“ nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất mì ăn liền bằng PLC s7 200”

So với điều khiển bằng mạchđiện tử thông thường thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn như: Kết nối mạch đơngiản, rút ngắn thời gian lắp đặt thi công, dễ thay đổi chương trình điều khiển, độti

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

1 Lý do chọn đề tài 2

2 Mục đích của đề tài 3

3 Phương pháp nghiên cứu 3

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Giới hạn 4

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH 5

1.1 Giới thiệu quy trình công nghệ 5

1.2 Ứng dụng thiết bị điều khiển quá trình công nghệ 5

1.3 Nghiên cứu tổng quan quy trình ứng dụng trong và ngoài nước 5

1.4 Nêu yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống 6

CHƯƠNG 2 : LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 8

2.1 Sơ đồ tổng quan về hệ thống 8

2.2 Lưu đồ thuật toán 9

2.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán 10

2.3.1 Thao tác chọn lựa (decision) 10

2.3.2 Thao tác xử lý (process) 10

2.3.3.Ðường đi (route) 10

2.3.4 Ðiểm cuối (terminator) 11

2.3.5 Ðiểm nối (connector) 11

2.3.6 Ðiểm nối sang trang (off-page connector) 12

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 13

3.1 Phần cứng 13

3.1.1 Lựa chọn cảm biến 13

3.1.2 Lựa chọn thiết bị của bộ điều khiển 26

3.1.3 Cơ cấu chấp hành 30

3.2 Thiết kế phần mềm 34

3.2.1 Lựa chọn phần mềm 34

3.2.2 Cách thức viết chương trình điều khiển 35

3.3 Viết chương trình 49

3.4 Chạy thử ( Mô phỏng) 50

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp đất nước đặc biệt là sựphát triển của Công nghệ điện tử - tin học Có thể coi là một cuộc cách mạngcông nghệ trên toàn thế giới Ở nước ta, ngành kỹ thuật điện tử - tin học đã đượcứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động đặc biệt là kỹ thuật vi xử lí Hiện nayngười ta đã sản xuất ra thiết bị có thể lập trình được đó là thiết bị điều khiển khảlập trình Programmable Logic Controller viết tắt là PLC

Được phát triển từ những năm 1968 - 1970, PLC có thể coi là một ứngdụng điển hình của mạch vi xử lí chiếm tới 80% và trở thành xu thế mới trongđiều kiện công nghiệp đang phát triển ở Việt Nam So với điều khiển bằng mạchđiện tử thông thường thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn như: Kết nối mạch đơngiản, rút ngắn thời gian lắp đặt thi công, dễ thay đổi chương trình điều khiển, độtin cậy cao…

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất bộ điều khiển lập trình (Omron, Sement, ABB, Misubishi…) với nhiều ứng dụng như: Tự động hóa quátrình sản xuất, tự động hóa các máy gia cộng, điều khiển trạm bơm, thang máy,điều khiển đèn giao thông và rất nhiều ứng dụng khác, do đó chúng ta phải nắmbắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nềnkhoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển

tự động nói riêng và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều thành tựu rực rỡ.Quan trọng nhất là các kết quả này đã được ứng dụng rộng rãi trong các dâychuyền sản xuất trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm

và phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểunhân công đi kèm với giảm chi phí sản xuất

Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa thì việc ứng dụng tất cả cácứng dụng hiện đại để tăng năng suất lao động và hiệu quả trong công việc nhằmgiảm sức làm việc của con người trong các nhà máy xí nghiệp hiệu quả đượctăng lên gấp bội, giảm chi phí nhân công và đáp ứng cao hơn nữa nhu cầu tự

2

động hoá hiện nay Từ đó em đã quyết định chọn đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất mì ăn liền bằng PLC S7 200”

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu phần cứng PLC, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến

quang và các cơ cấu chấp hành để xây dựng mô hình “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất mì ăn liền bằng PLC S7 200”

Từ đó áp dụng vào thực tiễn quá trình sản xuất trong khâu phân đóng góisản phẩm

3 Phương pháp nghiên cứu

 Các kết quả nghiên cứu kế thừa:

- Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trước về cơ sở lý thuyếtcủa các phần mềm lập trình

