Qua khảo sỏt thực tế thỡ sốủiểm cần phải giỏm sỏt tựủộng ủược tổng hợp (trong bảng 2.1 sau):
Bảng 2.1. Cỏc ủại lượng và số lượng ủiểm cần giỏm sỏt tựủộng. đại lượng giỏm sỏt Nhiệt ủộ Mức Áp suất Tốc ủộ điện ỏp Dũng ủiện Lưu lượng Số lượng 11 2 6 1 2 3 Theo bảng khảo sỏt trờn, tổng sốủiểm cần giỏm sỏt là 25 ủiểm.
Số lượng ủiểm giỏm sỏt thực hiện trong luận văn này là: 8 ủiểm bao gồm: 4 ủiểm ủo nhiệt ủộ, 1 ủiểm ủo ỏp suất, 1 ủiểm ủo tốc ủộ mỏy phỏt, 1 ủiểm ủo ủiện ỏp và 1 ủiểm ủo dũng ủiện, ủược thể hiện trờn hỡnh 2.5 sau:
Hỡnh 2.5. Sơ ủồ cỏc ủiểm ủo của mụ hỡnh nhà mỏy nhiệt ủiện.
Trờn (hỡnh 2.5) ủó chỉ rừ 8 ủiểm cần khảo sỏt là: nhiệt nước ngưng; nhiệt lũ ủốt; nhiệt bao hơi; nhiệt bảo ụn; ỏp suất hơi; ủiện ỏp mỏy phỏt; dũng ủiện tải; tốc ủộ
mỏy phỏt.
2.4. Kết luận. Qua khảo sỏt thực tế mụ hỡnh nhà mỏy nhiệt ủiện V10CF/D0/125 ủó thu ủược cỏc kết quả sau: ủược cỏc kết quả sau: Hiểu ủược chức năng cỏc khối và qui trỡnh cụng nghệ của mụ hỡnh (hỡnh 2.2).
Biết ủược thực trạng của mụ hỡnh là: chưa hoạt ủộng và ủiều khiển bằng tay. Từủú ủó ủưa ra ủược cỏc giải phỏp về tựủộng giỏm sỏt và cảnh bỏo.
đó khảo sỏt ủược 25 ủiểm cần giỏm sỏt, trong ủú lựa chọn 8 ủiểm ủặc trưng ủể thu thập, giỏm sỏt và cảnh bỏo (hỡnh 2.5).
CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN. 3.1. Lựa chọn cấu trỳc phần cứng cho hệủiều khiển giỏm sỏt:
Qua nghiờn cứu lý thuyết và thực tế lắp rỏp, vận hành nhiều năm trong cỏc hệ thống cụng nghiệp, chỳng tụi ủưa ra bảng chỉ tiờu so sỏnh sau:
Bảng 3.1. So sỏnh ủặc ủiểm cỏc nguyờn lý ủiều khiển chớnh trong cụng nghiệp. đơn giản Khú Khú Rất khú Dễ thay ủổi ủiều khiển Lắp ủặt ủơn giản Mất thời gian Mất thời gian Mất thời gian Lắp ủặt Trung bỡnh Kộm Kộm Kộm Cụng tỏc bảo trỡ Trung bỡnh Cú Cú Khụng Khả năng ủiều khiển phức tạp Tốt Trung bỡnh Tốt Xuất sắc Khả năng chống nhiễu Nhanh Khỏ nhanh Nhanh Chậm Tốc ủộủiều khiển Gọn Rất gọn Gọn Lớn Kớch thước vật lý Trung bỡnh Thấp Thấp Khỏ thấp Giỏ thành từng chức năng PLC Vi ủiều khiển Mạch số Relay Chỉtiờu so sỏnh
Từ bảng so sỏnh ta thấy PLC cú cỏc ủặc ủiểm vượt trội về phần cứng cũng như phần mềm. Sự vượt trội này làm cho nú trở thành bộ ủiều khiển ủược sử dụng ngày càng rộng rói trong cụng nghiệp.
