xv TÓM TẮT Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu sơ lược về qui trình hoạt động của lò đốt Từ các kiến thức được học ở trường và kinh nghiệm thực tiễn cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình
Trang 1BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH -
GVHD: ThS Trần Văn Sỹ SVTH: Nguyễn Minh Hải MSSV: 16431009
Tp Hồ Chí Minh - 12/2017
Trang 2i
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
ĐỐT BÃ MÍA
GVHD: ThS Trần Văn Sỹ SVTH: Nguyễn Minh Hải 16341009
Tp Hồ Chí Minh – 07/2018
Trang 3ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
o0o
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Phan Ngọc Nhân MSSV: 16341017
Nguyễn Minh Hải MSSV: 16341009 Chuyên ngành: CNKT Điện tử Truyền Thông Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy (CT) Mã hệ: 3
I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
LÒ ĐỐT BÃ MÍA
II NHIỆM VỤ
1 Các số liệu ban đầu:
- Nhóm tiến hành tìm hiểu các mô hình lò đốt trên mạng Sau quá trình tìm hiểu nhóm đã tích lũy được các kinh nghiệm trong quá trình thực hiện
- Tiến hành tìm hiểu qui trình vận hành lò đốt bã mía của các nhà máy
- Tìm hiểu các loại cảm biến, thiết bị và phương pháp nguyên lý để có thể lựa chọn ra các thiết bị phù hợp để dùng trong mô hình
2 Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal V14
- Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến tần
- Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt
- Thiết kế và thi công khối cảm biến nhiệt độ
- Thiết kế và thi công hệ thống quạt thổi và băng tải
- Kết nối PLC với biến tần
- Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình
Trang 4iii
- Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên máy tính bằng phần mềm WinCC
trong TIA Portal V14
- Viết chương trình PLC cho hệ thống
- Chạy thử nghiệm mô hình lò đốt
- Cân chỉnh lại hệ thống
- Viết sách luận văn
- Báo cáo đề tài tốt nhiệp
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/03/2018
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/07/2018
V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Trần Văn Sỹ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Trang 5iv
TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Trang 6v
Tuần 11, 12
(21/05 – 03/06)
Chạy thử demo chương trình
Cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống và chương trình
Viết báo cáo chương 5, chương 6 Kiểm tra lỗi
và hoàn thiện quyển báo cáo
Tuần 16
(25/06 – 01/07)
Viết Slide báo cáo
Quay video cho mô hình
GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)
Trang 7vi
LỜI CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và
đề tài trước đó Không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó
TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2018 Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2
PHAN NGỌC NHÂN NGUYỄN MINH HẢI
Trang 8vii
LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình được học tập ở trường cùng với những kiến thức được các thầy cô giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã được các thầy cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này Nhóm xin gửi lời cảm
ơn tới tất cả các thầy, cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung, đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung cấp cho Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể thực hiện được đồ án này
Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Văn Sỹ, trong suốt thời gian nhóm em thực hiện đề tài, thầy đã hướng dẫn tận tình và hỗ trợ cho nhóm các thiết bị cần thiết để nhóm thực hiện đề tài tốt hơn và đưa ra hướng đi giải quyết đúng cho nhóm mỗi khi gặp khó khăn Cảm ơn thầy đã chia sẻ những kinh nghiệm quý báu giúp nhóm thực hiện tốt đề tài
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ thầy cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được hoàn thiện hơn
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2
PHAN NGỌC NHÂN NGUYỄN MINH HẢI
Trang 9viii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv
LỜI CAM ĐOAN vi
LỜI CẢM ƠN vii
MỤC LỤC viii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ xii
TÓM TẮT xv
Chương 1 TỔNG QUAN 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.2 MỤC TIÊU 2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2
1.4 GIỚI HẠN 3
1.5 BỐ CỤC 3
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
2.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT BÃ MÍA 5
2.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành 5
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt 5
2.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 6
2.2.1Phân loại 7
2.2.2Các thông số bộ điều khiển PID 8
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 10
2.3.1Bộ xử lý trung tâm PLC S7-1200 10
a Tổng quan về PLC S7-1200 10
b Cấu tạo PLC S7-1200 11
Trang 10ix
c Các moudle mở rộng PLC S7-1200 13
d Module truyền thông 14
e Nguyên lý hoạt động PLC S7 – 1200 15
f Lập trình PLC S7-1200 16
2.3.2 Biến Tần SIEMENS MICROMASTER 420 16
2.3.3Dây nhiệt điện trở (thermistor) 24
2.3.4SOLID STATE RELAY (SSR) 26
2.3.5Cảm biến nhiệt độ 27
a Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector - RTD) 28
b Cặp nhiệt điện (Thermocouple) 29
c Cảm biến nhiệt bán dẫn 30
d Điện trở oxit kim loại (Thermistor) 30
2.3.6 Nút nhấn 31
2.3.7Động cơ 3 pha 32
Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 34
3.1 GIỚI THIỆU 34
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 35
3.2.1Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 35
3.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 36
a Thiết kế khối nguồn 36
b Thiết kế khối cảm biến 37
c Khối xử lý trung tâm 38
d Khối nút nhấn, đèn báo 39
e Khối điều khiển động cơ 40
f Khối điều kiển SSR 42
g Khối băng tải và quạt thổi 43
h Khối dây điện trở nhiệt mayso 44
Trang 11x
3.2.3 Thiết kế sơ đồ đi dây tủ điện 45
a Sơ đồ kết nối phần cứng PLC với ngõ vào ra 45
b Sơ đồ kết nối Module RS485 với biến tần MM420 và động cơ 3 pha 46
Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 47
4.1 GIỚI THIỆU 47
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 47
4.2.1 Thi công lắp ráp phần cơ khí 47
4.2.2 Phần băng tải và lò đốt 49
4.2.3 Thi công lắp ráp phần tủ điện 53
4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 56
4.3.1Lưu đồ giản thuật 56
a Thuật toán điều khiển biến tần 56
b Thuật toán điều khiển chương trình chính 57
4.3.2Lập trình cho PLC S7-1200 58
a Giới thiệu phần mềm lập trình 58
b Cách cài đặt phần mềm 58
c Cách tạo một Project 58
4.3.3 Giao thức USS cho biến tần MM420 (Universal serial interface) 60
a Hàm điều khiển cổng USS_PORT 63
b Hàm USS_DRIVE 63
c Hàm USS_RPM 65
d Hàm USS_WPM 66
4.3.4Thiết lập các tham số cho biến tần 67
a Thiết lập thông số động cơ 67
b Thiết lập thông số biến tần phục vụ cho chế độ truyền thông USS 68
4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 69
Chương 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 70
Trang 12xi
5.1 THIẾT BỊ 70
5.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 70
5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 71
5.4 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 74
Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75
6.1 KẾT LUẬN 75
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
Trang 13xii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt 5
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID 6
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục 7
Hình 2.4: Hệ thống bộ điều khiển PID số rời rạc 7
Hình 2.5: Khâu tỉ lệ bộ điều khiển PID 8
Hình 2.6: Khâu tích phân bộ điều khiển PID 9
Hình 2.7: Khâu vi phân bộ điều khiển PID 9
Hình 2.8: Thành phần PLC S7 – 1200 11
Hình 2.9: Module truyền thông RS485(CB 1241) 14
Hình 2.10: Chu kỳ quét của một PLC 15
Hình 2.11: Biến tần SIEMENS MICROMASTER 420 16
Hình 2.12: Tháo phần mặt trước vỏ máy 19
Hình 2.13: Các đầu mạch động lực 19
Hình 2.14: Các đầu vào tương tự và số 20
Hình 2.15: Dây điện trở nhiệt mayso 25
Hình 2.16: Relay bán dẫn (SSR) 26
Hình 2.17: Nhiệt điện trở 28
Hình 2.18: Cặp nhiệt điện 29
Hình 2.19: Cảm biến nhiệt độ LM335 30
Hình 2.20: Điện trở oxit kim loại 30
Hình 2.21: Nút nhấn teknic 32
Hình 2.22: Động cơ 3 pha Oriental 33
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 35
Hình 3.2: Khối nguồn thực tế 37
Hình 3.3: Bộ chuyển đổi tín hiệu TWD 38
Hình 3.4: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 39
Hình 3.5: Đèn báo 220VAC 39
Hình 3.6: Nút nhấn thường hở 40
Hình 3.7: Biến tần MM420 41
Hình 3.8: Mạch động lực cho SSR 42
Trang 14xiii
Hình 3.9: Motor giảm tốc mini Peeimoger 43
Hình 3.10: Động cơ 3 pha Oriental 44
Hình 3.11: Dây điện trở nhiệt mayso gắn trong mô hình 44
Hình 3.12: Sơ đồ kết nối PLC 45
Hình 3.13: Sơ đồ kết nối Biến tần với Module RS485 và động cơ 46
Hình 4.1: Sơ đồ lắp ráp khung sắt 47
Hình 4.2: Khung sắt thiết kế thực tế 49
Hình 4.3: Sơ đồ lắp ráp băng tải và lò đốt 49
Hình 4.4: Mô hình lò đốt 51
Hình 4.5: Mô hình băng tải 53
Hình 4.6: Sơ đồ thi công tủ điện 53
Hình 4.7: Đèn nút nhấn bên trong tủ 55
Hình 4.8: Linh kiện bố trí bên trong tủ 55
Hình 4.9: Lưu đồ giản thuật điều khiển biến tần 56
Hình 4.10: Lưu đồ giản thuật toàn bộ hệ thống 57
Hình 4.11: Giao diện tạo project mới 59
Hình 4.12: Giao diện Main(OB1) lập trình chương trình 59
Hình 4.13: Giao diện thiết kế WinCC 60
Hình 4.14: Cấu trúc mạng của biến tần MM420 61
Hình 4.15: Kết nối mạng giữa PLC và các biến tần 61
Hình 4.16: Lệnh truyền thông với giao thức USS 62
Hình 4.17: Hàm USS_PORT 63
Hình 4.18: Hàm USS_DRIVE 64
Hình 4.19: Hàm USS_RPM 65
Hình 4.20: Hàm USS_WPM 67
Hình 4.21: Thông số thiết lập cho chế độ truyền thông USS 68
Hình 5.1: Phần khung sắt sau khi thiết kế xong 71
Hình 5.2: Sau khi lắp đặt các thiết bị hoàn chỉnh 71
Hình 5.3: Lò đốt đang hoạt động 72
Hình 5.4: Lò đốt được lắp đặt hoàn chỉnh 72
Hình 5.5: Các thiết bị được gắn hoàn chỉnh 73
Hình 5.6: Bảng điều khiển 73
Hình 5.7: Màn hình giám sát SCADA 74
Trang 15xiv
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các loại CPU 12
Bảng 2.2: Đặc tính của các module mở rộng 13
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật 17
Bảng 2.4: Đầu dây điều khiển 20
Bảng 2.5: Các thông số mặc định khác 21
Bảng 2.6: Bảng đấu nối 21
Bảng 2.7: Các nút và các chức năng 22
Bảng 2.8: Cách chọn các loại cảm biến tương ứng cho từng ngành cụ thể 31
Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật cần biết của động cơ Oriental 33
Bảng 3.1: Bảng tiêu thụ dòng điện của các khối 36
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện trong khung sắt 48
Bảng 4.2: Danh sách các linh kiện Lò Đốt, Băng Tải 50
Bảng 4.3: Các loại băng tải trên thị trường hiện nay 51
Bảng 4.4: Dach sách các thiết bị trong tủ điện 54
Trang 16xv
TÓM TẮT
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu sơ lược về qui trình hoạt động của lò đốt
Từ các kiến thức được học ở trường và kinh nghiệm thực tiễn cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô bạn bè nhóm đã lựa chọn các thiết bị cần thiết và phương pháp phù hợp để thực hiện đề tài này
Trong mô hình nhóm sử dụng PLC S7-1200 cho hệ thống thông qua việc sử dụng WinCC để điều khiển giám sát nhiệt độ lò trong lò đốt Cảm biến nhiệt độ liên tục cập nhật giá trị nhiệt độ trong lò để gửi về PLC, đồng thời PLC sẽ gửi tín hiệu điều khiển tốc độ động cơ băng tải và quạt thổi thông qua biến tần MM420
Nhóm đã hoàn thành mô hình lò đốt với những tính năng cơ bản, có thể tự động điều khiển băng tải cấp nguyên liệu bã mía và điều khiển được tốc độ quạt gió cung cấp không khí cho việc đốt nhằm để cân bằng và ổn định nhiệt độ trong lò Với mong muốn đem lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất và giảm thiểu nhân công vận hành
Mô hình hoạt động tương đối ổn định, nhưng bên cạnh đó vẫn còn một số hạn chế nhỏ như cơ chế hoạt động còn khá đơn giản, do điều kiện kinh tế và thời gian có hạn nên đề tài vẫn còn hạn chế về thiết bị sử dụng trong mô hình
Trang 17Trước đó đã có nhiều công trình và đề tài như“Điều khiển và giám sát lò nhiệt
PID bằng PLC S7-300 [1]” nói về phương pháp điều khiển nhiệt độ dựa trên nguyên
tắc hệ thống hồi tiếp Qua bộ cảm biến gửi tín hiệu đo lường nhiệt độ về so sánh với giá trị đặt, sai lệch giữ tín hiệt đặt và đo sẽ được đưa tới bộ điều khiển tạo tín hiệu công suất cấp cho bộ phận gia nhiệt Với vai trò là sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp, nhóm
thực hiện quyết định chọn để tài : “ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT BÃ MÍA” để nghiên cứu, nhằm tổng hợp và cũng cố kiến
thức đã học cũng như áp dụng công nghệ vào quá trình sản xuất công nghiệp Trong đề tài này, nhóm thực hiện sẽ thiết kế mô hình ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển và giám sát nhiệt độ của lò nấu mía bằng nguyên liệu bã mía để thay đổi tốc độ băng tải
và quạt thổi cho phù hợp với nhiệt độ của lò Với tin tưởng rằng đề tài này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất đường của Việt Nam hiện nay để tận dụng nguồn nguyên liệu bã mía có sẵn tại nhà máy nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao
Trang 18CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2 MỤC TIÊU
Ứng dụng PLC vào mô hình lò đốt để giảm bớt sức lao động, chi phí
Tìm hiểu về hệ thống lò đốt bằng nguyên liệu bã mía Từ đó nhóm thực hiện sẽ thiết kế mô hình điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nấu bằng PLC
Điều khiển nhiệt độ trong lò thông qua cảm biến nhiệt độ
Điều khiển tốc độ quạt thổi, tốc độ băng tải nguyên liệu bằng biến tần thông qua giao tiếp với PLC
Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động của lò nhiệt sử dụng phần mềm WinCC trong TIA Portal V14
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt
- Thiết kế và thi công khối cảm biến nhiệt độ
- Thiết kế và thi công hệ thống quạt thổi và băng tải
NỘI DUNG 3:
- Thi công tủ điện điều khiển
NỘI DUNG 4:
- Kết nối PLC với biến tần
- Thiết kế Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình
- Lưu đồ điều khiển, giao diện HMI
Trang 19 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Giới thiệu sơ lượt vể nguyên lý và quy trình hoạt động của lò đốt Trình bày sơ lược lý thuyết về PLC S7-1200, lý thuyết điều khiển PID, các thiết bị như biến tần siemens MM420, SSR, động cơ quạt thổi, bang tải nguyên liệu…
Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán
Thiết kế lên bản vẽ cho mô hình, lựa chọn kích thướt tủ điện phù hợp với linh kiện bố trí trong tủ, sơ đồ khối tính toán các thông số công suất của thiết bị điều khiển
hệ thống điện và lựa chọn các thiết bị phù hợp với ông suất cho mô hình
Chương 4: Thi Công Mô Hình
Trong chương này chúng ta thực hiện thi công các phần điều khiển và mạch động lực cũng như phần cứng mô hình hệ thống đề tài Từ đó xây dựng nên lưu đồ giải thuật
để viết chương trình điều khiển cho hệ thống
Khi có được mô hình và chương trình điều khiển cho hệ thống thì sẽ thực hiện các bước để mô hình được hoạt động tốt Sau đó là các bước để hướng dẫn các thao tác cho việc hoạt mô hình hoàn thiện hơn
Tính toán lựa chọn nguyên vật liệu phù hợp, chuẩn bị thiết bị điện và dụng cụ điện hỗ trợ cho qua trình làm việc Trình tự thi công mô hình, chạy mô hình
Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Trang 20CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Trình bày kết quả thiết bị, những yêu cầu đạt được và chưa đạt được từ phần cứng và phần mềm Từ đó đưa ra nhận xét về nguyên nhân chưa đạt được và cách khắc phục Tiến hành nhận xét kết quả trong quá trình thực hiện đồ án giữa những gì thực hiện thực tế so với kết quả trong lý thuyết
Chương 6: Tổng quan
Kết luận về những gì đạt được trong quá trình thực hiện đồ án Đưa ra thêm
những hướng phát triển khả thi cho đề tài để có thể ứng dụng tốt trong thực tế
Trang 21CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT BÃ MÍA
2.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành
- Vệ sinh buồng đốt, nạo vét tro cặn của mẻ đốt trước khi cho nguyên liệu vào
- Kiểm tra tủ điện hệ thống điều khiển
- Kiểm tra hệ thống quạt gió, hút khí thải, hệ thống xử lý khí thải
- Kiểm tra nhiên liệu đốt
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt
- Bật CB từ vị trí (OFF) sang vị trí (ON) để cấp điện nguồn hệ thống
- Bật băng tải để đưa nguyên liệu bã mía vào lò đốt
- Tiến hành nhóm lò bằng những nguyên liệu dễ cháy
- Bật hệ thống quạt thổi để cung cấp không khí cho lò
Trang 22CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Mở hệ thống hút khói, mở hệ thống lấy tro xỉ để đưa chất thải ra ngoài
- Khi hết nguyên liệu tiến hành tắt băng tải, hệ thống quạt thổi
- Đóng hệ thống lấy tro xỉ và hút khói
- Tắt CB từ vị trí (ON) sang vị trí (OFF) để ngắt nguồn hệ thống
- Kiểm tra lại toàn bộ, vệ sinh thiết bị, ghi sổ theo dõi vận hành
2.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
Bộ điều khiển PID tên tiếng anh là (Proportional Integral Derivative Controller) hay còn được gọi với tên là điều khiển vi tích phân tỉ lệ Bộ điều khiển PID được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhau như nhiệt
độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa…do nó có khả năng làm triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các thông số của bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID
- Công thức bộ điều khiển PID:
U = K P e + K I (∫ ) + K D ( )
- Trong đó:
yr: tín hiệu đặt (tín hiệu mong muốn đạt được)
e: sai số giảm tín hiệu thực tế và tín hiệu đặt
Trang 23CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
u: tín hiệu điều khiển
y: ngõ ra hệ thống
2.2.1 Phân loại
Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm:
- Bộ điều khiển PID liên tục
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục
- Bộ điều khiển PID số (rời rạc)
Hình 2.4: Hệ thống bộ điều khiển PID số rời rạc
Trang 24CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.2 Các thông số bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm ba khâu tương ứng với ba thông số chính:
- Khâu tỉ lệ (Proportional) KP.
- Khâu tích phân (Integration) KI.
- Khâu vi phân (Derivative) KD.
Nếu lựa chọn các thông số này phù hợp (tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế trùng nhau) thì hệ thống sẽ hoạt động tốt,ổn định
- KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ ( nhưng không thể triệt tiêu)
- KP càng lớn thì các cực của hệ thống có xu hướng di chuyển ra xa trục thực
=> Hệ thống càng dao động và độ lọt vố càng cao
- Nếu KP tăng quá gí trị giới hạn thì hệ thống sẽ mất ổn định
Trang 25CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khâu tích phân (Integration)
- KI càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ Hệ số khuếch đại của khâu tích phân
sẽ bằng vô cùng khi tần số bằng 0 => triệt tiêu sai số xác lập với hàm nấc
Trang 26CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các phương pháp tìm thông số PID (K P , K I , K D)
- Có rất nhiều phương pháp để tìm thông số PID như:
Phương pháp Ziegler – Nichols
Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh
để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho PLC S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng
đa dạng khác nhau
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ
ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean,
Trang 27CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:
• Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU
• Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)
Với các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau
Trang 28CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các loại CPU
2 kB
50 kB 2MB
Bộ nhớ bit (M) 4096e byte 8192 byte
Thường thì tầm 10 ngày và ít nhất 6 ngày tại 400C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Trang 29CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
c Các moudle mở rộng PLC S7-1200
PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài để
mở rộng chức năng của CPU Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ giao thức truyền thông khác
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy định của nhà sản xuất
S7-1200 có các loại module mở rộng sau:
- Module truyền thông (CM)
Kiểu tương
- 1 x Analog Out -
Trang 30CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
tự
Module truyền thông (CM)
RS485
RS232
d Module truyền thông
Bên cạnh tuyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU s7-1200 có thể mở rộng
được 3 module truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt
Hình 2.9: Module truyền thông RS485(CB 1241)
Các module truyền thông RS232 và RS485 có các đặc tính sau:
- Cổng được cách ly
- Hỗ trợ các giao thức PtP
- Được cấu hình và được lập trình thông qua tập lệnh mở rộng và các hàm thư viện
- Hiển thị các hoạt động phát và thu bằng các LED
- Hiển thị một LED chẩn đoán
- Được cấp nguồn bởi CPU Không cần có kết nối nguồn bên ngoài
Trang 31CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
e Nguyên lý hoạt động PLC S7 – 1200
Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện điều khiển logic được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn
và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ…
Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình Chu kỳ này được gọi là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của chương trình điều khiển Chu kỳ quét được minh họa ở hình sau :
Hình 2.10: Chu kỳ quét của một PLC
Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như công tắt, cảm biến… Trạng thái của tín hiệu vào được lưu tạm thời vào một mảng nhớ Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu
ra đáp ứng hay không Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25ms Thời gian quét đầu vào và đầu ra thường ngắn so với chu kỳ quét của PLC
Trang 32ã có nhi ình và à giám sát lò nhi
ãi trong các nhà máy s
d guyên li ã mía có s à máy nh
Trang 33- Thi à thi công mô hình lò nhi
- Thi à thi công kh
- Thi à thi công h
Trang 34-1200, lý thuy
ên liThi à Tính Toán
Thi Công Mô Hình
Trang 36v
Tuần 11, 12
(21/05 – 03/06)
Chạy thử demo chương trình
Cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống và chương trình
Viết báo cáo chương 5, chương 6 Kiểm tra lỗi
và hoàn thiện quyển báo cáo
Tuần 16
(25/06 – 01/07)
Viết Slide báo cáo
Quay video cho mô hình
GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)
Trang 37vi
LỜI CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và
đề tài trước đó Không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó
TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2018 Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2
PHAN NGỌC NHÂN NGUYỄN MINH HẢI
Trang 38vii
LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình được học tập ở trường cùng với những kiến thức được các thầy cô giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã được các thầy cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này Nhóm xin gửi lời cảm
ơn tới tất cả các thầy, cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung, đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung cấp cho Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể thực hiện được đồ án này
Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Văn Sỹ, trong suốt thời gian nhóm em thực hiện đề tài, thầy đã hướng dẫn tận tình và hỗ trợ cho nhóm các thiết bị cần thiết để nhóm thực hiện đề tài tốt hơn và đưa ra hướng đi giải quyết đúng cho nhóm mỗi khi gặp khó khăn Cảm ơn thầy đã chia sẻ những kinh nghiệm quý báu giúp nhóm thực hiện tốt đề tài
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ thầy cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được hoàn thiện hơn
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2
PHAN NGỌC NHÂN NGUYỄN MINH HẢI
Trang 39viii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii MỤC LỤC viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ xii
TÓM TẮT xv Chương 1 TỔNG QUAN 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 11.2 MỤC TIÊU 21.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 21.4 GIỚI HẠN 31.5 BỐ CỤC 3
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
2.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT BÃ MÍA 52.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành 5
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt 52.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 62.2.1Phân loại 72.2.2Các thông số bộ điều khiển PID 82.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 102.3.1Bộ xử lý trung tâm PLC S7-1200 10
a Tổng quan về PLC S7-1200 10
b Cấu tạo PLC S7-1200 11
Trang 40a Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector - RTD) 28
b Cặp nhiệt điện (Thermocouple) 29
c Cảm biến nhiệt bán dẫn 30
d Điện trở oxit kim loại (Thermistor) 302.3.6 Nút nhấn 312.3.7Động cơ 3 pha 32
Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 34
3.1 GIỚI THIỆU 343.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 353.2.1Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 353.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 36
a Thiết kế khối nguồn 36
b Thiết kế khối cảm biến 37
c Khối xử lý trung tâm 38
d Khối nút nhấn, đèn báo 39
e Khối điều khiển động cơ 40
f Khối điều kiển SSR 42
g Khối băng tải và quạt thổi 43
h Khối dây điện trở nhiệt mayso 44