Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn PLC: ứng dụng PLC S71200 đo điều khiển cảnh báo áp suất đường ống dải đo 05 bar. Ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ tự động hóa là việc điều khiển, giá sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao.
SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 Mục lục 1.Phân tích u cầu cơng nghệ .3 1.1 Mục tiêu 1.1.1 Yêu cầu công nghệ 1.1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Thiết kế hệ thống 2.1 Chọn thiết bị 2.1.1 Giới thiệu PLC 2.1.2 Sơ đồ, cấu trúc chung PLC 2.1.3 Tìm hiểu PLC S7-1200 .7 2.1.4.Tìm hiểu hoạt động cảm biến .11 2.1.5 Module analog s7-1200 12 2.1.6.Chọn cảm biến áp suất Wise .13 2.1.7.Chọn động 14 2.2 Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ mạch lực,mạch cách ly 15 2.2.1 Sơ đồ khối 15 2.2.2 Mạch lực 16 2.2.3 Mạch cách ly 16 3.Ghép nối với hệ thống PLC 17 3.1 Mô tả công nghệ 17 3.2.Lưu đồ thuật toán mơ tả chương trình .18 3.3 Bảng địa vào .19 3.4 Chương trình điều khiển 19 3.5 Kết mô 21 3.6 Kết luận .24 BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Cơng Khang Lớp:TĐH3-K10 LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Tự động hóa trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Tự động hóa đáp ứng đòi hỏi khơng ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Một sản phẩm tiên tiến PLC Ứng dụng quan trọng ngành cơng nghệ tự động hóa việc điều khiển, giá sát hệ thống với thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt suất, kinh tế thật cao Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng em xin phép thiết kế mạch ứng dụng PLC ““ Ứng dụng PLC đo, điều khiển cảnh báo áp suất đường ống với giải đo: [0 ÷ 5] bar Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới giảng viên TS Đào Thị Mai Phương giảng viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người trực tiếp giảng dạy chúng cho em kiến thức để hồn thành tập lớn mơn học Mong góp ý để em hồn thành tập lớn tốt sau Em xin chân thành cảm ơn ! BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Cơng Khang Lớp:TĐH3-K10 1.Phân tích yêu cầu công nghệ 1.1 Mục tiêu 1.1.1 Yêu cầu công nghệ Mục tiêu đề tài: ổn định áp suất đường ống ngưỡng đặt trước thông qua điều khiển PLC hệ thống bơm dựa tín hiệu mà cảm biến áp suất đường ống đưa Mô tả hoạt động hệ thống: hệ thống có máy bơm: pha máy bơm pha điều khiển trực tiếp máy bơm pha, máy bơm pha bơm dự phòng mà máy bơm pha chạy hết công suất định mức mà áp suất chưa ổn định giá trị setpoint 1.1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Điều khiển tự động xu phát triển tất yếu lĩnh vực công nghiệp sinh hoạt ưu điểm vượt trội nó.Ở hệ thống điều khiển tự động có quy mơ vừa lớn PLC sử dụng làm thiết bị điều khiển cho toàn hệ thống Kết hợp xây dựng hệ thống điều khiển tự động với thiết bị điện tử cơng suất có ý nghĩa khoa học lớn việc xây dựng hệ thống tự động hoàn chỉnh chức lẫn hiệu kinh tế Đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống bơm ổn định áp suất” xây dựng mơ hình kết hợp PLC để ổn định áp suất nước đường ống cách tối ưu Về mặt thực tiễn, đề tài theo hướng phát triển cho hệ thống cung cấp nước cho tòa nhà, khu dân cư…,khắc phục nhược điểm hệ thống cung cấp nước cũ BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 Thiết kế hệ thống 2.1 Chọn thiết bị 