1.5.1. Sơ đồ khối hệ thống
Hình 1.6: Sơ đồ khối hệ thống lò điện trở
Khối nguồn: cung cấp nguồn cho cả hệ thống
Bộ xử lý: đọc giá trị nhiệt độ, xử lý thông số và điều khiển thiết bị đầu ra Khối SSR: có chức năng nhận tín hiệu xung ra từ bộ điều khiển PLC để điều khiển thanh gia nhiệt
Thanh gia nhiệt: có chức năng gia nhiệt nhiệt độ lò
Cảm biến nhiệt:gửi giá trị nhiệt dưới dạng điện trở về bộ xử lý
Quạt: quạt làm mát tức thời sử dụng cho trường hợp hệ thống quá nhiệt
1.5.2. Chức năng của các thiết bị trong hệ thống a)Khối nguồn
Khối nguồn là khối rất quan trọng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động
Trong mô hình dử dụng 2 khối nguồn
Khối nguồn 220VAC: cung cấp nguồn điện cho thanh ra nhiệt Khối nguồn 24VDC: cung cấp nguồn cho PLC
b)Khối cảm biến
Với mong muốn nhiệt độ trong khoảng 0-100 ℃ để mô phỏng nhiệt độ của lò, do nhiệt độ cũng không quá cao, để thuận tiện cho quá trình quan sát cũng như sự nhỏ gọn của mô hình thì nhóm quyết định sử dụng cảm biến pt100.
Hình 1.7: Cảm biến nhiệt Pt100
Nguyên lý hoạt động của Pt 100
Cảm biến Pt100 hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở, giá trị 100Ω tương ứng với 0oC. Giá trị điện trở thay đổi tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ (nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở tăng và ngược lại khi nhiệt độ giảm giá trị điện trở giảm). Dải đo nhiệt độ trong khoảng từ -200 đến 600oC.
Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Pt 100
Thông số kĩ thuật của cảm biến pt100
+ Cảm biến nhiệt độ pt100 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng dụng trong các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực
+ Hoạt động khá chính xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ
+ Thông số kĩ thuật:
• Khoảng đo: -55°C đến 150°C
• Sai số : 1°C đến 2°C
Cách đo Pt100
Cảm biến Pt100 cấu tạo bằng dây kim loại plantium dựa trên nguyên tắc thay đổi điện trở kim lại theo nhiệt độ (Phương trình Callendar-vab dusen) như sau: RT = R0 + R0α [ T – δ - ( 𝐓 𝟏𝟎𝟎 – 1)( 𝐓 𝟏𝟎𝟎) ] Với • RT: điện trở ở nhiệt độ T • R0=100Ω điện trở ở 0oC
• α: hệ số nhiệt độ ở T=0oC ( kiểu +0,00385 Ω/ Ω/oC)
• δ=1,499(kiểu +0,00385 Ω/ Ω/oC)
• + cảm biến Pt100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100Ω.
• + trong khoảng nhiệt độ từ 0-100oc ta tính như sau:
• Rt = R0(1+0,385%T) với sai số nhiệt độ là ±0,5oC. tức là cứ tăng 1oC thì điện trở Pt100 tăng 0,385 Ω
Kết quả khảo sát nhiệt độ thực tế
Bảng 1.4: Khảo sát nhiệt độ của Pt100
Lần đo 1 2 3 4 5
Pt 100 37,5 43,7 47,9 54 64
Kết quả thực 36,5 42,1 46,2 52,9 62,4
Hình 1.9: Hình ảnh giữa nhiệt độ đo được và cảm biến Pt100
0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 PT100 nhiệt độ thực
c) Khối trung tâm xử lý
Trong mô hình sử dụng PLC S7-300 của hãng siemens để lập trình. Có các đặc điểm có cấu hình xử lí nhanh, giá thành vừa phải, được dùng trong công nghiệp hiện nay nên nhóm quyết định chọn PLC S7-300 CPU 314c- 2PN/DP với các ưu điểm sau:
- Đã được trang bị kiến thức cơ bản về PLC S7-300 ở trên lớp.
- Có tích hợp cổng phát xung tốc độ cao nên phù hợp với việc điều khiển SSR PLC đơn giản, dễ sử dụng, độ bền cao.
- Phần mềm lập trình trực quan, giúp dễ dàng trong việc viết chương trình điều khiển.
Thông số kỹ thuật:
• Điện áp hoạt động: 24VDC
• I/O: 24DI/16DO, 4AI,2AO,1Pt100
d)Khối SSR
- SSR (Solid state relay) là loại rơ le bán dẫn, thích hợp cho việc điều khiến nhiệt, đèn, quạt...
- Về chức năng SSR cũng tương tư như rơ le cơ khi thông thường: cho phép dòng điện nhỏ có thể điều khiển một tài tiêu thụ dòng lớn hơn.
- SSR hầu hết được cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển và mạch lực.
Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý SSR
Thông số kỹ thuật:
• Điện áp đầu vào: 4-32 VDC
• Điện áp đầu ra: 24V-264 V/ 15A
e) Thanh gia nhiệt
Thông số kỹ thuật: - Chất liệu: inox 304 - Điện áp: 220V - Đường kính: Φ12 - Chiều dài: 50mm
Thanh điện trở đốt nóng được áp dụng theo định luật Joule-Lence: khi dòng điện chạy qua dây dẫn, thì trên dây dẫn tỏa ra một lượng nhiệt.
Hình 1.12: Thanh gia nhiệt
f) Quạt
Thiết bị làm mát tức thời dùng trong trường hợp lò xảy ra lỗi khiến nhiệt độ đạt mức cảnh báo nhiệt cao.
Thông số kỹ thuật: - Điện áp: DC 24v - Kích thước: 8x8CM - Dây Đỏ: cực dương (+) - Dây Đen: cực âm (-) - Độ Ồn 30-40DB
Hình 1.13: Quạt làm mát
1.5.3. Mô hình hệ thống thực tế
Chương 2 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ SỬ DỤNG PLC S7-300