ Ta điều khiển hệ thống chạy chế độ tự động thông qua điều khiển giao diện lập trình sẵn WinCC Người vận hành giám sát toàn hoạt động lò nhiệt, xem liệu lưu trữ thời gian trước hiển thị, giám sát nhiệt độ Nhóm có thực thiết kế điều khiển PID theo hai phương pháp Ziegler – Nichol đại số, phương pháp có hệ số khác nên đáp ứng khác phải kiểm nghiệm chọn hệ số tối ưu 7.1.1 Kết thực nghiệm với phương pháp đại số Mỗi chế độ có tín hiệu điều khiển riêng, chế độ hàm nấc chế độ hai hàm dốc Sau kết kiểm nghiệm hệ số điều khiển PID thiết kế phương pháp đại số  Chế độ 1: Tín hiệu điều khiển hàm nấc, hệ số PID xác định chương TĐặt = 1500  Nhiệt độ đặt:  Hệ số điều khiển PID: KP = 49; TI = 75; TD = 38  Độ vọt lố: POT(%) = 16.4 ×100 = 10.9 % 150 Chương 7: Kết Quả Thực Nghiệm Và Hướng Phát Triển Đề Tài 114  Sai số xác lập: exl = r(t) – c(t) =  Thời gian gia nhiệt: tgia = 6.533 (phút)  Thời gian lên đỉnh: tP = 10.5 (phút)  Thời gian độ: tS = 20 (phút) ×100 = 1.33 % 150 Hình 7.1: Đáp ứng ngõ chế độ với phương pháp đại số Hình 7.2: Giá trị nhiệt độ thu thập chế độ phương pháp đại số Chương 7: Kết Quả Thực Nghiệm Và Hướng Phát Triển Đề Tài 115  Chế độ 2: Tín hiệu điều khiển hàm dốc, hệ số PID xác định chương  Nhiệt độ đặt: TĐặt = 1500  Thời gian gia nhiệt đặt: tgia = 10 (phút)  Hệ số điều khiển PID: KP = 25.2; TI = 281; TD = 36  Độ vọt lố: POT(%) =  Sai số xác lập: exl = r(t) – c(t) =  Thời gian lên đỉnh: tP = 11.5 (phút)  Thời gian độ: tS = 14 (phút) 10 ×100 = 6.67 % 150 ×100 = 1.33 % 150 Hình 7.3: Đáp ứng ngõ chế độ phương pháp đại số 7.1.2 Kết thực nghiệm với phương pháp Ziegler – Nichol  Chế độ Với chế độ chế độ hoạt động thông thường, cần đạt nhiệt độ mong muốn ổn định mức nhiệt độ đặt đáp ứng yêu cầu Thử nghiệm với Chương 7: Kết Quả Thực Nghiệm Và Hướng Phát Triển Đề Tài 116 thông số PID xác định chương Với nhiệt độ đặt 150 0C, kết thử nghiệm sau: TĐặt = 1500  Nhiệt độ đặt:  Hệ số điều khiển PID: KP = 9.984; TI = 168; TD = 42  Độ vọt lố: POT(%) =  Sai số xác lập: exl = r(t) – c(t) =  Thời gian gia nhiệt: tgia = 6.733 (phút)  Thời gian lên đỉnh: tP = 10.5 (phút)  Thời gian độ: tS = 20 (phút) 18.9 ×100 = 12.4 % 150 ×100 = 1.33 % 150 Hình 7.4: Đáp ứng thực tế chế độ phương pháp Ziegler – Nichol  Chế độ Đối với chế độ kết điều khiển tốt so với chế độ 1, đạt ổn định mức nhiệt độ yêu cầu ta điều khiển thời gian gia nhiệt theo ý muốn Với nhiệt độ đặt 150 0C, thời gian gia nhiệt 10 phút, kết thử nghiệm sau: Chương 7: Kết Quả Thực Nghiệm Và Hướng Phát Triển Đề Tài 117  Nhiệt độ đặt: TĐặt = 1500  Thời gian gia nhiệt đặt: tgia = 10 (phút)  Hệ số điều khiển PID: KP = 25.2; TI = 281; TD = 36  Độ vọt lố: POT(%) =  Sai số xác lập: exl = r(t) – c(t) =  Thời gian lên đỉnh: tP = 12 (phút)  Thời gian độ: tS = 15 (phút) 8.4 ×100 = 5.6 % 150 1.2 ×100 = 0.8 % 150 Hình 7.5: Đáp ứng thực tế chế độ phương pháp Ziegler – Nichol Nhận xét:  Với hệ số xác định hai phương pháp trình bày cho ta đáp ứng thỏa mãn yêu cầu  Đối với chế độ hệ số phương pháp đại số cho ta đáp ứng tốt so với phương pháp Ziegler – Nichol: thời gian gia nhiệt nhanh hơn, độ vọt lố nhỏ Chương 7: Kết Quả Thực Nghiệm Và Hướng Phát Triển Đề Tài 118  Còn chế độ hệ số phương pháp Ziegler – Nichol cho đáp ứng tốt phương pháp đại số: độ vọt lố nhỏ, sai số xác lập nhỏ 7.1.3 Những khó khăn gặp phải Trong đề tài có phần định không nhỏ mạch điện tử công đến kết cuối Mặc dù thực theo mạch có datasheet IC TCA 785 theo tiêu chuẩn châu âu nên nhiều linh kiện nên khó khăn việc lựa chọn linh kiện thay cho phù hợp Để điều khiển mở Thyristor xác ta phải điều khiển góc kích phù hợp để xung tạo xác, mà để tạo xung phù hợp ta phải xác định nhiều yếu tố khác như: điện áp cưa, điện áp điều khiển, điện trở tạo điện áp cưa,…Vì để tạo xung điều khiển thích hợp phải nhiều thời gian để cân chỉnh, thay đổi cho phù hợp Nhiệm vụ đề tài Ứng Dụng PLC hệ SCADA