ứng dụng mạng plc trong điều khiển và giám sát lò nhiệt

Tín hiệu điện áp này được truyền đến ngõ vào analog của PLC 1 xử lí và tín hiệu ngõ ra của PLC 1 sẽ qua relay bán dẫn SSR để điều khiển đóng / ngắt dòngđiện cấp cho lò nhiệt tắt hoặc mở

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT

GVHD: THS.TRẦN VĂN LỢI

SVTH: HỒ VĂN HẠNH

ĐÀO CÔNG DŨNG

TP.Hồ Chí Minh

HỌC NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT

GVHD: THS.TRẦN VĂN LỢI

SVTH: HỒ VĂN HẠNH

Dù đã cố gắng thực hiện nhưng do kiến thức chuyên môn chưa vững chắc, việctìm hiểu chưa sâu nên chắc sẽ có nhiều thiếu sót và hạn chế Chúng em mong nhậnđược sự đánh giá, đóng góp ý kiến để chúng em có thể làm tốt hơn.

Cuối cùng một lần nữa chúng em xin gửi đến Thầy, THS.TRẦN VĂN LỢI lờicám ơn sâu sắc, lời chúc sức khỏe, hạnh phúc trong cuộc sống

Chúng em xin chân thành cám ơn !

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Như chúng ta biết, nhiệt độ là một trong những thành phần vật lý rất quan trọng việcthay đổi nhiệt độ của một vật chất ảnh hưởng rất nhiều đến cấu tạo, tính chất, và các đại lượngvật lý khác của vật chất ví dụ, sự thay đổi nhiệt độ của một chất khí sẽ làm thay đổi thể tích, ápsuất của chất khí trong bình Vì vậy, trong nghiên cứu khoa học, trong công nghiệp và đời sốngsinh hoạt, thu thập các thông số và điều khiển nhiệt độ là điều rất cần thiết

Trong lò nhiệt, máy điều hòa, máy lạnh hay ca trong lò viba, điều khiễn nhiệt độ là tínhchất quyết định cho sản phẩm ấy trong ngành luyện kim, cần phai đạt đến một nhiệt độ nào đó

để kim loại nóng chảy, và cũng cần đạt một nhiệt độ nào đó dể cho kim loại nhằm đạt được tốtcác đặc tính cơ học như độ bền, độ dẻo, độ chống rỉ sét…

Trong ngành thực phẩm cần duy trì một nhiệt độ nào đó để nướng bánh, để nấu, để bảoquản,… Việc thay đổi thất thường nhiệt độ không chỉ gây hư hại đến chính thiết bị đang hoạtđộng, còn ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, ngay cả trên chính sản phẩm đó

Có nhiều phương pháp điều khiển nhiệt độ lò nhiệt Mỗi phương pháp đều mang đến một kếtquả khác nhau thông qua những phương pháp điều khiển khác nhau như điều khiển ON- OFFđiều khiển bằng khâu tỉ lệ, điều khiển bằng khâu vi phân PD, điều khiển PID số

Với đề tài:” ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒNHIỆT “ chúng em sử dụng phương pháp điều khiển ON- OFF để điều khiển lò nhiệt Nhiệt độcủa lò được cảm biến PT100 nhận tín hiệu, sau đó được khuếch đại thông qua bộ khuếch đạithành điện áp chuẩn từ 0 – 5v Tín hiệu điện áp này được truyền đến ngõ vào analog của PLC 1

xử lí và tín hiệu ngõ ra của PLC 1 sẽ qua relay bán dẫn SSR để điều khiển đóng / ngắt dòngđiện cấp cho lò nhiệt tắt hoặc mở với mức nhiệt độ ta cài đặt

Nếu khi lò nhiệt có nhiệt độ nhỏ hơn giá trị nhiệt độ đặt, bộ nhiệt độ sẽ bật lên với côngsuất cực đại Khi lò nhiệt có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ đặt, bộ nhiệt sẽ tắt lò.Song đó tín hiệunhiệt cũng được truyền đến PLC 2 qua bộ chuyển mạch với ngõ ra là sáng hoặc tắt đèn tùy theocài đặt Chẳng hạn như nhiệt độ gửi về là 50°C thì đèn 1 sáng, gửi về 70°C thì đèn 2 sáng,90°C thì đèn 3 sáng