2.1.1 Giới thiệu PLC - PLC (Programmable Logic Controller):Bộ điều khiển lập trình, PLC xếp vào họ máy tính, sử dụng ứng dụng công nghiệp thương mại - PLC đặt biệt sử dụng ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi kiện - PLC có đầy đủ chức tính tốn vi xử lý Ngồi ra, PLC có tích hợp thêm số hàm chuyên dùng điều khiển PID, dịch chuyển khối liệu, khối truyền thơng,… - PLC có ưu điểm: Có kích thước nhỏ,được thiết kế tăng bền để chịu rung động, nhiệt, ẩm tiếng ồn, đáng tin cậy Rẻ tiền ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp Dễ dàng nhanh chóng thay đổi cấu trúc mạch điều khiển PLC có chức kiểm tra lỗi, chẩn đốn lỗi Có thể nhân đơi ứng dụng nhanh tốn - Cấu trúc bên PLC BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Cơng Khang - Lớp:TĐH3-K10 Một hệ thống lập trình phải gồm có phần: Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O) 2.1.2 Sơ đồ, cấu trúc chung PLC BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 Sơ đồ cấu trúc phần cứng PLC Chu vòng quét CPU PLC BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 2.1.3 Tìm hiểu PLC S7-1200 Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay dần cho S7200 PLC S7-1200 có tính trội S7-200 sau vài đặc điểm dòng sản phẩm S7-1200 S7-1200 dòng điều khiển logic lập trình (PLC) kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hóa.Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp tập lệnh mạnh làm cho bạn có giải pháp hồn hảo cho ứng dụng với S71200 S7-1200 bao gồm microprocessor, nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào/ra (DI/DO) - Một số tính bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU chương trình điều khiển: + Tất CPU cung cấp bảo vệ password chống truy cập vào PLC + Bạn dùng chức "know-how protection" để bảo vệ block đặc biệt S7-1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP.Ngoài bạn dùng module truyền thơng mở rộng kết nối RS485 RS232 BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Cơng Khang Lớp:TĐH3-K10 - Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 Step7 Basic Step7 Basic hổ trợ ba ngơn ngữ lập trình FBD, LAD SCL.Phần mềm tích hợp TIA Portal 11 Siemens Vậy để làm dự án với S7-1200 cần cài TIA Portal, phần mềm bao gồm mơi trường lập trình cho PLC thiết kế giao diện HMI - Vòng qt chương trình S7-1200 - Cấu hình S7-1200 dễ dàng project bạn với phần mềm TIA Portal - Truyền thông với Programming device, HMI device, thiết bị khác cách dễ dàng qua mạng PROFINET Qua thông số kỹ thuật trên, việc sử dụng S7-1200 xu tất yếu để thay dần dòng S7-200 Có thể thời gian tới Siemens cho khai tử dòng S7200 dự án nên thiết kế hệ thống sử dụng dòng S71200 cho dự án vừa nhỏ *Thông số số loại CPU S7-1200 S7 1200 CPU 1211C S7 1200 CPU 1212C Kích thước : 90 x 100 x 75 Kích thước : 90 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng Bộ nhớ người dùng √ Bộ nhớ làm việc : 25Kb √ Bộ nhớ làm việc : 25Kb √ Bộ nhớl ưu trữ: 1Mb √ Bộ nhớl ưu trữ: 1Mb √ Bộ nhớ Retentive : 2Kb √ Bộ nhớ Retentive : 2Kb Ngõ vào số :6 In/4 Out Ngõ vào số :8 In/6 Out Ngõ vào tương tự: Ngõ vào tương tự: in Vùng nhớ Truy suất bit (M) : 4096Byte Module tín hiệu mở rộng :0 Vùng nhớ Truy suất bit (M) : 4096Byte Module tín hiệu mở rộng :2 Board tín hiệu/truyền thơng :1 Board tín hiệu/truyền thông :1 Module truyền thông: Module truyền thông: Bộ đếm tốc độ cao : Bộ đếm tốc độ cao : √ 1Pha : 100KHZ √ Pha x 100KHZ/ x 30KHZ BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang √ Pha 3: 80KHZ Lớp:TĐH3-K10 √ Pha x 80KHZ/ x 20KHZ Ngõ xuất xung tốc độ cao: Ngõ xuất xung tốc độ cao: Truyền thông : Ethernet Truyền thông : Ethernet Thực thi lệnh nhị phân : 0.1 micro giây/lệnh Thực thi lệnh nhị phân : 0.1 micro giây S7 1200 CPU 1214C S7 1200 CPU 1215C Kích thước : 110 x 100 x 75 Kích thước : 11.60 x 13.90 x 8.90 Bộ nhớ người dùng Bộ nhớ người dùng √ Bộ nhớ làm việc : 50Kb √ Bộ nhớ làm việc : 100Kb √ Bộ nhớl ưu trữ: 2Mb Ngõ vào số :14 In/10 Out √ Bộ nhớ Retentive : 2Kb Ngõ vào tương tự: Ngõ vào số :14 In/10 Out √ out 0-20mA Ngõ vào tương tự: in √ in 0-10VDC Vùng nhớ Truy suất bit (M) : 4096Byte Module tín hiệu mở rộng :8 Module tín hiệu mở rộng :8 Board tín hiệu/truyền thơng :1 Bộ đếm tốc độ cao : Board tín hiệu/truyền thơng :1 Module truyền thông: Module truyền thông: √ Pha x 100KHZ/3 x 30KHZ Bộ đếm tốc độ cao : √ Pha x 80KHZ/3 x 20KHZ √ Pha x 100KHZ/3 x 30KHZ Số cổng Ethernet : √ Pha x 80KHZ/3 x 20KHZ Ngõ xuất xung tốc độ cao: Truyền thông : Ethernet Thời gian thực nguồn nuôi: 10 ngày Thực thi lệnh nhị phân : 0.1 micro giây/lệnh BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Cơng Khang Lớp:TĐH3-K10 Module tín hiệu cho dòng S7 1200 Bảng tín hiệu số SB (gắn mặt trươc CPU) Siemens hổ trợ loại sau: Bảng tín hiệu ngõ vào số: √ x 24 VDC in, 200 KHZ √ x VDC in, 200 KHZ Bảng tín hiệu ngõ số √ x 24 VDC out, 200 KHZ √ x VDC out, 200 KHZ Bảng tín hiệu hỗn hợp vào số: √ x 24 VDC in/ x 24 VDC out √ x 24 VDC in/ x 24 VDC out, 200 KHZ √ x VDC in/ x VDC out, 200 KHZ Module tín hiệu số loại SM Siemens hổ trợ loại sau: Modlue ngõ vào số: √ x 24 VDC in √ 16 x 24 VDC in Module ngõ số √ x 24 VDC out √ x Relay out Bảng tín hiệu analog loại SB Siemens hổ trợ loại sau: Modlue ngõ vào tương tự: √ x 12 Bit Analog in √ x 16 Bit RTD √ x 12 Bit Thermocouple Module ngõ tượng tự √ x Analog out 0-10V/0-20mA Module tín hiệu tương tự loại SM Siemens hổ trợ loại sau: Modlue ngõ vào tương tự: √ x Ngõ vào tương tự √ x Ngõ vào tương tự √ x 16 Bit Thermocouple √ x 16 Bit RTD √ x 16 Bit RTD BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang √ x Relay out tiếp điểm √ 16 x 24 VDC out √ 16 x Relay out Module hỗn hợp vào số: √ x 24 VDC in/ x 24 VDC out √ x 24 VDC in/ x Relay out √ x 120/230 VAC in/ x Relay out √ 12 x 24 VDC in/ 16 x 24 VDC out √ 12 x 24 VDC in/ 16 x Relay out Lớp:TĐH3-K10 Module ngõ tượng tự √ x Analog out 0-10V/0-20mA √ x Analog out 0-10V/0-20mA Module ngõ/vào tương tự √ x ngõ vào tương tự, x ngõ tương tự Trong đồ án này, em sử dụng CPU 1214C để thiết kế điều khiển BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Cơng Khang Lớp:TĐH3-K10 2.1.4.Tìm hiểu hoạt động cảm biến Trong tín hiệu từ cảm biến đưa lại không theo chuẩn Vì người ta cần phải dùng thêm thiết chuyển đổi để đưa chúng chuẩn công nghiệp Kết hợp đầu cảm biến thiết bị chuyển đổi thành cảm biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt thiết bị cảm biến, hay thiết đo chuyển đổi đo (bộ transducer) Các tín hiệu đầu cảm biến sec đưa vào module alalog để đọc trả giá trị alalog tương ứng tùy theo độ phân giải module Hết PLC phải hỗ trợ cơng cụ xử lý tín hiệu analog, PLC S7200 module analog Module analog thực chất biến