Đo Và Điều Khiển Nhiệt Độ Bằng PLC

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 SVTH HUỲNH THIÊN BẢO LỚP NGUYỄN XUÂN ĐÔNG : 95KĐĐ GVHD : TP HỒ CHÍ MINH THÁNG – 2000 : BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINHĐỘC LẬP -TỰ DO- HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN –ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Các Số Liệu Ban Đầu: Nội Dung Phần Thuyết Minh: - 4.Giaùo viên hướng dẫn: NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 5.Ngày giao nhiệm vụ: 13-12-1999 6.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28-2-2000 Giáo viên hướng dẫn Thông qua môn Ngày…Tháng ….Năm 2000 Chủ nhiệm môn BẢN NHẬN XÉTLUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung luận văn tốt nghiệp: -Nhận xét giáo viên hướng dẫn : - Giáo viên hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) NGUYỄN XUÂN ĐÔNG BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp Ngành Tên đề tài: : 95KĐĐ : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung luận văn tốt nghiệp: -Nhận xét giáo viên phản biện: - - Giáo viên phản biện (ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Phần A : GIỚI THIỆU Phần B : NỘI DUNG Trang Phần I : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Chương I :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ -I – Khái niệm chung II – Các phương pháp đo nhiệt độ -III – Giới thiệu số mạch đo nhiệt độ -17 IV – Giới thiệu số mạch khống chế nhiệt độ -20 Chương II : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC -25 I – Sơ lược lòch sử phát triển -25 II – Cấu trúc nghiên cứu hoạt động PLC -25 III – So sánh PLC với hệ thống điều khiển khác – Lợi ích việc sử dụng PLC IV – Một vài lónh vực tiêu biểu öùng duïng PLC -30 V – Giới thiệu Module Analog EM235 PLC S7 – 200, CPU 214 30 Chương III : GIỚI THIỆU VỀ SCR VÀ CÁC IC ĐƯC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 36 Phần II : NỘI DUNG A – THIẾT KẾ PHẦN CỨNG -39 I – Yêu cầu 39 II – Sơ đồ khối – Nguyên lý hoạt động dựa theo sơ đồ khối -39 III – Thieát keá chi tieát 39 – Mạch cảm biến nhiệt độ mạch khuếch đại 39 – Mạch điều khiển -43 – Mạch giải mã – Hiển thò 48 – Thiết bò -51 – Nguồn cung cấp 51 – Sơ đồ nguyên lý 54 B – PHẦN MỀM- 55 – Quan hệ nhiệt độ liệu 12 bit đầu chuyển đổi ADC 55 – Chương trình điều khiển -57 Phần III : THI CÔNG MẠCH I – Sơ đồ bố trí linh kiện mạch in 66 II – Cân chỉnh mạch ñaàu ño 69 Phần C : KẾT LUẬN – TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHAÀN I: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN CHƯƠNG I :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ I-Khái niệm chung: Trong nghiên cứu khoa học, sản xuất đời sống sinh hoạt ngày, luôn cần xác đònh nhiệt độ môi trường hay vật Vì việc đo nhiệt độ trở thành việc làm vô cần thiết Đo nhiệt độ phương thức đo lường không điện Nhiệt độ cần đo thấp (một vài độ Kelvin), cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin) Độ xác nhiệt độ có cần tới vài phần ngàn độ, có vài chục độ chấp nhận Việc đo nhiệt độ tiến hành nhờ dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh … Tùy theo