Luận văn tốt nghiệp gồm 5 chương:

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế và thi công

Chương 4: Kết quả và biện luận

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii

MỤC LỤC iii

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 1

1.2 MỤC TIÊU: 1

1.3 PHẠM VI: 2

CHƯƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1.GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 : 3

2.1.1 Các module trong hệ PLC S7-1200 : 4

2.1.2.Module xuất nhập tín hiệu tương tự: 5

2.1.3.Module truyền thông 5

2.2 PHẦN MỀM TIA PORTAL : 5

2.2.1.Giao thức TCP / IP : 6

2.3.BỘ CHUYỂN MẠCH VÀ CÁP TRUYỀN THÔNG: 6

2.3.1.BỘ CHUYỂN MẠCH: 6

2.3.2.CÁP TRUYỀN THÔNG: ( RJ 45 ) 7

3 LÒ NHIỆT, CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ BỘ TRANDUCER: 9

3.1.LÒ NHIỆT: 9

3.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ: ( RTD ) 9

3.2.1.CẢM BIẾN PT100 : 10

3.3.BỘ TRANSMITTER: 12

3.3.1 IC XTR 105 VÀ RCV 420 : 12

4.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ: 14

4.1.PHƯƠNG PHÁP ON- OFF: 14

4.2.PHƯƠNG PHÁP PID: 14

5 Solid State Relay: (SSR ) 15

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 17

3.1.XÂY DỰNG MÔ HÌNH: (hình 12 ) 17

3.2.TRANSMITTER:(BỘ CHUYỂN ĐỔI) 18

3.3.SƠ ĐỒ KẾT NỐI: 20

3.3.1.SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 1: 20

3.3.2.SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 2: 20

3.4.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỚI TIA PORTAL V11: 21

3.5 KHAI BÁO ĐỊA CHỈ IP , RESET ĐỊA CHỈ IP VÀ KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH: 24

3.5.1.KHAI BÁO ĐỊA CHỈ IP : 24

3.5.2 RESET ĐỊA CHỈ IP : 28

3.6.TRUYỀN THÔNG GIỮA PLC VÀ PLC : 29

3.7.CODE: 31

3.7.1.CHƯƠNG TRÌNH PLC 1: 31

3.7.2.CHƯƠNG TRÌNH PLC 2: 33

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 34

4.1.KẾT QUẢ: 34

4.2.BIỆN LUẬN: 36

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 37

5.1.KẾT LUẬN: 37

5.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 37

PHỤ LỤC 1 39

PHỤ LỤC 2 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 44

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Nhiệt độ là một đại lượng vật lý hiện diện khắp nơi và trong nhiều lĩnh vực, trongcông nghiệp cũng như trong sinh hoạt Nhiệt độ trở nên là mối quan tâm hàng đầu cho nhàthiết kế máy và điều khiển nhiệt độ trở thành một trong những mục tiêu của ngành diềukhiển tự động trong nhiều lĩnh vực của kinh tế, vấn đề đo và kiểm soát nhiệt độ là một quátrình không thể thiếu được, nhất là trong công nghiệp Đo nhiệt độ trong công nghiệp luôngắn liền với quy trình công nghệ của sản xuất, việc đo và kiểm soát nhiệt độ tốt quyết địnhrất nhiều đến chất lượng của sản phẩm trong các ngành công nghiệp thực phẩm, luyện kim,

xi măng, công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong

Xuất phát từ nhu cầu thực tế và để tìm hiểu, làm quen với PLC, nhóm chúng emchọn đề tài:” ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒNHIỆT ”(dùng S7-1200 của Siemens sản xuất) để làm đồ án tốt nghiệp, để hiểu biết thêm vềPLC trong giám sát và điều khiển lò nhiệt

Nhiệt độ được cập nhật bởi 1 thiết bị cảm biến nhiệt độ là PT100, sau đó qua bộchuyển đổi tín hiệu Transmitter với chuẩn điện áp từ 0 – 5v Tín hiệu đó đưa đến PLC 1 xử

lí Tín hiệu nhiệt độ mà PLC 1 nhận được thông qua bộ chuyển mạch sẽ được gửi đến PLC 2

để điều khiển lò nhiệt bằng cách đóng / ngắt dòng điện cung cấp cho lò nhiệt

1.2 MỤC TIÊU:

Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt

Tìm hiểu cảm biến nhiệt PT100, bộ TRANDUCER trong điều khiển đo nhiệt độ Kết nối truyền thông 2 PLC, từ đó điều khiển và giám sát lò nhiệt

Viết chương trình điều khiển lò nhiệt

Điều khiển lò nhiệt theo phương pháp ON /OFF

1.3 PHẠM VI:

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống lò nhiệt, nguyên lý hoạt động, tính năng của PLC S7-1200 do Siemens sản xuất, cảm biến nhiệt độ PT100, bộ Transmitter, tìm hiểu về phần mềm TIA PORTAL V11, ngôn ngữ lập trình LAD , cách truyền và trao đổi dữ liệu giữa 2 PLC Từ đó xây dựng mô hình thực tế điều khiển lò nhiệt thông qua PLC S7-1200 và giámsát qua máy tính theo sơ đồ khối sau:(hình 1)

Hình 1.Sơ đồ khối

Hình 1.Sơ đồ khối

CHƯƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2

S7- 1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiềuứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, 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, cácđầu vào/ra (DI/DO)

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trìnhđiều 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 rabạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc S232

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

Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn trên PLC S7-1200:

Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC

Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở

Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s

Hỗ trợ 16 kết nối ethernet

TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol

Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình của PLC S7-1200:

6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo nhiệt độ

2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo

Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve:

16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số

Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà không thay đổi kích thước hệ điều khiển Mỗi CPU của PLC S7-1200 có thể kết nối 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra

Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU

Board tín hiệu của PLC S7-1200 : Gồm các board:

1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (+- 10VDC, 0-20mA).

2 cổng tín hiệu vào + 2 cổng tín hiệu ra số, 0.5A

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau.PLC S7-1200 có rất nhiều loại, ở đây ta chỉ tìm hiểu về module 1214C CPC DC/DC/DC :

2.1.2.Module xuất nhập tín hiệu tương tự:

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

2.2.1.Giao thức TCP / IP :

Giao thức TCP/IP được phát triển từ mạng ARPANET và Internet và được dùng nhưgiao thức mạng và vận chuyển trên mạng Internet TCP (Transmission Control Protocol) làgiao thức thuộc tầng vận chuyển và IP (Internet Protocol) là giao thức thuộc tầng mạng của

mô hình OSI Họ giao thức TCP/IP hiện nay là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất để liênkết các máy tính và các mạng

Hiện nay các máy tính của hầu hết các mạng có thể sử dụng giao thức TCP/IP để liênkết với nhau thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác nhau Giao thức TCP/IP thựcchất là một họ giao thức cho phép các hệ thống mạng cùng làm việc với nhau thông qua việccung cấp phương tiện truyền thông liên mạng

Nhiệm vụ chính của giao thức IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thànhliên kết mạng để truyền dữ liệu, vai trò của IP là vai trò của giao thức tầng mạng trong môhình OSI Giao thức IP là một giao thức kiểu không liên kết (connectionlees) có nghĩa làkhông cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu

TCP/IP là một hệ thống (hoặc bộ) giao thức, và một giao thức là một hệ thống các quy định và thủ tục Đại đa số phần cứng và phần mềm giúp máy tính tham gia quá trình trao đổi thông tin đều thực hiện các quy chuẩn của TCP/IP - người sử dụng không cần phảibiết chi tiết các quy chuẩn này Tuy nhiên, một nền tảng kiến thức về TCP/IP sẽ rất cần thiết

nếu bạn muốn thiết lập cấu hình cũng như giải quyết các sự cố khi làm việc với mạng TCP/IP

Trước khi xem xét các thành phần của TCP/IP, chúng ta nên bắt đầu bằng cách tìm hiểu qua nhiệm vụ của một hệ thống giao thức Một hệ thống giao thức như TCP/IP phải đảm bảo khả năng thực hiện những công việc sau:

- Cắt thông tin thành những gói dữ liệu để có thể dễ dàng đi qua bộ phận truyền tải trung gian

- Tương tác với phần cứng của adapter mạng

- Xác định địa chỉ nguồn và đích: Máy tính gửi thông tin đi phải có thể xác định được nơi gửi đến Máy tính đích phải nhận ra đâu là thông tin gửi cho mình

- Định tuyến: Hệ thống phải có khả năng hướng dữ liệu tới các tiểu mạng, cho dù tiểu mạng nguồn và đích khác nhau về mặt vật lý

- Kiểm tra lỗi, kiểm soát giao thông và xác nhận: Đối với một phương tiện truyền thông tin cậy, máy tính gửi và nhận phải xác định và có thể sửa chữa lỗi trong quá trình vận chuyển

LAN Switch :( Bộ chuyển mạch mạng cục bộ )

Là thiết bị mạng có nhiều cổng làm chức năng kết nối các trạm làm việc (workstation) trong một mạng LAN lại với nhau theo cấu hình hình sao (Star configuration) bằng cách chuyển mạch (Switching) LAN Switch còn được gọi là Switch Level 2 do LAN Switch nằm ở lớp thứ 2 trong mô hình mạng OSI gồm 7 lớp

Hình 3

LAN Switch có chức năng tương tự như LAN Hub nhưng có tốc độ truyền tổng thể cao hơn nhiều bởi vì Switch là một thiết bị truyền dẫn tín hiệu mạng hữu hướng (connection-oriented network device), nó cho phép thiết lập các kênh truyền riêng giữa các cặp trạm làm việc với nhau Ví dụ: Switch 8-port (8-cổng) tốc độ 100Mbps cho phép tạo 4 đường truyền độc lập, mỗi đường có tốc độ đầy đủ là 100 Mbps Nghĩa là nếu 8 máy tính "bắt thành 4 cặp"

để truyền dữ liệu với nhau thì tốc độ đường truyền thực sự giữa mỗi cặp có thể đạt tới 100Mbps Còn Hub là một thiết bị truyền dẫn tín hiệu mạng vô hướng (connectionless

network device), nó cho phép các trạm làm việc (với số lượng tối đa phụ thuộc vào số cổng)

"chia sẻ" chung một đường truyền dữ liệu

Trong mỗi máy tính Workstation 1, Workstation 2 và File Server đều có một Card mạng hỗ trợ cổng RJ-45 Thông thường trong các bảng báo giá ta thường thấy Card mạng 10/100 PCI/UTP nghĩa là card mạng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu 10 hoặc 100 Mbps, chuẩn khe cắm là PCI (gắn vào khe mở rộng PCI trên mainboard) và sử dụng cáp UTP (cáp xoắn đôi), nghĩa là sử dụng đầu nối cáp RJ-45

2.3.2.CÁP TRUYỀN THÔNG: ( RJ 45 )

Dây mạng CAT-5 (UTP) có 8 sợi được xoắn thành 4 cập: Trắng Cam - Cam, Trắng Dương - Dương, Trắng Lá - Lá, Trắng Nâu - Nâu và việc bấm dây mạng được bấm theo 2 chuẩn A và B

Nếu bạn bấm cả 2 đầu cùng 1 chuẩn (A - A hoặc B - B ) thì gọi là bấm thẳng, dùng để nối từ máy đến Hub/Switch Còn nếu bạn dùng 1 đầu chuẩn A và 1 đầu chuẩn B thì gọi là bấm chéo, dùng để nối 2 máy tính lại với nhau mà không dùng Hub/Switch.(hình 4)

Tính chất của lò nhiệt phụ thuộc vào thể tích, vật liệu cách nhiệt và nguồn nhiệt

Lò nhiệt được sử dụng trong luận văn là một loại lò nhiệt nướng dân dụng, điện áp xoay chiều (hình 5)

Thông số lò nhiệt SANAKY:

-Điện áp : 220vAC

-Nhiệt độ Max: 250°C

-Lò sử dụng 4 dây điện trở để đốt nóng

Hình 5

3.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ: ( RTD )

Nhiệt điện trở kim loại (RTD: Resistance-Temperature Detectors) là cảm biến dạng phát hiện

sự thay đổi nhiệt độ trung gian qua sự thay đổi điện trở của kim loại.

