Sử dụng PLC S7 1200 ổn định áp suất nước trong đường ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - - BÀI TẬP LỚN MƠN : Điều Khiển Lập Trình PLC Họ tên : Lớp: Mã sv: Giáo viên hướng dẫn: Bộ Cơng Thương Cộng Hịa 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: Lớp: Khóa: Khoa: NỘI DUNG Đề tài: Ứng dụng PLC-S7-1200 điều khiển ổn định áp suất đường ống nước PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung Chương 1: Cấu trúc chung hệ thống Chương 2: PLC- S7 -1200 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: Giản 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 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG .2 Mô Tả Hệ Thống 2 Cấu Trúc Hệ Thống Gồm : CHƯƠNG 2: PLC S7 – 1200 Khái Niệm Chung Về PLC 1.1: Khái Niệm 1.2: Cấu trúc bên PLC 1.3: Nguyên lí hoạt động PLC .4 1.4: Đánh giá ưu nhược điểm PLC .5 PLC S7-1200 2.1: Giới thiệu PLC S7-1200 .5 CHƯƠNG 3: Thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển 11 Yêu cầu công nghệ 11 Lựa chọn thiết bị 11 Sơ đồ đấu dây bảng địa vào 13 Lưu đồ thuật tốn chương trình 14 Viết Chương Trình 15 5.1: Hàm bật hệ thống: 15 5.2: Hàm đọc giá trị từ cảm biến: 15 5.3: Hàm ổn định áp suất PID Control: 16 5.4: Hàm trả tín hiệu cho biến tần: 16 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 17 1|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG Mô Tả Hệ Thống AI/AQ Biến tần Misubishi Hình 1: Mơ Tả Hệ Thống Cấu Trúc Hệ Thống Gồm :  bảng điều khiển ( Control Board)  PLC S7-1200  khởi động từ ( Pump), contactor  cảm biển áp suất Georgin-France  động không đồng bơm lắp với đường ống nước 2|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  biến tần CHƯƠNG 2: PLC S7 – 1200 Khái Niệm Chung Về PLC 1.1: Khái Niệm - PLC từ viết tắt Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic lập trình được) Khác với điều khiển thông thường có thuật tốn điều khiển định, PLC có khả thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến người sử dụng viết thông qua ngôn ngữ lập trình Do vậy, cho phép thực linh hoạt tất toán điều khiển - Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan) - Ngơn ngữ lập trình phổ biến LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) Ladder logic ngơn ngữ lập trình PLC ưa chuộng PLC dựa vào tín hiệu ngõ vào thuật toán điều khiển bên người lập trình viết, xuất tín hiệu ngõ để điều khiển thiết bị khác Ngày hệ thống điều khiển đại khơng thể thiếu PLC, ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực điện tự động hóa, phục vụ cho nhiều nghành, nhiều loại máy móc như: cấp nước, xử lý nước thải, giám sát lượng, giám sát hệ thống điện, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm, dây chuyền băng tải…vv 1.2: Cấu trúc bên PLC Tất PLC gồm có thành phần sau: - Bộ nhớ chương trình RAM, ROM - Một vi xử lý trung tâm CPU, có vai trị xử lý thuật tốn - Các modul vào /ra tín hiệu 3|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Hình 2.1: Cấu tạo PLC 1.3: Nguyên lí hoạt động PLC Đầu tiên tín hiệu từ thiết bị ngoại vi (như sensor, contact, …) đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau nhận tín hiệu đầu vào CPU xử lý đưa tín hiệu điều khiển qua module đầu xuất thiết bị điều khiển bên theo chương trình lập trình sẵn Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo PLC 4|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực chương trình, truyền thơng nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu gọi chu kỳ quét hay vịng qt (Scan Cycle) Thường việc thực vòng quét xảy thời gian ngắn (từ 1ms-100ms) Thời gian thực vòng quét phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh PLC, độ dài ngắn chương trình, tốc độ giao tiếp PLC thiết bị ngoại vi 1.4: Đánh giá ưu nhược điểm PLC Ưu điểm: - Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn - Thực thuật tốn phức tạp độ xác cao - Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng việc bảo quản sửa chữa - Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức khác - Khả chống nhiễu tốt, hồn tồn làm việc tin cậy mơi trường công nghiệp - Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thơng với thiết bị khác Nhược điểm: * Giá thành phần cứng cao, số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình * Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao > Nếu bạn lần đầu tiếp cận PLC chắn có nhiều bỡ ngỡ nhiều thời gian để tự nghiên cứu, nhiên khó khăn hồn tồn giải nhanh chóng việc chọn lựa nhà cung cấp uy tín & có khả hỗ trợ kỹ thuật tốt PLC S7-1200 1.5: Giới thiệu PLC S7-1200 – S7-1200 đời năm 2009 dùng để thay dần cho S7-200 So với S7-200 S7-1200 có tính trội 5|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC – S7-1200 thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh giúp giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 – S7-1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Hình 2.3: Sự khác biệt S7-200 S7-1200 Các thành phần PLC S7-1200 bao gồm: – điều khiển nhỏ gọn với phân loại phiên khác giống điều khiển AC, RELAY DC phạm vi rộng – mạch tương tự số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp CPU làm giảm chi phí sản phẩm – 13 module tín hiệu số tương tự khác bao gồm (module SM SB) – module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP – Bổ sung cổng Ethernet – Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC điện áp 24 VDC 6|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Hình 2.4: Cấu tạo điều khiển Simén CPU S7-1200 -Các dịng PLC S7-1200: S7-1200 có dịng CPU 1211C, CPU 1212C CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C PLC S7-1200 CPU 1211C có nhớ làm việc 50KB work memory Lưu ý không mở rộng modul I/O PLC S7-1200 CPU 1212C có nhớ làm việc 75KB work memory PLC S7-1200 CPU 1214C có nhớ làm việc 100KB work memory PLC S7-1200 CPU 1215C có nhớ làm việc 125KB work memory PLC S7-1200 CPU 1217C có nhớ làm việc 150KB work memory 7|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Hình 2.5: Đặc tính kĩ thuật Module mở rộng PLC S7-1200 PLC S7-1200 mở rộng module tín hiệu module gắn để mở rộng chức CPU Ngồi ra, cài đặt thêm module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác Khả mở rộng loại CPU tùy thuộc vào đặc tính, thơng số quy định nhà sản xuất S7-1200 có loại module mở rộng sau: – Communication module (CP) 8|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC – Signal board (SB) – Signal Module (SM) Nổi bật tính + Cổng truyền thơng Profinet (Ethernet) tích hợp sẵn: Dùng để kết nối máy tính, với hình HMI hay truyền thơng PLC-PLC Dùng kết nối với thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở Đầu nối RJ45 với tính tự động chuyển đổi đấu chéo Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s Hỗ trợ 16 kết nối ethernet TCP/IP, ISO on TCP, S7 protocol + Các tính đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển q trình: đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho ứng dụng đếm đo lường, có đếm 100kHz đếm 30kHz ngõ PTO 100kHz để điều khiển tốc độ vị trí động bước hay lái servo (servo drive) Ngõ điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ… 16 điều khiển PID với tính tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality) + Thiết kế linh hoạt: Mở rộng tín hiệu vào/ra board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà khơng thay đổi kích thước hệ điều khiển.Mỗi CPU kết nối tối đa module mở rộng tín hiệu vào/ra Ngõ vào analog 0-10V tích hợp CPU.3 module truyền thơng kết nối vào CPU mở rộng khả truyền thông, vd module RS232 hay RS485 Card nhớ SIMATIC, dùng cần rộng nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware.Chẩn