GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG PLC S7200 VÀ WINCC THỬ NGHIỆM TRÊN MÁY SẤY BƠM NHIỆT

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG PLC S7-200 VÀ WINCC THỬ NGHIỆM TRÊN MÁY SẤY BƠM NHIỆT Sinh viên thực hiên NGUYỄN THÀNH TÍN Khóa luận đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư nghành Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn TS.Nguyễn Văn Hùng KS.Nguyễn Đăng Khoa i   LỜI CẢM TẠ Trước tiên, xin gởi lời tri ân sâu sắc đến Cha Mẹ người sinh người Thầy nuôi dưỡng, cho tri thức để đạt thành ngày hơm Trong suốt q trình học tập rèn luyện trường nhận quan tâm, giúp đỡ hướng dẫn dạy tận tình q Thầy Thơng qua khố luận tơi xin kính lời cảm ơn sâu sắc đến:  Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí Cơng Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM  T.S Nguyễn Văn Hùng giảng viên hướng dẫn đề tài tận tình giúp đỡ theo sát tơi suốt q trình nghiên cứu thực đề tài  Các anh Trung Tâm Năng Lượng tận tình giúp đỡ tơi suốt trình thực đề tài  Tất Thầy Cơ mơn hết lòng truyền dạy kiến thức cho tơi Cuối lời, tơi kính dâng lên quý Thầy Cô, anh bạn lời chúc sức khoẻ, thành công lời cảm ơn chân thành Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Sinh viên thực Nguyễn Thành Tín ii   TĨM TẮT Đề tài “giám sát điều khiển nhiệt độ ứng dụng PLC S7 200 Wincc thử nghiệm máy sấy bơm nhiệt” tiến hành môn điện tử Kết thu được: Thiết kế chế tạo phận điều khiển tự động gồm yếu tố: nhiệt độ điều khiển tự động PLC theo phương pháp điều khiển PID, mơ hình giám sát Wincc tốc độ gió điều khiển thơng qua biến tần Kết khảo nghiệm toàn hệ thống hoạt động tương đối ổn định,nhiệt độ điều khiển 42°C, sản phẩm sấy đạt yêu cầu iii   MỤC LỤC TÓM TẮT iii  MỤC LỤC .iv  DANH SÁCH CÁC HÌNH vi  DANH SÁCH CÁC BẢNG viii  Chương 1  MỞ ĐẦU 1  1.1.  Đặt vấn đề : 1  1.2.  Mục đích đề tài: 2  Chương 2  TỔNG QUAN 3  2.1.  Tổng quan máy sấy bơm nhiệt: .3  2.1.1.  Cấu tạo: .3  2.1.2.  Nguyên tắc hoạt đông: .3  2.2.  Tổng quan PLC S7-200: 4  2.2.1.  Giới thiệu PLC: 4  2.2.2.  Câú trúc, nguyên lý hoạt động PLC: 6  2.2.2.1.  Cấu trúc: 6  2.2.2.2.  Nguyên lý hoạt động PLC .7  2.3.  Giới thiệu Module Analog EM235 PLC S7-200: .10  2.3.1.  Cấu trúc Module Analog EM235: 10  2.3.2.  Các thông số module Analog EM235: 11  2.3.3.  Một số thơng số cần phải biết tính tốn thiêt kế: 13  2.4.  Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở PT100: 15  2.4.1.  Nguyên lý, cấu tạo: 15  2.4.2.  Tính tốn hoạt động: 17  2.5.  Giới thiệu phần mềm Wincc6.0: .19  Chương 3  NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21  3.1.  Nội dung nghiên cứu: 21  iv   3.2.  Phương pháp nghiên cứu: 21  3.3.  Phương tiện thực hiện: 21  3.3.1.  Thiết bị phần cứng: 21  3.3.2.  Thiết bị điều khiển: 21  3.4.  Phương pháp nghiên cứu: 22  3.4.1.  Phương pháp lý thuyết: 22  3.4.2.  Phương pháp điều khiển PID: .22  Chương 4  KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26  4.1.  Cấu tạo phận điều khiển tư động cho máy sấy bơm nhiệt: 26  4.1.1.  Yêu cầu thiết kế phận điều khiển: 26  4.1.2.  Cấu tạo phận điều khiển : .26  4.1.3.  Sơ đồ kết nối cảm biến PT100 với module EM235: 28  4.2.  