Các cấp sai số cho phép của RTD được trình bày trong bảng 1.1 sau đây:

CẤP SAI SỐ BIỂU THỨC XÁC ĐỊNH SAI SỐ GHI CHÚ

A ± (0,15 + 0,002 t )

 |t|t|t| là giá trị tuyệt đối của nhiệt

độ tại giá trị đo được

B ± (0,30 + 0,005 t )

C ± (0,40 + 0,009 t )

D ± (0,60 + 0,0018.t )

BẢNG 1.1: SAI SỐ CHO PHÉP CỦA RTD PLATINUM THEO CÁC CẤP A, B, C, D:

Ngoại trừ các thông số vừa nêu trên, theo tiêu chuẩn IEC751 RTD còn có các đặc tính khác như:

Điện trở cách điện, khả năng chịu đựng đối với môi trường, hiệu ứng nhiệt điện,một vài đặc tính được trình bày như sau:

Hiệu ứng nhiệt điện: RTD thường được tạo thành từ hai kim loại: phần tử cảm biến làm bằng Platinum và các đầu ra làm bằng đồng ( cấu tạo này có tác dụng tương tự như

Thermocouple).Với độ chênh lệch nhiệt độ đặt trên phần tử, điện áp sinh ra do hiệu ứng nhiệt

có giá trị bằng 7mV/ °C.Hiệu ứng này thực sự chỉ cần đến với các phép đo lường chính xác cao tại các dòng kích thích có giá trị thấp

Dòng điện đo lường: Giá trị dòng điện đo lường trong phạm vi từ: 1, 2 và 5mA Tuy nhiên giá trị 5mA không cho phép xãy ra trên RTD cấp A

Các đầu dây ra trên RTD: có thể thuộc 1 trong 3 dạng sau: 2, 3 hay 4 đầu dây

Theo tiêu chuẩn IEC751 tại mỗi đầu của RTD cho phép ra 2 đây, các dây này phải có code màu giống nhau.Code màu thường dùng cho các đầu ra RTD là : đỏ và vàng

Ký hiệu ghi trên cảm biến: theo tiêu chuẩn IEC751 trên RTD cho phép ghi : giá trị định mức

R0, cấp sai số, cấu hình của các đầu dây ra, dãy nhiệt độ làm việc cho phép

Ví dụ trên cảm biến ghi: Pt 100 /A / 3 / -100 / +200 Ý nghĩa của các ký hiệu được hiển như sau:

Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:

Trong luận văn này chúng em dùng cảm biến nhiệt độ PT100 loại 3 dây ( như hình 6)

IC XTR 105 là loại IC chuyên dùng xử lí tín hiệu, giống như Opamp khuếch đại tín

hiệu bằng cách so sánh 2 mức điện áp ngõ vào chân số 2 (Vin-) và chân số 13 (Vin +)

Chân số 10 là chân cấp nguồn, ngõ ra chân số 7 là 4mA – 20mA Muốn ra điện áp từ

0v – 5v thì phải qua IC RCV 420

Thang nhiệt độ của IC XTR 105 từ -200°C - 800°C, ngõ ra thang nhiệt độ phụ thuộcvào giá trị của Rz, RG và Rlin 1.(xem bảng 1.3)

IC RCV420 là một IC chuyên dùng cho thiết kế chuyển đổi tín hiệu 4-20mA đầu vàothành điện áp từ 0-5V tín hiệu đầu ra, nó cung cấp cao độ tin cậy với chi phí thấp.

Nguồn được cấp vào chân số 16 là nguồn dương (+12v) và vào chân số 4 là nguồn

âm (-12v) Chân số 3 là ngõ vào của tín hiệu, chân 14 là chân ngõ ra 0-5v

4.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ:

4.1.PHƯƠNG PHÁP ON- OFF:

Đây là loại điều khiển tương đối đơn giản nhất, được dùng trong các loại sản phẩm phục vụ cho gia đình như máy điều hòa nhiệt độ, lò nhiệt,…Khi lò nhiệt có nhiệt độ nhỏ hơngiá trị nhiệt độ đặt,bộ nhiệt độ sẽ bật lên với công suất cực đại Khi lò nhiệt có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ đặt, bộ nhiệt sẽ tắt lò Quá trình ON – OFF của lò nhiệt diễn ra với giá trị sai sốcho phép nhằm ngăn ngừa nhiễu trong quá trình bật tắt lò nhiệt quá nhanh khi nhiệt độ lò gần với nhiệt độ đặt Dao động nhiệt được biểu diễn trong biểu đồ sau:(hình 9)

Hình 9

Trong đó đường màu đỏ thể hiện nhiệt độ đặt, đường màu xanh thể hiện đặc tính nhiệt độ hiện tại mà lò nhiệt đạt được, còn đường màu tím biểu thị việc ON – OFF của bộ nhiệt