cho hệ thống Do việc thực đề tài dựa vào tài liệu tìm hiểu ngôn ngữ lập trình, thời gian cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót Nhưng làm được, chúng em cố gắng đáp ứng gần đầy đủ yêu cầu cho đề tài bao gồm: điều khiển, giám sát thu thập liệu Trong trình học tập trường chúng em tiếp xúc làm quen chủ yếu PLC S7-200, lần đầu làm việc với S7-300 nên ban đầu gặp nhiều khó khăn so với S7-200 có nhiều điễm khác biệt Khó khăn nhiều thời gian việc lập trình tìm thông số PID cho lò nhiệt Vấn đề điều khiển nhiệt độ, khả chúng em thực mô hình lò nhiệt 7.2 Hướng phát triển đề tài Trên đây, chúng em thực trình ứng dụng cho việc điều khiển lò nhiệt Nhưng khó ứng dụng thực tế sản xuất, điều kiện thực thiếu thốn thiết bị em đề cập Để áp dụng công Chương 7: Kết Quả Thực Nghiệm Và Hướng Phát Triển Đề Tài 119 nghiệp, hệ thống lò nhiệt với quy mô sản xuất lớn cần phải có cảm biến đo xác hơn, nhiều cảm biến Khi mô hình thực hoàn chỉnh Hướng phát triển là:  Lập trình điều khiển PID mờ cho lò nhiệt  Thiết kế lò nhiệt pha để sản xuất công nghiệp  Ứng dụng SCADA để điều khiển  Thiết kế hệ SCADA hoàn chỉnh cho hệ thống lò nhiệt, bao gồm kết nối Mạng Ethernet, Mạng PROFIBUS mở rộng gồm nhiều trạm, nhiều PLC để quản lý, giám sát, điều khiển đem lại nhiều hiệu kinh tế lợi ích nhiều Chương 7: Kết Quả Thực Nghiệm Và Hướng Phát Triển Đề Tài 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Văn Trí (2007) Hướng dẫn lập trình S7-300 Công ty TNHH TM & DVKT SIS [2] Lê Phi Yến – Lưu Phú – Nguyễn Như Anh (2005) Kỹ thuật điện tử NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM [3] Lê Thành Sơn (2006) Giáo trình nhiệt lò điện Khoa Điện – ĐTVT, trường ĐH SPKT Hưng Yên [4] Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh (2005) Tự động hoá với SIMATIC S7-300 NXB Khoa học kỹ thuật [5] Nguyễn Thị Phương Hà – Huỳnh Thái Hoàng (2008) Lý thuyết điều khiển tự động NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM [6] Nguyễn Văn Nhờ (2005) Giáo trình điện tử công suất NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM [7] TS Trần Hoài An (2005) Lý thuyết điều khiển tự động NXB Giao thông vận tải Hà Nội [8] Trần Văn Thịnh (2000) Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất Bộ môn Thiết bị Điện – Điện tử, trường ĐH Bách khoa Hà Nội [9] Trương Đình Châu, etc (2008) Điều khiển nhiệt độ phương pháp điều khiển cổ điển Khoa Điện – Điện tử, trường ĐH Bách khoa Tp HCM [10] TT Việt Đức (2000) Simatic S7-300 Điều khiển hệ thống (System handling) Đại học Sư phạm Kỹ thuật [11] Siemens AG (2006) Ladder Logic (LAD) for S7-300 and S7-400 programming Edition 03 Tài Liệu Tham Khảo 121 PHỤ LỤC Chương trình điều khiển: Phụ Lục 122 Bảng biến: Phụ Lục 123 Bảng biến DB1 hàm PID (dữ liệu khối PID mền FB41): Phụ Lục 124 Bảng biến DB2 (thông số nhiệt độ): Bảng biến DB3 (thông số PID): Bảng biến DB4 (thông số thời gian): Phụ Lục 125 Phụ Lục [...]... 73 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu về đối tượng và phương pháp điều khiển Nhiệt độ là một đại lượng vật lý hiện diện khắp nơi và trong nhiều lĩnh vực, trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt Nhiệt độ trở nên là mối quan tâm hàng đầu cho các nhà thiết kế máy và điều khiển nhiệt độ trở thành một trong những mục tiêu của ngành Điều Khiển. .. phải sử dụng dây đồng để nối đến dụng cụ đo thì số chỉ của dụng cụ đo là hiệu số giữa nhiệt độ đo T và nhiệt độ chỗ nối T o, nhiệt độ To thường là không ổn định Hình 2.3: Kết nối cặp nhiệt điện với dụng cụ đo Để khắc phục ta nên dùng dây nối dài cùng loại với vật liệu cặp nhiệt để bù trừ nhiệt độ To, lúc này ta có: V = k.