Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ TÀI số 01: Thiết kế Hệ Thống Đều Khiển và Giám Sát Nhiệt Độ Lò Đại học công nghiệp hà nội Đo nhiệt độ tại điểm đo T1 và T2 với nhiệt độ ổn định làm việc tại 310ºC, do đó cần có hệ thống điều khiển được nhiệt độ chính xác và ổn định. Từ yêu cầu trên nhóm em đi xây dựng Hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò bao gồm các thành phần: 1. PC: Dùng lập trình, tạo giao diện, download chương trình cho PLC, hoạt động, điều khiển và giám sát sự hoạt động của cả hệ thống. 2. PLC S7300: Điều khiển trực tiếp đối tượng. 3. WINCC màn hình giao diện cho phép người sử dụng thiết lập thông số điều khiển đối tượng tại phân xưởng làm việc. 4. Đối tượng điều khiển: Lò hơi Điều khiển sự hoạt động của đối tượng thông qua module điều khiển analog bao gồm việc xuất tín hiệu điều khiển và thu nhận tín hiệu phản hồi (module này được gắn trên bộ S7300). Trong lò có 2 cảm biến để đo nhiệt độ của lò : • T1: Điểm đo 1 có dải đo 0400 º C, điểm làm việc là 310ºC • T2: Điểm đo 2 có dải đo 0800 º C Và hệ thống đèn báo: • RUN : Đèn báo hệ thống đang làm việc • LA1: Đèn cảnh báo T1 nhiệt độ thấp ( nhỏ hơn 280ºC) • HA1: Đèn cảnh báo T1 nhiệt độ cao ( lớn hơn 340ºC) • HA2: Đèn cảnh báo T2 nhiệt độ cao ( lớn hơn 700ºC)
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI số 01: Thiết kế Hệ Thống Đều Khiển Giám Sát Nhiệt Độ Lò MÔN : ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH BỘ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN VĂN HÙNG SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Văn Lộc Nguyễn Văn Nghĩa Nguyễn Duy Nam Hoàng Đình Lương Liểu Văn Minh ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Mục lục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Phân tích hệ thống mô tả công nghệ .4 1.2 Phương pháp đo 1.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc 1.2.1.1 Cặp nhiệt ngẫu ( Thermocouples ) 1.2.1.2 Cặp điện trở 1.2.1.3 Nhiệt kế bán dẫn 1.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc .5 1.2.2.1 Nhiệt kế xạ 1.2.3 Lựa chọn phương pháp đo 1.3 Tìm hiểu PLC .6 1.3.1 Khái quát chung 1.3.2 Tìm hiểu PLC S7300 10 1.3.3 Các module đối tượng mở rộng .11 1.3.3.1 Các module PLC S7300 11 1.3.3.2 Module mở rộng SM334 15 1.4 Tìm hiểu HMI ( WINCC, OPC) 15 1.4.1 Tìm hiểu HMI 16 1.4.2 Tìm hiểu Wincc .18 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG .20 2.1 Sơ đồ khối 20 2.1.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống 20 2.2 Chọn thiết bị cho khối .21 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm .21 2.2.2 Thiết bị thu nhiệt độ lò 22 2.2.3 Chọn module analog cho PLC s7300 24 2.2.4 Chọn van điện tử 25 2.2.5 Các khối chức S7300 26 2.3 Sơ đồ ghép nối, giao tiếp thiết bị 29 2.3.1 Thiết bị giao tiếp máy tính 29 2.3.2 Sơ đồ đấu nối cảm biến vào module analog 30 2.3.3 Sơ đồ đấu dây .31 2.4 Xây dưng thuật toán .31 2.5 Xây dựng phần mềm .36 2.5.1 Bảng địa 36 2.5.2 Xây dựng chương trình 36 2.6 Thiết kế giao diện HMI 41 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .42 3.1 Kết đạt 42 3.1.1 Kết nghiên cứu lý thuyết 42 3.1.2 Kết thực nghiệm 42 3.2 Hạn chế tồn phương hướng khắc phục 42 3.2.1Hạn chế tồn .42 3.2.2 Phương hướng khắc phục .42 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Dựa vào hình vẽ công nghệ, phân tích yêu cầu mô tả hoạt động Yêu cầu: Đo nhiệt độ điểm đo T1 T2 với nhiệt độ ổn định làm việc 310ºC, cần có hệ thống điều khiển nhiệt độ xác ổn định Từ yêu cầu nhóm em xây dựng Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ lò bao gồm thành phần: PC: Dùng lập trình, tạo giao diện, download chương trình cho PLC, hoạt động, điều khiển giám sát hoạt động hệ thống PLC S7-300: Điều khiển trực tiếp đối tượng WINCC hình giao diện cho phép người sử dụng thiết lập thông số điều khiển đối tượng phân xưởng làm việc Đối tượng điều khiển: Lò Điều khiển hoạt động đối tượng thông qua module điều khiển analog bao gồm việc xuất tín hiệu điều khiển thu nhận tín hiệu phản hồi (module gắn S7-300) Trong lò có cảm biến để đo nhiệt độ lò : • T1: Điểm đo có dải đo [ 0-400] º C, điểm làm việc 310ºC • T2: Điểm đo có dải đo [ 0-800] º C Và hệ thống đèn báo: • RUN : Đèn báo hệ thống làm việc • LA1: Đèn cảnh báo T1 nhiệt độ thấp ( nhỏ 280ºC) • HA1: Đèn cảnh báo T1 nhiệt độ cao ( lớn 340ºC) • HA2: Đèn cảnh báo T2 nhiệt độ cao ( lớn 700ºC) Hoạt động hệ thống: Hoạt động hệ thống sau: ấn START khởi động hệ thống, đèn báo hệ thống RUN sáng, van M mở cho hỗn hợp nhiên liệu vào lò đốt, đèn báo nhiệt độ thấp LA1 sáng nhiệt độ lò lớn 280 ºC Hệ thống giám sát điều khiển lò thông qua đóng mở van hỗn hợp nhiên liệu M để lò hoạt động nhiệt độ làm việc 310 ºC Khi nhiệt độ vượt điểm làm việc lớn 340ºC , hệ thống đưa cảnh báo đèn HA1và giảm tỉ lệ mở van Điểm đo nhiệt độ từ lò T2 cảnh báo nhiệt độ cao 700ºC Muốn dừng hệ thống ấn STOP Tín hiệu đầu cảm biến đo nhiệt độ tín hiệu tương tự đưa modul analog SM334 chuyển đổi tương tự - số A\D, tuân theo tín hiệu chuẩn công nghiệp có hai loại chuẩn phổ biến chuẩn điện áp chuẩn dòng điện • Điện áp – 10V, -5V • Dòng điện 0- 20mA, 4- 20mA ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Truyền thông với thiết bị HMI ( WinCC, OPC ) để nhận tín hiệu điều khiển đồng thời truyền liệu thu hiển thị hình giám sát 1.2 Phương pháp đo 1.2.1 phương pháp đo tiếp xúc 1.2.1.1 Cặp nhiệt ngẫu ( Thermocouples ) Gồm dây kim loại khác hàn dính đầu gọi đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu lại gọi đầu lạnh ( đầu chuẩn ) Khi có chênh lệch nhiệt độ đầu nóng đầu lạnh phát sinh sức điện động V đầu lạnh Một vấn đề đặt phải ổn định đo nhiệt độ đầu lạnh, điều tùy thuộc lớn vào chất liệu Do cho chủng loại cặp nhiệt độ, loại cho sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T 1.2.1.2 Nhiệt kế nhiệt điện trở (THERMISTOR) Thermistor cấu tạo từ hổn hợp bột ocid Các bột hòa trộn theo tỉ lệ khối lượng định sau nén chặt nung nhiệt độ cao Và mức độ dẫn điện hổn hợp thay đổi nhiệt độ thay đổi - Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng loại NTC 1.2.1.3 Nhiệt kế bán dẫn Nhiệt Bán Dẫn loại cảm biến chế tạo từ chất bán dẫn Có loại Diode, Transistor, IC Nguyên lý chúng dựa mức độ phân cực lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường Ngày với phát triển ngành công nghệ bán dẫn cho đời nhiều loại cảm biến nhiệt với tích hợp nhiều ưu điểm: Độ xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản rẻ tiền 1.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 1.2.2.1 Nhiệt kế xạ ( gọi hỏa kế- pyrometer ) Nhiệt kế xạ (hỏa kế ) loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ môi trường mà cảm biến thông thường tiếp xúc ( lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến) 1.2.3 Lựa chọn phương pháp đo Sau phân tích phương pháp thiết bị đo ứng dụng thực tế phù hợp với yêu cầu đồ án nên chúng em sử dụng cặp nhiệt ngẫu: Đây dụng cụ đo nhiệt độ rộng rãi công nghiệp với nguyên lý làm việc : ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Hiệu ứng thomson: qua dây dẫn có dòng điện I hiệu nhiệt dây dẫn T1-T2 có hấp thụ - tỏa nhiệt • Hiệu ứng pentier: đóng điện qua mối nối dây dẫn vị trí mối nối có hấp thụ hay tỏa t0 • Hiệu ứng seebeck: dây dẫn có chênh lệch nhiệt độ điểm điểm xuất suất điện động • Hiệu ứng nhiệt điện, hay hiệu ứng Peltier-Seebeck, chuyển nhiệt trực tiếp thành điện ngược lại, số kết nối hai vật dẫn điện khác Kết nối thường gọi cặp nhiệt ngẫu Cụ thể, chênh lệch nhiệt độ hai bên kết nối sinh hiệu điện hai bên kết nối ngược lại Hiệu ứng sở cho ứng dụng số máy lạnh máy phát điện, phận chuyển động Nguyên tắc, cấu tạo cặp nhiệt ngẫu dựa theo sở thực nghiệm Khi nung nóng dây kim loại hay đoạn dây, tập trung điện tử tự có khuynh hướng khuếch đại từ nơi tập trung nhiều đến nơi tập trung Có nghĩa từ đầu nóng (+) sang (-) (hiệu ứng seebeck) đoạn dây xuất suất điện động thomson phụ thuộc vào chất kim loại Cấu tạo: cặp nhiệt điện cấu tạo sợi kim loại khác nhau, có mối nối đầu giữ nhiệt độ chuẩn gọi đầu đầu lại tiếp xúc với đối tượng đo Cặp nhiệt ngẫu có cực âm cực dương đánh dấu mầu đo tùy theo vật liệu chế tạo • 1.3 Tìm hiểu PLC 1.3.1 Khái quát chung PLC, (viết tắt programable logic controller) thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Như với chương trình điều khiển PLC trở thành điều khiển số nhỏ gọn dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển trao đổi thông tin với môi trường bên ( PLC khác máy tính ) Tất PLC có thành phần là: Một nhớ chương trình RAM bên (có thể mở rộng thêm số nhớ EPROM) Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Modul vào /ra • Khối xử lý trung tâm: Là vi xử lý điều khiển tất hoạt động PLC như: Thực chương trình, xử lý vào/ra truyền thông với thiết bị bên ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH • Bộ nhớ Có nhiều nhớ khác dùng để chứa chương trình hệ thống phần mềm điều khiển hoạt động hệ thống, sơ đồ LAD, trị số Timer, Counter chứa vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu người dùng chọn nhớ khác nhau: Bộ nhớ ROM: loại nhớ không thay đổi được, nhớ nạp lần nên sử dụng phổ biến loại nhớ khác Bộ nhớ RAM: loại nhớ thay đổi dùng để chứa chương trình ứng dụng liệu chứa Ram bị mất điện Tuy nhiên, điều khắc phục cách dùng Pin Bộ nhớ EPROM: Giống ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng Pin, nhiên nội dung chứa xoá cách chiếu tia cực tím vào cửa sổ nhỏ EPROM sau nạp lại nội dung máy nạp Bộ nhớ EEPROM: kết hợp hai ưu điểm RAM EPROM, loại xóa nạp tín hiệu điện Tuy nhiên số lần nạp có giới hạn Một PLC có đầy đủ chức như: đếm, định thời, ghi (registers) tập lệnh cho phép thực yêu cầu điều khiển phức tạp khác Hoạt động PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm nhớ, cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH • Cấu trúc PLC Hình 1.1 Nguyên lí chung cấu trúc điều khiển logic khả trình (PLC) Để thực chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính máy tính, nghĩa phải có vi xử lý (CPU), hệ điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiển tất nhiên phải có cổng vào/ để giao tiếp với đối tượng điều khiển để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác đếm (Counter), thời gian (Timer)và khối hàm chuyên dụng (hình 1.8) • Cách thức PLC thực chương trình PLC thực chương trình theo chu trình lặp, vòng lặp gọi vòng quét (scan), vòng quét bắt đầu giai đoạn chuyển liệu từ cổng vào số tới vùng đệm ảo I, giai đoạn thực chương trình.Trong vòng quét chương trình thực từ lệnh đến lệnh kết thúc khối OB1 (Block End) Sau giai đoạn thực chương trình giai đoạn chuyển nội dung đếm ảo Q tới cổng số, vòng quét kết thúc giai đoạn truyền thông nội kiểm soát lỗi Truyền thông kiểm tra nội VÒNG QUÉT Chuyển liệu từ cổng vào tới I ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Thực chương trình Chuyển liệu từ Q tới cổng Hình 1.2 Vòng quét chương trình Thời gian cần thiết để PLC thực vòng quét gọi thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định tức vòng quét thực khoảng thời gian Có vòng quét thực lâu có vòng quét thực nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh chương trình thực hiện, vào khối liệu truyền thông vòng quét Như việc đọc liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có khoảng thời gian trễ thời gian vòng quét Nói cách khác thời gian vòng quét định tính thời gian thực chương trình điều khiển PLC Thời gian vòng quét ngắn tính thời gian thực chương trình cao Kiểu liệu phân chia nhớ • Bảng 1.1 Kiểu liệu phân chia nhớ BOOL Với dung lượng bit có giá trị ( sai) BYTE Gồm bit, thường dùng để biểu diễn số nguyên dương khoảng từ đến 255 mã ASCII kí tự WORD Gồm bytes để biểu diễn số nguyên dương từ đến 65535 INT Cũng có dung lượng bytes dùng để biểu diễn số nguyên khoảng -32768 đến 32767 DINT Gồm bytes dùng để biểu diễn số nguyên từ -2147483648 đến ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2147483647 REAL Gồm bytes dùng để biểu diễn số thực dấu phẩy động S5T Khoảng thời gian, tính theo giờ/ phút/ giây/mili giây TOD Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây DATE Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày CHAR Biểu diễn nhiều ký từ (nhiều ký tự) • Các hãng sản xuất PLC: - PLC ABB - PLC Mitsubishi - PLC Siemens - PLC Rockwell - PLC Omron - PLC Panasonic - PLC Schneider - PLC Keyence - PLC Delta - PLC Kinco - PLC LS - PLC Virgo - PLC Shihlin - PLC Liyan • Lựa chọn PLC sử dụng đề tài: PLC SIEMENS SIMATIC S7 300 có ưu điểm sau: - Tốc độ xử lý nhanh - Cấu hình tín hiệu I/O đơn giản - Có nhiều loại module mở rộng cho CPU cho trạm remote I/O 10 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Sự biến đổi giá trị đầu vào số sang tương tự biến đổi – (tuyến tính) Dễ dàng tính giá trị đầu analog biết giá trị đầu vào số Công thức: OUT=[((FLOAT(IN)-K1)/(K2-K1))*(HI_LIM-LO_LIM)]+ LO_LIM • Thuật Toán PID điều khiển Van Hình 2.9 Thuật toán PID Một điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral Derivative) chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp – điều khiển PID sử dụng phổ biến số điều khiển phản hồi Một điều khiển PID tính toán giá trị "sai số" hiệu số giá trị đo thông số biến đổi giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển thực giảm tối đa sai số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào • Các tham số điều khiển PID: KP: Tham số khâu tỉ lệ (trong (S)FB41 tham số Gain) TN: Thời gian tích phân (trong (S)FB41 tham số TI) 29 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH TV: Thời gian vi phân (trong (S)FB41 TD) • Khai báo tham số cần thiết sau: - Cycle: 50ms chu kì lấy mẫu - SP_INT: MD55- Giá trị đặt điểm làm việc hệ thống lò nhiệt - PV_PER: Tín hiệu hồi tiếp lấy từ PIW256 module AI - LMN_PER: PQW256 - Tín hiệu điều khiển PID xuất PQW128 module AO -LMN : đầu điều khiển van theo tỉ lệ % Sơ đồ ghép nối, giao tiếp thiết bị 2.3.1 Thiết bị giao tiếp máy tính Đa số thiết bị ngày giao tiếp với máy tính tính máy tính Do , mạch điều khiển trang bị để có khả Mặc dù có yêu cầu bắt buộc nạp chương trình điều khiển từ máy tính, xa trao đổi với máy tính thông số trình điều khiển, trạng thái mạch điều khiển máy tính… Để kết nối với máy tính ta kết nối sau : Đối với S7-300 + Dùng MDI card nối thẳng + Qua cổng PC Adapter.MPI.1 Trong đề tài chúng em sử dụng qua cổng PC Adapter.MPI.1 2.3 Có thể mô qua hình sau Hình 2.10 Địa cổng RS232 sơ đồ ghép nối với máy tính 30 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2.3.2 Sơ đồ đấu nối cảm biến vào modul analog SM 334 Hình 2.11 Sơ đồ đấu dây với ngõ vào dòng điện vào ngõ dòng điện Nguồn nuôi Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) Các kênh đầu vào Các kênh đầu Bộ chuyển đổi số sang tương tự (DAC) Mạch ghép nối bus Chân nối chung Chân nối mass Kết nối chân MANA (chân 15 18) với chân mass M CPU sử dụng dây có tiết diện tối thiểu 1mm2 Nếu chân không nối với module tắt Ngõ vào lúc có giá trị 7FFFH, ngõ có giá trị Nếu để module hoạt động không nối mass thời gian dẫn tới hư hỏng Tuyệt đối tránh đâu nguồn ngược cực Việc nguyên nhân làm cháy module 31 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2.3.3 Sơ đồ đấu dây I0.0 STOP I0.1 START S7-300 CPU 312 I0.2 - RUN Q0.1 HA1 Q0.2 I0.3 24V DC Q0.0 Q0.3 M L PIW 256 Modul Analog SM 334 LA1 HA2 220V AC PQW 256 Hình 2.12 Sơ đồ đấu dây 2.4 Xây dựng thuật toán 32 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH • Lưu đồ thuật toán hệ thống MAIN Khởi động hệ thống Đo, điều khiển cảnh báonhiệt độ T1 Đo, cảnh báo nhiệt độ T2 END Hình2.13 lưu đồ thuật toán • Thuật toán khởi động hệ thống 33 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Khởi động hệ thống S START=1 Đ M0.0 =1 STOP=1 S M0.0=0 Đ END Hình 2.14 Thuật toán khởi động hệ thống • Lưu đồ thuật toán điều khiển cảnh báo nhiệt độ điểm đo T1 34 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Đo cảnh báo điều khiển nhiệt độ S M0.0=1 Đ Nhận tín hiệu tự cảm biến xử lí tín hiệu Đ S Nhiệt độ < 280ºC ? Nhiệt độ > 340ºC S Đ Bật đèn cảnh baó nhiệt độ thấp LA1 Đ Bật đèn cảnh báo áp suất cao HA2 Tăng tỉ lệ mở van M Giảm tỉ lệ mở van M RET Hình 2.15 Lưu đồ thuật toán điều khiển cảnh báo nhiệt độ điểm đo T1 • Lưu đồ thuật toán đo cảnh báo nhiệt độ điểm đo T2 35 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Đo cảnh báo điều khiển nhiệt độ M0.0=1 S Đ Nhận tín hiệu tự cảm biến xử lí tín hiệu Đ Nhiệt độ >700ºC ? S Bật đèn cảnh báo nhiệt độ cao HA2 RET Hình 2.16 Lưu đồ thuật toán đo cảnh báo nhiệt độ điểm đo T2 36 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2.5 Xây dựng phần mềm 2.5.1 Bảng địa chỉ: Bảng 2.4 Bảng địa chỉ: Đầu vào Địa Start I0.0 Chức Bật hệ thống Stop I0.1 Dừng hệ thống Cảm Biến Giá trị đầu vào nhiệt độ Run PIW256 PIW258 Q0.0 HA1 Q0.1 Đèn cảnh báo nhiệt độ thấp 2800C LA1 Q0.2 Đèn cảnh báo nhiệt độ cao 3400C HA2 Q0.3 Đèn cảnh báo nhiệt độ cao 7000C Đèn báo hệ thống làm việc 2.5.2 Xây dựng chương trình Network 1: khởi động hệ thống Network 2: dừng hệ thống 37 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Network 3: khối đo nhiệt độ điểm đo T1 Network 4: khối đo nhiệt độ điểm đo T2 38 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Network 5: Khối tạo giá trị đặt cho PID Network 6: Khối PID điều khiển nhiệt độ 39 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Network 7: khối giới hạn van đóng van dừng hệ thống Network 8: Khối cảnh báo 40 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 41 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2.6 Thiết kế giao diện HMI 42 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Hình 22 Giao diện HMICHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 3.1 Kết đạt 3.1.1 Kết nghiên cứu lý thuyết Qua trình nghiên cứu, thiết kế cho đề tài, chúng em hiểu thực hành nhiều Biết kiến thức hướng dẫn Thầy tài liệu tham khảo internet, nhóm em thu kết mặt lý thuyết sau: • Nắm PLC s7 300 lý thuyết cách lập trình • Được thực hành giao HMI thông dụng ngành công nghiệp • Hiểu thuật toán ổn định nhiệt độ PID Tuy nhiên kiến thức hạn chế, chúng em chưa hiểu sâu vấn đề , nắm vững lý thuyết dẫn đến kết thực nghiệm nhiều sai sót 3.1.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm Sau nghiên cứu lý thuyết, xây dựng thuật toán cho hệ thống chúng em xây dựng thành công chương trình phần mên S7 300 mô giao diện HMI phần mền Wincc Hệ thống đo nhiệt độ hai điểm đo T1 T2 , điều khiển nhiệt độ thông qua PID điều chỉnh tỉ lệ đóng mở van 3.2 Hạn chế tồn phương hướng khắc phục 3.2.1 Hạn chế tồn • Về lý thuyết nhiều hạn chế việc nắm vững hiểu rõ trình làm việc xử lý hệ thống • Về thực nghiệm, xây dựng hệ thống trình điều khiển nhiệt độ hệ thống chưa đáp ứng yêu cầu 3.2.2 Phương hướng khắc phục Tìm hiểu sâu module analog PLC nghiên cứu thuật toán cho PID với tham số đáp ứng cho hệ thống 43 [...]... 32 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH • Lưu đồ thuật toán hệ thống MAIN Khởi động hệ thống Đo, điều khiển và cảnh báonhiệt độ T1 Đo, cảnh báo nhiệt độ T2 END Hình2.13 lưu đồ thuật toán • Thuật toán khởi động hệ thống 33 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Khởi động hệ thống S START=1 Đ M0.0 =1 STOP=1 S M0.0=0 Đ END Hình 2.14 Thuật toán khởi động hệ thống • Lưu đồ thuật toán điều khiển và cảnh báo nhiệt độ tại điểm đo... biến: là cảm biến nhiệt độ Thermocouple loại JK và chuyên để đo nhiệt độ trong lò • Khối lò nhiệt là đối tượng cần đo, điều khiển có điểm đo nhiệt độ lò, và nhiệt độ đầu ra của lò , khi nhận thấy giá trị vượt ngưỡng cho phép thì có tín hiệu cảnh báo và thông qua khối giao tiếp người điều khiển có thể đóng/mở van nhiên liệu để thay đổi nhiệt độ trong lò • Khối chương trình là máy tính giám sát, là môi trường... ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Đo và cảnh báo và điều khiển nhiệt độ S M0.0=1 Đ Nhận tín hiệu tự cảm biến và xử lí tín hiệu Đ S Nhiệt độ < 280ºC ? Nhiệt độ > 340ºC S Đ Bật đèn cảnh baó nhiệt độ thấp LA1 Đ Bật đèn cảnh báo áp suất cao HA2 Tăng tỉ lệ mở van M Giảm tỉ lệ mở van M RET Hình 2.15 Lưu đồ thuật toán điều khiển và cảnh báo nhiệt độ tại điểm đo T1 • Lưu đồ thuật toán đo và cảnh báo nhiệt độ tại điểm... kim platinum và chodinum, có Hệ số seebeck là 7V/0C ở 200C 24 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Hình 2.4 Biểu đồ mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp Cặp nhiệt ngẫu cần có vỏ bảo vệ, chống tác nhân bên ngoài Đặt ở nơi thích hợp vì nhiệt không phân bố đều Vị trí lắp đặt: tránh những nơi có từ trường điện trường mạnh Để cặp nhiệt thẳng đứng đề phòng ống bảo vệ bị biến dạng do nhiệt độ cao Dựa vào các phân... biến 23 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH • • • • • Loại J: kết hợp giữa sắt và constantan, trong đó sắt là cực dương constantan là cực âm Hệ số seebeck là 51V/0C ở 200C Loại T: kết hơp giữa đồng với constantan, đồng là cực dương Hệ số seebeck là 40V/0C ở 200C Loại K: kết hợp giữa chromel (+) và alumel (-) Hệ số seebeck là 40V/0C ở 200C Loại E: kết hợp giữa chromel (+) và constantan (-) .Hệ số seebeck là 62V/0C... hành và khâu xử lý trung tâm (ở đây ta sử dụng phần mềm WinCC v7.0 dùng để giám sát và Step7 dùng để quản lý PLC) • Khối van điện từ điều khiển nhiệt độ lò bằng cách đóng mở theo % được điều khiển thông qua PLC 21 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH • Khối module Analog nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ chuyển tín hiệu về PLC 2.2 Chọn thiết bị cho các khối 2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm: Thiết bị điều khiển. .. thông để giao tiếp WinCC là phần tử SCADA trong hệ thống PCS7 của Siemens (là một hệ thống điều khiể 20 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối 2.1.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống • Khối PLC: là khối đọc tín hiệu từ module tương tự (tín hiệu đã được chuyển đổi về dạng số) báo về, xử lý tín hiệu số theo chương trình đã có sẵn trong bộ VXL (ở đây... thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào • Các tham số điều khiển của bộ PID: KP: Tham số khâu tỉ lệ (trong (S)FB41 chính là tham số Gain) TN: Thời gian tích phân (trong (S)FB41 chính là tham số TI) 29 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH TV: Thời gian vi phân (trong (S)FB41 chính là TD) • Khai báo các tham số cần thiết. .. việc của hệ thống lò nhiệt - PV_PER: Tín hiệu hồi tiếp lấy từ PIW256 của module AI - LMN_PER: PQW256 - Tín hiệu điều khiển của bộ PID được xuất ra PQW128 của module AO -LMN : đầu ra điều khiển van theo tỉ lệ % Sơ đồ ghép nối, giao tiếp giữa các thiết bị 2.3.1 Thiết bị giao tiếp máy tính Đa số các thiết bị ngày nay đều có thể giao tiếp với máy tính và các tính năng của máy tính Do đó , mạch điều khiển. .. một pha (điện áp vào 120/230V tần số 50/60 Hz) PS 307 5A: dòng ra 5A, điện áp ra 24V, chống ngắn mạch Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230V tần số 50/60 HZ) PS 307 10A: dòng ra 10A, điện áp ra 24V, chống ngắn mạch Nối với hệ thống AC một pha( điện áp vào 120/230V tần số 50/60 Hz) Module tín hiệu SM (Signal module DI (digital input): Modul mở rộng các cổng vào số, số các cổng vào có thể là ... liệu vào lò đốt, đèn báo nhiệt độ thấp LA1 sáng nhiệt độ lò lớn 280 ºC Hệ thống giám sát điều khiển lò thông qua đóng mở van hỗn hợp nhiên liệu M để lò hoạt động nhiệt độ làm việc 310 ºC Khi nhiệt. .. Đèn cảnh báo T1 nhiệt độ cao ( lớn 340ºC) • HA2: Đèn cảnh báo T2 nhiệt độ cao ( lớn 700ºC) Hoạt động hệ thống: Hoạt động hệ thống sau: ấn START khởi động hệ thống, đèn báo hệ thống RUN sáng,... ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH • Lưu đồ thuật toán hệ thống MAIN Khởi động hệ thống Đo, điều khiển cảnh báonhiệt độ T1 Đo, cảnh báo nhiệt độ T2 END Hình2.13 lưu đồ thuật toán • Thuật toán khởi động hệ thống