HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TỦ SẤY HOA QUẢ PLC

Ngày nay, lĩnh vực tự động hóa và tin học công nghệp là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ nhiều nhu cầu khác nhau của đời sống và được ứng dụng rất thành công đem lại hiệu quả công việc rất cao. Một trong những phương án tốt nhất và được sử dụng rộng rãi hiện nay là thay thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC. Vì vậy thiết kế, điều khiển, giám sát lò nhiệt sử dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC làm nâng cao năng suất, chất lượng của dây truyền sấy hoa quả là một điều tất yếu hiện nay.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT -0O0 -

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

3 Hướng phát triển của đề tài 2

4 Phương pháp thực hiện 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY HOA QUẢ 4

1.1 Các phương pháp sấy hoa quả 4

1.1.1 Phương pháp sấy tự nhiên 4

1.1.2 Lò sấy thủ công 5

1.1.3 Máy sấy vỉ ngang 5

1.1.4 Máy sấy kiểu sàn nghiêng 5

1.1.5 Máy sấy buồng 6

1.1.6 Máy sấy kiểu sàn 6

1.1.7 Máy sấy kiểu chớp 6

1.1.8 Máy sấy tháp 6

1.1.9 Máy sấy kiểu trống 7

1.1.10 Máy sấy rung 7

1.1.11 Máy sấy hạt kiểu sôi 7

1.1.12 Tủ sấy 7

1.2 Lò điện trở 8

1.2.1 Khái niệm chung về lò sấy điện trở 8

1.2.2 Nguyên lý làm việc của lò điện trở 9

1.2.3 Cấu tạo của lò điện trở 9

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC 14

2.1 Tổng quan về PLC 14

2.2 SIMATIC S7 - 1200 15

2.2.1 Những đặc điểm nổi bật của Simatic S7-1200 15

2.2.2 Các modul trong hệ PLC S7 – 1200. 16

2.3 Làm việc với phần mềm Tia Portal 20

2.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic - tích hợp lập trình PLC và HMI 20

2.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP 20

2.4 Cách tạo một Project 20

2.5 TAG của PLC / TAG localTagcủa PLC 23

2.6 Làm việc với một trạm PLC 25

2.6.1 Quy định địa chỉ IP cho module CPU 25

2.6.2 Đổ chương trình xuống CPU 25

CHƯƠNG III: KHÁI QUÁT VỀ HỆ SCADA VÀ PHẦN MỀM WINCC 26

3.1 Hệ thống giám sát - điều khiển SCADA 26

3.1.1 Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA là gì? 26

3.1.2 Thành phần chính của hệ thống SCADA 27

3.1.3 Cơ chế thu thập và xử lỹ dữ liệu 28

3.1.4 Ưu thế của hệ thống 29

3.2 Phần mềm WINCC 30

3.2.1 Giới thiệu chung 30

3.2.2 Các đặc điểm chính 31

3.2.3 Các cấu hình hệ thống cơ bản. 32

3.2.4 Các chức năng cơ bản 33

3.2.5 Truyền thông trong môi trường WinCC 35

CHƯƠNG IV: CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ LẬP TRÌNH GIÁM SÁT HỆ THỐNG 38

4.1 Chế tạo mô hình 38

4.1.1 Lò sấy 38

4.1.2 Rơle - khởi động từ 39

4.1.3 Cảm biến nhiệt độ PT100 39

4.1.4 Khối nguồn 40

4.2 Lựa chọn thiết bị 43

4.3 Chương trình điều khiển PLC 43

4.4 Giao diện giám sát - điều khiển WinCC 48

KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Lò sấy điện trở 9

Hình 1.2: Dây nung kim loại 13

Hình 2.2 Bộ Simatic S7-1200 với các họ CPU tương ứng 17

Hình 2.3 Sing board của PLC SIMATIC S7 – 1200 18

Hình 2.4 Các loại Cards ứng dụng 18

Hình 2.5 Module xuất nhập tín hiệu số 19

Hình 2.6 Module xuất nhập tín hiệu tương tự 19

Hình 2.7 Module truyền thông 19

Hình 2.8 Bảng Tag PLC 23

Hình 2.9 Tạo nhóm Tag 24

Hình 2.10 Tìm và thay thế Tag 24

Hình 2.11 Download chương trình xuống CPU 25

Hình 3.1 Thành phần chính của hệ SCADA 27

Hình 3.2 Đặc tính mở của phần mềm WinCC 30

Hình 3.3 Bản chất của quá trình truyền thông trong WinCC 36

Hình 4.1 Mô hình thực tế bên trong lò 38

Hình 4.2 Khởi động từ đơn 39

Hình 4.3 Cảm biến nhiệt Pt100 loại củ hành 40

Hình 4.4 Cảm biến nhiệt Pt100 loại dây 40

Hình 4.5: Hình ảnh thực tế nguồn tổ ong 24V - 10A 40

Hình 4.6: Tủ điện sau khi hoàn thiện 42

Hình 4.7: Hình ảnh thực tế mô hình đã hoàn thiện 43

Hình 4.8: Giao diện giám sát - điều khiển WinCC 48

Hình 4.9 : Sơ đồ kết nối hệ thống 48

Hình 4.10: Chế độ làm việc bằng tay 49

Hình 4.11 : Chế độ làm việc tự động 50

Hình 4.12 : Đồ thị thể hiện sự thay đổi nhiệt độ 50

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, tự động hóa là không thể thiếu trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân nhằm tạo sản phẩm có chất lượng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường

1 Lý do chọn đề tài

Nền kinh tế nước ta đang ngày càng phát triển, nhu cầu về tự động hóa ngày càng cao để có thể đáp ứng được nhu cầu về đời sống của con người Trong những năm trở lại đây, người ta đã đưa kỹ nghệ sấy nông sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cafe, sữa, bột, cá khô Kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống Đối với nước ta

là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu

có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất, đặc biệt là hoa quả

Các nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bị sấy nhưng thiết bị sấy bằng phương pháp điện trở được sử dụng rộng rãi nhất Đối với từng loại sản phẩm sấy khác nhau thì cần một nhiệt độ khác nhau Do đó, việc điều chỉnh và giám sát nhiệt độ lò sấy đóng vai trò rất quan trọng trong quá

trình sấy Để đáp ứng nhu cầu đó, ở đồ án này, em tìm hiểu về " Hệ thống giám

sát - điều khiển tủ sấy hoa quả " Nội dung của đồ án tốt nghiệp này gồm 4

phần chính sau:

Chương I : Tổng quan về công nghệ sấy hoa quả

Nội dung chính của chương này là tìm hiểu về công nghệ sấy hoa quả nói chung: các thiết bị và phương pháp sấy

Chương II : Tổng quan về thiết bị điều khiển PLC

Tìm hiểu cấu trúc chung của một bộ PLC, PLCS7-1200; các modun; ngôn ngữ lập trình; tập lệnh, bộ nhớ, bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter)

Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC

Soạn thảo một Project

Truyền thông giữa PLC và PC

Chương III : Khái quát về hệ SCADA và phần mềm WinCC

Tìm hiểu về hệ SCADA; phần mềm WinCC; Đặc tính mở, các đặc điểm chính, các chức năng, các cấu hình hệ thống cơ bản Thiết kế giao diện

Chương IV : Chương trình lập trình giám sát - điều khiển nhiệt độ lò sấy hoa quả sử dụng PLC S7-1200

ra cho PLC; chương trình điều khiển; thiết kế giao diện sử dụng phần mềm WinCC; xây dựng chương trình liên kết giữa WinCC và PLC

