Đang tải... (xem toàn văn)
Cần file mềm chạy chương trình liên hệ 0962067285Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong những sản phẩm tiên tiến của nó là PLC. 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 .
MỤC LỤ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Mục đích để tài .4 1.2 Phương pháp đo 1.2.1 Khái quát 1.2.2 Các phương pháp đo lưu lượng 1.2.3 Kỹ thuật phương pháp đo lưu lượng kế tần số dòng xốy 1.3 Tổng quan PLC S7-1200 1.3.1 Các dòng sản phẩm SIEMENS 10 1.3.2 Cấu hình điều hành SIMATIC S7-1200 10 1.3.2.1 Signal boards 11 1.3.2.2 Signal modules 11 1.3.2.3 Các mođun truyền thông .11 1.3.3 Những đặc điểm bật Simatic S7 – 1200 11 1.3.3.1 Thiết kế dạng Module 12 1.3.3.2 Phạm vi ứng dụng Simatic S7 1200 12 1.3.3.3 Các chức bật CPU 1215C 14 1.3.3.4 Sơ đồ đấu dây PLC CPU 1215C DC/DC/DC 14 1.3.3.5 Board tín hiệu S7-1200 14 1.3.3.6 Modules mở rộng tín hiệu vào/ra 15 1.3.3.7 Module Analog 16 1.3.3.8 Module truyền thông .16 1.3.3.9 Thẻ nhớ 17 1.3.3.10 Các module khác 17 1.3.4 Nguyên lý hoạt động 18 1.3.4.1 Cấu trúc 18 1.3.4.2 Hệ thống PID, High speed counters (HSC) PLC S7-1200 .19 CHƯƠNG 2: THỰC HIỆN BÀI TOÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỂU KHIỂN 21 2.1 Phân tích u cầu cơng nghệ 21 2.2 Lựa chọn thiết bị cụ thể 21 2.2.1 PLC S7-1200, CPU 1215C, COMPACT CPU, DC/DC/DC 21 2.2.2 Chọn cảm biến lưu lượng (Flowmeter) 22 2.2.3 Chọn máy bơm công suất lớn 28 2.2.4 Chọn biến tần 33 2.3 Bảng địa cho biến vào 38 2.4 Sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 38 2.4.1 Xây dựng thuật toán viết chương trình .40 LỜI NÓI 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 S7-1200 SIEMENS thực toán đo, điều khiển, cảnh báo lưu lượng nước ống dẫn Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo khoa điện, bạn lớp Điện 2-K10 đặc biệt giảng viên Phạm Văn Hùng - giảng viên khoa điện trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội người trực tiếp giảng dạy cho em kiến thức để hoàn thành đồ án mơn học Mong thầy góp ý để em hồn thành tập lớn tốt sau Em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Mục đích để tài Mục đích đề tài là: “ Ứng dụng PLC S7-1200 SIEMENS thực toán đo, điều khiển, cảnh báo lưu lượng nước ống dẫn” ngưỡng đặt trước thông qua điều khiển PLC biến tần Hệ thống bơm dựa tín hiệu cảm biến lưu lượng đường ống đưa Có giám sát quan HMI 1.2 Phương pháp đo 1.2.1 Khái quát Lưu lượng lượng chất chảy qua tiết diện ngang ống đơn vị thời gian Tùy theo lưu lượng chất lưu mà người ta phân biệt: + Lưu lượng thể tích Q tính m3/s, l/s, m3/h, + Lưu lượng G tính kg/s, kg/h, Để đo lưu lượng người ta dùng lưu lượng kế, tùy thuộc vào tính chất lưu yêu cầu công nghệ mà người ta sử dụng lưu lượng kế khác Nguyên lý hoạt động lưu lượng kế dựa sở: + Để trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ khoảng thời gian xác định ∆t + Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ lưu lượng hàm vận tốc + Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp dòng chảy, lưu lượng hàm phụ thuộc vào độ giảm áp Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện nhờ chuyển đổi điện thích hợp 1.2.2 Các phương pháp đo lưu lượng + Lưu lượng kế khí: lưu lượng kế cánh quạt-tuabin (Turbine flowmeters), lưu lượng kế phao (Variable-area flowmeters), lưu lượng kế chắn (Palette flowmeters) + Lưu lượng kế điện từ (Electro-magnetic flowmeters) + Lưu lượng kế tần số dòng xốy + Lưu lượng kế khối lượng nhiệt + Lưu lượng kế đo độ giảm áp suất (Differential pressure flowmeters) 1.2.3 Kỹ thuật phương pháp đo lưu lượng kế tần số dòng xốy a) Nguyên lý hoạt động: phương pháp đo lưu lượng tần số dòng xốy dựa hiệu ứng phát sinh dòng xốy vật cản nằm lưu chất Nguyên nhân gây dao động sinh biến dòng xốy bên cạnh vật cản Các dòng xốy cạnh bên vật cản có chiều xốy ngược Hình 17.3 Dòng xốy xuất sau vật cản Tần số biến dòng xốy (và xuất hiện) hiệu ứng dùng để đo lưu lượng tính thể tích Liên hệ kích thước hình học vật cản, vận tốc lưu chất v tần số biến dòng xốy f- tần số dòng xoáy diễn tả số Strouhal S: S = f v.b với: b - đường kính vật cản f - tần số dòng xốy v - vận tốc dòng xốy Hình 17.4 Phương pháp đo lưu lượng dòng xốy Với điều kiện số Strouhal S khơng phụ thuộc vào trị số Reynold ta tích lưu lượng theo thể tích đơn vị thời gian tính: Qv = b.A fS với A diện tích cắt ngang dòng chảy Để hình thành đường dòng xốy có tính xác định lập lại thật tốt yêu cầu vật cản phải đáp ứng đủ số điều kiện Hình dáng số vật cản trình bày đây: Hình 17.5 Hình dáng số vật cản Hình dáng vật cản phải cấu tạo cho khoảng trị số Reynold rộng mà trị số Strouhal số Với vật cản có hình dạng lăng kính, ta có trị số S ổn định suốt dải trị số Reynold rộng thiết bị đo bán thị trường thường có vật cản hình lăng kính Tần số dao động vận tốc đo với nhiều phương pháp khác Cũng đo dao động áp suất với màng sọc co giãn đo dòng xốy với sóng siêu âm Lực tác dụng lên vật cản có hướng thẳng góc với dòng chảy trục vật cản đo cảm ứng áp điện b) Đặc điểm phương pháp đo lưu lượng tần số dòng xốy: - Phương pháp kinh tế có độ tin cậy cao Tần số dòng xốy khơng bị ảnh hưởng dơ bẩn hay hư hỏng nhẹ vật cản Đường biểu diễn tuyến tính khơng thay đổi theo thời gian sử dụng Sai số phép đo bé Khoảng đo lưu lượng tính thể tích từ đến 100% Một tính chất đặc biệt phép đo dòng xốy độc lập với tính chất vật lý mơi trường dòng chảy Sau lần chỉnh định, sau ta khơng cần chỉnh định lại với loại lưu chất Một ưu điểm thiết bị đo lưu lượng dòng xốy khơng có phận học chuyển động đòi hỏi cấu trúc đơn giản - Lưu lượng kế kiểu xoáy dùng để đo lưu chất chất lỏng, khí (trừ lưu chất có độ nhớt lớn) với độ xác tương đối cao: Lưu chất Độ xác % Chất lỏng 1% Khí 1,5 % Hơi - Các yếu tố cần quan tâm sử dụng lưu lượng kế kiểu xoáy là: cách lắp đặt, nhiệt độ lưu chất, tỉ trọng độ nhớt lưu chất, yếu tố nhiễu rung động với: Q - lưu lượng tỉ lệ d - độ rộng tạo xốy D - đường kính bên YEWFLO Hình 17.6 Lưu lượng kế kiểu xốy YEWFLO Cấu trúc lưu lượng kế hình 17.7: Chiều dòng chảy Hình 17.7 Cấu trúc lưu lượng kế kiểu xoáy YEWFLO Bộ chuyển đổi Miếng đệm Thành phần cảm biến Màn hình hiển thị tín hiệu đầu Thanh tạo xốy Dây tín hiệu cảm biến 21 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Thanh tạo xốy tạo lực nâng có ứng suất thay đổi Tần số thay đổi ứng suất tức tần số xoáy phát thành phần áp điện hàn kín trong tạo xốy Có thành phần áp điện để phân biệt lực tạo xoáy lực tạo yếu tố khác Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi lực xốy thành tín hiệu điện đưa tới chuyển đổi để xử lý Những thành phần đặt tạo xoáy khơng tiếp xúc với lưu chất hình 17.8: Điện cực Cảm biến Phần tiếp xúc với lưu chất Hình 17.8 Cấu tạo cảm biến áp điện đo lực tạo xoáy 1.3 Tổng quan PLC S7-1200 PLC viết tắt Programmable Logic Controller thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực linh hoạt thực tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực mơt loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích tác động vào plc qua hoạt động có trễ thời gian định kì hay thời gian đếm Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục lặp chương trình người sử dụng lập chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội nhược điểm điều khiển dùng dây nối, người ta chế tao điều khiển plc nhẳm thoả mãn u cẩu sau: +Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học +Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa +Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp +Hồn tồn tin cậy môi trường công nghiệp +Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác máy tính, nối mạng, module mở rộng Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối logic thời gian Tuy nhiên bên