(Đề tài NCKH) thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống sấy bơm nhiệt tại xưởng CNN đl dùng PLC SIEMEN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT TẠI XƯỞNG CNN-ĐL DÙNG PLC SIEMEN MÃ SỐ: T2015-55 SKC005576 Tp Hồ Chí Minh, 2015 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chƣơng I: Giới thiệu chung PLC hoạt động PLC S7-300 1.1 Tổng quan PLC …………… …………………………………………… T 1.2 Vai trò ưu PLC tự động hóa ……………………………….Tra Chƣơng II: Giới thiệu phần mềm Step 2.1 Giới thiệu ……………………………………………… ………… ……… Trang 07 2.2 Cài đặt chương trình ………… …………………………………… … …….Trang 07 Chƣơng III: Hệ thống sấy bơm nhiệt xƣởng Nhiệt – Điện lạnh 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ………….……………………….…………………Trang 09 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển ……………… ………………………Trang 10 Chƣơng IV: Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống 4.1 Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển …………… ……………………………Trang 12 4.2 Các thiết bị điện sử dụng hệ thống ……………………………………Trang 13 4.3 Mã lập trình điều khiển cho PLC S7-300 …………………………………… Trang 14 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận………… ………………………………………….………………… Trang 31 3.2 Kiến nghị………………………………….…………….…………….………….Trang 31 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn PHẦN I – MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nƣớc Hiện giới, hệ thống công nghiệp trang bị hệ thống điều khiển mang tính tự động hóa cao, việc ứng dụng PLC để lập trình điều khiển sử dụng cho hầu hết qui trình cơng nghệ nhằm làm cho hệ thống tự động hóa mức độ cao.Trước đây, tự động hóa chủ yếu dựa vào hệ thống rơle Ngày nay, với phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử, thiết bị điều khiển logic lập trình PLC (Programmable Logic Controller) dần thay hệ thống điều khiển rơ le Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ tính linh hoạt cho hệ thống công nghiệp Bằng thay phần tử điện PLC, trình điều khiển trở nên nhanh hơn, xác Hiện có nhiều loại PLC hãng khác nhau: Siemens, mitshubishi … Theo tìm hiểu PLC Siemen phổ biến ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nghiên cứu, chế tạo tự động hóa Hiện tại, theo tìm hiểu tác giả PLC Siemen ứng dụng điều khiển hệ thống nhiều lĩnh vực nước ta Với hệ thống lạnh nguyên cụm nhập từ nước ngoài, đa số ứng dụng PLC điều khiển Riêng điều khiển PLC cho hệ thống lạnh lắp ráp, thịnh hành điều khiển thông qua thiết bị rơ le, timer, khởi động từ… Những tài liệu liên quan đến qui trình thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống dùng PLC khơng có 1.2 Tính cấp thiết đề tài Với sản phẩm mang tính thực tiễn ứng dụng trực tiếp cho hệ thống trữ đông xưởng thực hành, sinh viên chuyên ngành trang bị thêm kỹ vận hành xử lý cố gặp phải vận hành trực tiếp với thiết bị, nhằm nâng cao tay nghề kỹ chẩn đoán xử lý cố 1.3 Mục tiêu đề tài Chế tạo tủ điện điều khiển cho hệ thống sấy bơm nhiệt sử dụng PLC Siemen 1.4 Cách tiếp cận đề tài Tìm hiểu thiết bị vận hành thực tế Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Lý thuyết kết hợp với thực tiễn 1.6 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.6.1 Đối tƣợng nghiên cứu Hệ thống điều khiển cho máy sấy bơm nhiệt 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu Điều khiển hoạt động cho hệ thống sấy bơm nhiệt sử dụng PLC Siemen PHẦN - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn CHƢƠNG I – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC S7 – 300 1.1 Tổng quan PLC 1.1.1 Giới thiệu Trong hệ thống sản xuất, thiết bị tự động bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vai trị điều phối tồn hoạt động máy móc thiết bị Các hệ thống máy móc thiết bị sản xuất thường phức tạp Điều khiển nhiều đại lượng vật lý đồng thời dùng mạch điều khiển tương tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển lôgic Trước hệ thống điều khiển lôgic dụng hệ thống lôgic rơle Nhờ phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử, thiết bị điều khiển lơgic khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) xuất vào năm 1969 thay hệ thống điều khiển rơle Càng ngày PLC trở nên hoàn thiện đa Các PLC ngày khơng có khả thay thể hồn tồn thiết bị điều khiển lơgic cổ điển, mà cịn có khả thay thiêt bị điều khiển tương tự Các PLC sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Chức PLC kiểm tra trạng thái đầu vào điều khiển q trình hệ thống máy móc thơng qua tín hiệu đầu PLC Tổ hợp lôgic đầu vào để tạo hay nhiều tín hiệu gọi điều khiển lôgic Các tổ hợp lôgic thường thực theo trình tự điều khiển hay cịn gọi chương trình điều khiển Chương trình điều khiển lưu nhớ PLC cách lập trình thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC lập trình máy tính cá nhân nhờ phần mềm chuyên dụng truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp truyền liệu Bộ xử lý tín hiệu, thường vi xử lý tốc độ cao, thực chương trình điều khiển theo chu kỳ Khoảng thời gian thực chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra tín hiệu vào, thực phép tính logic đại số để có tín hiệu điều khiển, phát tín hiệu đến đầu gọi chu kỳ thời gian quét Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn PLC hãng tiếng: ALB (allen broadly) hãng rockwell automation (Mỹ), telemecanique (Pháp), siemen/moeller (Đức), mitshubishi/omron (Nhật), LG (Hàn Quốc), command ( Việt Nam) PLC S7-300 loại thiết bị điều khiển logic khả trình loại lớn siemens (các Micro PLC) ứng dụng để điều khiển nhiều loại ứng dụng tự động, 1.1.2 Đặc điểm PLC: PLC sử dụng nhiều lập trình ứng dụng khác có đặc điểm sau: - PLC dễ dàng thay thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng yêu cầu mà giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây… - PLC điều khiển nhiều chức khác từ thao tác đơn giản, lặp lại, liên tục đến thao tác địi hỏi xác, phức tạp - Giao tiếp dễdàng với thiết bị ngoại vi, module thiết bị phụ trợ - Có khả chống nhiễu công nghiệp cao - Ngôn ngữ lập trình cho PLC đơn giản, dễ hiểu 1.2 Vai trò ƣu việc dùng PLC tự động hố: 1.2.1 Vai trị PLC: Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC xem trái tim, với chương trình ứng dụng lưu nhớ PLC Nó điều khiển trạng thái hệ thống thơng qua tín hiệu phản hồi đầu vào, dựa tảng chương trình logic để định q trình hoạt động xuất tín hiệu đến thiết bị đầu PLC hoạt động độc lập kết nối với với máy tính chủ thơng qua mạng truyền thơng để điều khiển q trình phức tạp 1.2.2 Ƣu việc dùng PLC tự động hoá: - Thời gian lắp đặt ngắn - Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà khơng gây tổn thất - Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng - Độ tin cậy cao, chuẩn hoá phần cứng điều khiển.Thích ứng mơi trường khắc nghiệt như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, điện áp thay đổi,… Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Rõ ràng so với hệ thống điều khiển dùng Rơle hệ thống điều khiển dùng PLC có ưu tuyệt đối khả linh động, mềm dẻo, hiệu giải toán cao CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM STEP 2.1 Giới thiệu Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Phần mềm SIMATIC mơi trường tích hợp hệ thống cho tất hệ thống cung cấp cho bạn công cụ lý tưởng cho tất nhiệm vụ giai đoạn dự án bạn để tối ưu hóa q trình làm việc kĩ thuật bạn Quản lý SIMATIC đảm bảo tương tác thơng suốt cơng cụ lập trình tích hợp tất chức cơng cụ, sở liệu phổ biến hoạt động theo triết lý quán 2.2 Cài đặt chƣơng trình 2.2.1 Cấu hình cần thiết để cài đặt STEP Để cài đặt chương trình, cần phải đủ điều kiện sau: Phần cứng/p Vi xử Ổ đĩa c RAM Giao ti Mous Hệ điều Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Mạch MPI cài đặt vào PC phải thỏa yêu cầu trên, giao tiếp cổng COM CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT TẠI XƢỞNG NHIỆT – ĐIỆN LẠNH 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bơm nhiệt xưởng Nhiệt – Điện Lạnh 1.Quạt ly tâm 5.Quạt thổi 9.Hộp điện 13.Buồng sấy 17.Van khí  Ngun lý hoạt động: Van (16),( 17), (19) đóng, van (8), (18) mở Quạt (1) hút khơng khí ẩm VLS buồng sấy thổi vào dàn lạnh (2), dịng khơng khí ẩm qua dàn lạnh ngưng tụ thành nước, nước đưa theo máng dẫn Dịng khơng khí tiếp tục tục vào dàn nóng (7) qua điện trở (10) để gia nhiệt lên đến nhiệt độ u cầu Dịng khơng khí có nhiệt độ cao, ẩm độ thấp vào buồng sấy nhận ẩm từ VLS nhờ quạt đẩy đến dàn lạnh tách ẩm Như TNS tuần hoàn 100% ẩm VLS ngưng tụ dàn lạnh đưa qua máng dẫn làm carot giảm ẩm dần khô  Thông số làm việc máy sấy khảo nghiệm:  Năng suất 8kg/mẻ gồm khay  Công suất thiết bị: Máy nén 0,8 kW, quạt 0,7 kW, điện trở 2*2 kW  Công suất tổng: 5,5 kW Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Trang 19 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Trang 20 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Trang 21 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Trang 22 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Trang 23 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Trang 24 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn + DC24 V TG TG1 TG3 TG4 AC N MN1 TG1.1 ĐLV TG2.1 C1 TG4.1 TG3.1 TG TG1 chuông calo ĐLV ĐLV Fan MN Quạt ly tâm RLN 0 Trang 25 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Hình 4.33: Sơ đồ mạch đơng lực Tủ điều khiển Hình 4.4: Tủ điều khiển 4.4 Sơ đồ thiết kế đấu dây thiết bị điện với PLC vẽ: Trang 26 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Hình 4.5: Sơ đồ đấu mạch phàn mềm mô Automation Studio Trang 27 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Hình 4.6: Sơ đồ khối thiết kế đấu dây thiết bị điện với PLC 4.5 Hình ảnh thực tế sau lắp đặt, dây: Trang 28 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Trang 29 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn CHƢƠNG V : KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Trang 30 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn 3.1 Kết luận Đề tài “Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống sấy bơm nhiệt xưởng Công nghệ Nhiệt- Điện lạnh dùng PLC Siemen.” đáp ứng đầy đủ mục tiêu mà đề tài đặt Thông qua đề tài, sinh viên có cách nhìn rõ ràng điều khiển lập trình nói chung điều khiển PLC nói riêng 3.2 Kiến nghị Với kết đạt đề tài, thiết bị tủ điện hoạt động ổn định Có thể sử dụng việc giảng dạy học tập sinh viên chuyên ngành Công nghệ Nhiệt-Điện lạnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tính tốn thiêts kế hệ thống sấy Tác giả_PGS-TSKH Trần Văn Phú Thiết kế hệ thống thiết bị sấy.Tác giả_ PGS-TS Hoàng văn Chước Trang 31 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 Sơn Kỹ thuật sấy Tác giả_ PGS-TSKH TRẦN VĂN PHÚ Nhà xuất Giáo Dục Năm 2008 Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm Tác giả NGUYỄN VĂN MAY, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, Năm 2001 Giáo trình PLC Tác giả_Nguyễn Huy Mạnh Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh Tác giả_Nguyễn Đức Lợi Giáo trình kỹ thuật sấy nơng sản Tác giả_GS-TS Phạm Xuân Vượng, TS Trần Như Nguyên Trang 32 ... 4: CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT 4.1 Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển Dựa sơ đồ mạch điện nguyên lý hệ thống xưởng Nhiệt, tủ điện điều khiển thiết kế sau: Chọn tủ điện. .. kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống 4.1 Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển …………… ……………………………Trang 12 4.2 Các thiết bị điện sử dụng hệ thống ……………………………………Trang 13 4.3 Mã lập trình điều khiển. .. tủ điện điều khiển hệ thống sấy bơm nhiệt xưởng Công nghệ Nhiệt- Điện lạnh dùng PLC Siemen. ” đáp ứng đầy đủ mục tiêu mà đề tài đặt Thông qua đề tài, sinh viên có cách nhìn rõ ràng điều khiển lập