Ứng dụng PLC s7 300 trong điều khiển lò sấy gỗ (khóa luận cơ điện và công trình)

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PLC S7-300 TRONG ĐIỀU KHIỂN LỊ SẤY GỖ NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CĐT MÃ NGÀNH: 7510203 Giảng viên hướng dẫn : Trần Kim Khuê Sinh viên thực : Trần Bá Cường MSV : 1551080727 Lớp : K60_CĐT Khoá học : 2015 – 2020 Hà Nội - năm 2020 MỞ ĐẦU Gỗ sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, mang đến cảm gần gũi, thân thuộc cho tất người chất vật liệu gỗ có tính tạo ấm áp mùa đông dịu mát mùa hè Với không gian đại hay cổ điển, đồ gỗ thể tinh tế, nhã gần gũi Chính vậy, sản phẩm từ gỗ ưa chuộng cải tiến rât nhiều vẻ sang trọng,hiện đại độ bền giá trị sủ dụng lâu dài Nhưng đồng thời gỗ có nhược điểm lớn thay đổi kích thước gỗ hút nhả ẩm Điều gây lên khuyết tật như: cong vênh, nứt nẻ,… gỗ Để hạn chế nhược điểm q trình gia cơng chế biến sử dụng loại hình sản phẩm, cơng nghệ gỗ phải sấy đến độ ẩm định Lượng nước tồn gỗ ảnh hưởng đến tính chất gỗ Chính gỗ cần phải sấy Gỗ qua sấy cải thiện nhiều mặt tính chất, gỗ tốt hơn, chất lượng sau gia công đảm bảo, chất lượng thành phẩm tốt hơn, tuổi thọ sản phẩm đồ gỗ kéo dài hiệu sử dụng cải thiện Trong năm gần đây, ngành chế biến gỗ Việt Nam đạt tốc độ phát triển cao Gỗ trở thành mặt hàng xuất hàng đầu thu ngoại tệ cho đất nước Đồ gỗ xuất phải mặt hàng có chất lượng cao mà muốn nâng cao chất lượng sản phẩm gỗ trình gia cơng chế biến sấy gỗ khâu quan trọng Để đảm bảo chất lượng gỗ sấy gỗ cần sấy lị sấy có chất lượng tốt Tự động điều khiển trình sấy xu hướng phát triển giới Ở Việt Nam xu hướng tất yếu khoa học kỹ thuật ngày phát triển Lò sấy với hệ thống điều khiển tự động cho chất lượng gỗ sấy tốt đáp ứng yêu cầu đồ gỗ xuất Ở nước ta xuất lò sấy với hệ thống điều khiển tự động nhập có mức độ tự động hoá khác Tuy nhiên việc lựa chọn kết cấu lị sấy mơ hình điều khiển tự động gặp nhiều khó khăn sở chế biến Trước đòi hỏi thực tế sản xuất, thực đề tài: “ỨNG DỤNG PLC S7-300 TRONG ĐIỀU KHIỂN LÒ SẤY GỖ” i Bố cục khóa luận bao gồm 03 chương: Chương 1: Nghiên cứu lựa chọn phương pháp sấy Chương 2: Mơ hình điều khiển lò sấy gỗ nước Chương 3: Xây dựng hệ thống điều khiển lò sấy gỗ nước Do thời gian làm khóa luận ngắn kinh ngiệm thân hạn chế, nên đề tài khơng tránh khỏi khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy, cô bạn bè để đề tài hoàn thiện Hà nội ngày 19 tháng 05 năm 2020 Sinh viên thực đề tài Trần Bá Cường ii NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) iii NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU i MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii PHẦN TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1 Lịch sử phát triển thực trạng công nghệ sấy gỗ giới Lịch sử phát triển thực trạng công nghệ sấy gỗ nước Mục tiêu đề tài khóa luận: PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN CHƯƠNG 1:NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY 1.1 Các khái niệm 1.2 Các phương pháp sấy 1.3 Phương pháp