đoán lỗi online / offline 9|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Lập trình Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngơn ngữ lập trình FBD, LAD SCL Phần mềm tích hợp TIA Portal 11 Siemens Giao tiếp Hình 2.6: Truyền thơng S7-1200 Cấu hình giao tiếp PLC S7-1200 S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus kết nối PTP (point to point) Giao tiếp PROFINET với: – Các thiết bị lập trình – Thiết bị HMI 10 | P a g e BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC – Các điều khiển SIMATIC khác Hỗ trợ giao thức kết nối: – TCP/IP – SIO-on-TCP – Giao tiếp với S7 Ứng dụng PLC Siemens S7 – 1200: Ứng dụng công nghiệp dân dụng như: – Hệ thống băng tải, cân định lượng – Điều khiển đèn chiếu sáng thông minh… – Điều khiển bơm cao áp, bơm ổn định áp suất – Máy đóng gói… – Máy in… – Máy dệt… – Máy trộn, máy nghiền trạm trộn bê tông… CHƯƠNG 3: Thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển Yêu cầu công nghệ Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển ổn định áp suất đường ống nước B1 :Đo áp suất (đọc giá trị cảm biến áp suất) dải áp suất từ [0 – 16 ] Bar B2 : Điều chỉnh áp suất thông qua việc thay đổi tần số biến tần Tần số biến tần ứng với dải áp suất [0 -50] Hz Để tối ưu hóa chi phí ta chọn cảm biến áp suất có dải tín hiệu khoảng từ [0-10] V để phù hợp với dải tín hiệu vào Analog PLC Tận dụng Boards tín hiệu PLC ta cần lắp thêm Board tín hiệu Analog AQ để xuất tín hiệu điều khiển biến tần Lựa chọn thiết bị  PLC S7-1200 1214 DC/DC/DC hãng Siemens sản xuất 11 | P a g e BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  signal boards AQ 1x12Bit [ 6ES7 232-4HA30-0x B0]  Nút nhấn : Start, Stop  Một Contactor đóng ngắt nguồn cấp cho biến tần  Một biến tần Mitsubishi  Một động không đồng (bơm)  Cảm biến áp suất Georgin-France có thơng số : Px = [0-16] bar; supply [ 8-30 VDC] ; Output [0-10V] Hình 3.1: Cảm biến áp suất Georgin Cách kết nối cảm biến với PLC : 12 | P a g e BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Sơ đồ đấu dây bảng địa vào Tên Địa Start I0.0 Khởi động hệ thống sẵn sàng hoạt động Stop I0.1 Dừng hệ thống RUN Q0.0 Hệ thống hoạt động AI.0 Nhận giá trị từ cảm Đầu vào cảm biến Đầu biến tần Chức biến AQ.0 Xuất tín hiệu điều khiển biến tần Hình 3.2: Bảng địa vào 13 | P a g e BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Hình 3.4: Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển mạch động lực Lưu đồ thuật tốn chương trình 14 | P a g e BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Hình 3.5: Lưu đồ thuật tốn Viết Chương Trình Mơ chương trình phần mềm Tia portal 5.1: Hàm bật hệ thống: 15 | P a g e BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 5.2: Hàm đọc giá trị từ cảm biến: 5.3: Hàm ổn định áp suất PID Control: 16 | P a g e BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 5.4: Hàm trả tín hiệu cho biến tần: 17 | P a g e BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Mơ hình mô đáp ứng yêu cầu đề tài đặt Đề tài đánh giá có giá trị thực tế cao Dải thuật điều khiển đơn giản dễ thực lại cho hiệu ứng dụng cao Cảm ơn người theo dõi !! 18 | P a g e ... thống điều khiển Yêu cầu công nghệ Ứng dụng PLC S7- 1200 điều khiển ổn định áp suất đường ống nước B1 :Đo áp suất (đọc giá trị cảm biến áp suất) dải áp suất từ [0 – 16 ] Bar B2 : Điều chỉnh áp suất. .. giúp giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7- 1200 – S7- 1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Hình 2.3: Sự khác biệt S7- 200 S7- 1200 Các thành phần PLC S7- 1200 bao gồm:... thuật tốt PLC S7- 1200 1.5: Giới thiệu PLC S7- 1200 – S7- 1200 đời năm 2009 dùng để thay dần cho S7- 200 So với S7- 200 S7- 1200 có tính trội 5|Page BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC – S7- 1200 thiết