- Kế thừa các mô hình sản xuất đã có trong thực tiễn

 Định hướng nghiên cứu:

- Nghiên cứu phần mềm lập trình trên máy tính

- Thay đổi phương pháp lập trình để tìm ra phương pháp đơn giản, dễ

sử dụng và hiệu quả nhất

 Xây dựng chương trình điều khiển

 Nghiên cứu các thiết bị sử dụng trong quá trình vận hành để tìm rathiết bị có hiệu quả cao nhất trong quá trình làm việc

 Nghiên cứu về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC S7-200 trongviệc điều khiển tự động, các thiết bị vào/ra, từ đó ứng dụng vào việc điều khiển

tự động cho hệ thống

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan đề tài

- Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển

- Lập trình điều khiển bằng PLC và mô phỏng

- Tìm hiểu kỹ thuật lập trình PLC S7-200

- Nghiên cứu phần mềm thiết kế chương trình điều khiển

5 Giới hạn

Do hạn chế về mặt thời gian, tài liệu tham khảo cũng như trình độ có

hạn nên trong phạm vi đề tài môn học này em chỉ nghiên cứu thiết kế hệ thốngđiều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất mì ăn liền phân đoạn đóng thùng Và

viết chương trình điều khiển bằng PLC S7-200 chạy trên mô phỏng

4

Chương 1 : Nghiên cứu quy trình công nghệ của quá trình

1.1 Giới thiệu quy trình công nghệ

Khi ấn nút khởi động ON thì băng chuyền thùng vận hành Khi thùng đếncảm biến S1 thì băng chuyền thùng dừng lại và băng chuyền mì ăn liền bắt đầuchuyển động, khi mì ăn liền gặp cảm biến 2, cảm biến S2 gửi tín hiệu tới bộđếm để đếm số lượng mì ăn liền.Khi đếm được 30 gói mì ăn liền thì băngchuyền mì ăn liền dừng và băng chuyền thùng lại bắt đầu chuyển động để đưathùng tiếp theo vào đồng thời đưa tín hiệu để đếm số thùng lên 1 Cứ như vậykhi đủ 15 thùng thì hệ thống dừng lại Trong quá trình hoạt động lâu dài nếu mà

có sự cố xảy ra như nhiệt độ trong phòng tăng cao thì hệ thống sẽ dừng hoạtđộng.Khi ấn nút STOP thì hệ thống dừng lại

1.2 Ứng dụng thiết bị điều khiển quá trình công nghệ

- Cảm biến quang : dùng làm cảm biến phát hiện thùng mì ăn liền vàgói mì ăn liền trong hệ thống đóng thùng sản phẩm

- PLC : Điều khiển hệ thống hoạt động đúng theo quy trình công nghệ

đã được đưa ra từ ban đầu

- Bộ cảm biến nhiệt độ: là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từmôi trường bên ngoài và biến đổi thành các tín hiệu điện để điều khiển các thiết

bị khác

1.3 Nghiên cứu tổng quan quy trình ứng dụng trong và ngoài nước

- Ngày nay nước ta có rất nhiều cơ sở sản xuất với quy mô và côngnghệ ở nhiều mức độ Đa phần các cơ sở sản xuất trung bình và nhỏ mới chỉ ứngdụng máy móc sản xuất do con người điều khiển là chính ít khâu sản xuất tựđộng Các cơ sở sản xuất lớn thì đã áp dụng công nghệ cao vào sản xuất khánhiều trong hầu hết các công đoạn sản xuất Có nhiều cơ sở có các dây truyềnsản xuất không kém gì các nước phát triển

-Ở nước ngoài thì một số nước có trình độ khoa học công nghệ pháttriển cao và nghành sản xuất phát triển có những dây truyền sản xuất hiện đại

và chất lượng cao như Hàn Quốc , Nhật bản, Mỹ , Thái Lan,… trong nước cũng

có nhiều các cơ sở liên doanh với nước ngoài hay do nước ngoài đầu tư với cácdây truyền công nghệ cao, hiện đại

