ĐO, ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ LÒ BẰNG S7 200. ........................................................................................................................................................................................................................................................................
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐO,ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ LÒ Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THU HÀ Sinh viên thực : LA VĂN LÂM PHẠM VĂN DŨNG 297 TRỊNH XUÂN HUY HOÀNG ĐÌNH QUANG NGUYỄN VĂN VINH BÙI SỸ QUANG Nhóm : GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Lời nói đầu chúng em xin chân thành cám ơn cô giáo môn kỹ thuật lập trình PLC “Nguyễn Thu Hà” thầy cô môn Đo lường điều khiển hướng dẫn chúng em hoàn thành xong đề tài Do kiến thức hạn chế nên nhiều chỗ thiếu sót Vậy nên chúng em mong góp ý thầy cô để đề tài chúng em hoàn thiện GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CHƯƠNG 1.1 KHOA ĐIỆN CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mục đích đề tài Hiện công ty, xí nghiệp Việt Nam tiến hành lắp đặt cải tạo trang thiết bị có công nghệ tiên tiến vào trình điều khiển hệ thống tự động Bên cạnh phải quan tâm đến tính kinh tế kỹ thuật thiết bị đưa vào hoạt động nhằm đạt hiệu cao Trong trình tìm hiểu chúng em thấy PLC thiết bị có nhiều chức ứng dụng nhiều công nghiệp đặc biệt việc điều khiển tự động Vì chúng em chọn đề tài: Ứng dụng PLC S7-200 đo, điều khiển cảnh báo 1.2 nhiệt độ lò với dải đo [0 – 1200]oC Phương pháp đo Với đại lượng nhiệt Chúng ta có phương pháp đo tiếp xúc không tiếp xúc: 1.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc a Cặp nhiệt điện trở - Cấu tạo: gồm chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính đầu - Ưu điểm: bền, đo nhiệt độ cao - Khuyết điểm: nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số độ nhạy không cao - Thường dung: lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, … - Dải đo: -100oC đến 1400oC - Nguyên lý: nhiệt độ thay đổi cho sức điện động thay đổi (mV) GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Gồm dây kim loại khác hàn dính đầu gọi đầu nóng (đầu đo), đầu lại đầu lạnh (đầu chuẩn) có chênh lệch nhiệt độ đầu đo đầu chuẩn xinh sức điện động V đầu lạnh Một vấn đề đặt phải ổn định đầu chuẩn, điều tùy thuộc lớn vào chất liệu có chủng loại cặp nhiệt độ, loại có sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T Tùy vào ứng dụng mà ta chọn đầu dò điều khiển thích hợp Lưu ý: + dây cặp nhiệt điện không dài để nối đến điều khiển, yếu tố dẫn đến không xác chỗ này, ta phải bù trừ cho (offset điều khiển) + Không nối thêm dây (vì tín hiệu cho mV nối bị sai lệch nhiều) + tín hiệu cho điện áp (có cực âm dương) cần ý kí hiệu để lắp đặt vào khuếch đại cho b Nhiệt kế nhiệt điện trở - Cấu tạo: làm tự hỗn hợp oxit kim loại: mangan, niken, coban, … - Ưu điểm: bền, rẻ tiền, dễ chế tạo - Khuyết điểm: dãy tuyến tính hẹp - Thường dùng: làm chức bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch - - điện tử Dải đo: 50oC đến 150oC Nguyên lý: thay đổi điện trở nhiệt độ thay đổi Có loại nhiệt điện trở: + hệ số nhiệt dương PTC: điện trở tăng theo nhiệt độ + hệ số nhiệt âm NTC: điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng loại NTC Nhiệt điện trở tuyền tính khoảng nhiệt độ định 50 oC đến 150oC nên dùng để làm cảm biến đo nhiệt sử dụng mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt c Nhiệt kế bán dẫn - Cấu tạo: làm từ loại chất bán dẫn - Ưu điểm: rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý - đơn giản Khuyết điểm: không chịu nhiệt độ cao, bền GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - Thường dùng: đo nhiệt độ không khí, dùng thiết bị đo, bảo vệ - mạch điện tử Dải đo: -50oC đến 150oC Nguyên lý: phân cực chất bán dẫn tuyến tính với nhiệt độ môi trường 1.