3.1.1. Lựa chọn phần cứng.
Qua việc khảo sỏt thực tế về mụ hỡnh nhà mỏy nhiệt ủiện và yờu cầu của luận văn, chỳng tụi thống nhất chọn kết cấu phần cứng tổng thể như sau:
3.1.1.1. Sơủồ cấu trỳc phần cứng (hỡnh 3.1).
Hỡnh 3.1. Sơ ủồ cấu trỳc phần cứng ứng dụng cho hệ ủiều khiển giỏm sỏt.
3.1.1.2. Thiết bị phần cứng:
- Căn cứ vào số lượng ủầu vào/ra của hệ thống, và cỏc thụng số kỹ thuật cơ bản của cỏc CPU cựng cỏc module mở rộng của PLC S7-300.
- Dựa trờn cỏc thiết bị sẵn cú của mụ hỡnh nhà mỏy nhiệt ủiện và của phũng thớ nghiệm
Khoa Cụng nghệ tự ủộng của trường đH đIỆN LỰC HÀ NỘI, chỳng tụi triển khai sử dụng PLC S7-300 của Siemens và phần mềm của hóng ủểứng dụng vào mụ hỡnh này.
Thiết bị chọn cụ thể như sau:
Chọn PLC S7-300 CPU 313C của Siemens, ủó cú sẵn ở phũng thớ nghiệm (đõy là loại compack, cú số lượng ủầu vào/ra hạn chếDI24/DO16; AI5/A02). Do vậy cần bổ sung thờm Module tương tựủể tăng số lượng vào/ra phự hợp với yờu cầu của luận văn.
Bổ sung thờm 1 Module Analog SM 331 cú 8AI 13 bits với cỏc thụng số kỹ thuật: 8 kờnh vi sai chia làm hai nhúm, ủộ phõn giải 12 bits + bits dấu, cụ thểủược miờu tả (trong bảng 3.2 sau):
Bảng 3.2. Miờu tả dải ủo của Module Analog SM 331 8AI 13 bits.
3.1.2. Sơủồủấu dõy ủầu vào module SM 331 8AI 13 bits.
Phương phỏp ủấu nối kỹ thuật của Module Analog SM 331 8AI 13 bits ủối với từng loại tớn hiệu ủầu vào (cỏc khối theo từng sơủồ ủấu nối kỹ thuật là tương ủương nhau). 3.1.2.1. đầu vào là V: Khối 1: dải ủo ủầu vào gồm cú: ổ 5V, 10V, 1...5V, 0...10V. Khối 2: dải ủo ủầu vào gồm cú: ổ 50 mV, ổ 500 mV, ổ 1V. Thiết lập chếủộ Phương phỏp ủo Dải ủo A điện ỏp ổ 1000 mV B điện ỏp ổ 10 V C Dũng ủiện
đường vào 4 dõy 4 Ờ 20 mA
D Dũng ủiện
Hỡnh 3.2. Sơ ủồ ủấu dõy kỹ thuật khi ủầu vào là V.
3.1.2.2. đầu vào là mA: (Dải ủo: 2 dõy: 4-20mA; 4 dõy: 0-20mA hoặc ổ20mA).
3.1.2.3. Sơủồủấu cỏc cảm biến vào module SM331.
Hỡnh 3.4. Sơ ủồ ủấu dõy cỏc cảm biến vào module SM331.
Dựa theo cỏc thụng số kỹ thuật của Module tương tự như trờn, ta cú thể tựy chọn cỏc loại cảm biến ủể phự hợp với yờu cầu của bài toỏn kỹ thuật.
Thiết kế, chế tạo panel giắc cắm I/O từ cỏc sensor ủo thụng số của mụ hỡnh tới cỏc ủầu vào của Module
Thiết kế, chế tạo panel Mimic mụ tả hoạt ủộng của mụ hỡnh, phục vụ cho việc giỏm sỏt hiện trường.
Hệ thống cảm biến và thiết bị cảnh bỏo. Căn cứ vào cỏc giải phỏp ủó lựa chọn, danh Pt 100 Pt 100 Pt 100 Pt 100 V 2 DMU L+ M 2 DMU L+ M
Bảng 3.3. Hệ thống cảm biến và thiết bị cảnh bỏo.
PHÂN LOẠI NHIỆM VỤ Số lượng
TT
Cỏc ủầu vào ủiều khiển 8
1 Cảm biến nhiệt ủộ nước ủầu vào loại PT100 1 2 Cảm biến nhiệt ủộ bay hơi loại PT100 1 3 Cảm biến nhiệt ủộ lũ hơi loại PT100 1 4 Cảm biến nhiệt ủộ bảo ụn loại PT100 1 5 Cảm biến ủo ỏp suất hơi ủể tớnh lưu lượng 1 6 Cảm biến ủo tốc ủộ 1 7 Cảm biến ủo ủiện ỏp 1 8 Cảm biến ủo dũng ủiện 1 Cỏc ủầu ra cảnh bỏo 16 1 Rơ le trung gian 8
2 Búng bỏo hoặc Chuụng bỏo 8
3.2. Nghiờn cứu kỹ thuật phần cứng hệ SIMATIC PLC Ờ S7 300. 3.2.1. Những khỏi niệm chung về PLC. 3.2.1. Những khỏi niệm chung về PLC.
PLC (Programmable Logic Control), là loại thiết bị ủiều khiển logic khả trỡnh, cho phộp thực hiện linh hoạt cỏc thuật toỏn ủiều khiển số thụng qua một ngụn ngữ lập trỡnh, thay cho việc phải thực hiện thuật toỏn ủú bằng mạch số. Như vậy, với chương trỡnh ủiều khiển, PLC trở thành bộủiều khiển nhỏ gọn, dễ thay ủổi thuật toỏn và ủặc biệt dễ trao ủổi thụng tin với mụi trường xung quanh (với cỏc PLC khỏc hoặc mỏy tớnh). Toàn bộ chương trỡnh ủược lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng cỏc khối chương trỡnh (khối OB, FC hoặc FB) và ủược thực hiện lặp theo chu kỳ của vũng quột (scan).
để thực hiện ủược một chương trỡnh ủiều khiển, tất nhiờn PLC phải cú tớnh năng như một mỏy tớnh, nghĩa là phải cú một bộ vi xử lý (CPU), một hệủiều hành, bộ nhớủể lưu chương trỡnh ủiều khiển, dữ liệu và tất nhiờn phải cú cỏc cổng vào/ra ủể giao tiếp với ủối tượng ủiều khiển và ủể trao ủổi thụng tin với mụi trường xung quanh. Bờn cạnh ủú, nhằm phục vụ bài toỏn ủiều khiển số, PLC cũn cần phải cú thờm cỏc khối lượng chức năng ủặc biệt khỏc như bộủếm (Counter), bộ thời gian (Timer)... và những khối hàm chuyờn dụng (hỡnh 3.5).
Trong những năm gần ủõy, PLC ngày càng ủược sử dụng nhiều và ủược coi là giải phỏp ủiều khiển lý tưởng cho việc tự ủộng húa cỏc quỏ trỡnh sản xuất. Trước ủõy việc tự ủộng húa trong cỏc quỏ trỡnh ủược thực hiện chủ yếu bởi cỏc rơle nhưng chỳng hạn chế vỡ mỗi khi muốn thay ủổi cấu trỳc phải thay ủổi toàn bộ mạch phần cứng, khụng linh hoạt, khú cú thể mở rộng hay phỏt triển hệ thống ủiều khiển và chi phớ rất cao. Sự ra ủời của PLC ủó ủỏp ứng ủược những yờu cầu sau:
CPU Bộ nhớ chương trỡnh Khối vi xử lớ trung tõm + Hệủiều hành Bộủệm vào / ra Timer Bộủếm Bớt cờ Cổng vào/ra onboard Cổng ngắt và ủếm tốc ủộ cao Quản lý ghộp nối Bus của PLC
điều khiển linh hoạt dựa trờn khả năng lập trỡnh và thay ủổi chương trỡnh cần ủiều khiển do vậy chi phớ giảm, giảm thời gian thiết kế và ủỏp ứng ủược nhiều bài toỏn khỏc nhau.
Cú cấu trỳc module, dễ dàng lắp ủặt, thay ủổi cấu trỳc linh hoạt trong sử dụng ủơn giản trong bảo dưỡng, sửa chữa cũng như phỏt triển hệ thống sau này.
độ tin cậy rất cao, ủỏp ứng ủược những yờu cầu khắt khe trong quỏ trỡnh sản xuất, giảm thiểu cỏc thiệt hại khi bị hỏng húc.
Toàn bộ chương trỡnh ủiều khiển ủược lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng cỏc khối chương trỡnh (khối OB, FC, FB) và ủược thực hiện lặp theo chu kỳ của vũng quột (scan).
để thực hiện ủược mụt chương trỡnh ủiều khiển, tất nhiờn PLC phải cú tớnh năng như một mỏy tớnh, nghĩa là phải cú một bộ vi xử lý (CPU), một hệủiều hành, bộ nhớ ủể lưu chương trỡnh ủiều khiển, dữ liệu và tất nhiờn là phải cú cỏc cổng vào/ra ủể giao tiếp ủược với ủối tượng ủiều khiển và ủể trao ủổi thụng tin với mụi trường xung quanh. Bờn cạnh ủú, nhằm phục vụ bài toỏn ủiều khiển số.
3.2.2. Cỏc module của PLC S7-300. Module CPU.
Module CPU là loại module cú chứa bộ vi xử lý, hệủiều hành, bộ nhớ, cỏc bộ thời gian, bộủếm, cổng truyền thụng (RS485)Ầ và cú thể cú một vài cổng vào ra số. Cỏc cổng vào ra số cú trờn module CPU ủược gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 cú nhiều loại module CPU khỏc nhau. Núi chung chỳng ủược ủặt tờn theo bộ vi xử lý cú trong nú như module CPU312, module CPU314, module CPU313C, module CPU315...
Module mở rộng.
Cỏc loại module mở rộng ủược chia thành 5 loại chớnh: 1. PS (Power supply). Module nguồn nuụi.
3. IM (Interface module). Module ghộp nối.
4. FM (Function module). Module cú chức năng ủiều khiển riờng.
5. CP (Communication module). Module phục vụ truyền thụng trong mạng giữa cỏc PLC với nhau hoặc giữa PLC với mỏy tớnh..
Cỏc module gắn trờn thanh ray như hỡnh dưới, mỗi ray cú thể gắn tối ủa ủược 8 module SM/FM/CP ở bờn phải CPU, tạo thành một rack kết nối với nhau qua bus connect gắn ở mặt sau của module. Mỗi module ủược gắn một slot tớnh từ trỏi qua phải, module nguồn là slot1, module CPU là slot2, module kế tiếp cú thể là cỏc module vào ra digital, analog hoặc là cỏc module ứng dụng khỏc và cú số bắt ủầu từ slot 4. Bố trớ thứ tự cỏc module trờn ray (theo hỡnh 3.6).
Hỡnh 3.6. Sơ ủồ bố trớ cỏc Module của PLC.
Nếu cú nhiều module thỡ bố trớ thành niều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ cú một rack), CPU ở rack 0, slot2, kếủú là module phỏt IM360, slot 3, cú nhiệm vụ kết nối rack 0 với rack 1, 2, 3 trờn mỗi rack này cú module kết nối thu IM361, bờn phải module IM là cỏc module SM/FM/CP. Cỏp nối hai module IM dài tối ủa là 10m. Cỏc module ủược ủỏnh số theo slot và dựng làm cơ sởủểủặt ủịa chỉủầu cho cỏc module ngừ I/O tớn hiệu. đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2DP cú thể gỏn ủịa chỉ tuỳ ý cho cỏc module.
Bảng 3.4. Qui tắc xỏc ủịnh ủịa chỉ cho cỏc module số và module tương tự.
Mỗi ủịa chỉ ứng với một byte, với cỏc module sốủịa chỉ một ngừ vào hay ra là: (x; y). x là ủiạ chỉ byte, y cú giỏ trị từ 0 ủến 7. Vớ dụ module SM321 DI 32 cú 32 ngừ vào gắn kế CPU slot 4 cú ủịa chỉ là I0.y, I1.y, I2.yẦ I là ký hiệu chỉ ngừ vào số. Module analog cú ủịa chỉ theo word. (Xem bảng 3.5).
Module CPU 313C (DI24/DO16;AI5/A02 12bits):
- Cú 24 ủầu vào số, ủịa chỉ từ: I124.0 ủến I126.7; cú 16 ủầu ra số, ủịa chỉ từ: Q124.0
ủến Q125.7.
- Cú 5 ủầu vào tương tự, ủiạ chỉ từ: PIW752 ủến PIW761, cú 2 ngừ ra: cú ủịa chỉ
từ: PQW752 ủến PQW755.
Module SM331 AI8 13bits:
Bảng 3.5. địa chỉ vào/ra củamodule:(CPU 313C và module SM331 AI8x13bits).
3.2.3. Cấu trỳc bộ nhớ của CPU.
Bộ nhớ của S7 Ờ 300 ủược chia thành 3 vựng chớnh:
B.1. Vựng nhớ chương trỡnh ứng dụng. Vựng nhớ ủược chia thành 3 miền:
+ OB (Organisation block). Miền chứa chương trỡnh tổ chức.
+ FC (Function). Miền chứa chương trỡnh con ủược tổ chức thành hàm cú biến hỡnh thức ủể trao ủổi dữ liệu với chương trỡnh ủó gọi nú.
+ FB (Function block). Miền chứa chương trỡnh con, ủược tổ chức thành hàm và cú khả năng trao ủổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trỡnh nào khỏc.
+ I (Process image input). Miền bộủệm cỏc dữ liệu cổng vào số. Trước khi bắt ủầu thực hiện chương trỡnh, PLC sẽủọc giỏ trị logic tất cả cỏc cổng ủầu vào và cất giữ chỳng trong vựng nhớ I.
Thụng thường chương trỡnh ứng dụng khụng trực tiếp gỏn giỏ trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chỳng vào bộủệm Q.
+ Q (Process image output). Miền bộ ủệm cỏc dữ liệu cổng ra số. Kết thỳc giai ủoạn thực hiện chương trỡnh, PLC sẽ chuyển giỏ trị logic của bộ ủệm Q tới cỏc cổng ra số. Thụng thường chương trỡnh khụng trực tiếp gỏn giỏ trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chỳng vào bộủệm Q.
+ M: Miền cỏc biến cờ. Chương trỡnh ứng dụng sử dụng vựng nhớ này ủể lưu giữ cỏc tham số cần thiết và cú thể truy cập nú theo bit(M), byte (MB), từ (MW) hay từ kộp (MD).
+ T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer). Bao gồm việc lưu giữ giỏ trị thời gian ủặt trước (PV Ờ Preset value), giỏ trị ủếm thời gian tức thời (CV Ờ Current value) cũng như giỏ trị logic ủầu ra của bộ thời gian.
+ C: Miền nhớ phục vụ bộ ủếm (Counter). Bao gồm việc lưu giữ giỏ trị ủặt trước (PV Ờ Preset value), giỏ trịủếm tức thời (CV ỜCurrent value) và giỏ trị logic ủầu ra của bộủếm.
+ PI: Miền ủịa chỉ cổng vào của cỏc module tương tự (I/O External input).
Cỏc giỏ trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ ủược sẽ ủược module ủọc và chuyển tựủộng theo những ủịa chỉ. Chương trỡnh ứng dụng cú thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từng từ kộp (PID).
+ PQ: Miền ủịa chỉ cổng ra cho cỏc module tương tự (I/O External output).
Cỏc giỏ trị theo những ủịa chỉ này sẽ ủược module tương tự chuyển tới cỏc cổng ra tương tự. Chương trỡnh ứng dụng cú thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW) hoặc theo từng từ kộp (PQD).
+ DB (Data block). Miền chứa cỏc dữ liệu ủược tổ chức thành khối. Kớch