cạnh việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dễ dàng cho PLC mà đảm bảo tốc độ xử lí giá cả… Chính điều tạo quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC cơng nghiệp, tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch…Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều Trong PLC phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển sử lí hệ thống, chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức quy trình cơng nghệ Ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lí so với dây nối hay Relay Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 21 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội pittông với =0,60 – 0,92; bơm ly tâm với =0,68 – 0,90; bơm hướng trục với = 0,70 – 0,85 Bơm lớn hiệu suất chung cao e Hệ số quay nhanh Hệ số quay nhanh bơm số vòng quay bơm mẫu tác dụng đơn, cấp đòng dạng hình học với có áp lực HM = m, suất QM = 0,075 m3/s Như hệ số quay nhanh xác định theo cơng thức: (vg/ph) Trong đó: ns – số vòng quay bơm, vg/Viết phương trình dao động Q – suất bơm, m3/s H – chiều cao áp lực bơm, m Dựa vào hệ số quay nhanh thính theo cơng thức ta lựa chọn bơm thích hợp theo bảng đây: Loại bơm Bơm pittông rôto Bơm ly tâm Bơm hướng chéo Bơm hướng trục ns, vg/ph < 50 50 - 300 300 - 500 500 - 1200 f Cột áp hút chống xâm thực NPSH NPSH (Net Positive Suction Head) tạm gọi cột áp hút đầu vào thông số quan trọng lắp đặt vận hành bơm Nếu cột áp hút đầu vào bơm nhỏ so với yêu cầu bơm làm việc hay xảy tượng xâm thực bơm Xâm thực phá huỷ liên tục lưu chất bề mặt vật liệu bơm, cột áp hút đầu vào hữu ích NPSHA nhỏ làm áp suất đầu vào bơm giảm xuống áp suất bay Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội tương ứng với nhiệt độ chất lỏng Sư bay mãnh liệt chất lỏng tạo khối lượng bọt lớn liên tục tách khỏi bề mặt vật liệu tiếp xúc với dòng chẩy đồng thời hạt chất lỏng khơng ngừng lao vào để chỗ bọt khí tách nên va đập thuỷ lực lớn làm rỗ phá huỷ kim loại Để tránh rơi vào vùng hai pha tách khí, người ta phải tạo cho chất lỏng lượng áp suất bổ sung bù cho tổn hao cách tạo cột áp thuỷ tĩnh Hs bồn chứa nơi đặt bơm Chọn động sử dụng Máy bơm công nghiệp Pentax CM40-250B (Do Máy Bơm Center - Gia Hinh Phát cung cấp) Thông số kỹ thuật: Model Công suất Đường kính Hút-Xả Điện áp Lưu lượng nước Cột áp Áp suất vận hành Nhiệt độ chất lỏng Tần số Số cực CM40-250B 15 HP / 11 Kw 76-49 phase/380V 9~42 m3/giờ (150 ~ 700 lít/phút) 71.3 ~ 55.6 m max 10 bar -10 ~ 90oC 50 Hz cực Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Thân máy bơm Giá đỡ bơm Trục máy bơm Phốt khí Cánh quạt Vật liệu cách nhiệt Cấp độ bảo vệ Bảo vệ tải nhiệt Gang Gang Thép không gỉ AISI 304 Ceramic-graphite Đồng gang (tùy phiên bản) Glass F IP 55 Tự động ngắt 2.2.4 Chọn biến tần Giới thiệu chung Biến tần gì? - Biến tần thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều tần số thành dòng điện xoay chiều tần số khác điều chỉnh Nguyên lý hoạt động biến tần - Nguyên lý làm việc biến tần đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Công đoạn thực chỉnh lưu cầu diode tụ điện Nhờ vậy, hệ số cơng suất cosphi hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải có giá trị 0.96 Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Công đoạn thực thơng qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn lực nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội - Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển Theo lý thuyết, tần số điện áp có quy luật định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mơ men không đổi, tỉ số điện áp - tần số không đổi Tuy với tải bơm quạt, quy luật lại hàm bậc Điện áp hàm bậc tần số Điều tạo đặc tính mơ men hàm bậc hai tốc độ phù hợp với yêu cầu tải bơm/quạt thân mô men - lại hàm bậc hai điện áp Hiệu suất chuyển đổi nguồn biến tần cao sử dụng linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ đại Nhờ vậy, lượng tiêu - thụ xấp xỉ lượng yêu cầu hệ thống Ngồi ra, biến tần ngày tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác phù hợp hầu hết loại phụ tải khác Ngày biến tần có tích hợp PID thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, phù hợp cho việc điều khiển giám sát hệ thống SCADA Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Chọn biến tần sử dụng Chọn biến tần LS Phase 380V 11KW SV110IG5A-4 Tính năng: Điều khiển V/F & sensorless vector Tự động dò thơng số động Động hoạt động 150% moment tần số 0.5Hz Tần sô ngõ từ 0~400Hz Thay đổi tần số sóng mang Điều khiển PID Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 21 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Bảo vệ lỗi chạm đất Giải nhiệt quạt điều khiển ON/OFF Chọn cấu hình I/O (thay đổi chức ngõ vào) Tín hiệu vào tuỳ chọn NPN/PNP Ngõ analog 0~10VDC, -10~10VDC, ~ 20mA Hỗ trợ card truyền thông Modbus/RS485 Thông số kỹ thuật Phương pháp điều khiển Tỉ lệ V/F Khả tải V/F (khơng gian vecto PWM) Tuyến tính hay người sử dụng 150% 1phút, 200% 30 Torque khởi động Tín hiệu đầu vào giây Tự động hay tay FX (chạy thuận) RX (chạy nghịch) RST(reset lỗi) JOG Tổng cộng đầu vào(lập trình) 0~10VDC Điều khiển hoạt động Phím điều khiển, Led hiển thị chữ Đa chức đầu vào Ngõ analog Tín hiệu vào Cài đặt tần số Tín hiệu ngõ số, Trạm nối, Truyền thơng ModBus Tín hiệu khởi động Analog:0~10V,4~20mA, Digital:phím điều khiển Truyền thông: ModBus LS Bus Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Nhiều cấp tốc độ Thuận, Nghịch Đa cấp thời gian tăng Cài đặt đến 8cấp tốc độ (sử tốc/giảm tốc dụng đầu vào đa chức năng) Chức hoạt động 0.1~6000s Dừng khẩn cấp Điều khiển PID Tăng tốc/giảm tốc Giới hạn tần số Nhảy tần số Chức cài tham số cho motor thứ Tốc độ bò Reset lỗi Tự động Reset lỗi Ngắt tín hiệu từ biến tần Động chạy với tốc độ Trạng thái hoạt động chậm Có tín hiệu reset lỗi chức Thông số hiển thị bảo vệ tác động Quá áp/Thấp áp Quá dòng Chức bảo vệ Quá nhiệt biến tần/quá nhiệt động Mất pha, Quá tải Lỗi phần cứng Lỗi truyền thông Lỗi CPU Quá tải Ngắt 2.3 Bảng địa cho biến vào Tên biến START Địa biến I0.0 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Chức Khởi động hệ thống 21 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội STOP I0.1 Dừng hệ thống SENSOR I0.3 Cảm biên lưu lượng LAMP_RUN Q0.0 Đèn báo hệ thống hoạt động LAMP_FLA Q0.1 Đèn báo lưu lượng thấp LAMP_FHA Q0.2 Đèn báo lưu lượng cao CONTROL_INVERTER AQ0 2.4 Sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Tín hiệu điều khiển biến tần Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội 2.4.1 Xây dựng thuật tốn viết chương trình Bảng định địa Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Hàm Hàm khởi động cấp nguồn cho PLC Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Hàm điều khiển đóng mở hệ thống cảnh báo ngắt lưu lượng thấp cao Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Hàm đếm xung từ cảm biến lưu lượng đưa Hàm PID dùng để ổn định lưu lượng Hàm đặt lưu lượng đặt từ HMI điều khiển biến tần Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Lập trình cho HMI CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 21 ... Ứng dụng PLC S7-1200 SIEMENS thực toán đo, điều khiển, cảnh báo lưu lượng nước ống dẫn” ngưỡng đặt trước thông qua điều khiển PLC biến tần Hệ thống bơm dựa tín hiệu cảm biến lưu lượng đường ống. .. biến đo lưu lượng đưa thông tin cho PLC xử lý (PLC xử lý tín hiệu cảm biến lưu lượng để ổn định lưu lượng mức l/s) Khi cảm biến báo lưu lượng nhỏ l/s đèn cảnh báo FLA sáng, sau phút lưu lượng. .. phương pháp đo lưu lượng + Lưu lượng kế khí: lưu lượng kế cánh quạt-tuabin (Turbine flowmeters), lưu lượng kế phao (Variable-area flowmeters), lưu lượng kế chắn (Palette flowmeters) + Lưu lượng kế