- Hiện nay mì ăn liền được tiêu thụ ở hơn 80 quốc gia và được côngnhận trên tầm quốc tế Theo thống kê gần đây nhất năm 2013 lượng mì gói tiêuthụ trên toàn thế giới là 101.4 tỷ gói, chủ yếu là ở Châu Á, trong đó Trung Quốc

là 44 tỉ, Inddoonessia là 14.1 tỉ, Nhật Bản 5,4 tỉ, Việt Nam là 5.1 tỉ ….Việt Namđứng thứ 4 trên thế giới về mức độ tiêu thụ mì ăn liền

- Việt Nam hiện nay các sản phẩm mì ăn liền được sử dụng rộng rãitrong mọi tầng lớp nhân dân vì tính tiện dụng và giá trị dinh dưỡng của chúng.Trước nhu cầu to lớn của thị trường ngành công nghiệp mì ăn liền đã và đang cónhững bước phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là khi nền kinh tế nhà nước đangchuyển sang cơ chế thị trường Các công ty quốc doanh như MILIKET,COLUSA , Hảo Hảo, Tiến Vua … cũng như các công ty liên doanh như VINAACECOOK , A-ONE … Đã không ngừng nâng cao sản lượng và chất lượngsản phẩm , đa dạng hóa chủng loại và mẫu mã để đáp ứng nhu cầu thị hiếu củangười tiêu dung

- Với tốc độ tăng dân số cao cùng với nhu cầu của con người ngày càngtăng cao cho nên sự ứng dụng khoa học kĩ thuật trong các khâu sản xuất càngphải phát triển hơn, Đặc biệt trong khâu đóng gói sản phầm càng cần sự chấtlượng để mang lại uy tín cho khách hàng tiêu dùng

1.4 Nêu yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống

- Thiết kế mô hình điều khiển băng truyền cho hệ thống với nhà máysản xuất với quy mô nhỏ

 Hệ thống gồm 2 hệ thống băng truyền , mỗi băng truyền dài 4m vàrộng 0.5m

 Băng truyền thùng có thể chứa tối đa 3 thùng, băng truyền mì gói cóthể chứa khoảng 15 gói

 Các băng truyền đặt chênh nhau khoảng 0.4m

6

 Có 2 động cơ ở 2 đầu băng truyền để kéo băng truyền

- Quá trình điều khiển được đặt ở chế độ vận hành bằng tay

- Hệ thống tự động làm việc khi ấn nút start và dừng khi ấn nút stop

- Sau khi cảm biến gói mì đọc được 30 tín hiệu thì dừng 1 thời gian đểcảm biến thùng làm việc

- Cảm biến nhiệt độ làm việc trong dải nhiệt cho phép

Chương 2 : Lưu đồ thuật toán 2.1 Sơ đồ tổng quan về hệ thống

8

2.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán

2.3.1 Thao tác chọn lựa (decision)

Thao tác chọn lựa được biểu diễn bằng một hình thoi, bên trong chứa biểuthức điều kiện

2.3.2 Thao tác xử lý (process)

Thao tác xử lý được biểu diễn bằng một hình chữ nhật, bên trong chứa nộidung xử lý

2.3.3.Ðường đi (route)

Khi dùng ngôn ngữ tự nhiên, ta mặc định hiểu rằng quá trình thực hiện sẽlần lượt đi từ bước trước đến bước sau (trừ khi có yêu cầu nhảy sang bướckhác) Trong ngôn ngữ lưu đồ, do thể hiện các bước bằng hình vẽ và có thể đặtcác hình vẽ này ở vị trí bất kỳ nên ta phải có phương pháp để thể hiện trình tựthực hiện các thao tác

Hai bước kế tiếp nhau được nối bằng một cung, trên cung có mũi tên đểchỉ hướng thực hiện Chẳng hạn trong hình dưới, trình tự thực hiện sẽ là B1, B2,B3

Từ thao tác chọn lựa có thể có đến hai hướng đi, một hướng ứng với điềukiện thỏa và một hướng ứng với điều kiện không thỏa Do vậy, ta dùng hai cungxuất phát từ các đỉnh hình thoi, trên mỗi cung có ký hiệu Ð/Ðúng/Y/Yes để chỉhướng đi ứng với điều kiện thỏa và ký hiệu S/Sai/N/No để chỉ hướng đi ứng vớiđiều kiện không thỏa

10

2.3.4 Ðiểm cuối (terminator)

Ðiểm cuối là điểm khởi đầu và kết thúc của thuật toán, được biểu diễnbằng hình ovan, bên trong có ghi chữ bắt đầu/start/begin hoặc kết thúc/end.Ðiểm cuối chỉ có cung đi ra (điểm khởi đầu) hoặc cung đi vào (điểm kết thúc).Xem lưu đồ thuật toán giải phương trình bậc hai ở trên để thấy cách sử dụng củađiểm cuối

2.3.5 Ðiểm nối (connector)

Ðiểm nối được dùng để nối các phần khác nhau của một lưu đồ lại với nhau Bên trong điểm nối, ta đặt một ký hiệu để biết sự liên hệ giữa các điểm nối

2.3.6 Ðiểm nối sang trang (off-page connector)

Tương tự như điểm nối, nhưng điểm nối sang trang được dùng khi lưu đồquá lớn, phải vẽ trên nhiều trang Bên trong điểm nối sang trang ta cũng đặt một

ký hiệu để biết được sự liên hệ giữa điểm nối của các trang

Ở trên chỉ là các ký hiệu cơ bản và thường được dùng nhất Trong thực tế,lưu đồ còn có nhiều ký hiệu khác nhưng thường chỉ dùng trong những lưu đồlớn và phức tạp Ðối với các thuật toán trong cuốn sách này, ta chỉ cần sử dụngcác ký hiệu trên là đủ

12

Chương 3 : Thiết kế bộ điều khiển 3.1 Phần cứng

+Cảm biến quang dạng thu và phát rời:

Là cảm biến gồm hai bộ phát và thu được tách rời ra riêng biệt Các thiết

bị chuyển mạch quang điện vận hành theo kiểu truyền phát, vật thể cần phát hiện

sẽ chắn chùm ánh sáng (thường là bức xạ hồng ngoại) không cho chúng chiếutới thiết bị dò

Hình 2.2 Cảm biến quang thu phát rời

+Cảm biến quang dạng thu và phát chung:

Là cảm biến gồm hai phần phát và thu được gộp chung thành một khối.Các thiết bị chuyển mạch quang điện vận hành theo kiểu phản xạ, vật thể cầnphát hiện sẽ phản chiếu chùm ánh sáng lên thiế bị dò

Hình 2.3 Cảm biến quang thu phát chung

Trong cả hai loại trên, cực phát xạ thông thường là Diode phát quang(LED)

Thiết bị dò bức xạ có thể là Transistor quang, thường là hai Transistorđược gọi là cặp Darlington Cặp Darlington làm tăng độ nhạy của thiết bị Tuỳtheo mạch được sử dung đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch đến mứcthấp khi ánh sáng đến Transistor.

Khoảng cách phát hiện vật thể tùy vào từng chủng loại Có những loại chỉphát hiện được vật thể trong phạm vi nhỏ từ 20mm-160mm như series E3Z-LScủa OMRON.Nhưng cũng có nhứng series phát hiện vật thể từ khoảng cách 30mnhư E3Z-T62, E3Z-T82 của OMRON…

Cảm biến quang là một trong những công nghệ chủ chốt của OMRON

và là nhóm sản phẩm phong phú nhất trong các loại thiết bị tự động củaOMRON

Cảm biến quang có 4 chế độ hoạt động cơ bản:

Chế độ thu phát

Chế độ phản xạ (gương)

Chế độ phản xạ khuếch tán

Chế độ chống ảnh hưởng của nền

Cảm biến dạng thu phát có bộ phát và thu sáng tách riêng Bộ phát

truyền ánh sáng đi và bộ thu nhận ánh sáng Nếu có vật thể chắn nguồn sánggiữa hai phần này thì sẽ có tín hiệu ra của cảm biến

Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành phần chính:

Hình 2.4 Cấu trúc cảm biến quang

1 Bộ Phát sáng

2 Bộ Thu sáng

3 Mạch xử lý tín hiệu ra

14

Bộ thu sáng

Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang) Bộphận này cảm nhận ánh sáng và chuyển thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay nhiềuloại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên môn ASIC(Application Specific Integrated Circuit)

Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chứcnăng vào một vi mạch (IC) Tất cả các dòng cảm biến quang Omron ra mắt gầnđây (như E3Z, E3T, E3F2) đều sử dụng ASIC

Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợpcủa loại thu - phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợpphản xạ khuếch tán)

Mạch tín hiệu ra

Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analog) từ tranzito quang/ASIC thànhtín hiệu On/Off được khuếch đại Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mứcngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt

Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùngtín hiệu ra là tiếp điểm rơ le vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủyếu dùng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN)

Cách mắc cảm biến quang:

Cảm biến quang thường có 3 đầu dây ra tương ứng với 3 màu đen, nâu vàxanh Dây màu nâu được nối với +24V còn dây màu xanh nối với 0V để làmnguồn nuôi cảm biến và dây màu đen nối là đầu xuất tín hiệu ra của cảm biếnnối với bộ điều khiển

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang.

Sử dụng cảm biến quang làm nhiệm vụ nhận biết sản phẩm lỗi để đưa tínhiệu đến bộ điều khiển trung tâm

Nguyên tắc làm việc của cảm biến quang: Được giải thích theo nguyên lýhiện tượng quang điện tức là khi chiếu ánh sáng có năng lượng thích hợp vàoKatốt sẽ làm điện tử thoát khỏi Katốt và bị Anốt hút tạo thành dòng điện (với tếbào quang điện) Và với quang trở là khi chiếu ánh sáng vào, điện tử nhận đượcnăng lượng nên sẽ thoát khỏi sức hút hạt nhân trở thành điện tử tự do nên quangtrở có khả năng dẫn điện

Nguyên lý được thể hiện theo hình vẽ sau:

Hình3.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

Theo hình thì rơle có hai đầu nối vào cuộn hút, một đầu đã được đấu vớidương nguồn và đầu còn lại thì được đấu nối tiếp với một quang trở và xuốngđất khi quang trở này không nhận được ánh sáng thì điện trở là lớn vô cùng nênmạch không được nối kín cuộn hút của rơle sẽ không làm việc khi quang trởnhận được ánh sáng thì lúc này điện trở tại quang trở là nhỏ vô cùng mạch đãđược nối kín lúc này cuộn làm việc sinh ra từ trường làm đóng tiếp điểm

16

Trong bài sử dụng cảm biến quang của Omron loại E3F-DS10C4 có các

tính năng và đặc điểm như sau:

Cảm biến E3F-DS10C4

Đây là loại cảm biến được tích hợp cả bộ thu và phát, ánh sáng được phản

xạ bởi bộ thu và phát từ đó đưa tín hiệu nhận biết này đến bộ điều khiển trungtâm để xử lý Bộ chuyển đổi quang điện điều khiển bằng tia hồng ngoại, như làmột cảm biến sử dụng phương pháp tiếp cận Nguyên lý thu nhận của cảm biếnnhư hình

Hình 3.4 Nguyên lý của bộ thu phát

+ Kích thước : 18 x 69mm /(D*L)+ Trọng lượng : 60g

- Khoảng cách phát hiện ngắn tối đa là 30m.

II Cảm biến nhiệt độ

Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấucủa cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó Nhưthế một yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt

độ cảm nhận của cảm biến” Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà các bạntrông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vàoviệc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt )

+ Phân loại cảm biến nhiệt độ

- Cặp nhiệt điện ( Thermocouple )

- Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector )

- Thermistor

- Bán dẫn ( Diode, IC ,….)

- Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ) Dùng hồng ngoại hay lazer

a Cặp nhiệt điện ( Thermocouples )

- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV)

- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao

- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng 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 <1400 D.C

20

- Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng( hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ) Khi có sựchênh 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 cặpnhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T Các bạnlưu ý điều này để chọn đầu dò và bộ điều khiển cho thích hợp

- Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tốdẫn đến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừcho nó ( offset trên bộ điều khiển )

Lưu ý khi sử dụng:

- Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý làkhông nên nối thêm dây ( vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều ).Cọng dây của cảm biến nên để thông thoáng ( đừng cho cọng dây này dính vàomôi trường đo ) Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị

- Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm và dương ) do vậy cầnchú ý kí hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng

Hình cặp nhiệt điện

b ( Thermocouples ).