lập chế độ sấy 1.4 Điều khiển khâu vi tích phân tỉ lệ (PID) 1.5 Đặc điểm lò sấy gỗ nước 10 1.5.1 Giới thiệu chung lò sấy gỗ nước 10 1.5.2 Cấu tạo lò sấy gỗ nước 11 1.5.3 Đặc điểm lò sấy gỗ nước 13 1.5.4 Nguyên lí hoạt động lò sấy gỗ nước 13 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN LỊ SẤY GỖ BẰNG HƠI NƯỚC 14 2.1 Mơ hình hệ thống điều khiển sấy gỗ tự động với hỗ trợ máy tính 14 2.2 Thiết kế mơ hình lị sấy gỗ nước 15 2.2.1 Mơ hình lị sấy nước 15 2.2.2 Bố trí thiết bị: 15 2.2.3 Bài tốn cơng nghệ sấy: 17 2.2.4 Quy trình điều khiển 18 2.3 Các thiết bị sử dụng đo 19 2.3.1 Cảm biến nhiệt độ 19 2.3.2 Cảm biến đo độ ẩm 22 2.3.3 Đồng hồ Volt 24 2.3.4 Đồng hồ Ampert 24 v 2.4 Các thiết bị điều khiển động lực 24 2.4.1 Aptomat 24 2.4.2, Contactor (MC) 26 2.4.3, Rơ le nhiệt (MT) 27 2.4.4, Chọn dây dẫn 27 2.4.5 Máy biến áp 28 2.5 CÁC THIẾT BỊ KHÁC 28 2.5.1 Van điện từ 28 2.5.2 Bộ chuyển đổi tín hiệu 0-10V sang 4-20Ma 31 2.6 PLC S7-300 31 CHƯƠNG : XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ SẤY GỖ BẰNG HƠI NƯỚC 34 3.1 Thiết kế mạch điện 34 3.1.1 Mạch động lực 34 3.1.2 Mạch điều khiển 35 3.3 Mơ q trình sấy gỗ thực tế 38 3.3.1 Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát Wincc flexible 38 3.3.2 Lập trình điều khiển hệ thống phần mềm Step 45 3.3.3 Kết mô 75 KẾT LUẬN 76 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý biểu đồ I-d phương pháp sấy quy chuẩn Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý biểu đồ I-d phương pháp sấy tách ẩm .4 Hình 1.3: Biểu đồ tra chế độ sấy .8 Hình 1.4: Biểu đồ xác định thông số chế độ sấy .8 Hình 1.5: Sơ đồ điều khiển sử dụng điều khiển PID 10 Hình 1.6: Cấu tạo lò sấy gỗ nước 11 Hình 2.1: Mơ hình điều chỉnh tự động trình sấy với hỗ trợ máy tính 14 Hình 2.2: Mơ hình lị sấy gỗ nước 15 Hình 2.3: Bố trí cửa buồng sấy 15 Hình 2.4a: Bố trí quạt buồng sấy 16 Hình 2.4b: Tuần hồn gió buồng sấy 17 Hình 2.5: Quy trình điều khiển 19 Hình 2.6: Cấu tạo cảm biến PT 100 20 Hình 2.7: Dây tín hiệu cảm biến 20 Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động RTD 21 Hình 2.9: Cảm biến nhiệt độ Pt100 dây .22 Hình 2.10: Cảm biến độ ẩm EE1900 .23 Hình 2.11: Đồng hồ volt 24 Hình 2.12: Đồng hồ Ampert 24 Hình 2.13: Aptomat pha .25 Hình 2.14: Contactor kép tủ điều khiển .26 Hình 2.15: Rơ – le nhiệt 27 Hình 2.16: Máy biến áp 28 Hình 2.17: Van điện từ 29 Hình 2.18: Bản vẽ lát cắt đứng van điện từ 29 Hình 2.19: Van 2/2 30 Hình 2.20: Van solenoid 30 Hình 2.21: Bộ chuyển đổi 0-10VDC sang 4-20mA .31 Hình 2.22: PLC S7-300 32 Hình 3.1 : Mạch động lực 34 vii Hình 3.2a: Mạch điều khiển tín hiệu vào/ra số 36 Hình 3.2b: Mạch điều khiển đóng cắt contactor van điện từ .36 Hình 3.3: SSơ đồ kết nối cảm biến tương tự với PLC 37 Hình 3.4 Tạo Project 38 Hình 3.5 Lưu Project 38 Hình 3.6 Thiết lập môi trường làm việc 39 Hình 3.7 Thiết lập truyền thơng PLC Wincc 39 Hình 3.8 Bảng khai báo Tag 41 Hình 3.9 Thêm đổi tên Screen 42 Hình 3.10 Screen “GIỚI THIỆU” 42 Hình 3.11 Screen “CHÍNH” 43 Hình 3.12 Screen “ĐỒ THỊ” 43 Hình 3.13 Screen “ĐÈN BÁO” 44 Hình 3.14 Cài đặt Step Manager bước 45 Hình 3.15 Cài đặt Step Manager bước 45 Hình 3.16 Cửa sổ làm việc Simatic Step Manager .46 Hình 3.17 Thêm khối chức Simatic Step Manager 46 Hình 3.18 Khai báo cấu hình phần cứng bước 47 Hình 3.19 Khai báo cấu hình phần cứng bước 47 Hình 3.20 Khai báo cấu hình phần cứng bước 47 Hình 3.21 Ví dụ thêm modul Modul mở rộng SM323 16DI/16DO vào slot4 .48 Hình 3.22 Khai báo dạng ngơn ngữ lập trình .48 Hình 3.23 Gán Symbols 49 Hình 3.24 Các khối chương trình điều khiển 50 Hình 3.25 Giao diện làm việc với giá trị cài đặt giá trị trả 75 Hình 3.26 Đồ thị biểu thị mối quan hệ nhiệt độ,độ ẩm vào .75 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng thông số cảm biến PT 100 22 Bảng 2.2 Thông số cảm biến EE1900 24 Bảng 2.3 Thông số Van điện từ sử dụng lò sấy 30 Bảng 2.4 Thông số Bộ chuyển đổi sử dụng lò sấy 31 Bảng 3.1 Bảng địa vào/ PLC .35 ix 61 Network 6: TINH THOI GIAN SAY GIAI DOAN M2.2 "HET THOI GIAN SAY 2" M2.3 "HET THOI GIAN SAY 3" T19 S_ODT M2.7 S Q S5T#1H TV R BI BCD C3 S_CU T19 CU Q S CV MW204 PV CV_BCD R M2.7 CMP >=I M2.3 "HET THOI GIAN SAY 3" S MW204 IN1 MW136 IN2 62 Network 7: SAY GIAI DOAN 63 64 Network 8: TINH THOI GIAN SAY GIAI DOAN M2.3 "HET THOI GIAN SAY 3" M2.4 "HET THOI GIAN SAY 4" T20 S_ODT M3.0 S S5T#1H Q TV R BI BCD C4 S_CU T20 CU Q S PV CV MW206 CV_BCD R M3.0 CMP >=I M2.4 "HET THOI GIAN SAY 4" S MW206 IN1 MW138 IN2 Network 9: DUNG HE THONG SAU KHI SAY XONG 65 66 Network 10: CANH QUAT QUAY THUAN Q0.1 "QUAT CHAY THUAN" T21 S_ODT T22 S S5T#250MS Q TV BI R BCD T22 S_ODT T21 S S5T#250MS Q TV R BI BCD T21 M4.1 "HIEU UNG QUAT THUAN 1" T21 M4.2 "HIEU UNG QUAT THUAN 2" Network 11 : CANH QUAT QUAY NGUOC Network: 12 HIEN THI TRANG THAI VAN NUOC 67 M1.7 "LUON KIN" MD128 "% TIN HIEU MO VAN NUOC" 2.000000e+ 000 Network: 13 M5.0 "BAO MO VAN NUOC" CMP >=R IN1 IN2 HIEN THI TRANG THAI VAN HOI M1.7 "LUON KIN" M5.1 "BAO MO VAN HOI" CMP >=R MD124 "% TIN HIEU MO VAN HOI" IN1 2.000000e+ 000 IN2 d CHƯƠNG TRÌNH CON BÁO TRẠNG THÁI Block: FC4 CHUONG TRINH CON BAO TRANG THAI Network 1: BAO QUAT CHAY I0.3 "QUAT CHAY" M0.3 "BAO QUAT CHAY" Q0.1 "QUAT CHAY THUAN" Q0.4 "QUAT CHAY NGHICH" 68 Network 2: BAO QUAT CHAY I0.4 "QUAT CHAY" M0.4 "BAO QUAT CHAY" Q0.2 "QUAT CHAY THUAN" Q0.5 "QUAT CHAY NGHICH" Network 3: BAO QUAT CHAY I0.5 "QUAT CHAY" M0.5 "BAO QUAT CHAY" Q0.3 "QUAT CHAY THUAN" Q0.6 "QUAT CHAY NGHICH" Network 4: BAO QUAT LOI I0.6 "QUAT LOI" M0.6 "BAO QUAT LOI" Network 5: BAO QUAT LOI I0.7 "QUAT LOI" M0.7 "BAO QUAT LOI" Network 6: BAO QUAT LOI Network 7: BAO DA DONG CUA LO 69 Network: BAO DA DONG CUA GIO M1.2 "BAO DA DONG CUA GIO 1" I1.2 "DA DONG CUA GIO 1" Q0.7 "DONG CUA GIO 1" Network 9: BAO DA DONG CUA GIO M1.3 "BAO DA DONG CUA GIO 2" I1.3 "DA DONG CUA GIO 2" Q1.0 "DONG CUA GIO 2" Network 10: BAO DA MO CUA GIO M1.4 "BAO DA MO CUA GIO 1" I1.4 "DA MO CUA GIO 1" Q1.1 "MO CUA GIO 1" Network 11: BAO DA MO CUA GIO M1.5 "BAO DA MO CUA GIO 2" I1.5 "DA MO CUA GIO 2" Q1.2 "MO CUA GIO 2" Network 12: BAO SU CO 70 I0.6 "QUAT LOI" M1.6 "BAO SU CO" S I0.7 "QUAT LOI" I1.0 "QUAT LOI" Network 13: RESET SU CO M1.6 "BAO SU CO" R I0.2 "RESET" M0.2 "RESET TX" CHƯƠNG TRÌNH NGẮT XỬ LÝ PID Block: OB 35 CHUONG TRINH NGAT XU LY PID 71 Network : CHƯƠNG TRÌNH CON PID NHIỆT ĐỘ Q0.0 "HE THONG DANG CHAY" DB41 FB41 EN ENO COM_RST M2.0 "LUON HO" MAN_ON LMN PVPER_ON P_SEL LMN_PER I_SEL QLMN_HLM INT_HOLD QLMN_LLM M1.7 "LUON KIN" T#100MS I_ITL_ON LMN_P D_SEL LMN_I CYCLE LMN_D MD116 "NHIET DO DAT" PV SP_INT MD100 "NHIET DO LO" PV_IN ER PV_PER MAN GAIN TI TD TM_LAG DEADB_W LMN_HLM LMN_LLM PV_FAC PV_OFF LMN_FAC LMN_OFF I_ITLVAL DISV Network : CHƯƠNG TRÌNH CON PID ĐỘ ẨM 72 MD124 "% TIN HIEU MO VAN HOI" PQW102 "TIN HIEU VAN CAP HOI" Q0.0 "HE THONG DANG CHAY" M2.0 "LUON HO" DB42 FB41 EN ENO COM_RST MD128 "% TIN HIEU MO LMN VAN NUOC" MAN_ON PVPER_ON P_SEL LMN_PER I_SEL QLMN_HLM INT_HOLD QLMN_LLM M1.7 "LUON KIN" T#100MS MD120 "DO AM DAT" MD104 "DO AM LO" I_ITL_ON LMN_P D_SEL LMN_I CYCLE LMN_D PV SP_INT ER PV_IN PV_PER MAN GAIN TI TD TM_LAG DEADB_W LMN_HLM LMN_LLM PV_FAC PV_OFF LMN_FAC LMN_OFF I_ITLVAL DISV 73 PQW100 "TIN HIEU MO VAN CAP NUOC" 3.3.3 Kết mơ Kết mơ trình bày hình 3.25 hình 3.26 Giao diện điều khiển giám sát Wincc cho phép người vận hành cài đặt giá trị mong muốn với thuật toán điều khiển PID Bộ điều khiển tự động ổn định nhiệt độ độ ẩm sấy theo lượng đặt với sai số ≈ Chỉ lần khởi động lượng điều chỉnh tham số nhiệt độ lớn (do mô đặt tăng nhiệt nhanh để quan sát) Hình 3.25 Giao diện làm việc với giá trị cài đặt giá trị trả Hình 3.26 Đồ thị biểu thị mối quan hệ nhiệt độ,độ ẩm vào 74 KẾT LUẬN Qua việc nghiên cứu,tìm hiểu tài liệu kết hợp với khảo sát thực tiễn.Đề tài: : “ỨNG DỤNG PLC S7-300 TRONG ĐIỀU KHIỂN LÒ SẤY GỖ” giải mục tiêu đề - Đã đưa mơ hình,cấu trúc lị sấy hợp lý,phù hợp với thực tiễn sản xuất mức độ định.Với dung tích 35-50m3 / mẻ,phù hợp với điều kiện sản xuất thực tiễn Việt Nam,thuận lợi cho người sử dụng - Đã hoàn thành việc phân tích,đưa liệu để làm sở cho việc thiết kế lò sấy - Lựa chọn phần mềm WinCC sử dụng ngơn ngữ lập trình đồ họa cho liệu thu thập,phân tích liệu,trình bày kết kiểm soát thiết bị điều khiển sấy thông qua card giao tiếp PC để kết nối với máy tính - Lựa chọn thiết bị sử dụng đo điều khiển trình sấy - Đã đưa sơ đồ kết nối điều khiển tự động với thiết bị chấp hành lò sấy - Mơ q trình sấy gỗ tự động:Điều khiển q trình sấy hoạt động lị 75 ... thực đề tài: ? ?ỨNG DỤNG PLC S7- 300 TRONG ĐIỀU KHIỂN LÒ SẤY GỖ” i Bố cục khóa luận bao gồm 03 chương: Chương 1: Nghiên cứu lựa chọn phương pháp sấy Chương 2: Mơ hình điều khiển lị sấy gỗ nước Chương... thế,hiện người ta chuộng phương pháp sử dụng lò sấy gỗ nước 1.5.1 Giới thiệu chung lò sấy gỗ nước Lò sấy gỗ nước loại lò sấy sử dụng nước bão hịa q trình sấy, điều khiển tự động bán tự động Đặc điểm... chung lò sấy gỗ nước 10 1.5.2 Cấu tạo lò sấy gỗ nước 11 1.5.3 Đặc điểm lò sấy gỗ nước 13 1.5.4 Ngun lí hoạt động lị sấy gỗ nước 13 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN LỊ SẤY GỖ