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ngày nay, lĩnh vực tự động hóa và tin học công nghệp là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ nhiều nhu cầu khác nhau của đời sống và được ứng dụng rất thành công đem lại hiệu quả công việc rất cao Một trong những phương án tốt nhất và được sử dụng rộng rãi hiện nay là thay thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC Vì vậy thiết kế, điều khiển, giám sát lò nhiệt sử dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC làm nâng cao năng suất, chất lượng của dây truyền sấy hoa quả là một điều tất yếu hiện nay

3 Hướng phát triển của đề tài

Đề tài này cho ta nắm khái quát một hệ thống tự động, tuy nhiên trên thực

tế có nhiều cách điều khiển, giám sát khác nhau tùy theo nhu cầu công nghệ mà

ta thiết kế cho hợp lý Từ những kiến thức tiếp thu được qua đề tài này ta có thể phát triển đề tài thành điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong các hệ thống điều khiển công nghiệp khác có quy mô lớn và rộng hơn

4 Phương pháp thực hiện

Trong quá trình làm đồ án, em đã sử dụng những phương pháp sau:

Phương pháp nghiên cứu lý luận

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Phương pháp thống kê toán học

có thể hoàn thành tốt đồ án này

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY HOA QUẢ

1.1 Các phương pháp sấy hoa quả

Để làm khô các loại vật liệu có nhiều cách khác nhau Từ trước đến nay chúng ta đã biết tận dụng một phương pháp rất đơn giản mà chi phí lại không tốn kém Đó là hình thức tận dụng ánh nắng mặt trời để làm khô Tuy nhiên, phương pháp này phải phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, trong khi thời gian phơi lại kéo dài, độ ẩm không được đồng đều và không đảm bảo năng suất

Để làm khô các loại vật liệu ( nông sản ) nói chung người ta thường dùng các loại thiết bị sấy sau:

1.1.1 Phương pháp sấy tự nhiên

Phương pháp sấy tự nhiên nghĩa là phơi sản phẩm ngoài trời, sản phẩm khô nhanh hay chậm phụ thuộc vào điều kiện thời tiết ngoài trời Đặc điểm của các loại hoa quả là độ ẩm rất lớn nên rất dễ dính bẩn, mặt khác khi trong quá trình thao tác tách hạt ra khỏi quả ( đối với các loại quả có hạt ) thì rất dễ dính một số tạp chất như vỏ hoặc lá do đó ở các vùng sản xuất hoa quả sấy người ta thường phơi hoa quả trên những phên to và có che đậy cẩn thận Khi trời nắng thì hoa quả sẽ khô nhanh, có thể thu và cho vào thùng để điều hòa ẩm tạo điều kiện cho đóng gói được dễ dàng và thời tiết như thế là thuận lợi Còn trong

trường hợp thời tiết ẩm ướt, độ ẩm không khí cao thì hoa quả sẽ không khô hẳn hoặc là ướt, khô, rồi lại ướt ( nếu không mưa liên tục) thì dẫn đến hoa quả dễ bị hỏng và chất lượng sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng

Như vậy bất cứ sản phẩm nào nếu sấy tự nhiên thì cũng phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, nghĩa là thời gian sấy rất dài, mất vệ sinh do bụi, ruồi, nhặng

và chất lượng sản phẩm không đảm bảo

1.1.2 Lò sấy thủ công

Hiện nay, ở một số vùng đã và đang sử dụng các lò sấy thủ công đơn giản Buồng sấy được xây dựng bằng gạch đỏ, sàn và khay sấy được làm bằng tre và nứa Phía dưới của buồng sấy là lò đốt, phía trên lò đốt được xây một lớp gạch, lớp gạch này có tác dụng ngăn ngọn lửa với khay sấy và là bộ phận tách nhiệt để cung cấp nhiệt cho buồng sấy, nhằm tạo nên sự đồng đều nhiệt độ trong buồng sấy và dòng khí đối lưu cung cấp oxi cho lò đốt