Phương pháp điều khiển On-Off: 29  4.3.  Phương pháp điều khiển PID: 32  4.3.1.  Sơ đồ giải thuật điều khiển PID: 32  4.3.2.  Lập trình PID PLC S7-200: 33  4.3.3.  Điều khiển đầu cho PLC: 34  4.4.  Kết giám sát điều khiển Wincc: 35  4.5.  Kết khảo nghiểm: .38  4.5.1.  Quy trình thực hiện: .38  4.5.2.  Điều khiển On-Off: .38  4.5.3.  Phương pháp điều khiển PID: .40  4.6.  Nhận xét chung: 41  Chương 5  KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42  5.1.  Kết luận: .42  5.2.  Đề nghị: .42  TÀI TIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v   DANH SÁCH CÁC HÌNH  Hinh 2-1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy sấy đa 3  Hình 2-2 Mơ hình tổng qt PLC S7-200 6  Hình 2-3 Cấu trúc Module Analog EM235 10  Hình 2-4 Sơ đồ khối ngõ vào EM235 11  Hình 2-5 Dữ liệu chuyển đổi ADC module analog EM235 14  Hình 2-6 Nguyên lý cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở PT100 16  Hình 2-7 Nguyên lý đo cảm biến nhiệt điện trở PT100 16  Hình 2-8 Đồ thị đường đặc tính nhiệt điện trở pt100 17  Hình 2-9 Đồ thị bù giá trị nhiệt tương ứng cho đoạn cảm biến PT100 18  Hình 3-1 Biểu đồ nhiệt độ tính tốn rời rạc theo thời gian 23  Hình 4-1 Sơ đồ cấu tạo phận điều khiển 27  Hình 4-2 Sơ đồ kết nối cảm biến modul EM235 28  Hình 4-3 Giải thuật điều khiển nhiệt độ kiểu On-Off 29  Hình 4-4 Sơ đồ điều khiển kiểu On-Off 30  Hình 4-6 Lệnh vòng lặp PID 33  Hình 4-7 Sơ đồ điều khiển Thyristor 34  Hình 4-8 Giao diện PC Acess 35  Hình 4-9 Giao diện điều khiển nhiệt độ Wincc 36  Hình 4-10 Biểu đồ nhiệt độ sấy 37  vi   Hình 4-11 Bảng giá trị nhiệt độ 37  Hình 4-12 Quy trình sấy khảo nghiệm 38  Hình 4-13 Đồ thị nhiệt độ buồng sấy điều khiển On-Off 39  Hình 4-14 Đồ thị độ giảm ẩm điều khiển On-Off 39  Hình 4-15 Đồ thị nhiệt độ buồng sấy điều khiển PID 40  Hình 4-16 Đồ thị độ giảm ẩm điều khiển PID 40      vii   DANH SÁCH CÁC BẢNG   Bảng 2-1 Các công tắc định cấu hình cho mudule Analog EM235… 13 Bảng 2-2 Chế độ công tắc cho module analog EM235……………… 25 Bảng 3-1 Đặc trưng điều khiển P,I,D……………………………………… 19 Bảng 4-1 Số liệu khảo nghiệm điều khiển On-Off………………………………… 38 Bảng 4-2 Số liệu nhiệt độ: điều khiển nhiệt độ sấy 42°C……………………………….39 viii         Chương 1.1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề : Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều ngành công nông nghiệp Trong công nghiệp chế biến nông lâm, hải sản kỹ thuật sấy đóng vai trò đặc biệt quan trọng Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới với gần 80% dân số làm nghề nông nên loại nông sản thực phẩm đa dạng, phong phú có sản lượng lớn Vì vậy, nghiên cứu phát triển cơng nghệ sấy loại nơng sản thực phẩm coi nhiệm vụ chiến lược nghiệp phát triển kinh tế Công nghệ sấy phát triển tạo sản phẩm có giá trị chất lượng cao Một công nghệ sấy nhiều nước giới nói chung Việt Nam nói riêng quan tâm nghiên cứu sấy bơm nhiệt nén Sấy bơm nhiệt có nhiều ưu điểm như: q trình sấy thực nhiệt độ thấp, hiệu suất sử dụng lượng cao nhiệt nhiệt ẩn chất bay thu hồi, q trình sấy hồn tồn độc lập với điều kiện bên ngồi nên sản phẩm sấy thu có chất lượng cao, hình thức đẹp giá thành vừa phải Cụ thể, sản phẩm sấy gấc đem lại hiệu