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc - Nhiệt kế xạ (hỏa kế) + cấu tạo: làm từ mạch điện tử, quang học + ưu điểm: dùng môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo + khuyết điểm: độ xác không cao, đắt tiền + thường dùng: làm thiết bị đo cho lò nung + dải đo: -54oF đến 1000oF + nguyên lý: đo tính chất xạ lượng môi trường mang nhiệt 1.3 Tìm hiểu loại PLC S7-200 1.3.1 Khái quát loại PLC S7-200 PLC (viết tắt programble logic controller) thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thong qua ngôn ngữ lập trình Như với chương trình điều khiển PLC trở thành điều khiển số nhỏ gọn dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển trao đổi thong tin với môi trường bên (PLC khác máy tính) S7-200 thiết bị điều khiển logic khả trình Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc kiểu module module mở rộng module sử dụng với mục đích khác Toàn nội dung chương trình lưu nhớ PLC, trường hợp dung lượng nhớ không đủ ta sử dụng nhớ để lưu trữ chương trình liệu dòng PLC S7-200 có loại 21X (loại cũ) 22X (loại mới), họ 21X không sản xuất họ 21X có đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP,216; họ 22X có đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM • Thông số đặc điểm kỹ thuật series 22X: Các thông số CPU 221 CPU222 CPU224 CPU22 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Bộ nhớ chương trình (bytes) Bộ nhớ liệu (bytes) Thời gian lưu trữ liệu sau nguồn (giờ) Số cổng vào/ra logic Số module mở rộng Đầu xung (DC) at 20kHz Chế độ ngắt, xử lý ngắt Bộ điều chỉnh tương tự Số timer Độ phân giải 1ms/10ms/100ms Số đếm (tiến-lùi) KHOA ĐIỆN 4096 2048 50 4096 2048 50 8192 5120 190 8192 5120 190 6/4 có 256 2/8/246 256 8/6 2 có 256 2/8/246 256 14/10 có 256 2/8/246 256 24/16 có 256 2/8/246 256 1.3.2 Cấu trúc phần cứng S7-200 Hình dáng cấu trúc bên a Các đầu vào/ra số: - Đầu vào (Ix.x): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor… với điện áp tiêu - chuẩn 24VDC Đầu (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với điện áp 24VDC/220VAC (tùy theo CPU) - Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC (tùy theo loại CPU) b Đèn trạng thái - Đèn RUN (màu xanh): báo PLC chế độ làm việc thực - chương trình nạp vào nhớ chương trình Đèn STOP (màu vàng): báo PLC chế độ dừng không thực - chương trình, đầu trạng thái “OFF” Đèn SF/DIAG (màu đỏ): báo hệ thống bị hỏng tức lỗi phần cứng hệ điều hành - Đèn Ix.x (màu xanh): báo trạng thái đầu vào số (ON/OFF) - Đèn Qx.x (màu xanh): báo trạng thái đầu số (ON/OFF) c Cổng truyền thông - Cổng truyền thông nối tiếp RS485:giao tiếp với PC,PG,mạng biến tần,… - Cổng cho module mở rộng: kết nối với module mở rộng d Vít chỉnh tương tự Mỗi PLC có từ đến vít chỉnh tương tự xoay 2700 để thay đổi giá trị vùng nhớ biến chương trình Cấu trúc phần cứng Cấu trúc phần cứng PLC gồm có module sau: - Mudule nguồn - Module đầu vào - Module đầu - Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU) - Module nhớ GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - KHOA ĐIỆN Module quản lý phối ghép vào Khối ngõ vào Bộ nguồn Đơn vị xử lý trung tâm Quản lý ghép nối Bộ nhớ Khối ngõ Mô hình tổng quát PLC 1.3.3 Cấu trúc nhớ Bộ nhớ PLC S7-200 chia thành vùng hầu hết đọc ghi trừ vùng nhớ đặc biệt (SM) truy cập để đọc Bảng tính vùng nhớ S7-200 Tên gọi Chức Đọc/ghi Vùng chương trình EEPROM Vùng tham số EEPROM Vùng liệu EEPROM Lưu trữ lệnh CT Lưu trữ thông số Có Thông tin sau nguồn Không Có Không Lưu trữ kết phép tính, số, tạo đệm Các Timer, Counter, cổng vào/ra Có Chỉ phần Có Mất liệu Vùng đối tượng a Vùng nhớ chương trình Vùng nhớ chương trình gồm khối chính: - OB1: chứa chương trình chính, lệnh khối quét - vòng quét SUBROUTIN: chứa chương trình con, tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi liệu, chương trình thực - có lệnh gọi từ chương trình INTERRUPT: miền chứa chương trình ngắt, tổ chức thành hàm có khả trao đổi liệu với khối chương trình khác.chương trình thực có kiện ngắt xảy b Vùng nhớ liệu GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Vùng nhớ liệu vùng nhớ động Nó truy cập theo bit, byte, từ đơn (word) hay từ kép (double word) vùng liệu chia thành vùng sau: - V: vùng nhớ biến - I: vùng đệm đầu vào - Q: vùng đệm đầu - M: vùng nhớ cho bit nội - SM: vùng nhớ đặc biệt theo bit Cách thức truy cập địa vùng nhớ liệu: • Cách truy cập: - Truy cập theo bit: tên miền ( ) địa byte ( ).( ) số bit Ví dụ: V10.4 bit byte 10 thuộc miền nhớ V - Truy cập theo byte: tên miền ( ) B ( ) địa byte miền Ví dụ: VB155 byte 15 miền nhớ V - Truy cập theo từ (word): tên miền ( ) W ( ) địa byte cao từ Ví dụ: VW150: miền V 150 – địa byte cao -151 – địa byte thấp - Truy cập theo từ kép (D.Word): tên miền ( ) D ( ) địa byte cao Ví dụ: VD150: miền V; 150 – địa byte cao nhất; 151,152,153 – địa - byte tiệp theo Truy cập qua trỏ: Mỗi trỏ gồm byte, định nghĩa vùng V ghi AC1, AC2, AC3 Con trỏ chứa địa byte: Con trỏ địa cần truy cập VD100 =&VW150 AC1 =&VB150 AC1 =&VD150 c Vùng đối tượng Vùng đối tượng dùng để lưu giữ liệu cho đối tượng lập trình gồm: Các giá trị tức tời; giá trị đặt đếm, timer Mô tả Timer (đọc/ghi) Bộ đếm (counter) (đọc/ghi) Bộ đệm cổng vào tương tự (chỉ đọc) Bộ đệm cổng tương tự (chỉ ghi) Thanh ghi Accumalator CPU221 T0 to T255 CPU222 T0 to T255 CPU224 T0 to T255 CPU226 T0 to T255 C0 to C255 C0 to C255 C0 to C255 C0 to C255 AIW0 to AIW30 AIW0 to AIW62 AIW0 to AIW62 AQW0 to AQW30 AQW0 to AQW62 AQW0 to AQW62 AC0 to AC3 AC0 to AC3 AC0 to AC3 AC0 to AC3 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI (đọc/ghi) Bộ đếm tốc độ cao HC0, HC3, HC4, HC5 KHOA ĐIỆN HC0, HC3, HC4, HC5 HC0, HC5 HC0, HC5 1.3.4 Ngôn ngữ lập trình Có dạng ngôn ngữ lập trình là: - Phương pháp hình thang (LAD) - Phương pháp liệt kê lệnh (STL) - Phương pháp theo dạng liệu hình khối (DB) Trong đồ án chúng em sử dụng phương pháp hình thang (LAD) LAD ngôn ngữ lập trình đồ họa Những thành phần dùng LAD tương ứng với thành phần bảng điều khiển rơle Trong chương trình LAD phần tử dùng để biểu diễn lệnh logic sau: + Tiếp điểm thường mở: | | + Tiếp điểm thường đóng: | | + Cuộn dây rơ le: ( ) + Hộp (box): biểu tượng mô tả cá hàm khác nhau, làm việc có dòng điện chạy đến hộp dạng hàm thường biểu diễn hộp thời gian (timer), đếm (counter) hàm toán học + mạng LAD: đường nối phần tử thnahf mạch hoàn thiện, từ đường nguồn bên trái sang dường nguồn bên phải