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

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

- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao

- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng 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

Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa haiđầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tínhtrong một khoảng nhiệt độ nhất định.Phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt,được làm từ Platinum Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạycao, dải nhiệt đo được dài Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm tại 0D.C Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao

- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây

Lưu ý khi sử dụng:

- Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số

- Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple Chúng ta

có thể nối thêm dây cho loại cảm biến này ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chốngnhiễu ) và có thể đo test bằng VOM được

- Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây

22

Cảm biến dạng NTD

c Thermistor

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

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

- Ưu điểm: Bền, 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 tử

- Tầm đo: 50

Cấu tạo Thermistor

- Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid Các bột này được hòatrộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độcao Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi

- Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệtđộ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng nhất là loạiNTC

- Thermistor chỉ tuyển tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C dovậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt Chỉ sử dụng trong các mụcđích bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít Cái Block lạnh nàocũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ.

Lưu ý khi sử 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 thể test dễdàng với đồng hồ VOM

- Nên ép chặt vào bề mặt cần đo

- Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ

- Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây

1 Hình Thermistor

d Bán dẫn

- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn

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

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

- 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

- Tầm đo: -50 <150 D.C

24

Cấu tạo bán dẫnCảm biến nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ nhữngchất bán dẫn Có các loại như Diode, Transistor, IC Nguyên lý của chúng là dựatrên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường Ngàynay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loạicảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chốngnhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản, rẽ tiền,….

Ta dễ dàng bắt gặp các cảm biến loại này dưới dạng diode ( hình dángtương tự Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45 Nguyên lý của chúng

là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi Điện áp này được phân áp từ mộtđiện áp chuẩn có trong mạch

IC Cảm biến nhiệt LM35 và cảm biến nhiệt độ dạng Diode ần đây có cho rađời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C (

DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”

IC Cảm biến nhiệt độ DS18B20

Lưu ý khi sử dụng:

- Vì được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫnkém bền, không chịu nhiệt độ cao Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏngcảm biến

- Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ 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 loạicảm biến này để đạt được sự chính xác

- Loại cảm biếnnày kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt:

Ẩm cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh

e Nhiệt kế 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 điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môitrường đo

- Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền

- Tầm đo: -54 <1000 D.F

Cấu tạo hỏa kế

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

độ của những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúcđược ( lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến)

26

- Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc.Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức

xạ năng lượng Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định Hỏa kế sẽthu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo

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 hỏa kế đo ở khoảng nhiệt độ cao Và vì đặc điểm không tiếp xúctrực tiếp với vật cần đo nên mức độ chính xác của hỏa kế không cao, chịu nhiềuảnh hưởng của môi trường xung quanh (góc độ đo, rung tay, ánh sáng môitrường )

3.1.2 Lựa chọn thiết bị của bộ điều khiển

Bộ điều khiển khả trình PLC (Progammable Logic Control) là loại thiết bịcho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngônngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện các thuật toán đó bằng các mạch số Do

có chương trình điều khiển bên trong nên PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏgọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặc biệt là dễ dàng trao đổi thông tin với môitrường xung quanh

PLC được hình thành từ nhóm các kĩ sư hãng General Motor năm 1968với ý tưởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển với các tính năng sau:

Lâp trình đơn giản, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

Dễ dàng sửa chữa và thay thế

Có độ ổn định cao trong môi trường công nghiệp

Sau đó, PLC ngày càng được hoàn thiện hơn và ngày nay trở thành mộtthiết bị điều khiển không thể thiếu trong hầu hết các ngành công nghiệp sản xuấtnông nghiệp, thiết bị y tế hay các ngành công nghệ khác…

+ Vai trò của PLC.

Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được coi như là trái tim của

hệ thống điều khiển Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ ở bêntrong bộ nhớ PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm:

kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập, dựa vào chương trình logic để xử

lý tín hiệu và mang các thiết bị điều khiển ra thiết bị xuất

PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp.Hoặc ta có thể hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điềukhiển một quá trình phức tạp

+ Ưu – nhược điểm của PLC.

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiểncũng như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưuđiểm như sau:

- Giảm 80% số lượng dây nối

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa đượcnhanh chóng và dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính,màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt cácthiết bị vào, ra

- Số lượng rơle và timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển

- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh dẫn đến tăngcao tốc độ sản xuất

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuậntiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phứctạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nốimạng, các Module mở rộng

28