(T0 - T1) Với nhiệt độ T1 : nhiệt độ môi trường đặt dụng cụ đo và T1 ổn định và đo... của đồ án là tìm hiểu, thực hiện các mục tiêu sau: o Sử dụng PLC SIEMENS S7-300 điều khiển lò nhiệt bằng phương pháp PID o Thiết kế, thi công mạch công suất điều khiển đóng mở Thyristor cấp điện cho đối tượng lò nhiệt o Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động của lò nhiệt sử dụng phần mềm WinCC (Windows Control Center) • Phạm vi điều khiển: Do trong khuôn khổ giới hạn của luận văn nên em chỉ... học nhất định còn các phần khác nói chung không yêu cầu Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là:  Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu  Khả năng tích nhiệt cực tiểu  Ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cách nhiệt 2.1.4 Đối tượng lò nhiệt được sử dụng trong luận văn Thực tế, trong công nghiệp các lò nhiệt thường... thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system) và hệ thống điều khiển tuần tự (sequence control system)  Điều khiển hồi tiếp thường được xác định và giám sát kết quả điều khiển, so sánh nó với yêu cầu thực thi (ví dụ điểm đặt) và tự động điều chỉnh đúng  Điều khiển tuần tự thực hiện từng bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước khi xác định tuần tự Một hệ thống muốn chính xác cần phải... cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh 2.3 Các phương pháp điều khiển nhiệt độ 2.3.1 Điều khiển ON-OFF  Sơ đồ điều khiển: Sơ đồ điều khiển lò nhiệt bằng phương pháp ON-OFF được thể hiện qua hình dưới: Chương 2: Giới Thiệu Tổng Quan Về Lý Thuyết 20 Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển lò nhiệt  Nguyên lý làm việc: Phương pháp điều khiển ON-OFF còn được gọi là phương pháp đóng ngắt hay dùng khâu relay... phương pháp điều khiển thích hợp Tính ổn định và chính xác của nhiệt độ cũng đặt ra các vấn đề cần phải giải quyết Một điều cần thiết là ta phải khảo sát kỹ đối tượng cung cấp nhiệt mà ta cần phải điều khiển để dẫn đến mô hình toán học cụ thể Từ đó chúng ta sẽ giải quyết bài toán điều khiển trên cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu Hệ thống điều khiển nhiệt độ có thể phân làm hai loại : hệ thống điều khiển hồi... tính lớn, tầm nhiệt hoạt động rộng và có nhiều cách đốt nóng khác nhau như dùng lò xo, khí đốt, sóng cao tần…Khi điều khiển nhiệt độ, đặc tính cần chú ý là độ quán tính, năng suất toả nhiệt ra môi trường Tính chất của lò nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : thể tích, vật liệu cách nhiệt và nguồn nhiệt Vì yêu cầu của luận văn là tìm hiểu và bước đầu làm quen với đối tượng điều khiển là nhiệt độ vì thế... 1: Giới Thiệu Tổng Quan Về Đề Tài 3  Đối tượng: o PLC S7-300 (CPU 314C-2DP, tích hợp sẵn module AI chuyên dụng có khả năng đọc trực tiếp tín hiệu từ cảm biến RTD: Pt100) và lò nhiệt dân dụng o Điều khiển công suất lò nhiệt bằng phương pháp điều khiển pha, sử dụng hai thyristor nối song song ngược trên một pha  Cảm biến: o Sử dụng cảm biến Thermal Resistor (Pt 100)  Phương tiện điều khiển : OP (Operation... bảo vệ, vỏ lò cần phải hoàn toàn kín, còn đối với các lò điện trở bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổn thất nhiệt và tránh sự lùa không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò Trong những trường hợp riêng, lò điện trở có thể làm vỏ lò không bọc kín Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chịu được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò (vật nung) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò Vỏ lò chữ nhật ... ÁN : - Ứng dụng PLC điều khiển ổn định lò nhiệt YÊU CẨU CỦA ĐỒ ÁN: - Tìm hiểu PLC S7-300 Tìm hiểu cách lập trình giao diện Tìm hiểu nguyên lý hoạt động lò nhiệt Tìm hiểu phần cứng lò nhiệt Tìm... nhiệt Tìm hiểu nguyên lý điều khiển ổn định lò nhiệt Thi công mạch điều khiển, mạch động lực lò nhiệt Lập trình điều khiển lò nhiệt Lập trình giao diện Kết nối với phần cứng NGÀY GIAO ĐỒ ÁN: 01/06/2011... vòng hở lò nhiệt 84 5.2 Điều khiển vòng kín 87 5.3 Thiết kế điều khiển PID phương pháp Ziegler-Nichols .89 ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT vi Bảng 5.1: