Đang tải... (xem toàn văn)
BÀI TẬP LỚN MÔN LÝ ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH PLC ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI . ÁP DỤNG CƠ BẢN CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY TRONG NHÀ TRƯỜNG VÀ KIẾN THỨC TỰ HỌC MÀ TÌM HIỂU ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - - BÀI TẬP LỚN MƠN : Điều Khiển Lập Trình PLC Họ tên : Nguyễn Đình Nam Lớp: Điện – k12 Mã sv: 2017604130 Giáo viên hướng dẫn: Bùi Thị Khánh Hòa Bộ Cơng Thương Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Độc Lập–Tự Do-Hạnh Phúc Bài Tập Lớn: Điều Khiển Lập Trình PLC Đề số 04 Họ tên SV: Nguyễn Đình Nam .Lớp: Điện Khóa: K12 Khoa: Điện NỘI DUNG Đề tài: Ứng dụng PLC-S7-200 điều khiển ổn định áp suất đường ống PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung Chương 1: cấu trúc chung hệ thống Chương 2: PLC- S7 -200 Chương 3: thiết kế , xây dựng hệ thống điều khiển 3.1: yêu cầu công nghệ 3.2: lựa chọn thiết bị( PLC, cảm biến , thiết bị đóng cắt, thiết bị bảo vệ, ) 3.3: sơ đồ đấu nối ( mạch điều khiển , mạch lực ) 3.4: sơ đồ thời gian, lưu đồ thuật tốn 3.5: viết chương trình 3.6: kết vận hành chạy mơ hình thực ( có ) Chương 4: kết luận Tài liệu tham khảo Yêu cầu thời gian: Ngày giao đề: 18/05/2020 TRƯỞNG BỘ MƠN Ngày hồn thành: 12/6/2020 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Bùi Thị Khánh Hòa MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Danh mục hình ảnh Chương 1: Chương 2: Hình 1: Sơ Đồ Điều Khiển Logic Lập Trình PLC Hình 2: S7-200-CPU 224 đấu nối AC/DC/RL Chương 3: CHƯƠNG CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG 1.1 Mô Tả Hệ Thống SP: Áp suất mong muốn Hình 1: Mô Tả Hệ Thống 1.2 Cấu Trúc Hệ Thống Gồm : +) bảng điều khiển ( Control Board) +) PLC S7-1200 +) khởi động từ ( Pump) +) cảm biển PT ( cảm biến áp suất HuBa Control) +) động không đồng bơm lắp với đường ống nước Hệ thống ứng dụng S7-200 đo, điều khiển cảnh báo áp suất đường ống với dải đo: [0 ÷ 15]bar CHƯƠNG PLC - S7 – 200 2.1 Khái Niệm Chung Về PLC 2.1.1 Khái Niệm PLC xuất lần đầu vào năm 1968 nhằm thay panel điều khiển kiểu rơle hệ thống điều khiển chu trình Tuy nhiên từ năm 1970 khả PLC bật quan trọng bổ sung nhiều chức khác, chúng không thực chức điều khiển đơn giản mà giám sát hệ thống sân xuất phức tạp Ngày PLC có mặt hệ thống xử lý tín hiệu số truyền thơng tốc độ cao NEMA (National Electrical Manufacturing Association) định ngliĩa PLC thiết bị điện tử số Chúng sử dụng chương trình lưu nhớ để thực hàm (lệnh) đặc biệt logic, định thời gian, đếm, số học để điều khiển loại thiết bị hay q trình khác thơng qua module suất / nhập dạng số tương tự Định nghĩa cho thấy PLC thiết bị điện tử, thực phép tính logic tín hiệu vào (Inputs) để xuất (Output) tín hiệu điều khiến 2.1.2 Đặc Điểm Thiết bị điều khiển logic lập trình (PLC) dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa vi xử lý, sử dụng nhớ lập trình đế lưu trữ lệnh thực chức năng, chẳng hạn, phép tính logic, lập chuồi, định giờ, đếm, thuật toán để điều khiển máy trình (Hình 2.1) PLC thiết kế cho phép kỹ sư, không yêu cầu kiến thức cao máy tính ngơn ngữ máy tính, vận hành dễ dàng Hình 1: Sơ Đồ Điều Khiển Logic Lập Trình PLC 2.1.3 Ưu Điểm Các PLC có ưu điểm sử dụng lúc thiết bị điều khiển cho nhiều hệ thống điều khiển Để sửa đổi hệ thống điều khiển quy tắc sử dụng, người vận hành cần nhập tập lệnh khác mà khơng cần mắc nối lại dây Nhờ đó, hệ thống linh hoạt hiệu PLC sử dụng chuyên biệt cho nhiệm vụ điều khiển mơi trường sản xuất cơng nghiệp PLC thiết kế : - Chịu rung động lớn, nhiệt độ, độ ẩm tiếng ồn Có sẵn giao diện cho thiết bị nhập thiết bị xuất Dễ dàng với ngơn ngữ lập trình dễ hiểu chủ yếu giải thích phép tốn logic chuyển mạch 2.1.4 Khác Biệt Giữa Hệ Điều Khiển PLC Và Hệ Điều Khiển Bằng Relay Khi thay đổi nhiệm vụ làm việc hệ điều khiển PLC thực nhanh hơn, khơng thêm chi phí đơn giản cách thay đổi lại chương trình điều khiển Khi thay đổi nhiệm vụ làm việc hệ điều khiển Relay thay đổi phức tạp hơn, độ ổn định hơn, tốn nhiều cơng sức chí phí cao so với hệ điều khiển PLC 2.2 PLC S7-200 – CPU 224 2.2.1 Cấu Trúc Chung Của PLC S7-200 Là PLC S7-200 hãng Siemens (CHLB Đức) chế tạo, có cấu hình theo kiểu module: module mô đun mở rộng, sử dụng cho nhiều ứng dụng khác Với CPU: 212, 214, 222, 224, 226 khác số lượng đầu vào /ra kích cỡ Dưới bảng thông số loại CPU 224: Các thông số Cpu 224 Số lượng từ đơn ( byte – word) để lưu CT, đọc/ghi được, không tin nguồn(từ) 4096 (8 KB) Số lượng từ đơn ( 2-byte – word) để lưu liệu, không tin nguồn, khơng đọc/ghi ( từ) 4096 (8KB) Số cổng vào/ra logic 14/10 Số mô-đun mở rộng ( kể mô-đun) tương tự Số cổng vào/ra logic cực đại 64/64 Số timer 256 Trong phân giải 1ms/10ms/100ms 4/16/136 Số đếm ( counter- tiến -lùi) 256 Số bit nhớ đặc biệt: dùng làm bit trạng thái đặt chế độ đặc biệt 4400 Chế độ ngắt, xử lý ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên xuống, theo thời gian, theo đếm tốc độ cao Có Thời gian lưu liệu sau nguồn cấp ( giờ) 190 Số đếm tốc độ cao 2kHZ 7kHz Số phát xung nhanh kiểu: Dãy xung thường (PTO) dãy xung có điều chế độ rộng xung (PWM) Biến trở analog CPU Bảng 1: Các Thống Số Cơ Bản Của PLC – S7 – 200 CPU 224 Hình 2: S7-200-CPU 224 đấu nối AC/DC/RL Mô tả chức đèn báo hiệu S7-200 với khối CPU224 Kí hiệu đèn Màu Mơ tả SF Đỏ Sáng lên PLC bị hỏng RUN Xanh Báo PLC thực chương trình nạp vào máy STOP Vàng Báo PLC dừng, thực xong chương trình nạp Ixx Xanh Cho cổng vào, báo trạng thái logic logic cổng: Sáng:1; Tắt:0 Qxx Xanh Cho cổng ra, báo trạng thái logic cổng: Sáng:1; Tắt: Bảng 1: Mô tả chức đèn báo 2.2.2 Phân Chia Bộ Nhớ Tính vùng nhớ S7-200 Tên gọi Chức Đọc/ghi Thông tin sau nguồn Vùng chương trình Lưu giữ lệnh Có EEPROM CT Không Vùng tham số Lưu giữ thơng số EEPROM Khơng Có Vùng liệu Lưu giữ kết Có EEPROM phép tính, số, tạo đệm Chỉ phần: CPU 224: 1KB đầu Vùng đối tượng Mất liệu Các timer, counter, Có cổng vào/ra Bảng 2: Các vùng nhớ S7 – 200 2.2.3 Phân Loại Tập Lệnh Cơ Bản Của S7-200 Nhớm lệnh logic với toán hạng bit, nhiều bit; Nhóm lệnh làm việc với Timer, Couter; Nhóm lệnh tốn học chuyển đổi liệu; CHƯƠNG THIẾT KẾ , XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Yêu Cầu Công Nghệ Ứng dụng PLC- S7-200 CPU224 đo, điều khiển cảnh báo áp suất đường ống với dải đo: [0 ÷ 15]bar – hệ thống hình 1.1 Đo áp suất Điều khiển áp suất ổn định SP= (bar) Cảnh báo áp suất đường ống : +) cảnh báo áp suất mức thấp PLA = ( bar) +) cảnh báo áp suất mức cao PHA = 12 ( bar) 3.2 Lựa Chọn Thiết Bị Trong Hệ Thống PLC S7 -200 CPU 224 hãng Siemens sản xuất Nút nhấn : Start, Stop đèn báo : +) Run : Hệ thống báo hệ thống làm việc +) PLA : Cảnh báo áp suất thấp +) PHA : Cảnh báo áp suất cao Một khởi động từ : đóng ngắt động không đồng ( Pump) Một động không đồng (bơm) 10 Cảm biến áp suất hãng HuBa Cotrol : Hình 1: Cảm biến đo áp suất tương đối +) cảm biến đo áp suất tương đối hàng Huba Control dòng 510.9015SO3020W +) Px = [0-15] bar; supply [ 8-33 VDC] ; Output [4-20mA] ;2 dây Hình 2: Đầu cảm biến Module mở rộng EM231 Analog Input : đầu cảm biến có dải từ [4-20]mA chọn đầu vào dải từ [0-20]mA 11 Hình 3: Chân kết nối mức điện áp vào module EM231 +) Module EM231 Analog Input có kênh đầu vào từ kênh Akênh D tương ứng địa từ AIW0 – AIW6 Chọn kênh A với địa AIW0 Hình 4: Sơ đồ đấu nối EM 231 Analog Input +) Đấu nối từ module EM 231 với cảm biết áp suất 12 Hình 5: Sơ đồ đấu nối cảm biến với module EM231 3.3 Sơ Đồ Đấu Dây Và Bảng Định Địa Chỉ Bảng Định Địa o Bảng định địa đầu vào Đầu vào Địa Chức Start I0.0 Khởi động hệ thống sẵn sàng hoạt động Stop I0.1 Dừng hệ thống EM231 AIW0 Bảng 1: Định địa đầu vào o Bảng Định địa đầu Đầu Địa 13 Chức PUMP ( contactor) Q0.0 Báo hiệu trạng thái hệ thống hoạt động RUN Q0.1 Đóng mở tiếp điểm mạch động lực PLA Q0.2 Cảnh báo áp suất thấp PHA Q0.3 Cảnh báo áp suất cao Bảng 2: Định địa đầu Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển Hình 6: Sơ đồ đấu PLC S7-200-CPU224 sơ đồ đấu dây mạch động lực 14 Hình 7: Mạch Động Lực 3.4 Lưu Đồ Thuật Toán Chương Trình Thuật tốn chương trình Thuật tốn xử lý ON- OFF ( giản đồ thời gian ) 15 Start (I0.0) Stop (I0.1) Run ( Q0.0) Thuật tốn chương trình Measure_Pressure ( đo áp xuất ) o Đặc tính vào : AIW0 P(bar) Px 15 I (mA) Ix 20 AIW0(N) Nx 32760 N = (32760x4)/20 = 6552 M1=(6225;4) ; M2=( 32760;20) ; M2 P(x) M1 Từ đồ thị điểm M1,M2 ta rút phương trình P(x), theo N(x): Px= f(Nx)= aNx + b Thay điểm M1, M2 vào (1) ta a= 0.000572 b= 3.73646 (1) P(x) = 0.000572Nx + 3.73646 16 (1) o Thuật toán xây dựng đo áp suất 17 Thuật tốn chương trình Control _Pressure ( điều khiển áp xuất ) SP : Setpoint điều khiển = (bar) – điều khiển ON OFF đơn giản trạng thái – thường dùng triger trạng trạng thái 18 Thuật tốn chương trình Alert _Pressure ( cảnh báo áp xuất ) SPL : Setpoint Low = ( bar) SPH : Setpoint Hight = 12 ( bar) 19 3.5 Viết Chương Trình Sử dụng phần mềm V4 Step micro/win- S7 200 simulation để mô dựa giản đồ thời gian lưu đồ thuật tốn có phần 3.4 Phần chương trình ( OB1) 20 Chương Trình Con : Meassure_Pressure ( đo áp suất ) Chương Trình Con: Control_Pressure ( điều khiển áp suất ) 21 Chương Trình Con: Alert_Pressure ( Cảnh báo áp suất ) 3.6 Kết Quả Mơ Phỏng Qua Phần Mềm S7-200 Simulation Hình 8: Kết mô 22 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Ưu Điểm Đề tài vấn đề thực tiễn áp dụng hệ điều khiển PLC để ổn định áp suất đường ống việc đo đạc điều khiển cảnh báo Đáp ứng yêu cầu cấu đơn giản Hiệu cao so với sử dụng cấu chấp hành relay 4.2 Hạn Chế Chi Phí tốn Chưa có mơ hình thực Danh Mục Tài liệu Tham khảo Sách giáo trình mơn điều khiển lập trình PLC Catalog PLC S7-200-CPU224 23 ... THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Yêu Cầu Công Nghệ Ứng dụng PLC- S7-200 CPU224 đo, điều khiển cảnh báo áp suất đường ống với dải đo: [0 ÷ 15]bar – hệ thống hình 1.1 Đo áp suất Điều khiển áp suất ổn định. .. Đề tài vấn đề thực tiễn áp dụng hệ điều khiển PLC để ổn định áp suất đường ống việc đo đạc điều khiển cảnh báo áp ứng yêu cầu cấu đơn giản Hiệu cao so với sử dụng cấu chấp hành relay 4.2... +) PLC S7-1200 +) khởi động từ ( Pump) +) cảm biển PT ( cảm biến áp suất HuBa Control) +) động không đồng bơm lắp với đường ống nước Hệ thống ứng dụng S7-200 đo, điều khiển cảnh báo áp suất đường