đường nguồn bên trái dây nóng, cấp (đường nguồn bên phải thường không thực thể dùng chương trình tiện dụng STEP7-Micro/Dos Micro/win) • Các tập lệnh S7-200 a Lệnh bit |NOT| Trạng thái đảo bit | P| lấy sườn lên | N| lấy sườn xuống (S) Set bit (R) Reset bit b Các lệnh vào/ra Kí hiệu LAD n | | n | | n | ( ) Mô tả Toán hạng Tiếp điểm thường mở Sẽ đóng n = Tiếp điểm thường đóng mở n = Cuộn dây đầu trạng thái kích thích có dòng điều khiển qua n: I, Q, M, SM, T, C, V (bit) GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN c Các lệnh đại số logic với toán hạng bit • • Lệnh AND: n1 | | n2 | | n: X,Y, M, S, C, T Lệnh OR: n1 | | n: X,Y, M, S, C, T n2 | | d Các lệnh điều khiển Timer Timer tạo thời gian trễ giữ tín hiêụ vào tín hiệu ra, nên gọi khâu trễ; • - Có loại timer: Timer tạo thời gian trễ nhớ (ON-Delay Timer) – kí hiệu: TON Timer tạo thời gian trễ có nhớ (retentive ON-Delay Timer) – kí hiệu: TONR • Các loại timer Lệnh loại Timer Độ phân giải TON 1ms 10ms TONR Giá trị cực đại 32,767s 327,67s 100ms 3276,7s 1ms 10ms 32,767 327,67 100ms 3276,7 CPU224 T32, T96 T33 to T36 T97 to T100 T37 to T63 T101 to T255 T0, T64 T1 to T4 T65 to T68 T5 to T31 T69 to T95 • - Tính chất Timer: Có cổng vào với tín hiệu vào logic kí hiệu x(t) Giá trị đếm tức thời Timer: khoảng thời gian trễ kể từ T - kích nhớ ghi T-word dài byte Giá trị đặt trước (kí hiệu: PT): so sánh với giá trị đếm tức thời Bit trạng thái đầu (kí hiệu: T-bit): thị trạng thái đầu nội dung - T-bit phụ thuộc vào kết so sánh PT với giá trị tức thời Khi cửa vào có x(t) =1: giá trị đếm tức thời tăng lien tục đến giá trị • cực đại; giá trị đếm tức thời = PT, T-bit = Cú pháp khai báo sử dụng Timer LAD: 10 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Hình 2.3: Đặc tính Modul Analog EM 235 + Switch chọn độ phân giải Hình 2.4: Switch chọn độ phân giải + Điện áp vào : từ đến 10V chế độ đơn cực, từ -10 đến 10V chế độ lưỡng cực • Thông số ngõ vào : + Dòng điện, điện áp ngõ vào : điện áp tối đa 30V độ phân giải 12bit, dòng điện tối đa 30mA độ phân giải 12bit • Thông số ngõ : + Điện áp : từ -10 đến 10V phân giải 12 bits + Dòng điện : từ - 20mA độ phân giải 11 bits - Lưu ý : Độ phân giải : 5µA hay từ 12,5 µA đến mA, giá trị ngõ vào - 32000 đến 32000 hay từ đến 32000 + Switch chọn điện áp dòng điện ngõ vào module EM 235: Không đảo dấu SW1 SW2 SW3 SW4 Giới hạn dãy điện áp vào SW5 Độ phân giải SW6 21 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ON OFF ON OFF ON ON OFF SW1 ON OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF ON OFF OFF ON SW2 OFF ON OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF ON ON OFF OFF OFF OFF OFF Đảo dấu SW3 SW4 OFF ON OFF ON ON ON OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF ON OFF KHOA ĐIỆN OFF OFF ON ON OFF OFF OFF ON ON ON ON ON ON ON to 50 mV to 100 mV to 500 mV to V to V to 20 mA to 10 V 12,5 µV 25 µV 125 µV 250 µV 1,25 mV µA 2,5 mV SW5 OFF OFF OFF ON ON ON OFF OFF OFF SW6 OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF ±25 mV ±50 mV ±100 mV ±250 mV ±500 mV ±1 V ±2,5 V ±5 V ±10 V 12,5 µV 25 µV 50 µV 125 µV 250 µV 500 µV 1,25 mV 2,5 mV mV + Switch chọn độ phân giải, độ lợi độ suy giảm cho ngõ vào module EM235: + Mạch liệu ngõ vào : 22 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Hình 2.5: Mạch liệu ngõ vào Tín hiệu tương tự đưa vào vào đầu vào A+, A-, B+, B-, C+, C-, sau qua lọc nhiễu, qua đệm, suy giảm, khuếch đại đưa đến khối chuyển đổi ADC, chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số 12 bit 12 bit liệu đặt bên word ngõ vào analog CPU sau: - Định dạng đầu vào liệu từ đơn module EM235 + Các bit liệu đặt bên word ngõ analog CPU sau: 23 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.1.2 KHOA ĐIỆN Thiết bị thu nhiệt độ lò Là dụng cụ chuyển đổi đại lượng nhiệt thành đại lượng vật lý khác điện, áp suất… Cảm biến nhiệt độ có khả nhận biết tín hiệu nhiệt độ cách xác chuyển đổi thành tín hiệu đo lường Cụ thể tập lớn chúng em sử dụng cặp nhiệt điện: Đây dụng cụ đo rộng rãi công nghiệp Hiệu ứng Thomson : qua dây dẫn có dòng điện I hiệu nhiệt dây dẫn T1 – T2 có hấp thụ - tỏa nhiệt Hiệu ứng peltier : dòng điện qua mối nối dây dẫn vị trí mối nối có hấp thụ hay tỏa nhiệt Hiệu ứng seebeck : dây dẫn có chênh lệch nhiệt độ điểm điểm xuất xuất điện động Hiệu ứng nhiệt điện hay hiệu ứng Peltier – Seebeck , chuyển nhiệt trực tiếp thành điện ngược lại số kết nối vật dẫn điện khác Kết nối thường gọi cặp nhiệt điện Cụ thể,chênh lệch nhiệt độ bên kết nối sinh hiệu điện bên kết nối ngược lại Hiêu ứng sở cho số ứng dụng số máy lạnh máy phát điện, phận chuyển động Nguyên tắc, cấu tạo cặp nhiệt điện dựa sở thực nghiệm Khi nung nóng dây kim loại hay đoạn dây, tập trung điện tử tự có xu hướng khuếch đại từ nơi tập trung nhiều đến nơi tập trung Có nghĩa từ đầu nóng (+) sang (-) ( hiệu ứng seebeck) đoạn dây xuất suất điện động Thomson phụ thuộc vào chất kim loại Cấu tạo: cặp nhiệt điện cấu tạo sợi kim loại khác nhau, bao gồm đầu, mối nối, đầu giữ nhiệt độ chuẩn gọi đầu ra, đầu lại tiếp xúc với đối tượng đo.Cặp nhiệt 24 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN điện có cực âm cực dương đánh dấu mầu đo tùy theo vật liệu chế tạo, cặp nhiệt điện phân loại thành loại sau: Loại J: kết hợp sắt constantan sắt cực dương, • constantan cực âm Hệ số seebeck 52 µV/ ºC 20 ºC • Loại T : kết hợp đồng với constantan đồng cực dương, constantan cực âm Hệ số seebeck 43 µV/ ºC 20 ºC • Loại K : kết hợp chromel (+) (hợp kim Ni-Cr) alumel (-) (hợp kim Ni-Al) Hệ số seebeck 40 µV/ ºC 20 ºC • Loại E: kết hợp chromel (+) (Hợp kim Cu-Ni) constantan (-) Hệ số seebeck 68 µV/ ºC 20 ºC • Loại S,R,B : dùng hợp kip platinum Rhodium Hệ số seebeck 10 µV/ ºC 20 ºC Hình 2.6 : đường đặc tính loại cặp nhiệt điện • Cách sử dụng: Cặp nhiệt điện cần có vỏ bảo vệ, tránh tác nhân bên Đặt nơi thích hợp nhiệt không phân bố • Vị trí lắp đặt: tránh nơi có từ trường điện trường mạnh • Để cặp nhiệt thẳng đứng để phòng ống bảo vệ bị biến dạng nhiệt độ cao Dựa vào biểu đồ trên,ta sử dụng cặp nhiệt kế K để phù hợp với tập 25 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ( dải đo từ - 1200 ºC Dải điện áp từ – 55mV) Ta có công thức điện áp cảm biến là: U= S( -) S độ nhạy cảm biến S = 40µV/ ºC 20 ºC nhiệt độ cần đo nhiệt độ môi trường Do tín hiệu cảm biến phụ thuộc vào tín hiệu đo nhiệt độ môi trường nên cần có biện pháp khử giá trị môi trường Mặt khác, điện áp thay đổi lượng nhỏ nhiệt độ thiết bị thay đổi từ - 1200ºC nên phải đưa qua khuếch đại điện áp trước đưa vào ngõ analog PLC Cụ thể, ta sử dụng mạch đơn giản để khuếch đại điện áp phụ thuộc vào giá trị R1 R2 a Bộ khuếch đại không đảo Vin Vout R1 R2 Vout = Vin ( ) • Tính toán đại lượng cần đo: Điện áp đầu cảm biến 12000C là: 40x10-6(1200 - 20) = 47,2.10-3 V b Sử dụng module analog EM235 với dải đo đầu vào đơn cực -10V Bật switch bảng qua