Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 LỜI CẢM ƠN 5 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 1.1.Đặt vấn đề 6 1.2. Lý do chọn đề tài 6 1.3. Mục đích 7 1.4 Phương pháp đo 7 1.4.1 Định nghĩa: 7 1.4.2. Nguyên lý đo áp suất 7 1.5 Tìm hiểu về PLC S7200 10 1.5.1 khái quat về PLC S7200 10 1.5.2: Nguyên tắc thực hiện chương trình: 16 1.5.3 Giới thiệu về PLC S7200 CPU224 ACDCRELAY 17 1.5.4 . Module analog EM235 19 1.5.4.6 cài đặt dải tín hiệu vào 27 1.5.5 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong công nghiệp. 29 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31 2.1 Lựa Chọn Thiết Bị. 31 2.1.1: PLC S7200 CPU 224 ACDCRELAY Của Siemens 31 2.1.2 Giới thiệu chung Modul mở rộng EM235 33 2.1.3 Biến tần Siemens MM440 34 2.1.4 RELAY TRUNG GIAN: 42 2.1.5 Chọn động cơ. 43 2.1.6 Chọn Cảm biến đo áp suất. 43 2.2. Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây. 45 2.2.1. Sơ đồ khối. 45 2.2.2. Sơ đồ đấu dây. 47 2.3. Xây dựng thuật toán. 48 2.3.1 Phân tích yêu cầu công nghệ 48 2.5: Xây Dựng Thuật Toán 50 2.5.1 nguyên lí. 50 2.5.2 Chuyển đổi tín hiệu từ lưu lượng sang dòng điện. 50 2.5.3: giản đồ thời gian. Mô phỏng trên V4.0 Step7200 MicroWIN 52 2.6 Viết chương trinh mô phỏng trên PLC S7200 53 2.7 Chương Trình Khi Chạy Mô Phỏng Trên S7200 57 Chương III: Kết quả đề tài. 58 3.1.Kết luận nội dung đề tài 58 3.2.Các hạn chế 58 3.3.Biện pháp khắc phục 58 3.4 Kết quả thực nhiệm 58 Tài liệu tham khảo 59
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Hiện PLC ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp dân dụng Từ ứng dụng để điều khiển hệ thống đơn giản, có chức đóng mở ON/OFF thơng thường ứng dụng cho lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi xác cao, ứng dụng thuật tốn trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC bao gồm : - Hoá học dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đong ngành hoá… - Chế tạo máy sản xuất: tự động hoá chế tạo máy, cân đong, trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại… - Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, trình ủ bọt, trình cán,gia nhiệt… - Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm sốt q trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây…) cân đong, đóng gói, hồ trộn… - Kim loại: Điều khiển trình cán, (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra chất lượng - Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho trình đốt, xử lý turbin…) trạm cần hoạt động khai thác vật liệu cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ) Ứng dụng PLC công nghiệp đời sống phủ nhận kế thừa tinh hoa nhóm chúng em định xây dựng đề tài: “ Ứng dụng PLC đo, điều khiển cảnh báo áp suất đường ống với giải đo:[0 ÷ 5]bar” Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà LỜI CẢM ƠN Bài tập lớn môn PLC tập vô quan trọng hành trang sinh viên Nó đánh dấu bước trưởng thành chúng em Để hồn thành đồ án mơn cho phép nhóm chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy cô giáo Khoa Điện- Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội truyền thụ kiến thức vơ q báu bổ ích thời gian qua Nhóm sinh viên thực đề tài chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới cô: Nguyễn Thu Hà - Bộ Môn Đo Lường Và Điều KhiểnKhoa Điên- Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Cơ ln tận tình giúp đỡ bảo, cung cấp tài liệu tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm suốt thời gian tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng đề tài Em xin chân thàng cảm ơn ! Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Đặt vấn đề Sự phát triển PLC đem lại nhiều thuận lợi làm cho thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng tin cậy Nó có khả thay hồn tồn cho phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay; khả điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình lệnh logic bản; giải vấn đề toán học công nghệ; Biến tần (Inverter, Variable Speed Drive – VSD) thiết bị dùng để điều khiển tốc độ động dựa thay đổi tần số làm việc Trên giới nay, biến tần áp dụng rộng rãi cơng nghiệp Ngồi ý nghĩa mặt điều khiển, cịn có nhiều chức khác khởi động mềm, hãm, đảo chiều, điều khiển thông minh… Trong đa số trường hợp, việc sử dụng biến tần mang lại hiệu kinh tế (tiết kiệm điện tiêu thụ) Biến tần ứng dụng nhiều cho động có yêu cầu thay đổi tốc độ như: bơm, quạt, băng tải, thang máy… 1.2 Lý chọn đề tài Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường sử dụng khu công nghiệp, khu dân cư, chung cư, khách sạn tòa nhà cao tầng, hệ thống phân phối nước mạng lưới cấp nước sinh hoạt, trạm cấp nước nông thôn… Các trạm bơm nước phổ biến thiết kế theo phương pháp truyền thống với đặc điểm bơm khởi động trực tiếp sao/ tam giác tất động hoạt động tốc độ định mức Phương pháp có nhược điểm tổn hao điện lớn khó kiểm sốt áp suất đường ống nước Trên sở kiến thức trang bị ghế nhà trường, dựa vào tính ưu việt PLC biến tần Em xin lựa chọn đề tài “Đo, cảnh báo điều khiển áp suất đường ống cho bơm” với chức giống với hệ thống biến tần sử dụng bơm Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà 1.3 Mục đích Mục đích đề tài ổn định áp suất đường ống ngưỡng đặt trước thông qua điều khiển PLC biến tần, hệ thống bơm dựa tín hiệu mà cảm biến áp suất đường ống đưa 1.4 Phương pháp đo 1.4.1 Định nghĩa: Áp suất đại lượng có giá trị tỉ số lực tác dụng vng góc lên mặt với diện tích Cơng thức: P: áp suất F: lực tác dụng S: tiết diện Đối với chất lỏng, khí ( gọi chung chất lưu), áp suất thông số quan trọng xác định trạng thái nhiệt động học chúng Trong cơng nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa lớn việc đảm bảo an toàn thiết bị, giúp cho việc kiểm tra điều khiển hoạt động máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị áp suất Pascal: Pascal áp suất tạo lực có độ lớn 1N phân bố đồng diện tích 1m2 theo hướng pháp tuyến 1.4.2 Nguyên lý đo áp suất Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu áp suất tĩnh Do vậy, đo áp suất chất lưu thực chất xác định lực tác dụng lên diện tích thành bình Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà Đối với chất lưu không chuyển động chứa ống hở đặt thẳng đứng, áp suất tĩnh điểm M cách bề mặt tự khoảng h xác định theo công thức: p = p0 + ρgh Trong đó: p0 áp suất khí ρ: khối lượng riêng chất lưu g: gia tốc trọng trường Để đo áp suất tĩnh tiến hành cách sau: - Đo áp suất chất lưu lấy qua lỗ khoan thành bình nhờ cảm biến thích hợp Đo trực tiếp biến dạng thành bình áp suất gây nên Trong cách đo thứ nhất, phải sử dụng cảm biến đặt sát thành bình Trong trường hợp này, áp suất cần đo cân với áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng mẫu tạo nên tác động lên vật trung gian có phần tử nhạy cảm với lực áp suất gây Khi sử dụng vật trung gian để đo áp suất, cảm biến thường trang bị thêm phận chuyển đổi điện Trong cách đo thứ hai, người ta gắn lên thành bình cảm biến đo ứng suất để đo biến dạng thành bình Đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu (p) tổng áp suất tĩnh (p t) áp suất động (pđ): p = pt + pđ Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên chất lỏng không chuyển động Áp suất động chất lưu chuyển động gây nên có giá trị tỷ lệ với bình phương vận tốc chất lưu : Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà Trong khối lượng riêng chất lưu Khi dịng chảy va