Sơ đồ nối thiết bị vào/ra Module EM235 Module đầu vào/ra analog EM231 RTD - Kích thước (dài x rộng x cao): 90 x 80 x 62mm - Khối l−ợng: 0,2kg - Công suất: 2W - 3 đầu vào analog - EM231 RTD thu nhận tín hiệu nhiệt độ dưới dạng analog dễ dàng với tính chính xác cao bằng việc sử dụng cặp nhiệt ngẫu chuẩn. Được thiết kế giống như những thiết bị khác của dòng S7 - 22x, chúng được liên kết với nhau qua các Bus dữ liệu và được đặt trên một giá treo DIN...
§å ¸n tèt nghiƯp Ngun Träng Hïng - §iƯn 45A EM235 Hình 3.12: Sơ đồ nối thiết bị vào/ra Module EM235 ắ Module đầu vào/ra analog EM231 RTD - Kích th−íc (dµi x réng x cao): 90 x 80 x 62mm - Khối lợng: 0,2kg - Công suất: 2W - đầu vào analog - EM231 RTD thu nhận tín hiệu nhiệt độ dới dạng analog dễ dàng với tính xác cao việc sử dụng cặp nhiệt ngẫu chuẩn Đợc thiết kế giống nh thiết bị khác dòng S7 - 22x, chúng đợc liên kết với qua Bus liệu đợc đặt giá treo DIN phía bên phải CPU - Kết nèi module EM231TC, EM231 RTD: Cã thĨ m¾c trùc tiÕp với S7- 200 sử dụng dây dẫn phụ có bảo vệ để hạn chế tiếng ồn cách tốt Có thể mắc thiết bị EM231 RTD với cảm biến theo cách: dây, dây dây Cách xác sử dụng dây, cách xác sử dụng dây đợc sử dụng sai số mắc dây đợc bỏ qua ứng dụng ắ Module đầu vào/ra analog EM235 - Đặc tính vật lý: Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 55 - Khoa Cơ - Điện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - §iƯn 45A KÝch th−íc (dµi x réng x cao): 90 x 80 x 62mm Khối lợng: 0,2kg Công suất tiêu thụ: 2W Số dầu vào/ra: đầu vào analog, đầu analog - Đặc tính đầu ra: Dải tín hiệu ra: Điện áp 10V, dòng điện ữ 20mA Kiểu liệu: Lỡng cực: - 32000 ữ 32000 đơn cực: ữ 32000 Thời gian ổn định: Điện áp 100s, dòng điện 2s - Đặc tính đầu vào: Dạng đầu vào kiểu vi phân Điện trở vào 100M Điện áp vào cực đại: 30V Dòng điện vào cực đại: 32mA Dòng điện nguồn 5VDC, 70mA từ khối së Ngn cung cÊp më réng: 60mA, céng víi dßng ®iƯn 20mA tõ khèi c¬ së hay ngn më rộng ắ Cách sử dụng EM235: - Đảm bảo nguồn cung cấp 24VDC nhiễu ổn định - Điều chỉnh Module - Sử dụng dây cảm biến ngắn tốt - Nối ngắn mạch đầu vào không sử dụng - Tránh làm ngập dây - Sử dụng loại cho tuyến dây Thiết bị RTD cung cấp tín hiệu vào PLC với giữ liệu cho biết nhiệt độ điều kiện sai số Các bit trạng thái cho biết khoảng sai số tình trạng không hoạt động thiết bị/nguồn cung cấp sử dụng LEDs cho biết tình trạng thiết bị Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 56 - Khoa Cơ - Điện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Hình 3.13: Sơ đồ nối thiết bị vào Module EM231TC, Hình 3.14: Sơ đồ nối dây cảm biến RTD ắ Định cấu hình cho EM231: Để định cấu hình cho module EM231 RTD sử dụng công tắc DIP, công tắc (SW1SW3) dùng để xác định độ lớn tín hiệu đầu vào Analog Nên nạp điện theo chu kỳ cho PLC sử dụng nguồn nuôi 24V Trung tâm nghiên cứu Bò Đòng cỏ BA Vì Bảng 3.3: Định cấu hình cho Module EM 231 Nguồn đơn cực SW1 Độ lớn Độ SW2 SW3 tín hiệu vào phân giải OFF ON ữ10V 2,5mV ON OFF ữ 5V 1,25mV 0ữ 20mA 5A ON ắ Định cấu hình cho EM235: Sử dụng công tắc DIP (SW1SW6) đế xác định giải pháp tín hiệu vào Analog Tất đầu vào đợc đặt phạm vi tín hiệu đầu vào Analog Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 57 - Khoa Cơ - Điện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Bảng 3.4: Định cấu hình cho Module EM235 Nguồn đơn cực Độ lín §é SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 tÝn hiƯu vào phân giải ON OFF OFF ON OFF ON - 50mV 12,5μV OFF ON OFF ON OFF ON - 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON - 500mV 125μV OFF ON OFF OFF ON ON - 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON - 5V 1,25 mV ON OFF OFF OFF OFF ON - 20mA 5μV OFF ON OFF OFF OFF ON - 10V 2,5 mV Hình3.15: Bộ định cấu hình DIP cho module EM231, EM235 C¸c module EM231 & EM235 cã chi phÝ thÊp tèc ®é cao 12 bit Chóng có khả chuyển đổi đầu vào analog thành tín hiệu digital tơng ứng với 149s Quá trình chuyển đổi tín hiệu đầu vào analog đợc thực tín hiệu analog đợc truy cập chơng trình ng−êi sư dơng EM231 & EM235 cung cÊp tÝn hiƯu digital cha đợc xử lý (không lọc tuyến tính hoá) với điện áp analog hay giá trị thực đợc thể cực đầu vào thiết bị Vì thiết bị tốc độ cao nên chúng thay đổi nhanh chóng theo tín hiệu đầu vào analog Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 58 - Khoa Cơ - Điện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A 3.3 Thiết bị nhập - xuất [8] Thiết bị - xuất phổ biến đợc sử dụng PLC Các thiết bị nhập đợc đề cập gồm Digital va Analog, chẳng hạn công tắc dò tìm vị trí, công tắc Proximity, công tắc quang điện, mà hoá, công tắc nhiệt ¸p st, c¸c ®ång hå ®iƯn ¸p, c¸c biÕn ¸p vi sai tuyến tính, cá đồng hồ biến dạng, Tranzistor nhiệt, cặp nhiệt điện Các thiết bị xuất gồm rơle thiết bị tiếp xúc, van Solenoid, động Cảm biến đóng vai trò quạn trọng hệ thống điều khiển Nó quan cảm nhận điều khiển, cung cấp thông tin tình trạng đối tợng tới ®iỊu khiĨn ®Ĩ bé ®iỊu khiĨn cã qut ®Þnh phï hợp với thực tế Các cảm biến cung cấp tín hiệu Digital/rời rạc (có - không), ngõ đợc kết nối dễ dàng với cổng nhập PLC Bộ cảm biến thiết bị biến đổi đại lợng không điện cần đo thành đại lợng điện tỷ lệ với Bất kỳ cảm biến có tín hiệu vào hàm liên tục cã tÝn hiƯu vµo X, Y = F(x) Trong thùc tế để có đợc đặc tính ngời ta phải làm thực nghiện để tìm quan hệ X Y Mỗi quan hệ phi tuyến, nhng để nâng cao độ xác cho thiết bị đo nhà sản xuất đà đa nhiều phơng pháp để phần làm giảm sai số Chóng ta cÇn l−u ý r»ng thùc tÕ tÝn hiệu cảm biến phụ thuộc vào X mà phụ thuộc vào điều kiện bên Z hàm phi tuyến trở thành Y = F(x,z) ắ Đặc tính cảm biến - Phải xét đến khả thay cho cảm biến Nghĩa cảm biến loại có đặc tính nh nhau, nh có khả thay bị h hỏng không mắc phải sai số - Cảm biến phải có đặc tính đơn trị, nghĩa với hàm Y = F(x), ứng với giá trị X có giá trị Y tơng ứng Đơng cong cảm biến phải ổn định nghĩa không thay đổi theo thời gian Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 59 - Khoa Cơ - Điện §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Träng Hïng - §iƯn 45A - TÝn hiƯu cđa bé c¶m biÕn th−êng rÊt nhỏ, để tiện cho việc ghép nối dụng cụ đo, hệ thống đo tín hiệu thờng phải đợc chuẩn hoá - Đặc tính quan trọng cảm biến sai số Sai số cảm biến gồm hai thành phần: + Sai số bản: sai số gây nguyên tắc cảm biến, từ không hoàn thiện cấu trúc yếu công nghệ chế tạo + Sai số phụ: sai số gây sai số bên khác với điều kiện tiêu chuẩn Ví dụ nh nhiệt độ môi trờng thay đổi gây sai số cảm biến điện cảm Vậy để nâng cao độ tin cậy cảm biến cần hiệu chỉnh thay đổi thông số cho phù hợp với thực tế - Độ nhạy cảm biến công cụ quan trọng Nó có tác dụng định đến cấu trúc mạch, để đảm bảo cho phép đo độ nhạy biến động nhỏ đại lợng đo - Đặc tính động cảm biến: Khi đại lợng đo tác động vào cảm biến thờng xuất độ Quá trình nhanh hay chậm phụ thuộc vào loại cảm biến Đặc tính độ tác động nhanh, độ tác động nhanh chậm tức phản ứng tín hiệu trƠ so víi sù thay ®ỉi cđa tÝn hiƯu vào Vì vậy, lựa chọn cảm biến ta phải lu ý đến độ tác động nhanh cho phù hợp với thay đổi với yêu cầu kỹ thuật toán đặt không giải đợc phải có tính toán để bù lại ảnh hởng chênh lệch gây - Sự tác động ngợc lại cảm biến lên đại lợng đo tiếp đến gây thay đổi tín hiệu đầu cảm biến Vì lắp đặt cảm biến phải tính đến điều - Kích thớc cảm biến nhỏ tốt có nh đa cảm biến vào đợc nơi chật hẹp để đảm đơng đợc công việc mà ngời thực đợc, với kích thớc nhỏ độ xác tốt Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 60 - Khoa Cơ - Điện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Ngày kỹ thuật cảm biến phát triển mạnh có nhiều cảm biến đợc sản xuất Để sản xuất đợc cảm biến phải có trình độ cao, kết hợp khoa học vật lý, điện tử, hoá học vật liệu Tóm lại hệ thống tự động hoá, phần tử cảm biến đóng vai trò quan trọng tai mắt cảm nhận thay đổi đối tợng Nhờ mà thực trình tự động điều khiển thông số theo yêu cầu công nghệ 3.3.1 Cảm biến nhiệt độ [9] Từ xa xa ngời đà nhận thức đợc tợng nhiệt độ đánh giá cờng độ cách đo nhiệt độ, nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp nay, ngành công nghiệp nhiệt luyện, chế biến thực phẩm Vấn đề đo khống chế nhiệt độ đợc đặc biệt trọng yếu tố định đến chất lợng sản phẩm Với mục đích thiết kế mô hình điều khiển ®ã cã sư dơng hƯ thèng ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é lò nung thuỷ tinh, tiến hành tìm hiểu thiết kế cảm biến đo nhiệt độ - Đối tợng cần đo: Nhiệt độ lò nung thuỷ tinh - Nhiệm vụ cảm biến: Đo khống chế nhiệt độ khoảng xác định - Cảm biến nhiệt sư dơng ghÐp nèi víi PLC S7 – 200 NhiƯt độ Cảm biến Cơ cấu chấp hành Mạch động lực PLC Hình 3.16: Sơ đồ khối hệ thống thiết kế Hoạt động hệ thống: Đối tợng nhiệt độ lò nung thuỷ tinh đợc thu nhận qua cảm biến nhiệt độ chuyển đổi thành tín hiệu điện tín hiệu Analog đợc đa tới cổng nhập PLC Tại tín hiệu đợc đọc vào xử lý để điều khiển, tác động lên đối tợng thông qua mạch điều khiển cấu chấp hành Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 61 - Khoa Cơ - §iƯn §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Träng Hïng - §iƯn 45A Bảng 3.5: Bảng trạng thái hệ thống điều khiển nhiệt độ Cơ cấu chấp hành Loại Trạng thái Nguồn nhiệt Tắt Trạng thái ban đầu hệ thống Nguồn mát Tắt Nguồn nhiệt Mở TO < = 1100 50C Nguồn mát Tắt Nguồn nhiệt Mở TO >= 1100 5OC Nguồn mát Tắt Cảm biến LM335 linh kiện để giao tiếp nhiệt độ phòng va PLC Trạng thái đối tợng nhiệt độ Là cảm biến nhiệt độ loại điốt Sau thông số kỹ thuật LM335: - Định thang trực độ Kevil, với độ xác 1oC - Điện áp nguồn nuôi 5V - 18V - Dải làm việc chế độ liên tục -40oC - 100oC chế độ không liên tục 100oC - 125oC +5VDC 1.82K LM335/TO92 Vo 10K Hình3.17: Sơ đồ nguyên lý LM335 Tại 25oC, IR = 1mA th× Vo = 2,98V ta cã: − 2,98 = 1mA t R = 2,02k, R chọn R = 2k ắ Khối biến đổi chuẩn hoá dùng khuyếch đại thuật toán LM358 Ta chọn khoảng làm việc từ 20oC đến 50oC Đặt mức 0V 20oC cách đặt vào đầu trừ LM 358 ®iƯn ¸p V1 = (273 + 20).10mV = 2,93V (víi 20 20oC phải chuyển sang độ Kevil nhân với hệ số 10mV/K) Mạch Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 62 - Khoa Cơ - Điện Đồ ¸n tèt nghiƯp Ngun Träng Hïng - §iƯn 45A khuch đại thuật toán có hệ số khuyếch đại K = R 100 = = 10 lÇn Nh− 10 R1 tín hiệu vào tơng tự tơng ứng với khoảng nhiệt độ từ 20oC 50oC tơng ứng với giá trị điện áp từ 0V đến 3V ắ Mạch lặp: Mạch lặp có tác dụng chuẩn hoá, phối hợp trở kháng đầu đầu vào Với điện áp đàu đầu vào nhau, khác chỗ trở kháng vào lớn trở kháng nhỏ Tóm lại mạch lặp có tác dụng ổn định (chuẩn hoá phối hợp trở kháng) V2 +5VDC R2 R1 + B2 - Vo=R2/R1(V2-V1) R1 R2 V1 Hình3.18: Khối biến đổi chuẩn hoá Hình3.19: Sơ đồ nguyên lý LM358 ắ Sơ đồ mạch điện nguyên lý: Hình3.20: Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến nhiệt Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 63 - Khoa Cơ - Điện ... biệt trọng yếu tố định đến chất lợng sản phẩm Với mục đích thiết kế mô hình điều khiển có sử dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung thuỷ tinh, tiến hành tìm hiểu thiết kế cảm biến đo nhiệt độ... R1 R2 V1 Hình3 .18: Khối biến đổi chuẩn hoá Hình3 .19: Sơ đồ nguyên lý LM358 ắ Sơ đồ mạch điện nguyên lý: Hình3 .20: Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến nhiệt Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 63 - Khoa Cơ - Điện... Hình 3.14: Sơ đồ nối dây cảm biến RTD ắ Định cấu hình cho EM231: Để định cấu hình cho module EM231 RTD sử dụng công tắc DIP, công tắc (SW1SW3) dùng để xác định độ lớn tín hiệu đầu vào Analog Nên