kinh tế cao gần Theo nghiên cứu nhóm nhà khoa học gồm GS.TS.BS Bùi Minh Đức, PGS.TS.BS Nguyễn Công Khẩn - Viện dinh dưỡng Bộ y tế ThS.BS Bùi Minh Thu - Viện quân y 354, loại rau cận nhiệt đới, có gấc Momordica cochinchinensis (Lour) Spreng, họ Cucurbitaceae, xem có màu đỏ lycopen màu vàng bêta caroten với hàm lượng cao gấp nhiều lần thực phẩm sử dụng phổ biến giới Thành phần màng đỏ hạt gấc chín gồm có (g%): nước 77, protein 2,1, lipid 7,9, glucid 10,5, xơ 1,8 muối khoáng 0,7, bêta caroten 0,046, lycopen 0,038   Khi sấy khô 60 - 700C, có thành phần (g%): nước 7,1, protein 9, glucid 40,4, lipid 27,8, xơ 12,1 muối khoáng 3,6; thành phần vi lượng (mg%): carotenoid (tổng số) 356, bêta caroten 26,5, alpha tocopherol 490,5, lycopen 304 Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu nước quốc tế công nhận chứng minh giá trị gấc Các kết công bố nhiều hội nghị khoa học nước Qua phân tích cho thấy, gấc Việt Nam xem thực phẩm chứa đầy đủ thành phần chất chống oxy hóa với hàm lượng đặc biệt cao Vì nhiều hội nghị quốc tế thực phẩm báo cáo tham dự giới thiệu thành phần dinh dưỡng, giá trị sinh học thực phẩm chức sản phẩm chế biến từ gấc, bột màng đỏ hạt gấc, mứt gấc, bánh kem xốp, sữa chua, kẹo gấc nhiều đại biểu quốc tế quan tâm Vì thế, với điều kiện thuận lợi nước ta, máy sấy gấc ,cần thiết có ý nghĩa quan trọng cho việc phát triển kinh tế,đặc biệt kinh tế nông nghiêp.Do đó, với mong muốn ứng dụng kiến thức học vào thực tế,được cho phép ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí -Cơng nghệ hướng dẫn trực tiếp thầy Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng thực đề tài : Giám sát điều khiển nhiệt độ ứng dụng PLC S7 200 Wincc thử nghiệm máy Sấy gấc 1.2 Mục đích đề tài: Nghiên cứu điều khiển tự động thông số làm việc cua máy sấy bơm nhiệt nhằm nâng cao suất chất lượng sản phẩm Điều khiển tự động nhiệt độ Plc s7-200 nhằm điều khiển xác phù hợp với môi trường làm việc máy sấy Điều khiển nhiêt độ thơng qua chương trình điều khiển PID giúp cho hệ thống đáp ứng tối ưu, ổn định Giám sát điều khiển máy tính thơng qua Wincc sở giao tiếp nhiều trạm hệ thống truyền thông công nghiệp   4.5 Kết khảo nghiểm: 4.5.1 Quy trình thực hiện: Sơ đồ nghiên cứu sấy khảo nghiệm 1÷2 kg/mẻ: Gấc Bổ, tách Loại bỏ vỏ, to=40-50oC T= 5-7h Sấy sơ Tách hạt, sấy khô Định lượng, đóng to=40-60oC T= 4-6h Túi lọc tiệt trùng Bảo quản   Hình 4-12 Quy trình sấy khảo nghiệm Phương pháp nghiên cứu - Xác định hàm lượng protein tổng phương pháp Kjendah - Đường khử: so màu, với chất thử DNS (DiNitro Salisilate acid), máy so màu quang phổ - Xác định hàm lượng chất béo máy Soxthlet - Xác định màu, mùi, vị cảm quan - Xác định độ ẩm phương pháp sấy đến khối lượng không đổi (105oC) 4.5.2 Điều khiển On-Off: Bảng 4-1 Số liệu khảo nghiệm điều khiển On-Off: t(s) T(°C) 10 43.2 20 44.4 30 46 40 44 50 43.2   38   60 42 70 46 80 47 90 45 100 46 Đồ thị nhiệt độ buồng sấy theo thời gian: nhiệt độ sấy 40->50°C T(°C  t (s)    Hình 4-13 Đồ thị nhiệt độ buồng sấy điều khiển On-Off Khả giảm ẩm gấc trình sấy   Hình 4-14 Đồ thị độ giảm ẩm điều khiển On-Off   39   4.5.3 Phương pháp điều khiển PID: Bảng 4-2 Số liệu nhiệt độ: điều khiển nhiệt độ sấy 42°C t(s) 10 20 30 40 50 60 70 T(°C) 43.7 43 42.56 42.53 42.21 42.1 41.92 80 41.81 90 41.7 Đồ thị nhiệt độ buồng sấy theo thời gian: T(°C)  Hình 4-15 Đồ thị nhiệt độ buồng sấy điều khiển PID Khả giảm ẩm gấc trình sấy: T (s)  m (g)  t(h)  Hình 4-16 Đồ thị độ giảm ẩm điều khiển PID 40   100 41.96 4.6 Nhận xét chung: Kết khảo nghiệm cho thấy: Phương pháp điều khiển PID điều khiển nhiệt độ ổn định , độ vọt lố sai số xác lập nhỏ, khả giảm ẩm, thời gian sấy nhanh hơn,giúp tăng suất sấy, tiết kiệm lương tiêu thụ điện, nhiệt độ điều chỉnh phù hợp mức nhât định Với điều khiển On-Off tiêu hao lượng lớn, nhiệt độ chênh lệch cao, khó thay đổi nhiêt độ điều khiển phù hợp với sản phẩm sấy,năng suât thấp       41     Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận: Đã thiết kế chế tạo phận giám sát điều khiển nhiệt độ dùng Plc S7-200 Wincc thử nghiệm máy sấy bơm nhiệt.Chương trình điều khiển, mạch điều khiển cấu chấp hành ứng dụng hệ thống thực tế Qua khảo nghiệm sơ cho thấy máy sấy bơm nhiệt hoạt động tương đối ổn định điều khiển giám sát Wincc, giá trị nhiệt độ điều khiển ổn định 42°C 5.2 Đề nghị: Dựa sở lý thuyết xác định thực nghiệm, rút số đề nghị phát triển hệ thống sau:  PLC có thêm mudul ngỏ tín hiệu điều khiển analog để điều khiển nhiều thiết bị  Kết nối Wincc thông qua cổng truyền thông  Cảm biến đáp ứng nhanh, xác             42   TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Nguyễn Văn Hùng, 2008 Hướng dẫn tóm tắt PLC S7-200 Trường Đại học Nơng Lâm TP.HCM, 75 trang Lê Văn Bạn, Lê Ngọc Bích, Giáo trình PLC Trường Đại học Nơng Lâm TP.HCM, 69 trang Ngô Quang Hà, Trần Văn Trọng, Kỹ Thuật Điều Khiển Lập Trình (SBS-PLC).Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Lê Văn Bạn, Bài giảng thiết bị đo lường Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM Nguyễn Văn Xuân, Bài giảng nhiệt kỹ thuật 1,2,3 Trường Đại học Nơng Lâm TP.HCM Huỳnh Thái Hồng, 2006 Giáo trình lý thuyết điều khiển tự động.Trường Đại học bách khoa TP.HCM Trần Thu Hà, Phạm Quang Duy, 2008 Lập trình với S7 Wincc6.0 Nhà xuất Hồng Đức, 342 trang Nguyễn Kim Ánh, Nguyên tắc xây dựng dự án Wincc Trường Đại học bách khoa Đà nẵng, 71 trang www.diendanplc.com, www.dientuvietnam.net, www.weddien.com, www.cdtvn.net           PHU LỤC  Chương trình điều khiển nhiệt độ máy sấy bơm nhiệt (các tiếp điểm m0.x điều khiển Wincc):                                             Một số hình ảnh thực hiên:  Nguyên liệu sấy: gấc  Sản phẩm thu được:    Tủ điều khiển:  Mô hình khảo nghiệm:         ... nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa  Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp  Hồn tồn tin cậy trog mơi trường công nghiệp  Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác : máy tính , nối mạng... địa số liệu chuyển lên Bus tương ứng thời gian hạn chế Hê thống Bus làm nhiệm vụ trao đổi thông tin CPU, nhớ I/O Bên cạch đó, CPU cung cấp xung Clock có tần số từ 18 MHZ Xung Bên cạch đó, CPU... pháp nghiên cứu:  Nghiên cứu tìm hiểu cơng nghệ sản xuất có  Tham khảo tài liệu, sách báo thông tin internet  Tiến hành thí nghiệm với điều kiện có  Trực tiếp tham khảo ý kiến từ bạn bè, giáo