đổi tương tự/số thực việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số để thực hoạt động tính tốn bên PLC Có hai loại module analog tương ứng với chức module đọc xuất tín tín hiệu analog Để đọc tín hiệu analog vào PLC ta cần có chuyển đổi tín hiệu khơng điện thành tín hiệu điện (sensor nhiệt độ, áp suất…), chuyển đổi tín hiệu điện tiêu chuẩn (PT350…) module đầu vào analog BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 2.1.5 Module analog s7-1200 S7-1200 mở rộng đầu vào/ra tương tự module mở rộng vào tương tự - Modules mở rộng vào tượng tự gồm SM 1231 AI, SM 1231 RTD, SM 1231 TC, SM 1232 AQ, SM 1234 AI/AQ Lựa chọn Module mở rộng vào tương tự cho S7-1200 6ES7 2314HD300XB0 SIMATIC S7-1200, ANALOG INPUT, SM 1231, AI, +/-10V, +/-5V, +/-2.5V, OR 0-20 MA 12 BIT + SIGN BIT (13 BIT ADC) 6ES7 2314HF300XB0 SIMATIC S7-1200, ANALOG INPUT, SM 1231, AI, +/-10V, +/-5V, +/-2.5V, OR 0-20 MA 12 BIT + SIGN OR (13 BIT ADC) 6ES7 2315PD300XB0 SIMATIC S7-1200, ANALOG INPUT, SM 1231 RTD, X AI RTD MODULE 6ES7 2315QD300XB0 SIMATIC S7-1200, ANALOG INPUT, SM 1231 TC, AI THERMOCOUPLE 6ES7 2324HB300XB0 SIMATIC S7-1200, ANALOG OUTPUT, SM 1232, AO, +/-10V, 14 BIT RESOLUTION, OR 0-20 MA, 13 BIT RESOLUTION, 6ES7 2324HD300XB0 SIMATIC S7-1200, ANALOG OUTPUT, SM 1232, AO, +/-10V, 14 BIT RESOLUTION, OR 0-20 MA, 13 BIT RESOLUTION, BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 2.1.6.Chọn cảm biến áp suất Wise Đề tài em sử dụng cảm biến đo áp suất có dải đo – 10 Bar Nhà sản xuất Wise Thông số kỹ thuật : Cảm biến áp suất P117 Dải áp suất đo – 10 Bar Cáp nối có sẵn 1.5m Kiểu gắn : male, ¼” Ngõ – 20mA Dùng cho môi trường chất khí, dầu, nước IP68 Nguồn 12 – 32VDC 2.1.7.Chọn động - Chọn động không đồng pha cho bơm Hình ảnh động khơng đồng pha Vihem 0.37KW BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang - Lớp:TĐH3-K10 Với đề chúng em chọn động khơng đồng có thơng số sau: Động không đồng pha Vihem 0.37KW Hãng sản xuất : Vihem Xuất xứ : Việt Nam Công suất : 0.37KW Momen đầu trục cực đại : N/m 2.2 Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ mạch lực,mạch cách ly 2.2.1 Sơ đồ khối Cảm biến wise Module analog PLC S7-1200 BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 2.2.2 Mạch lực 2.2.3 Mạch cách ly Rbt 220VAC Đ B Rc Đ c Rt Đ t R1 ĐC R2 Đ C BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 3.Ghép nối với hệ thống PLC 3.1 Mô tả công nghệ Bắt đầu KIỂM TRA ÁP SUẤT ÁP SUẤT BƠM CHÍNH VÀ BƠM PHỤ BÌNH THƯỜNG BƠM CHÍNH VÀ BƠM PHỤ ON 100% OFF ÁP SUẤT CAO ÁP SUẤT THẤP BƠM CHÍNH ON 100% BƠM PHỤ OFF TẮT HỆ THỐNG END End BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 3.2.Lưu đồ thuật tốn mơ tả chương trình Begin Ấn nút start No Yes Run ON Đọc Module SM1234 Yes 0.5 bar&=4.5 bar Đèn báo áp suất cao ON Đèn báo áp suất bình thường OFF Đèn báo áp suất thấp OFF yes Stop RUN OFF BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar DC stop DC phụ stop SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 3.3 Bảng địa vào 3.4 Chương trình điều khiển BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 3.5 Kết mô -khởi động hệ thống BTL PLC:Ứng dụng PLC S7-1200 đo, điều khiển cảnh báo ảnh suất đường ống dải đo 0-5 bar SV thực hiện: Nguyễn Công Khang Lớp:TĐH3-K10 -Khi áp suất >=4.5 bar, đèn cảnh báo áp suất ngưỡng cao sáng -khi áp suất >0.5