Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ lò sấy PID có cảm biến dùng PLC S1200 ( có file mô phỏng link ở cuối )

Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ lò sấy PID có cảm biến dùng PLC S1200 ( có file mô phỏng link ở cuối ) Ngày nay rất nhiều ngành công, nông nghiệp như chế biến nông sản, thực phẩm, hóa dược lẫn sản xuất gỗ, cao su, giày da và rất nhiều ngành nghề khác đều cần đến sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại. Và trong đó, công nghệ sấy khô và bảo quản sản phẩm là một giai đoạn quan trọng nhất được các doanh nghiệp đặt hàng đầu trong quá trình sản xuất. Việc doanh nghiệp quyết định phương thức sấy sản phẩm phù hợp và đầu tư một thiết bị sấy công nghiệp hiện đại không chỉ đẩy nhanh quá trình sản xuất mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm, đem lại lợi thế khi cạnh tranh với các đối thủ khác trên thị trường.

ĐẠI HỌC SPKT HỒ CHÍ MINH Bộ mơn Điều khiển Tự động hóa - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn: Thái Hữu Nguyên Sinh viên thực : Lớp: : DHTDHCK13B HCM, 6/2021 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển khoa học kĩ thuật, đa dạng linh kiện điện tử số, thiết bị điều khiển tự động, công nghệ cũ thay công nghệ đại.Với bùng nổ tiến khoa học-kĩ thuật lĩnh vực điện, điện tử, tin học năm gần dẫn đến biến đổi sâu sắc lý thuyết lẫn thực tế lĩnh vực điều khiển lập trình vi điều khiển, hệ thống tự động điều khiển, vi xử lý, PLC… ứng dụng rộng rãi công nghiệp, dây chuyền sản xuất Hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống dây chuyền nhà máy công nghiệp thiếu Nó định nhiều đến phát triển xã hội công công nghiệp hoá đại hoá để bước bắt kịp phát triển khu vực giới mặt Kinh tế Xã hội Do đó, việc tự động hố q trình sấy cơng nghiệp lựa chọn hàng đầu nhằm góp phần bảo quản nguyên liệu, tăng suất tạo sản phẩm có chất lượng cao, đảm bảo an toàn thực phẩm, tăng khả cạnh tranh mạnh mẽ thị trường Thực việc cải tạo nâng cấp hệ thống máy móc thay hệ thống điều khiển lập trình nhằm làm giảm sức lao động, cho mạch điều khiển hệ thống gọn nhẹ, hoạt động xác đáng tin cậy quan trọng dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển có yêu cầu Từ em lựa chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ lò sấy sử dụng Wincc- PLC S1200 ” Mục tiêu đề tài em xây dựng đầy đủ phương pháp luận để khảo sát, đánh giá, nghiên cứu, thiết kế điều khiển cho lò sấy Trong trình thực đề tài em tìm hiểu, trao đổi tổng hợp kiến thức mà học thời gian học, tham khảo tài liệu liên quan khác để hoàn thành đề tài giao Cấu trúc đồ án gồm chương, chương em trình bày cụ thể vấn đề nghiên cứu khác nhau: Chương 1: Tổng quan hệ thống lò sấy điều khiển ổn định nhiệt độ lò sấy Chương 2: Giới thiệu PLC-S1200 Chương : Viết chương trình điều khiển Chương : Giới thiệu Wincc thiết kế giao diện Chương : Thuyết minh nguyên tắc vận hành Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy khoa điện nói chung thầy Phạm Văn Tuấn nói riêng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt giúp em hoàn thành đồ án thuận lợi Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VỀ LÒ SẤY VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐINH NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY 1.1 Giới thiệu lị sấy cơng nghiệp Ngày nhiều ngành công, nông nghiệp chế biến nơng sản, thực phẩm, hóa dược lẫn sản xuất gỗ, cao su, giày da nhiều ngành nghề khác cần đến hỗ trợ công nghệ đại Và đó, cơng nghệ sấy khơ bảo quản sản phẩm giai đoạn quan trọng doanh nghiệp đặt hàng đầu trình sản xuất Việc doanh nghiệp định phương thức sấy sản phẩm phù hợp đầu tư thiết bị sấy công nghiệp đại không đẩy nhanh trình sản xuất mà cịn nâng cao chất lượng sản phẩm, đem lại lợi cạnh tranh với đối thủ khác thị trường Từ loại máy sấy thô sơ thời điểm việc tìm hiểu, mua vận hành loại máy sấy đa chức năng, tân tiến vô đại dễ dàng nhiều Không thế, nhà sản xuất cung cấp nhiều hệ thống sấy đại chất lượng cao tủ sấy, lị sấy, dây chuyền sấy vận hành hồn toàn tự động cho sản lượng, chất lượng cao, không bị biến đổi, thời gian sấy rút ngắn tiết kiệm nhiều chi phí Chính thế, ngày nhiều sở doanh nghiệp chế biến thực phẩm, nông sản, xưởng chế tạo sửa chữa lựa chọn hệ thống sấy đại Các dạng lò sấy * Phân loại thiết bị hệ thống sấy – máy sấy công nghiệp Trên thị trường Việt Nam có nhiều loại cơng nghệ sấy với thiết bị sấy như:  Băng tải, băng chuyền  Buồng sấy, phòng sấy, hầm sấy  Tháp sấy  Hệ thống sấy thùng quay  Hệ thống sấy phun, hệ thống sấy tầng sơi  Tủ sấy, lị sấy cơng nghiệp Mỗi thiết bị nguyên lý, chức khác Doanh nghiệp người sử dụng phải tìm hiểu kỹ lưỡng để lựa chọn công nghệ máy sấy cho phù hợp với nguyên vật liệu, mức độ sản xuất đầu tư * Phân loại nguyên liệu vật liệu sấy Sự đa dạng kiểu sấy, đa dạng chủng loại loại máy sấy cơng nghiệp đại lợi ích vược bậc mà chúng mang lại đáp ứng yêu cầu nhiều lĩnh vực doanh nghiệp người dùng, từ nguyên liệu phổ biến sấy sản phẩm nông nghiệp sản phẩm công nghiệp  Sấy khô hoa quả, trái rau củ sấy giòn, trái sấy dẻo, loại mứt sấy dẻo  Sấy hạt, ngũ cốc, sấy nông sản, lúa, ngô, cà phê, tiêu, điều, trà  Sấy bún, mì, phở, nui, hủ tiếu, bánh tráng, cơm cháy  Sấy khô thủy hải sản, khô thịt, trứng  Sấy loại gia vị  Sấy thành dạng bột  Sấy dược liệu, thảo dược, thảo mộc sấy khô, loại nấm, thuốc bắc, thuốc nam  Sấy loại hoa, sấy khô làm thức uống detox  Sấy sâu, sấy nhộng, loại côn trùng, sấy thức ăn thực vật cho gia súc  Sấy gỗ, sấy sơn, sấy gạch  Sấy dụng cụ, vật liệu, khn, thùng, bao bì nhựa - ni lơng, bao gói, ống hút  Tủ rã đông, khử trùng trùng * Các công nghệ lị sấy cơng nghiệp – tủ sấy – máy sấy công nghiệp công suất lớn Với đòi hỏi ngày khắt khe thị thường cơng ty chun sản xuất loại tủ sấy, lị sấy máy sấy cơng nghiệp cho nhiều công nghệ sấy công nghiệp với công suất phạm vi ứng dụng rộng rãi nhiều sấy nhiệt, sấy đối lưu tuần hoàn, sấy phun, sấy xạ, sấy điện trường dòng cao tần, sấy tầng sơi, nhìn