module analog EM235 SW1 OFF SW2 ON SW3 OFF SW4 OFF SW5 OFF 26 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 SW6 ON ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Hình 2.7 : Biến đổi tín hiệu module analog Tương tự với giá trị nhiệt độ 12000C ta chọn giá trị điện áp 10V 10 = 47,2.10-3( ) = 210,86 Chọn R1 = 1k R2 k Khi thay đổi nhiệt độ từ - 12000C điện áp đầu thay đổi từ – 10V • Trong đề tài với dải đo – 12000C, chúng em chọn dải nhiệt độ ổn định 2000 – 10000C, dải nhiệt độ ổn định hệ thống cảnh báo - 2000C: điện áp đầu vào analog là: Vin = = 1,67 V tín hiệu số module analog đọc là: 5471 - 10000C: điện áp đầu vào analog là: Vin = = 8,33 V tín hiệu số module analog đọc là: 27289 Để chuyển đổi tín hiệu điện cảm biến sang tín hiệu số PLC module EM235 sử dụng lệnh “MOV-W” chuyển đổi 2.1.3 van điều chỉnh (nhiệt độ) SPV - Chọn van điện tử sử dụng rộng rãi công nghiệp, đóng mở cung cấp nhiên liệu cho lò 27 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - KHOA ĐIỆN Cấu tạo van gồm phần: + Lò xo + Cuộn dây + Van điện tử - Nguyên lý hoạt động: điều kiện bình thường cuộn dây cung cấp kéo van điện tử đóng kín cửa nạp ngắt điện khỏi nguồn (cuộn dây), từ trường bị nhờ lực đàn hồi lò xo van điện tử đẩy lên trạng thái mở Tùy thuộc vào thời gian đóng ngắt điện mà van điện tử mở lâu hay nhanh, PLC điều chỉnh nhiệt độ lò 2.1.4 Thiết bị giao tiếp máy tính - Đa số thiết bị ngày giao tiếp với máy tính tính máy tính Do đó, mạch điều khiển trang bị để có khả Mặc dù có yêu cầu bắt buộc nạp chương trình điều khiển từ máy tính xa trao đổi với máy tính thông số trình điều khiển, trạng thái mạch - điều khiển máy tính… Để kết nối với máy tính ta kết nối sau: Đối với S7-200 + Dùng MDI card nối thẳng + Qua cổng RS-232 cần có chuyển đổi PC/PPI KS232/RS485 Trong đề tài chúng em sử dụng qua cổng RS-232 - Sơ lược chuẩn RS-232: Trong kỹ thuật truyền liệu hệ thống với nhau, người ta phân cách truyền: song song hay nối tiếp Nhưng cách truyền song song dễ bị nhiễm tác động nên truyền xa được, sử dụng Truyền liệu nối tiếp có loại: đồng không đồng Trong cách đồng dãy ký tự truyền kèm theo ký tự đồng SYN (mã ASC II 22) Phương thức cho tốc độ truyền khác cao mạch xử lí truyền nhận phức tạp nên ứng 28 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN dụng cho yêu cầu truyền tốc độ cao Còn thông thường, đặc biệt lĩnh vực điều khiển tự động, không yêu cầu tốc độ mà yêu cầu xác tin cậy đơn giản, chi phí thấp Theo cách truyền liệu liệu truyền riêng rẽ, phân làm phần có bit bắt đầu, bit liệu kí tự cần truyền, bit chẵn lẻ bit kết thúc Trạng thái đánh dấu: khoảng thời gian kiệu truyền Trong suốt thời gian này, thiết bị phát giữ đường truyền mức cao + Bit bắt đầu: bit thấp cho biết việc truyền liệu bắt đầu + Các bit kí tự: dòng liệu gồm 5, 6, hay bit mã hóa ký tự đường truyền bit chẵn lẻ bit tùy chọn phát để kiểm tra lỗi truyền liệu + bit kết thúc: hay nhiều bit cao chèn dòng truyền để báo việc kết thúc ký tự, cho bit thiết bị nhận có đủ thời gian chuẩn bị để sẵn sàng nhận lý tự • Có thể mô qua hình sau: 2.2 Hình 2.8:Địa cổng RS232 sơ đồ nối ghép với máy tính Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán, sơ đồ đấu dây 2.2.1 Xây dựng sơ đồ khối Cảm biến Lò nhiệt van Bộ khuếch đại 29 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Module analog KHOA ĐIỆN PLC điều khiển Chương trình Hình 2.9: Sơ đồ khối - Khối điều khiển: thiết bị nhần tín hiệu, xử lý điều khiển - PLC s7-200 CPU 224 với module analog 235 Khối cảm biến: cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện trở loại K chuyên để - đo nhiệt độ lò với dải đo lên tới (-2700, 13720) Khối khuếch đại: đề tài chúng em dùng khuếch đại không đảo OA, tín hiệu từ cảm biến tín hiệu điện áp, sau xem xét thấy - tín hiệu nhỏ nên dùng khuếch đại cho dễ dàng việc tính toán Đối tượng cần đo, điều khiển: lò nhiệt có nhiệt độ từ – 12000C, nhận thấy giá trị vượt ngưỡng cho phép có tín hiệu cảnh báo thông qua khối giao tiếp người điều khiển đóng/mở van nhiên liệu - đề thay đổi nhiệt độ lò Khối giao tiếp: máy tính, thông qua máy tính người ta dễ dàng biết nhiệt độ lò điều khiển lò 30 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN dễ dàng Hình 2.10: Lưu đồ thuật toán 2.2.2 Sơ đồ đấu dây 31 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Hình 2.11: Sơ đồ đấu dây 2.3 Chương trình điều khiển a Bảng định địa Kí hiệu Start Stop Run TLA THA Địa I0.0 I0.1 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Chức Bật hệ thống Dừng hệ thống Đèn Báo hệ thống làm việc Đèn cảnh báo mức thấp Đèn cảnh báo mức cao Đèn báo trạng thái van Đèn báo trạng thái bình thường b Viết chương trình 32 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN 33 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN CHƯƠNG KẾT LUẬN 3.1 Kết nghiên cứu lí thuyết Do việc nghiên cứu lý thuyết chưa sâu, chưa đánh giá xác giá trị lựa chọn thiết bị sơ sài Trong trình làm máy móc nhiều phần lý thuyết mở rộng chưa đào sâu suy nghĩ Ví dụ mạch hiển thị thang đo giá trị chưa có, phần hiệu chỉnh đo hàm PID… Qua báo có lý thuyết PLC, chúng em tìm hiểu cảm biến nhiệt độ giá trị cao, module analog khuếch đại PLC S7-200 Trong báo cáo làm rõ quy trình thiết kế hệ thống sơ đồ nối dây … chưa chuyên sâu gặp nhiều vấn đề trong thuật toán chương trình 3.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm Được triển khai phần mềm mô S7-200 mức giá trị nhiệt độ đề cập thuật toán Tất dựa lý thuyết chưa có sở thực hành, giá trị, thang đo đề có giá trị dễ dàng thay đổi chưng trình PLC 34 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 [...]... tượng cần đo, điều khiển: là lò nhiệt có nhiệt độ từ 0 – 12000C, khi nhận thấy giá trị vượt ngưỡng cho phép thì có tín hiệu cảnh báo và thông qua khối giao tiếp người điều khiển có thế có thể đóng/mở van nhiên liệu - đề thay đổi nhiệt độ trong lò Khối giao tiếp: đó chính là máy tính, thông qua máy tính người ta có thể dễ dàng biết được nhiệt độ trong lò là bao nhiêu và có thể điều khiển lò 30 GVHD:NGUYỄN... khối Cảm biến Lò nhiệt van Bộ khuếch đại 29 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Module analog KHOA ĐIỆN PLC điều khiển Chương trình Hình 2.9: Sơ đồ khối - Khối điều khiển: đây là thiết bị nhần tín hiệu, xử lý điều khiển chính là - PLC s7-200 CPU 224 với module analog 235 Khối cảm biến: là cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện trở loại K chuyên để - đo nhiệt độ trong lò với dải đo... mV Lưu ý: Độ phân giải: 5µA hay từ 12,5 µV đến 5mV, giá trị ngõ vào -32000 đến 32000 hay từ 0 đến 32000 + Mạch ngõ vào của module EM 235 • - Hình 1.7: Mạch ngõ vào của module EM 235 Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG Từ yêu cầu đề tài: Ứng dụng PLC đo, iều khển và cảnh báo nhiệt độ lò với dải... là: U= S( -) S là độ nhạy của cảm biến S = 40µV/ ºC ở 20 ºC nhiệt độ cần đo nhiệt độ môi trường