1.1.3 Máy sấy vỉ ngang

Có năng suất thấp vì thế ngày nay thế giới ít dùng Vật liệu ẩm được đổ lên từng vỉ tấm lưới thép gỗ nhỏ nằm ngang và có thể xếp nhiều lớp vỉ nằm phía trên lò đốt Khói lò xuyên qua lớp hạt nằm trên các vỉ đốt nóng hạt và mang hơi

ẩm qua ống thoát khí ẩm Các máy này gồm có vỉ ngang nên những máy này ngoài sấy hạt còn có thể sấy hoa mầu như khoai, sắn lát với năng suất từ vài trăm kilogam đến vài tấn trong một giờ Loại này chất lượng sấy kém: Khô không đều, chi phí lao động cao vì phải cấp liệu và dỡ mẻ từng mẻ do đó tổn thất nhiệt cao nên không phải sẽ phù hợp với tất cả các loại quả

1.1.4 Máy sấy kiểu sàn nghiêng

Máy sấy kiểu sàn nghiêng gồm một hay nhiều máng có lỗ làm bằng kim loại đặt trong buồng sấy Kèm theo máng có lò đốt và quạt gió Ở các nước, người ta dùng cả hai kiểu tĩnh tại và di động Nhũng máy sấy sàn nghiêng di động thường đi kèm với máy gặt đập liên hợp để sấy thóc ngoài đồng hoặc sấy thóc lúc đưa ngoài đồng về

1.1.5 Máy sấy buồng

Máy sấy buồng gồm có hai trụ tròn làm bằng tấm lưới hoặc tôn đục lỗ lắp đồng tâm, phần ruột vành khăn của các trụ để chứa các hạt ẩm để làm khô Khí sấy xuyên từ trụ tròn trong qua lớp hạt cố định mang hơi ẩm ra ngoài Hạt được rải trên mặt băng tải đục lỗ ( dạng băng tải lưới) khí sây xuyên qua lỗ của băng tải đi theo hướng thắng góc với lớp hạt và hút ẩm của hạt và bốc theo ra ngoài băng tải làm việc gián đoạn Khi hạt khô cho băng tải làm việc để đưa hạt khô ra khỏi máy Băng tải cũng có thể hoạt động liên tục Thiết bị sấy này chỉ phù hợp với các loại vật liệu sấy có độ ẩm nhỏ và không bị dính ướt do đó không được

sử dụng rộng rãi

1.1.6 Máy sấy kiểu sàn

Gồm có lò đốt quạt gió và tấm sàn ngang có lỗ để cho tác nhân sấy đi qua Hạt được đóng bao xếp lên mặt sàn có lỗ và sấy bằng không khí nóng nhờ quạt gió đẩy vào Kiểu sấy này được sử dụng nhiều ở Anh, hiện nay ở nước ta cũng

có loại máy này nhưng phần sàn lỗ không có nên chưa được sử dụng rộng rãi

Sấy buồng gió có nhiều kiều, dạng xilo được dùng rộng rãi ở nhiều nước Loại này dùng để thông gió cho hạt bằng không khí thường hoặc có gia nhiệt Thiết bị này gồm có thùng chứa hạt, quạt gió, lò đốt nóng không khí và các cơ cấu cung cấp và dỡ liệu Nhiều nước dùng thiết bị sấy xilo nhất ở Anh, Mỹ Ở nước ta, chế biến thức ăn chăn nuôi do Bugari lắp đặt có máy sấy kiểu xilo Hiện nay, loại máy này đã được sử dụng khá rộng rãi ở một số tỉnh Bắc Trung bộ

1.1.7 Máy sấy kiểu chớp

Hạt được bố trí thành lớp thẳng đứng trên các sàn nghiêng ( kiểu chớp) Hạt chiếm toàn bộ không gian giữa các tấm chớp Nhờ mặt thoáng lớn và lớp hạt trên tấm chớp mỏng hạt dẽ được bốc hơi ẩm Máy có thể làm việc với gió thường không gia nhiệt hoặc có gia nhiệt hoặc với khói lò và hoạt động liên tục hoặc gián đoạn

1.1.8 Máy sấy tháp

Trong các máy sấy kiểu trụ và kiểu chớp hạt được chuyển động liên tục

thành lớp liên tục xuống dưới và khí sấy được đưa vào buồng sấy theo hướng thẳng góc Do tác động của trọng lực bản thân hạt chuyển động trong tháp, vận tốc chuyển động của hạt được xác định bằng khả năng thoát của bộ phận tháo liệu

1.1.9 Máy sấy kiểu trống

Trong các máy sấy trống, trống đặt hơi nghiêng và hơi chậm nhờ các cánh trong trống đảo, nâng và nếm vật liệu bị rơi trên cánh xuống dưới, từ cánh này tiếp sang cánh khác Cùng lúc khi sấy xuyên qua lớp hạt, hạt vừa đảo vừa dịch chuyển dọc trống theo chiều nghiêng đặt trống

1.1.10 Máy sấy rung

Gồm một loại mặt hàng ( lưới hoặc tôn đục lỗ ) xếp chồng lên nhau với khoảng cách nhất định và chuyển động rung qua lại tạo cho hạt dịch chuyển, tự đảo Khi hạt chuyển động trên bề mặt sàn được tác nhân sấy thổi từ dưới lên làm khô vật liệu ẩm

1.1.11 Máy sấy hạt kiểu sôi

Gồm hi dạng sấy phun và sấy tầng sôi Các buồng sấy của máy của Liên

xô có hình dạng chóp nón cụt, có đáy nhỏ miệng trên lớn Khi sấy vật liệu ẩm được đưa vào máy từ miệng vào đáy nhỏ, vận tốc tác nhân sấy tại đáy nhỏ có trị

số lớn và càng đi cao dần lên thì vận tốc càng giảm Tại phần giữa của nón cụt ngược vận tốc bay của hạt bị giảm Dòng hạt tỏa ra và chảy xuống theo vách theo mức độ khô và nhờ dòng khí sấy thổi, hạt được nâng cao dẫn lên và cuối cùng được đưa khỏi buồng sấy để rơi sang xyclon Tại đây hạt và khí sấy tách khỏi nhau Nhược điểm cơ bản của sấy phun này là hạt khô không đồng đều trong các máy sấy tầng sôi Quá trình làm khô được thực hiện tương đối đồng đều Hạt ẩm được đưa vào máy nằm trên mặt sàn có khí sấy thổi từ dưới lên

1.1.12 Tủ sấy

Tủ sấy có hình dạng khối hộp Thành buồng sấy được bọc cách và cách

ẩm, có của để nạp và lấy sản phẩm Vật liệu sấy được rải đều thành lớp trên các tầng khay đặt gác lên khung giá trong buồng sấy Bộ phận gia nhiệt cho tác nhân sấy có thể đặt trong hoặc ngoài tủ sấy

Tủ sấy được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế biến nông sản, chế biến thực phẩm, dược phẩm, thức ăn chăn nuôi Nó có thể sấy các vật liệu ở bất kể dạng nào ( đơn chiếc, dạng hạt, dạng miếng, nhiều mảnh nhỏ xếp lớp, )

Tủ sấy có cấu tạo đơn giản: dễ lắp đặt, dễ vận hành, vốn đầu tư ít

Trong các thiết bị sấy trên thì tủ sấy là thích hợp nhất để sấy đa dạng loại hoa quả

Ưu điểm:

- Thích hợp với quy mô sản xuất nhỏ ( theo mẻ ), không sản xuất liên tục

- Kết cấu không phức tạp

- Vận chuyển thủ công ( bằng tay)

- Thích hợp với những vật liệu có độ ẩm cao

Nhược điểm:

- Năng suất nhỏ

- Không thích hợp với những vật liệu có dạng hạt

Hiện nay, cây ăn quả được trồng ở nhiều vùng đất khác nhau Về mặt nông lâm nghiệp, cây ăn quả đóng vai trò quan trọng trong việc phủ xanh đất trống đồi trọc Về mặt kinh tế, các loại cây ăn quả là hàng hoácó thể đem lại thu nhập đáng

kể cho nông dân Tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng sản phẩm được lâu dài và giá trị dinh dưỡng cao, người ta sử dụng các loại hoa quả sấy Về thị trường, hoa quả sấy có khả năng tiêu thụ rộng trên thị trường trong nước và xuất khẩu Về cơ cấu tiêu thụ, hiện nay khoảng 34- 40% hoa quả được tiêu thụ ở dạng quả tươi, khoảng

60 -70% hoa quả được sấy để xuất khẩu Hoa quả sấy chứa nhiều chất dinh dưỡng

và rất được ưa chuộng, có thể vận chuyển được đến những nơi xa và có thể bảo quản được trong thời gian dài Trên đây, em trình bày các phương pháp sấy và lựa chọn tủ sấy (bằng điện trở) để hoàn thành đồ án này

1.2 Lò điện trở

1.2.1 Khái niệm chung về lò sấy điện trở

Lò điện trở là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau,…

Hình 1.1: Lò sấy điện trở

1.2.2 Nguyên lý làm việc của lò điện trở

Điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn

có điện trở R thì trên dây dẫn sẽ tỏa ra một lượng nhiệt theo dịnh luật Jun – lenxo:

Q - lượng nhiệt tính bằng Jun ( J)

I - cường độ dòng điện tính bằng Ampe ( A)

R - điện trở tính bằng Ohm

T - thời gian tính bằng giây ( s)

1.2.3 Cấu tạo của lò điện trở

1.2.3.1 Những yêu cầu cơ bản

- Hợp lý về công nghệ: Có nghĩa là cấu tạo lò không những phù hợp với quá trình công nghệ yêu cầu mà còn tính đến khả năng sử dụng nó đối với quá trình công nghệ khác nếu như không làm phức tạp quá trình gia công và làm tang giá thành một cách rõ rệt Cấu trúc lò đảm bảo được điều kiện như thế mới coi là hợp lý nhất Điều này đặc biệt quan trong khi nhu cầu về lò điện vượt xa khả năng sản xuất nó

- Hiệu quả về kỹ thuật: Là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại của kết cấu khi các thông số của nó xác định ( kích thước ngoài, công suất, trọng lượng, giá thành, …) Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trên một đơn vị công suất định mức, suất tiêu hao điện để nung … là các chỉ tiêu cơ bản của hiệu quả kỹ thuật Còn đối với các thành phần riêng biệt của kết cấu hoặc chi tiết, hiệu quả kỹ thuật được đánh giá bằng công suất dẫn động, momen xoắn, lực,…ứng với trọng lượng, kích thước hoặc giá thành kết cấu

- Chắc chắn khi làm việc: Là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của chất lượng kết cấu của các lò điện Thường các lò điện làm việc lien tục trong một ca, hai ca và ngay cả ba ca một ngày Nếu trong khi làm việc, một bộ phân nào đó không hoàn hảo sẽ ảnh hưởng đến quá trính sản xuất chung Điều kiện này đặc biệt quan trọng đối với các điện làm việc lien tục trong dây truyền sản xuất tự động Ngay đối với các lò điện làm việc chu kỳ, lò ngừng cũng làm thiệt hại rõ rệt cho sản xuất vì khi ngừng lò đột ngột ( nghĩa là phá hủy chế độ làm việc bình thường của lò ) có thể dẫn đến làm hư hỏng sản phẩm, lãng phí nguyên liệu và làm tang giá thành sản phẩm Một chỉ tiêu phụ về sự chắc chăn khi làm việc của một bộ phận đó của lò điện là khả năng thay thế nahnh hoặc khả dự trữ lớn khi lò làm việc bình thường Theo quan điểm chắc chắn, trong thiết bị cần chú ý đên các bộ phận quan trọng nhất, quyết định sự làm viêc lien tục của lò Ví dụ: Dây nung, băng tải,…

Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lò 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 tải trọng của lớp lót, phụ tải lò ( vật nung) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò

+ Vỏ lò hình chữ nhật thường dùng ở lò buồng, lò lien tục, lò đáy nung,… + Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một lò chụp…

+ Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò hình chữ nhật khi cùng một lượng kim loại để chế tạo vỏ lò Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta

thường dùng tấm thép dày 3-6mm khi đường kính vỏ lò là 1000-2000mm và 8-12mm khi đường kính vỏ lò là 2500-4000mm và 14-20mm khi đường kính vỏ

lò là 4500-6500mm Khi cần thiết tang độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vòng đệm tang cường bằng các loại thép hình

Vỏ lò chũ nhật được dựa lên nhờ thép hình U, L và thép tấm cắt theo hình thích hợp Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể không tùy theo yêu cầu kín của lò Phương pháp gia công vỏ lò này chủ yếu là hàn và tán

b) Lớp lót

Lớp lót lò điện trở thường gồm hai phần: vật liệu chịu lửa và cách nhiệt Phần vật liệu chịu lửa có thể xây dựng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệt tùy theo hình dáng, kích thước đã cho của buồng lò

Cũng có khi người ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính dết gọi là các khối đầm Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và có thể tiến hành

ở ngoài nhờ các khuôn

Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò

+ Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc

+ Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong điều kiện làm việc

+ Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn

+ Có đủ độ bền hóa học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển lò

và ảnh hưởng của vật nung

+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu Điều này đặc biệt quan trọng đối với lò làm việc chu kỳ

Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa Mục đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ 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 đinh

Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cách nhiệt

c) Dây nung

- Theo nguyên lý làm việc thì ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò:

+ Vật nung: trường hợp này gọi là nung trực tiếp

+ Dây nung: khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp Trường hợp này gọi là nung gián tiếp

Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình dạng đơn giản

Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp Cho nên nói đến lò điện trở không thể không đề cập đến vật liệu làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò

- Vật liệu làm dây nung

Yêu cầu: do dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt do đó đòi hỏi phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Chịu nóng tốt, it bị oxy hóa ở nhiệt độ cao

+ Phải có độ bền cơ học cao, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao

+ Điện trở xuất phải lớn

+ Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ

+ Các tính chất điện phải cố đinh hoặc it thay đổi

+ Các kích thước phải không thay đổi khi sử dụng

+ Dễ gia công, dễ làm hoặc dễ ép khuôn

- Phân loại:

+ Dây nung kim loại

Hình 1.2: Dây nung kim loại

Để đảm bảo các yêu cầu của dây nung, trong hầu hết các lò điện trở công nghiệp, dây nung kim loại đều được chế tạo bằng các hợp kim Crom - Nhôm, Crom- Niken là các hợp kim có điện trở lớn Còn các kim loại nguyên chất được dùng để chế tạo dây nung rất hiếm vì các kim loại nguyên chất thường có những tính chất không có lợi cho việc chế tạo dây nung như:

Điện trở suất nhỏ

Hệ số nhiệt trở lớn

Bị oxy hóa mạnh trong môi trường khí quyển bình thường

+ Dây nung phi kim loại:

Dây nung phi kim loại dùng phổ biến là SiC, grafit và than

Kết luận: Ở chương này, chúng em đã tìm hiểu về các thiết bị và phương

pháp sấy hoa quả phổ biến Đã lựa chọn cho mình được thiết bị sấy phù hợp với yêu cầu của đồ án Để điều khiển thiết bị sấy đó, em sử dụng thiết bị điều khiển PLC vậy ở chương tiếp theo, em sẽ tiếp tục tìm hiểu về thiết bị điều khiển PLC

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC

2.1 Tổng quan về PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thực toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kỳ hay thời gian được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết

bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào

và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dung dây nối, người

ta đã chế tạo bộ điều khiển PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

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

- Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa

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

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các modul mở rộng

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và các logic thời gian Tuy nhiên bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý cũng như giá cả

Chính điều này đã tạo nên sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp, các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch Sự phát triển các máy tính dẫn đến các

bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn

Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển và xử lý hệ thống, chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bằng một chương trình Chương trình này sẽ được nạp sẵn vào bộ

nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ Ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay

2.2.1 Những đặc điểm nổi bật của Simatic S7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng

sử dụng với S7-1200

- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC + Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens

- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

2.2.2 Các modul trong hệ PLC S7 – 1200

2.2.2.1 Giới thiệu về các module CPU

- S7 - 1200 bao gồm các họ CPU 1211C; 1212C; 1214C Mỗi loại CPU có

những tính năng khác nhau, thích hợp cho từng loại ứng dụng

- Các kiểu cấp nguồn và đầu vào, ra có thể là DC/DC/DC hay DC/DC/Rly

- Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware

- Chuẩn đoán lỗi online/offline

- Một đồng hồ thời gian thực cho các ứng dụng thời gian thực

Hình 2.2 Bộ Simatic S7-1200 với các họ CPU tương ứng

2.2.2.2 Sing board của PLC SIMATIC S7 – 1200

Hình 2.3 Sing board của PLC SIMATIC S7 – 1200

Cards ứng dụng:

- CPU tín hiệu để thích ứng với các ứng dụng

- Thêm điểm của kỹ thuật số I/O hoặc tương tự với CPU như các yêu cầu ứng dụng

- Kích thước của CPU sẽ không thay đổi

Hình 2.4 Các loại Cards ứng dụng

2.2.2.3 Module xuất nhập tín hiệu số

Hình 2.5 Module xuất nhập tín hiệu số 2.2.2.4 Module xuất nhập tín hiệu tương tự

Hình 2.6 Module xuất nhập tín hiệu tương tự

2.2.2.5 Module truyền thông

Hình 2.7 Module truyền thông

2.3 Làm việc với phần mềm Tia Portal

2.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic - tích hợp lập trình PLC và HMI

Step 7 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo, một hệ thống kỹ thuật mới

Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa Lợi ích với người dùng:

- Trực quan : Dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động

- Hiệu quả: Tốc độ về kỹ thuật

- Chức năng bảo vệ: Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho

sự đổi mới trong tương lai

2.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP

- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP

- Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng

là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

2.4 Cách tạo một Project

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V11

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án

Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Bước 4 : Chọn Configure a device

Bước 5 : Chọn add new device

Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Bước 7 : Project mới được hiện ra

2.5 TAG của PLC / TAG localTagcủa PLC

- Phạm vi ứng dụng : Giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức năng trong PLC

- Ứng dụng : Binary I / O, Bits of memory

- Định nghĩa vùng : Bảng tag của PLC

- Miêu tả: Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép TagLocal

- Phạm vi ứng dụng : Giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo,

mô tả tương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khác nhau

- Ứng dụng : Tham sốcủa khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời

- Định nghĩa vùng : Khối giao diện

- Miêu tả: Tag được đại diện bằng dấu #

Sử dụng Tag trong hoạt động

Hình 2.8 Bảng Tag PLC

- Layout : Bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số

có giá trị trong CPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sử dụng trong project

- Colum : Mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc có thể kéo nhả như một lệnh chương trình

- Name : Chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU

- Data type : Kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag

- Address : Địa chỉ của tag

- Retain : Khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại

- Comment : Comment miêu tảcủa tag

Nhóm tag: Tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table

- Giám sát tag của plc

- Hiện / ẩn biểu tượng

- Đổi tên tag : Rename tag

- Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag