Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300

Thuyết Minh Đồ án Tốt nghiệp - Điều Khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 Mục lục Lời nói đầu Trang 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 Chương I : Giới thiệu module điều khiển nhiệt độ DMS – DIDALAB RÉF 3778 Giới thiệu chung Module điều khiển nhiệt độ DMS – DIDALAB là một thiết bị dùng trong phòng thí nghiệm được dùng để thực hành các bài thí nghiệm đơn giản như : - Xác định đặc tính lò nhiệt + Trạng thái động + Trạng thái tĩnh - Nghiên cứu bộ điều chỉnh PID + Đo lường hệ số khuếch đại tối đa của hàm tỉ lệ + Đo lường hằng số thời gian tối thiểu của hàm vi phân + Đo lường hằng số thời gian tối đa của hàm vi phân - Xác định hàm truyền đạt phần công suất - Khảo sát quá trình điều khiển nhiệt độ Đây là một mô hình lò nhiệt gọn nhẹ và dễ sử dụng, có các đầu vào ra và rất dễ kết nối với các thiết bị khác. Trang 2 Điện áp đặt Bộ PID Mạch công suất Lò nhiệt Chọn kênh Bộ điều kiện Đo nhiệt độ Hiển thị Nhiệt độ đặt Nhiệt độ hồi tiếp Công suất PT100-1 PT100-2 PT100-3 PT100-1 PT100-3 PT100-2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 I. Cấu tạo 1. Bộ Điều Khiển Analog 1.1. Đặc điểm chung Sơ đồ khối của bàn thí nghiệm dùng để nghiên cứu phương pháp điều chỉnh nhiệt độ. Trang 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 Đặc điểm : Nhiệt độ tối đa sử dụng : 200 o C Nhiệt độ giới hạn : 240 o C Công suất lớn nhất : 60W Điện áp ra của các cảm biến nhiệt độ : 20mV/ o C (4V ứng với 200 o C) Điện áp điều khiển : 0 – 4V 1.2. Điện áp đặt Sơ đồ nguyên lý : V com thay đổi từ 0 đến 4V, trong đó: V com max = 1 1 1 P P R+ x 5V V com Trang 4 +5V R 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 1.3 . Bộ so sánh Sơ đồ nguyên lý Bằng cách chọn R 2 = R 3 = R 4 = R 5 ta được E r = V e - V r 1.4. Bộ hiệu chỉnh PID Sơ đồ nguyên lý : + A 1 - - V e R 2 R 3 E r R 4 R 5 V r Trang 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 1.4.1 Bộ hiệu chỉnh tỉ lệ + A 2 - + A 3 - - + A 4 - + A 5 _ E r P 2 E p R 6 R 12 R 15 R 13 R 14 R 10 R 9 R 11 R 8 P 3 V p K i C 1 D 1 V i E i E d C 2 V r P 4 V c Trang 6 R 7 + A 2 - P 2 E p R 6 R 7 V p ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 Điện áp ngõ ra V commax = - 7 6 R R .α p E r = - K p .E r Với α p là hệ số chiết áp 1.4.2 Bộ hiệu chỉnh tích phân Gọi α i là hệ số của chiết áp 0<α i <1, ta có : V i = 1 8 1 . r t a E d R C ∫ = -K i r t E d ∫ 1.4.3 Bộ hiệu chỉnh vi phân Trang 7 + A 3 - - R 8 P 3 K i C 1 D 1 E i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 Gọi α i là hệ số của chiết áp 0< α i <1, ta có : V d = 10 9 11 2 9 r d t R R dV a R C R d + 1.4.4. Tổng các tín hiệu điều chỉnh Bằng cách chọn R 12 = R 13 = R 14 = R 15 , ta được tín hiệu ra sau bộ cộng là: V e = -V p – V i – V d = K p .E r + K i dV Erdt Kd dt + ∫ 2. Công suất 2.1. Điều khiển công suất + A 4 - R 10 R 9 R 11 E d C 2 P 4 V d V r + A 5 _ R 15 V p V i V d Trang 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 Thiết bị điều khiển cung cấp một công suất Pf cho lò nhiệt, công suất này tỉ lệ với điện áp điều khiển E com . Để thực hiện được nguyên tắc điều khiển này, người ta dùng bộ hacheur Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của bộ hacheur như sau : Công suất trung bình trên nhiệt điện trở cung cấp cho lò nhiệt là : Pf = 10 com E Val Rf Với Val là giá trị điện áp nguồn cung cấp cho lò nhiệt, Val = 30V. 2.2. Đo lường công suất Sơ đồ khối mạch đo lường công suất Bộ so sánh Bộ khuêch đại Điện trở nhiệt của lò Lò nhiệt Nhiệt độ điều khiển E com T Trang 9 +Val E com t t t ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PFIEV Điều khiển và giám sát mô hình lò nhiệt độ sử dụng PLC S7-300 Công suất đo lường được thực hiện nhờ mạch nhân giữa điện áp trên điện trở nhiệt với điện áp trên điện trở shunt (0.5Ω). Bằng cách chọn các điện trở thích hợp, ta được phương trình điện áp sau bộ nhân là : S = Pf/15, hay cứ 1V điện áp sau bộ nhân tương ứng với Pf = 15V. 3. Lò nhiệt Mô hình lò nhiệt được cấu tạo bởi một điện trở nhiệt đặt trong một hộp nhôm. Ở mặt dưới của hộp nhôm này người ta đặt nhiều cảm biến nhiệt độ khác nhau. Một quạt thông gió đặt bên ngoài mô hình lò nhiệt để tạo ra tổn thất trong quá trình ổn định nhiệt, đồng thời tăng tốc làm nguội giữa hai lần thí nghiệm. Nguồn nuôi cho quạt thông gió từ 5 – 15V. 4. Cảm biến nhiệt và màn hình hiển thị Trên lò nhiệt có 5 cảm biến nhiệt với 3 loại khác nhau : 4.1 Cảm biến điện trở với hệ số nhiệt độ dương PT100 Biểu thức quan hệ của điện trở dò bằng Platine với nhiệt độ là : R t = R 0 (1 + KT Trong đó : R 0 là nhiệt độ của cảm biến ở 0 0 C K là hệ số nhiệt độ, K = 0,385 đối với Platine T là nhiệt độ tại thời điểm t 4.2. Cặp nhiệt điện Cảm biến điện trở với hệ số nhiệt độ âm CNT Biểu thức quan hệ của điện trở theo nhiệt độ là : + A 11 - X 1 X 2 Y 1 Y 2 - A 12 + R four R 27 R 34 R 35 R 37 R 36 R 39 R 38 R 41 R 40 C 4 C 5 Trang 10 +10V