đập vng góc với mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng áp suất tổng Do áp suất động đo thông qua chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh Thông thường việc đo hiệu áp suất (p - pt) thực nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ống Pitot (như hình vẽ bên dưới), cảm biến (1) đo áp suất tổng, cảm biến (2) đo áp suất tĩnh Hình cảm biến áp suất Hình 1.2 Đo áp suất động ống pitol Có thể đo áp suất động cách đặt áp suất tổng lên mặt trước áp suất tĩnh lên mặt sau màng đo, tín hiệu cảm biến cung cấp chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh 1, màng đo 2, phần tử áp điện Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà Hình 1.3 Đo áp suất động màng 1.5 Tìm hiểu PLC S7-200 1.5.1 khái quat PLC S7-200 A.Giới thiệu PLC PLC ( Programmable Logic Controller ): thiết bị điều khiển đặc biệt, dựa vi sử lý, sử dụng nhớ lập trình để lưu lệnh, thực chức thuật toán để diều khiển máy, thiết bị khác, sử dụng ứng dụng công nghiệp thương mại Vào khoảng năm 1968, nhà sản xuất ô tô đưa yêu cầu kỹ thuât cho thiết bị điêù khiển lơ gíc khả lập trình Mục đích thay cho tủ điêu khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện thường xuyên phải thay thể rơ le hỏng cuộn hút hay gẫy lị xo tiếp điểm Mục đích thứ hai tạo thiều bị điều khiển có tính linh hoạt việc thay đổi chương trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật sở máy tính cơng nghiệp, mà ưu điểm lập trình dễ dàng kỹ thuật viên kỹ sư sản xuất Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta giảm thời gian dừng sản xuất, mở rộng khả hoàn thiện hệ thống sản xuất thích ứng với thay đổi sản xuất Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển sở máy tính sản xuất thiết bị điều khiển khả lập trình cịn gọi PLC Những PLC ứng dụng công nghiệp ô tô vào năm 1969 đem lại ưu việt hẳn hệ thống điều khiển sở rơ le Các thiết bị lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian xưởng sản xuất có độ tin cậy cao hệ thống rơ le Các ứng dụng PLC nhanh chóng rộng mở tất ngành cơng nghiệp sản xuất khác Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà Hai đặc điểm dẫn đến thành cơng PLC độ tin cậy cao khả lập trình dễ dàng Độ tin cậy PLC đảm bảo mạch bán dẫn thiết kế thích ứng với mơi trường cơng nghiệp Khi vi xử lý đưa vào sử dụng năm 1974 – 1975, khả PLC mở rộng hoàn thiện Các PLC có trang bị vi xử lý có khả thực tính tốn xử lý số liệu phức tạp, điều làm tăng khả ứng dụng PLC cho hệ thống điều khiển phức tạp Các PLC không dừng lại chổ thiết bị điều khiển lơ gíc,nó cịn có khả thay thiết bị điều khiển tương tự Vào cuối năm bảy mươi việc truyền liệu trở nên dễ dàng nhờ phát triển nhảy vọt cơng nghiệp điện tử Các PLC điều khiển thiết bị cách xa hàng vài trăm mét Các PLC trao đổi liệu cho việc điều khiển trình sản xuất trở nên dễ dàng Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC máy tính cơng nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển ứng dụng công nghiệp thay cho thiết bị “cứng” rơ le, cuộn hút tiếp điểm Ngày thấy PLC hàng nghìn ứng dụng cơng nghiệp Chúng sử dụng cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp chế biến dầu, cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp khí, cơng nghiệp xử lý nước chất thải, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, cơng nghiệp khai khống, giao thơng vận tải, quân sự, hệ thống đảm bảo an toàn, hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv Các PLC kêt nối với máy tính để truyền, thu thập lưu trữ số liệu bao gồm trình điều khiển thống kê, trình đảm bảo chất lượng, chẩn đốn cố trực tuyến, thay đổi chương trình điều khiển từ xa Sự đời máy tính cá nhân PC năm tám mươi nâng cao đáng kể tính khả sử dụng PLC điều khiển máy trình sản xuất Các PC giá thành khơng cao sử dụng thiêt bị lập trình giao diện người vận hành hệ thống điêu khiển Nhờ phát triển phần mềm đồ hoạ cho máy tính cá nhân PC, PLC trang bị giao diện đồ hoạ để mơ thị hoạt động phận Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà hệ thống điêu khiển Điều có ý nghĩa đặc biệt quan trọng máy CNC, tạo cho ta khả mơ trước q trình gia cơng, nhằm tránh cố lập trình sai Máy tính cá nhân PC PLC sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển sản xuất hệ thống dịch vụ PLC sản xuất nhiều hãng khác giới Về ngun lý hoạt động, PLC có tính tương tự giống nhau, lập trình sử dụng chúng hồn tồn khác thiết kế khác nhà sản xuất PLC khác với máy tính khơng có ngơn ngữ lập trình chung khơng có hệ điều hành Khi bất lên PLC chạy chương trình điều khiển ghi nhớ nó, khơng thể chạy hoạt động khác Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi như: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc hãng chiếm phần lớn thị phần PLC giới Các PLC hãng ứng dụng rộng rãi công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá B: Ư u nhược điểm PLC 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, rẻ hơn, quan trọng hiệu PLC lựa chọn tốt hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn số lý sau: -Tốn khơng gian: Một PLC cần khơng gian máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều khiển rơ le để thực cức - Tiết kiệm lượng: PLC tiêu thụ lượng mức thấp, máy tính thơng thường -Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ đến 10 rơ le, có khả thay hàng trăm rơ le - Khả thích ứng với mơi trường cơng nghiệp: Các vỏ PLC làm từ vật liệu cứng, có khả chống chịu bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn khơng có khả Khoa Điện Page Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà - Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có hệ thống phức tạp để giao tiếp với mơi trường cơng nghiệp Trong PLC giao diện trực tiếp nhờ mô đun vào I/O - Lập trình dễ dàng: Phần lớn PLC sử dụng ngơn ngữ lập trình sơ đồ thang, tương tự sơ đồ đấu hệ thống điều khiển rơ le thơng thường - Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển PLC thay đổi nhanh chóng dễ dàng cách nạp lại chương trình điều khiển vào PLC lập trình, thẻ nhớ, truyền tải qua mạng C: Cấu trúc chung PLC o o o o o Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị module mở rộng kết nối vào CPU: thực chương trình liệu để điều khiển tự động tác vụ q trình Vùng nhớ Các ngõ vào/ra: gồm có ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự Các ngõ vào dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngồi đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ dùng để điều khiển thiết bị ngoại vi trình Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực truyền thông trạm mạng Các loại module chức (FM: Function Module): Ví dụ module điều khiển vịng kín, module thực logic mờ… - Phân loại: PLC thường phân làm hai loại theo cấu trúc phần cứng: PLC kiểu hộp đơn Thường sử dụng thiết bị lập trình cỡ nhỏ Được cung cấp dạng nguyên bao gồm nguồn, xửlý, nhớ thiết bị nhập xuất PLC kiểu module Kiểu module gồm module riêng cho nguồn, xử lý,… Các module thường lập rãnh bên hộp kim loại Khoa Điện Page 10 Nhóm Lớp Điện 5-K6 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội GVHD:Nguyễn Thu Hà 2.3 Xây dựng thuật toán 2.3.1 Phân tích u cầu cơng nghệ - Cấp điện cho tồn hệ thống động chạy - Giả sử lúc đầu áp suất thấp cảm biến nhận tín hiệu đưa PLC, đèn báo PLA sang , nhấn nút START Biến tần ( BT) nhận tín hiệu điều khiển động làm việc với tốc độ max, động bơm với lưu lượng lớn ( áp suất