4.2.PHƯƠNG PHÁP PID:

Là hệ thống điều khiển vòng kín hệ thống sẽ xác định sai khác giữa trạng thái mong muốn và trạng thái thực (sai số) và tạo ra lệnh điều khiển để loại bỏ sai số Điều khiển PID thực hiện bằng ba cách phát hiện và hiệu chỉnh sai số P, I, D

Điều chỉnh tỷ lệ ( p): là phương pháp điều chỉnh tích phân tạo ra tín hiệu chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào

Điều chỉnh tích phân ( I ): là phương pháp điều chỉnh tỷ lệ để lại một độ lệch (offset )sau điều chỉnh rất lớn, lúc đó ta kết hợp với điều chỉnh tích phân

Điều chỉnh vi phân (D): khi hằng số thời gian của hệ thống rất lớn điều chỉnh theo P hoặc PI có đáp ứng quá chậm thì ta sử dụng kết với điều chỉnh vi phân.Điều chỉnh vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỷ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào.(hình 10)

Hình 10

5 Solid State Relay: (SSR )

SSR là relay bán dẫn được ứng dụng để thay thế các relay trung gian hay cáccontactor đóng cắt tần số cao, khi tần số đóng ngắt các tiếp điểm cơ khí quá cao thì người tachuyển sang dùng các SSR SSR có đáp ứng tần số đóng ngắt là 1000 lần / 1 phút

Về chức năng SSR cũng tương tự như rơ le cơ khí thông thường : cho phép dòngđiện nhỏ có thể điều khiển một tải tiêu thụ dòng lớn hơn

Điểm khác biệt rõ nét nhất của SSR so với rơ le thông thường là nó không có "bộphận chuyển động" (moving part) Rơ le cơ khi hoạt động sẽ nghe tiếng "tạch" do tiếp điểm

cơ khí đóng mở dưới tác động lực từ trường

Về cấu tạo, SSR gồm 1 coupling và một hoặc nhiều MOSFET: ( như hình 11 )

 Dòng và áp điều khiển cần nhỏ hơn.

 Tuổi thọ dài hơn (vì không có phần cơ khí chuyển động để mà bị hao mòn)

 Không xẹt tia lửa điện

 Đóng ngắt êm ái, hầu như không có tiếng động

 Kích thước thường là nhỏ hơn

Nhược điểm của SSR:

 Đặc tính Volt/Amp của bán dẫn: khi đóng mạch sinh nhiều nhiệt và nhiễu điện, dòng

rò khi không hoạt động, đường đặc tính V/A không tuyến tính

 Có khả năng đóng mạch giả do sự chuyển điện áp nhất thời

 Có thiên hướng "ngắn mạch" khi hư hỏng, trong khi với relay điện từ khi hư thường

sẽ hở mạch ra

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

3.1.XÂY DỰNG MÔ HÌNH: (hình 12 )

Hình 12.Sơ đồ khối

Ở đây ta sử dụng bộ Switch để tạo sự liên kết giữa các thiết bị, lò nhiệt được điềukhiển bởi PLC 2 Tín hiệu được cảm biến PT100 nhận, vì ngõ ra của PT100 rất nhỏ, PLCkhông xử lí được Vì vậy ta dùng bộ chuyển đổi tín hiệu ( Transmitter ) để chuyển đổi tínhiệu thành mức điện áp chuẩn 0 – 5v và đưa vào ngõ vào analog của PLC 1 với đia chỉ làIW64 để xử lí, ngõ ra PLC 1 với ngõ ra sáng hoặc tắt đèn tùy theo ta cài đặt, ví dụ như trên50°C đèn xanh sáng và trên 70°C đèn đỏ sang

Trong khi đó tín hiệu điều khiển lò nhiệt cũng được truyền đến PLC 2 với ngõ ra

sẽ kích relay bán dẫn ( SSR ) đóng / ngắt dòng điện cung cấp cho lò nhiệt tắt / mở

3.2.TRANSMITTER:(BỘ CHUYỂN ĐỔI)

Đây là một bộ chuyển đổi tín hiệu, tín hiệu được khuếch đại với giá trị mà PLC có thể xử lí được Ngõ ra của bộ khuếch đại với điện áp chuẩn là từ 0 – 5v, như hình 13.