Do tín hiệu của cảm biến phụ thuộc vào tín hiệu đo và nhiệt độ môi trường nên cần có biện pháp khử giá trị môi trường Mặt khác, do điện áp thay đổi 1 lượng rất nhỏ khi nhiệt độ thiết bị thay đổi từ 0 - 1200ºC nên nó phải được đưa qua 1 bộ khuếch đại điện áp trước khi đưa vào ngõ analog của PLC Cụ thể, ta sử... cổng vào/ra của PLC - Để có thể đo , điều khiển nhiệt độ trong lò cần lắp thêm Modul mở rộng Modul Analog EM 235 Đặc tính của Modul Analog EM 235 + Có 4 ngõ vào là AIW0 , AIW2, AIW4 ,AIW6 và một ngõ ra AQW0 Ngõ vào và ngõ ra có thể thể hiện là điện áp hoặc dòng điện • 20 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Hình 2.3: Đặc tính của Modul Analog EM 235 + Switch chọn độ phân... Bộ điều khiển trung tâm: - Thiết bị điều khiển lập trình ( PLC – Programable controller ) là thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lí, sử dụng bộ nhớ lập trình được để 18 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN lưu trữ các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển các quá trình có thể mô tả các thiết bị như sau: Chương trình Tín hiệu ngõ vào PLC. .. analog Tương tự với giá trị nhiệt độ là 12000C ta chọn giá trị điện áp là 10V 10 = 47,2.10-3( ) = 210,86 Chọn R1 = 1k R2 k Khi thay đổi nhiệt độ từ 0 - 12000C thì điện áp đầu ra sẽ thay đổi từ 0 – 10V • Trong đề tài này với dải đo 0 – 12000C, chúng em chọn dải nhiệt độ ổn định là 2000 – 10000C, ngoài dải nhiệt độ ổn định này thì hệ thống sẽ cảnh báo - ở 2000C: điện áp đầu vào analog sẽ là: Vin =... V ±10 V 12,5 µV 25 µV 50 µV 125 µV 250 µV 500 µV 1,25 mV 2,5 mV 5 mV + Switch chọn độ phân giải, độ lợi và độ suy giảm cho ngõ vào module EM235: + Mạch dữ liệu ngõ vào : 22 GVHD:NGUYỄN THU HÀ LỚP ĐIỆN 5-K6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Hình 2.5: Mạch dữ liệu ngõ vào Tín hiệu tương tự được đưa vào vào các đầu vào A+, A-, B+, B-, C+, C-, sau đó qua các bộ lọc nhiễu, qua bộ đệm, bộ suy giảm, bộ... gồm 3 phần: + Lò xo + Cuộn dây + Van điện tử - Nguyên lý hoạt động: ở điều kiện bình thường cuộn dây cung cấp sẽ kéo van điện tử đóng kín cửa nạp khi ngắt điện khỏi nguồn (cuộn dây), từ trường bị mất đi nhờ lực đàn hồi của lò xo van điện tử được đẩy lên trạng thái mở Tùy thuộc vào thời gian đóng ngắt điện mà van điện tử mở lâu hay nhanh, do vậy PLC có thể điều chỉnh được nhiệt độ trong lò 2.1.4 Thiết... sự hấp thụ hay tỏa nhiệt Hiệu ứng seebeck : trong 1 dây dẫn bất kỳ khi có sự chênh lệch nhiệt độ tại 1 điểm thì ngay tại điểm đó xuất hiện 1 xuất điện động Hiệu ứng nhiệt điện hay hiệu ứng Peltier – Seebeck , là sự chuyển nhiệt năng trực tiếp thành điện năng và ngược lại trên 1 số kết nối vật dẫn điện khác nhau Kết nối này thường được gọi là cặp nhiệt điện Cụ thể,chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bên kết ... nghiệp đặc biệt việc điều khiển tự động Vì chúng em chọn đề tài: Ứng dụng PLC S7-200 đo, điều khiển cảnh báo 1.2 nhiệt độ lò với dải đo [0 – 1200]oC Phương pháp đo Với đại lượng nhiệt Chúng ta có... cần đo, điều khiển: lò nhiệt có nhiệt độ từ – 12000C, nhận thấy giá trị vượt ngưỡng cho phép có tín hiệu cảnh báo thông qua khối giao tiếp người điều khiển đóng/mở van nhiên liệu - đề thay đổi nhiệt. .. thích hợp cho ứng dụng khác module điều khiển vị trí, module truyền thông CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG Từ yêu cầu đề tài: Ứng dụng PLC đo, iều khển cảnh báo nhiệt độ lò với dải đo [0; 1200] Xây dựng