chung đem lại hiệu giá trị to lớn cho doanh nghiệp Hãy E-MART tìm hiểu qua cơng nghệ sấy máy sấy công nghiệp phổ biến để lựa chọn cho thiết bị phù hợp cho doanh nghiệp bạn Công nghệ sấy hồng ngoại Công nghệ sấy IR hay gọi sấy hồng ngoại loại máy sấy công nghiệp sử dụng lượng nhiệt sinh từ tia hồng ngoại để làm khô sản phẩm cần sấy Phương pháp thường thấy chủ yếu dạng hình thức tủ sấy, băng chuyền, phịng sấy hay buồng sấy Với ứng dụng công nghệ từ đèn sấy hồng ngoại, phương pháp mang lại hiệu lớn từ tiết kiệm lượng, hiệu cao, nhiệt dễ chịu, làm nóng vật liệu sấy, khơng ảnh hưởng đến mơi trường khơng khí xung quanh Cơng nghệ sấy vi sóng Cơng nghệ sấy vi sóng cơng nghệ sử dụng sóng viba để áp dụng cho quy mơ sản xuất lớn có phạm vi ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp thực phẩm, nơng nghiệp, tiệt trùng sản phẩm, hóa dược ngành cơng nghiệp địi hỏi phải xử lý nhiệt độ cao, khối lượng kích thước tương đối lớn sấy keo, sản xuất gỗ, chế biến cao su, gốm sứ, than đá ngành công nghiệp khác Ưu điểm công nghệ sấy vi sóng nhiệt thâm nhập tia sóng siêu nhỏ, siêu nhanh từ lõi sản phẩm sấy bên bề mặt khiến cho tất thành phần sản phẩm làm khô thời gian ngắn Đối với ngành nơng sản, thực phẩm, hóa dược: Phương pháp khơng giúp tiết kiệm điện mà giữ lại hầu hết chất dinh dưỡng, chất lượng màu sắc ban đầu sản phẩm Đảm bảo khả lưu trữ sản phẩm tốt Bên cạnh đó, sóng siêu cao tần cịn tiêu diệt loại vi khuẩn gây hại cho người E.coli Salmonella có nơng sản, thực phẩm Đối với chế tác gỗ, gốm sứ, cao su, than đá: Cơng nghệ vi sóng khiến sản phẩm hấp thụ lớp nhiệt đồng đều, tạo sản phẩm có độ bền trải bề mặt, rút ngắn thời gian sấy Công nghệ sấy chân không Sấy chân không cơng nghệ sấy kín dành cho sản phẩm khơng chịu nhiệt độ cao hay dễ bị oxy hóa, hoạt động nhờ chênh lệch áp suất nước bề mặt sản phẩm môi trường xung quanh Sản phẩm sấy tách ẩm buồng chân không truyền nhiệt thông qua xạ nhiệt từ vỏ thùng sấy, ẩm bơm chân khơng hút ngồi theo chu kỳ Máy sấy chân khơng địi hỏi vốn cố định vốn lưu động cao máy sấy làm việc áp suất thường, tạo sản phẩm có chất lượng tốt Ở môi trường áp suất nhỏ nước sôi nhiệt độ thấp khoảng 30-40 độ C Khi nước sôi đồng nghĩa với bốc nước diễn nhanh làm cho vật sấy khô nhanh với sấy nhiệt thông thường Sản phẩm sấy chân khơng có nhiệt độ sấy thấp nên giữ nguyên hương vị, màu sắc tính chất đặc trưng sản phẩm Thành phẩm sau sấy có độ ẩm thấp từ 1-3% Vì thời gian bảo quản lâu Cơng nghệ sấy thăng hoa Đây xem công nghệ tiên tiến với mức đòi hỏi đầu tư cao, phương pháp cịn có tên gọi sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation) Đây phương pháp tách ẩm khỏi vật sấy thăng hoa nước, chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể Quá trình sấy thăng hoa bao gồm hai giai đoạn làm lạnh đông sấy khô chân không thấp Phương pháp sấy thăng hoa chủ yếu sử dụng nguyên liệu đắt tiền, hay sản phẩm mà sấy phương pháp khác Bên cạnh khơng phải nguyên liệu sấy phương pháp lạnh đông Sản phẩm sấy thăng hoa lưu giữ kết cấu tốt, đặc tính cảm quan chất lượng dinh dưỡng, thời gian bảo quản dài bao gói cách Những thay đổi thiamin axit ascorbic trình sấy thăng hoa mức vừa phải thất thoát vitamin khác không đáng kể Công nghệ sấy lượng mặt trời Phương pháp sấy khô sản phẩm lượng mặt trời công nghệ sấy đầy tiềm năng lượng mặt trời nguồn cung cấp nhiệt lớn, vô hạn hồn tồn miễn phí Việt Nam nước có tiềm sử dụng cơng nghệ sấy lượng mặt trời xạ mặt trời không nhiều mà gần ổn định quanh năm Ba dạng thiết bị sấy lượng mặt trời phổ biến kể đến hệ thống sấy trực tiếp tuần hồn khí tự nhiên gồm thiết bị thu lượng kết hợp với buồng sấy, hệ thống sấy trực tiếp có phận thu lượng riêng biệt, hệ thống sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cưỡng với thiết bị thu lượng buồng sấy riêng biệt 1.2 Giới thiệu đối tượng phương pháp điều khiển 1.2.1 Giới thiệu Nhiệt độ đại lượng vật lý diện khắp nơi nhiều lĩnh vực, công nghiệp sinh hoạt Nhiệt độ trở nên mối quan tâm hàng đầu cho nhà thiết kế máy điều khiển nhiệt độ trở thành mục tiêu ngành Điều Khiển Tự Động Trong nhiều lĩnh vực kinh tế, vấn đề đo kiểm soát nhiệt độ q trình khơng thể thiếu được, công nghiệp Đo nhiệt độ công nghiệp ln gắn liền với quy trình cơng nghệ sản xuất, việc đo kiểm soát nhiệt độ tốt định nhiều đến chất lượng sản phẩm ngành công nghiệp thực phẩm, luyện kim, xi măng, gốm sứ, công nghiệp chế tạo động đốt Tùy theo tính chất, u cầu q trình mà địi hỏi phương pháp điều khiển thích hợp Tính ổn định xác nhiệt độ đặt vấn đề cần phải giải Một điều cần thiết ta phải khảo sát kỹ đối tượng cung cấp nhiệt mà ta cần phải điều khiển để dẫn đến mơ hình tốn học cụ thể Từ giải tốn điều khiển sở lý thuyết nghiên cứu Hệ thống điều khiển nhiệt độ phân làm hai loại : hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system) hệ thống điều khiển (sequence control system)  Điều khiển hồi tiếp thường xác định giám sát kết điều khiển, so sánh với yêu cầu thực thi (ví dụ điểm đặt) tự động điều chỉnh  Qua cổng phát xung tốc độ cao Phụ thuộc vào cấu chấp hành, người sử dụng chọn module mềm PID tương thích Ba module PID tích hợp phần mềm Step7 phù hợp với ba kiểu cấu chấp hành nêu trên, là:  Điều khiển liên tục với module mềm FB41 (tên hình thức CONT_C)  Điều khiển bước với module mềm FB42 (tên hình thức CONT_S)  Điều khiển kiểu phát xung với khối hàm hỗ trợ FB43 (tên hình thức CONT_PULSEGEN) Mỗi module mềm PID có khối lượng liệu riêng (DB) để lưu giữ liệu phục vụ cho chương trình tính tốn thực luật điều khiển Các khối hàm FB module mềm PID cập nhật khối kiệu thời điểm Module mềm FB PULSEGEN sử dụng kết hợp với module mềm FB CONT_C nhằm tạo điều khiển có tín hiệu dạng xung tốc độ cao thích ứng với cấu chấp hành kiểu tỷ lệ Một điều khiển PID mềm hồn thiện thơng qua khối hàm FB nhiều chức tạo tính linh hoạt cao thiết kế Người sử dụng chọn chức loại bỏ chức không cần cho hệ thống Các chức khác xử lý tín hiệu chủ đạo, tín hiệu q trình tính tốn biến khác với điều khiển PID tích hợp sẵn module điều khiển mềm Một điều cần ý module PID mềm không tồn tới mức ứng dụng vào tốn điều khiển Đặc tính điều khiển tốc độ xử lý module PID mềm phụ thuộc vào loại CPU chọn để giải toán điều khiển Do xử lý mạch vòng điều khiển người ta phải thực cơng việc trích mẩu tín hiệu đầu vào cho mạch vịng điều khiển (liên quan đến tín hiệu báo ngắt theo chu kỳ thời gian OB30  OB38), nên cần phải có tương thích số mạch vịng điều khiển PID khả tốc độ tính tốn CPU Nếu toán điều khiển yêu cầu tần suất cập nhật cao số dịng điều khiển phải giảm Chỉ tốn có số vịng điều khiển người ta sử dụng module PID mềm có tần suất truy nhập cao Tất module PID mềm cung cấp nhiều giải pháp lựa chọn luật điều khiển thiết kế để điều khiển phù hợp với đối tượng : luật điều khiển tỷ lệ (luật P), luật điều khiển tỷ lệ – vi phân ( luật PD), luật điều khiển tỷ lệ – tích phân (luật PI) … Chất lượng hệ thống phụ thuộc vào tham số điều khiển, điều kiện bắt buộc để đảm bảo thành công thiết kế người sử dụng phải có mơ hình đối tượng xác Đó nhược điểm phương pháp điều khiển kinh điển Các đại lượng vật lý đối tượng đặc tính điều khiển định đặc tính động hệ thống trình điều khiển bị thay đổi so với thiết kế Chỉ đạt chất lượng điều khiển tốt người thiết kế chọn thuật điều khiển thời gian trích mẩu phù hợp với đối tượng Hồn tồn thiết kế điều khiển (cấu trúc, tham số, gọi module mềm PID chương trình hệ thống) mà khơng cần lập trình Tuy nhiên muốn làm phải nắm phần mềm Step7 CHƯƠNG III : VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Giới thiệu phần mềm TIA TIA Portal – tên quen thuộc lĩnh vực tự động hóa Đúng tên gọi TIA Portal: Total Intergrated Automation Portal, phần mềm sở tích hợp tất phần mềm cấu hình, lập trình cho hệ tự động hóa truyền động điện: PLC, HMI, Inverter Siemens Để thiết kế TIA portal, Siemens nghiên cứu nhiều phần mềm ứng dụng điển hình tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu khách hàng toàn giới Là phần mềm sở để tích hợp phần mềm lập trình Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho phần mềm chia sở liệu, tạo nên thống giao diện tính tồn vẹn cho ứng dụng Ví dụ, tất thiết bị mạng truyền thông cấu hình cửa sổ Hướng ứng dụng, khái niệm thư viện, quản lý liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, tính online đặc điểm có ích cho người sử dụng sử dụng chung sở liệu TIA Portal Tất khiển PLC, hình HMI, truyền động Siemens lập trình, cấu hình TIA portal Việc giúp giảm thời gian, công sức việc thiết lập truyền thơng thiết bị Ví dụ người sử dụng sử dụng tính “kéo thả’ biến chương trình điều khiển PLC vào hình chương trình HMI Biến gán vào chương trình HMI kết nối PLC – HMI tự động thiết lập, khơng cần cấu hình thêm Phần mềm Simatic Step V11, tích hợp TIA Portal, để lập trình cho S7-1200, S7300, S7-400 hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step V15 chia thành module khác nhau, tùy theo nhu cầu người sử dụng Simatic Step V11 hỗ trợ tính chuyển đổi chương trình PLC, HMI sử dụng sang chương trình TIA Portal Phần mềm Simatic WinCC V11, tích hợp TIA Portal, dùng để cấu hình cho hình TP MP tại, hình Comfort, để giám sát điều khiển hệ thống máy tính (SCADA) 3.2 Chương trình điều khiển ON/OFF hệ thống đèn tín hiệu + cảnh báo chưa đặt giá trị Network 4: bao gồm chương trình + Network : Hàm NORM SCALE quy đổi thang đo từ 0-> 27648 sang 0-> 120 Network : Tạo giá trị đếm lặp lặp lại để lấy xung tín hiệu Network : + Lấy xung tín hiệu để mơ q trình tăng nhiệt lị sấy ( sử dụng ADD) + khối cộng trừ giá trị để mô nhiệt độ Network :Reset thi set di chuyển hết giá trị * Bộ PID : Setpoint giá trị ổn định + Nhiệt độ = Tín hiệu đk CHƯƠNG IV : GIỚI THIỆU WINCC VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN WinCC (Windows Control Center) phần mềm hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển thu thập liệu trình sản xuất Nói rỏ hơn, WinCC chương trình dùng để thiết kế giao diện Người Máy – HMI (Human Machine Interface) hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức thu thập số liệu, giám sát điều khiển trình sản xuất Với WinCC, người dùng trao đổi liệu với PLC nhiều hãng khác như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 PC chuẩn RS485 PLC Với WinCC, ta tận dụng nhiều giải pháp khác cho để giải công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mơ nhỏ đến quy mơ lớn, hệ thống thực sản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC mơ hình ảnh kiện xảy trình điều khiển dạng chuổi kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức cho mục đích hiển thị, thơng báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, tham số cơng thức, chương trình thiết kế giao diện Người Máy – HMI tin dùng * Đồ thị giám sát CHƯƠNG V : THUYẾT MINH NGUYÊN TẮC VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG * Khi hệ thống chưa hoạt động * Khởi động hệ thống => cảnh báo đặt giá trị ổn định nhiệt độ *Ví dụ đặt giá trị 50.0 => Hệ thống bẳt đầu hoạt động * Ta thấy nhiệt độ tăng đến 66,8 độ Ta thấy điều biều đồ giám sát * Nhiệt độ hạ xuống để đồng với giá trị ban đầu * Đồ thị có hướng xuống * Khi đạt đến giá trị ban đầu hệ thống trì ổn định 50 độ C * Ta rõ ràng thấy đồng nhiệt độ giá trị ban đầu ( Setpoint ) https://mega.nz/file/XF8yiabC#I3pAaud8FWt69hNuxNcWMCR9i5HD7nr2y7pS EwE3-Ks ... tiêu thụ điện (lò nhiệt) nhiệt độ đặt w(k) lớn nhiệt độ đo y(k), ngược lại mạch điều khiển ngắt mạch không tiếp tục cung cấp điện cho lò nhiệt độ đặt w(k) nhỏ nhiệt độ đo y(k) Một vùng trễ đưa... Băng tải, băng chuyền  Buồng sấy, phòng sấy, hầm sấy  Tháp sấy  Hệ thống sấy thùng quay  Hệ thống sấy phun, hệ thống sấy tầng sơi  Tủ sấy, lị sấy cơng nghiệp Mỗi thiết bị nguyên lý, chức khác... sản, xưởng chế tạo sửa chữa lựa chọn hệ thống sấy đại Các dạng lò sấy * Phân loại thiết bị hệ thống sấy – máy sấy công nghiệp Trên thị trường Việt Nam có nhiều loại công nghệ sấy với thiết bị sấy