khoảng nhiệt độ cần đo sai số cho phép mà người ta lựa chọn loại cảm biến phương pháp đo cho phù hợp: - Khoảng nhiệt độ đo phương pháp tiếp xúc dùng cặp nhiệt điện từ 200 0C đến 10000C,độ xác đạt tới +/-1% -> 0.1% - Khoảng nhiệt độ đo phương pháp tiếp xúc dùng cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) từ – 2700C đến 25000C với độ xác đạt tới +/1% -> 0.1% - Khoảng nhiệt độ đo phương pháp tiếp xúc dùng cảm biến tiếp giáp P-N (diode, transistor, IC) từ –2000C đến 2000C,sai số đến +/-0.1% - Các phương pháp đo không tiếp xúc xạ,quang phổ… có khoảng đo từ 1000 0C đến vài chục ngàn độ C với sai số +/-1% -> 10% Thang đo nhiệt độ gồm: thang ño Celcius( 0C), thang ño Kelvin (0K), thang ño Fahrenheit (0F), thang ño Rankin (0R) T(0C) = T(0K) – 273.15 T(0F) = T(0R) - 459.67 T(0C) = [ T(0F) –32 ]*5/9 T(0F) = T(0C)*9/5 +32 *Sự liên hệ thang đo nhiệt độ quan trọng: Kelvin(0K) Celcius(0C) -273.15 Rankin(0R) Fahrenheit(0F) -459.67 61 3.05 2.44 199 7CE 2- Chương trình điều khiển: Chương trình điều khiển PLC viết theo hai phương pháp bản: phương pháp hình thang (Ladder Logic: LAD) phương pháp liệt kê lệnh (Statement List: STL) Trong tập đồ án này, em trình bày chương trình điều khiển theo phương pháp hình thang LAD: Lưu đồ điều khiển sau: BEGI N Tạo xung để đưa bit liệu hàng đơn vò Nhận tín hiệu từ mạch đầu đo Tách bit liệu hàng chục Dòch liệu sang phải lần Tạo xung để đưa bit liệu hàng chục Nhân liệu với 1000 Tạo xung để xuất giá trò nhiệt độ thật lên LED đoạn Chia giá trò liệu cho 32768 để lấy giá trò nhiệt độ thật So sánh giá trò nhiệt độ Sthật >500 Xuất giá trò điện áp thấp ngõ Vo Chuyển giá trò nhiệt thật sang mã BCD Tách bit liệu hàng đơn vò Đ M4.1 (R) Xuất giá trò điện áp cao M5.1 M5.1 ngõ Vo ( (RR) ) 11 END NETWORK1 SM0.1 M4.1 (R) M4.1 (R) M5.1 (R) M5.3 (R) M5.2 (R) M5.7 (S) NETWORK2 M4.1 SHR-W EN AIW0 IN OUT N MW0 M4.0 (S) NETWORK3 M4.0 MUL EN MW0 IN1 OUT 16#3E8 IN2 M4.1 (S) M4.2 (S) VD4 NETWORK4 M4.4 MOVW EN IN OUT 16#80 00 M4.3 (S) MOVDW NETWORK9 M4.6 M4.3 MW2 NETWORK5 EN IN OUT VD M4.3 VD0 MD0 16#FFF F M4.2 W ANDDW (R) EN IN1 VD0 OUT IN2 M4.5 M4.4 ( R( )S ) 1 M4.5 (S) NETWORK10 NETWORK6 M4.5 M4.2 M4.2 M4.6 M5.4 ( ) VB3 M4.0 ( R 10mV (có trở kháng vào đủ lớn) -Đồng hồ đo điện trở -Nhiệt kế có thang đo từ 00C -> 1000C Cả ba loại cần phải có độ xác cao *Các bước thực : +Bước : -Dùng đồng hồ đo Ohm, chọn R30 R31 cho có trò số thật gần giống (bằng tốt) -Chỉnh cặp điện trở (VR2, R32) (VR1, R33) cho có trò số 5R30 5R31 +Bước 2: -Chỉnh VR3 cho điện áp C điện áp A vò trí biến trở VR4 (thang đo mV) -Chỉnh VR9 cho áp B 2,73V +Bước 3: -Đặt cảm biến nhiệt kế môi trường không khí (T0 phòng) -Xác đònh nhiệt độ phòng mực thủy ngân ổn đònh Chỉng VR4 cho điện áp C V C = 2,73 + 0,01.T0phòng (V) Nếu có thể, cho nhiệt độ phòng 25 0C chỉnh VC = 2,98V -Khi đó, điện áp D : V D = 0,05.T0phòng (V) Nếu chưa phải tiến hành lại bước 1,2,3 +Bước 4: -Đặt nhiệt kế cảm biến vào nước đá tan, chờ cho mực thủy ngân ổn đònh, xác đònh nhiệt độ nước đá (T0đá) Khi điện áp C D là: VC = 0,01.T0đá + 2,73 (V) VD = 0,05.T0đá (V) -Nếu chưa thật phải tiến hành lại bước 1, 2, +Bước 5: -Đặt nhiệt kế cảm biến vào nước sôi, chờ cho mực thủy ngân ổn đònh, xác đònh nhiệt độ nước sôi (T0sôi) Khi điện áp C D : VC = 0,01.T0soâi + 2,73 (V) VD = 0,05.T0soâi (V) -Nếu chưa thật phải tiến hành lại bước 1,2,3 Bước bước tiến hành xen kẽ vài lần để chỉnh cho xác KẾT LUẬN – TÀI LIỆU THAM KHẢO I-Tóm tắt đề tài Sau tuần nghiên cứu thi công,tập luận văn hoàn thành thời hạn đạt mục tiêu đề ra, thiết kế mô hình đo điều khiển nhiệt độ giao tế với module analog EM235 PLC S7-200 Về mặt lý thuyết, đề tài nêu lên vấn đề phương pháp đo nhiệt độ, thiết bò đo, số mạch đo khống chế nhiệt độ sử dụng thực tế Bên cạnh đó, đề tài nêu lên ích lợi việc điều khiển PLC thời đại ngày lónh vực ứng dụng PLC, đồng thời giới thiệu cho biết module analog EM235 PLC S7-200 Về mặt thực hành, đề tài trình bày bước tính toán việc thiết kế mạch đầu đo nhiệt độ, mạch điều khiển SCR, đồng thời viết chương trình điều khiển PLC giao tiếp với giới thực qua ngõ analog Nhưng ngõ vào analog không ổn đònh, đồng thời bò hạn chế thời gian nên chương trình chưa hoàn chỉnh mạch thi công không chạy II-Tự đánh giá Việc thực đồ án giúp cho em có hội ứng dụng kiểm tra kến thức học vào thực tế kiến thức đo lường nhiệt độ, cách thức tính toán thiết kế mạch, viết chương trình điều khiển PLC Nhưng quan trọng cả,việc thực luận văn giúp em tiến hành công tác tự nghiên cứu khoa học cấp độ phù hợp với khả trình độ Tuy nhiên tài liệu tham khảo ít, tài liệu module analog EM235 PLC S7-200, nên tập luận văn tránh khỏi sai sót Mong thầy cô bạn thông cảm đóng góp thêm ý kiến để hoàn thiện III-Hướng phát triển đề tài: Từ tập luận văn, phát triển thêm theo nhiều hướng khác nhau: -Có thể mở rộng đo điều khiển nhiệt độ nhiều thiết bò khác -Có thể khắc phục cố xảy trường hợp PLC bò hư, lúc nhiệt độ thiết bò tăng lên liên tục, không điều khiển TÀI LIỆU THAM KHẢO  ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT –Nguyễn Xuân Khai – ĐHSPKT TPHCM  ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT –Nguyễn Bính - NXBGD  ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT- ỨNG DỤNG TYRISTOR – Nguyễn Bính –NXBGD -1993  KỸ THUẬT ĐO – Nguyễn Ngọc Tân – ĐHKT TPHCM 1995  S7-200 DATA SHEETS  SƠ ĐỒ CHÂN LINH KIỆN BÁN DẪN –Dương Minh Trí – NXB KH KT NXB Nông Nghiệp Hà Nội – 1997  TRA CỨU IC NHẬT BẢN –Tập 1, 2, – National Semiconductor, NXB KHKT 1993  TỰ ĐỘNG HÓA VỚI SIMATIC S7-200 –Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh ... đònh nhiệt độ môi trường hay vật Vì việc đo nhiệt độ trở thành việc làm vô cần thiết Đo nhiệt độ phương thức đo lường không điện Nhiệt độ cần đo thấp (một vài độ Kelvin), cao (vài ngàn, vài chục... dụng nhiệt độ cao 2000C Thermistor phải có bọc chất liệu nhiệt 2 -Đo nhiệt (Thermocouple) : độ cặp nhiệt điện Nhiệt độ cần đo cặp nhiệt chuyển đổi thành sức điện động để đưa vào voltmet thò kim ,bằng. .. ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin) Độ xác nhiệt độ có cần tới vài phần ngàn độ, có vài chục độ chấp nhận Việc đo nhiệt độ tiến hành nhờ dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode