Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay sản phẩm công nghiệp đang đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.Đặc biệt là những thành tựu khoa học kỹ thuật lại đang phát triển mạnh mẽ và được áp dụng phổ biến, rộng rãi vào lĩnh vực công nghiệp.Nước ta đang trong thời kỳ quá độ lên chủ nghĩa xã hội vì vây việc áp dụng những thành tựu khoa học của thế giới là mục tiêu công nhiệp hóa và hiện đại hóa nước ta sớm đưa nước ta tiến lên chủ nghĩa xã hội.Là sinh viên nghành cơ điện tử, sau những năm tháng học tập tại trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Chúng em đã nhận thức được ngành cơ điện tử là rất qua trọng và không thể thiếu cho bất kỳ môt lĩnh vực nào, quốc gia nào.Khi đươc giao bài tập lớn, xác định đây là công việc quan trọng để nhằm đánh giá toàn bộ kiến thức mà mình đã tiếp thu, với đề tài “Điều khiển và giám sát nhiệt độ lò”.Đây là một đề tài khá phổ biến nhưng là một sản phẩm của nghành điện.
Đề 1: Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định nhiệt độ, cảnh báo nhiệt độ lò với dải đo: [0 ÷ 1200]oC P C Control STBoard ST ART OP Bộ ĐK I/O R UN T LA T HA Cảm biến Lò Va n% Nhiên liệu Trong đó: PC: Máy tính điều khiển giám sát Bộ ĐK: Trạm điều khiển (PLC, VXL…) Bảng điều khiển chỗ • Các nút ấn START, STOP: để khởi động dừng hệ thống, • Đèn RUN; Báo hệ thống làm việc, • Đèn TLA: cảnh báo mức thấp, • Đèn THA: cảnh báo mức cao MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .5 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Mục đích 1.2.Phương pháp đo .6 1.2.1.Đo nhiệt độ trực tiếp 1.2.2.Đo nhiệt độ gián tiếp 1.3.Tìm hiểu chung PLC 1.3.1.Giới thiệu chung PLC 1.3.2.Cấu trúc, nguyên lý hoạt động PLC 10 1.3.3.Các hoạt động bên PLC 16 1.3.4 Tìm hiểu sơ lược PLC S7-300 SIEMEN 19 1.3.5.GIỚI THIỆU VỀ MODULE ANALOG SM331 .27 1.4 Tìm hiểu HMI(WinCC, OPC) .30 1.4.1 Tìm hiểu WinCC 30 1.4.2 Tìm hiểu OPC 31 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .32 2.1.Lựa chọn thiết bị 32 2.2.Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 33 2.2.1.Xây dựng sơ đồ khối 33 2.2.2.Sơ đồ đấu dây 35 2.3.Xây dựng thuật toán điều khiển 35 2.4.Chương trình điều khiển 36 2.5.Thiết kế giao diên HMI phần mềm WinCC V7.0 .40 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 48 3.1 Kết nghiên cứu lí thuyết: .48 3.2 Kết thực nghiệm 49 PHỤ LỤC: 50 LỜI NÓI ĐẦU Hiện sản phẩm công nghiệp đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân.Đặc biệt thành tựu khoa học kỹ thuật lại phát triển mạnh mẽ áp dụng phổ biến, rộng rãi vào lĩnh vực công nghiệp.Nước ta thời kỳ độ lên chủ nghĩa xã hội vây việc áp dụng thành tựu khoa học giới mục tiêu công nhiệp hóa đại hóa nước ta sớm đưa nước ta tiến lên chủ nghĩa xã hội Là sinh viên nghành điện tử, sau năm tháng học tập trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội - Chúng em nhận thức ngành điện tử qua trọng thiếu cho môt lĩnh vực nào, quốc gia Khi đươc giao tập lớn, xác định công việc quan trọng để nhằm đánh giá toàn kiến thức mà tiếp thu, với đề tài “Điều khiển giám sát nhiệt độ lò”.Đây đề tài phổ biến sản phẩm nghành điện Trong trình làm việc, với trình độ non trẻ kiến thức kinh nghiệm thực tiễn nên chúng em tránh sai sót Do chúng em mong muốn bảo thêm thầy đóng góp bạn bè để chúng em hoàn thiện Chúng em xin trân thành cảm ơn ! CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Mục đích Trong khuôn khổ đề tài ứng dụng PLC để đo, điều khiển cảnh báo nhiệt độ cần giải vấn đề sau: - Tìm hiểu chung PLC loại PLC sử dụng - Tìm hiểu module mở rộng cho PLC sử dụng đề tài - Tìm hiểu loại cảm biến Alalog dùng để đo nhiệt độ loại sử dụng - Xây dựng thuật toán điều khiển chương trình điều khiển * Phương pháp nghiên cứu: Do đặc thù tập lớn nên việc hoàn thành sản phẩm chạy thực tế gặp nhiều khó khăn Chúng em chọn phương án nghiên cứu dựa tài liệu kiến thức mạng kết hợp với kiến thức học môn học để hoàn thiện phần lý thuyết tập lớn, kết hợp mô phần dựa phần mềm mô máy tính 1.2.Phương pháp đo Ngày thị trường có nhiều loại cảm biến nhiệt độ dựa nhiều nguyên lý đo khác nhau; tìm loại cảm biến phù hợp với điều kiện yêu cầu điều không dễ dàng Trong khuôn khổ đồ án chúng em giới thiệu sơ lược số loại cảm biến đo nhiệt độ loại cảm biến chọn đồ án 1.2.1.Đo nhiệt độ trực tiếp a Cặp nhiệt điện Cặp nhiệt điện chế tạo dựa hiệu ứng nhiệt điện 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 điện Cụ thể, chênh lệch nhiệt độ hai bên kết nối sinh hiệu điện hai bên kết nối ngược lại Bằng cách đo tính toán hiệu điện người ta tính nhiệt độ vật cần đo b Nhiệt điện trở kim loại Điện trở vật dẫn thay đổi theo nhiệt độ: Trong đó: l : chiều dài dây dẫn [m] A : tiết diện dây dẫn [m2] Ρ : điện trở suất [Ωm] Như điện trở dây dẫn kim loại thay đổi nhiệt độ thay đổi, thay đổi gần tuyến tính, người ta dung mạch điện để đo thay đổi điện trở này, từ tính thay đổi tương ứng nhiệt độ vật cần đo 1.2.2.Đo nhiệt độ gián tiếp a Nhiệt kế hồng ngoại Nhiệt kế hồng ngọai (IRT) gồm có thành phần: - Ống dẫn sóng (waveguide) để thu gom lượng phát từ bia (target) - Cảm biến có tác dụng chuyển đổi lượng sang tín hiệu điện - Bộ điều chỉnh độ nhạy để phối hợp phép đo thiết bị hồng ngọai với số xạ vật thể đo - Một mạch cảm biến bù nhiệt để đảm bảo thay đổi nhiệt độ phía bên thiết bị không bị truyền đến ngõ Bộ phận nhiệt kế hồng ngoại cảm biến nhiệt điện Với cảm biến lượng xạ hồng ngoại hấp thụ chuyển thành tín hiệu điện Tín hiệu điện hiển thị hình tinh thể lỏng theo tỉ lệ qui đổi đổi tính hiệu Analog để truyền thiết bị điều khiển (PLC, vi điều khiển…) Trong đề tài chúng em chọn nghiên cứu cặp nhiệt điện để đo trực tiếp nhiệt độ lò sấy 1.3.Tìm hiểu chung PLC 1.3.1.Giới thiệu chung PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controlle, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau : - Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học - Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa - Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp - Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp - Giao tiếp với thiết bị thông minh khác : máy tính, nối mạng, mô Modul mở rộng - Giá cạnh tranh Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối Logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dể dàng cho PLC mà bảo đảm tốc độ xử lý giá … Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm , định thời , ghi dịch … sau chức làm toán máy lớn … Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều Trong PLC, phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực viêc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức qui trình công nghệ , ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dể dàng mà không cần can thiệp vật lý so với dây nối hay Relay Hiện với phát triển ngành công nghiệp điện tử cho phép chế tạo hệ vi xử lý liên tiếp, dựa sở vi xử lý, điêu khiển logic có khả nẳng lập trình (PLC) đời, cho phép khắc phục nhiều nhược điểm hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC trở nên phổ biến công nghiệp tự động hoá Có thể liệt kê ưu điểm việc sử dụng PLC gồm: - Giảm bớt việc đấu nối dây thiết kế hệ thống, giá trị logic nhiệm vụ điều khiển thực chương trình thay cho việc đấu nối dây - Tính mềm dẻo cao hệ thống - Bộ nhớ: Cổng ngắt đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm - Hệ điều hành Bộ đếm vào – Bộ định thời Bộ đếm Bit Cổng vào Onboard Quản lý ghép nối Bus PLC - Bộ nhớ vào ra: + Khố i vi xửlý trung tâm + Hệ điề u hành Bộ đ ế m vào-ra Cổ ng vào Onboard Bộ đ ị nh thời Bộ đế m Bit Bus củ a PLC Quả n lý ghép nố i Cổ ng ngắ t đế m tố c độ cao Nguyên lý chung cấu trúc PLC 1.3.2.Cấu trúc, nguyên lý hoạt động PLC a Cấu trúc Tất PLC có thành phần :Một nhớ chương trình RAM bên ( 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 10 2.4.Chương trình điều khiển Chương trình điều khiển xây dựng Step7 MicroWin v5.5 36 37 38 39 2.5.Thiết kế giao diên HMI phần mềm WinCC V7.0 a Khởi động dự án tạo biến tag • Khởi động Từ hình máy tính nhấp đúp biểu tượng WinCC – Đánh dấu mục “Single-User Project” – Nhập tên dự án vào ô “Name” – Ok • Tạo tag - Trên giao diện chương trình vừa khởi động nhấp chuột phải mục “Tag Management” – Add new driver – Chọn “SIMATIC S7 Protocol Suite.chn” – Open 40 - Nháy dúp dòng SIMATIC S7 Protocol Suite – MPI – Chọn phải - chuột(MPI) dòng New driver connection – đặt tên kết nối – ok Nháy đúp vào kết nối vừa tạo – Chọn phải chuột – New tag – Nhập tên biến cần tag vào ô Name, Kiểu liệu ô DataType 41 - Nhấp Select để chọn địa tag Sau hoàn thành bước tạo tag ta thu biến hình sau Giao diện biến tag cần sử dụng 42 b Lập trình giao diện HMI - Từ menu bên trái giao diện WinCC chọn Tên dự án tạo – chọn dòng “Graphics Designer” – Chuột phải chọn – New Picture – Đặt tên – ok • Lấy chi tiết - Chọn View – Library – Xuất hộp thoại library – tiến hành chọn thiết bị cần thiết kéo giữ giao diện thiết kế 43 - Các thiết bị tập lớn bao gồm Pipes, Fire 6, Tank1, Sensor, - Các nút nhấn Button, Elipse Sau hoàn thành bước lấy thiết bị ta thu hình ảnh sau 44 - Tiến hành tạo kết nối tag hiệu ứng cho thiết bị thiết bị - tương ứng Sau hoàn thành ta tiến hành cấu hình hệ thống WinCC S7300 để chạy thử nghiệm 45 Một số hình ảnh thu chạy - Hình ảnh ấn nút Start Hệ thống máy bơm hoạt động(nhấp nháy) đèn báo Start sáng, đèn cảnh báo nhệt độ thấp đèn báo làm việc sáng 46 Hình ảnh nhiệt độ cao cảm biến T1 - Đèn start báo hệ thống làm việc, động bơm tắt(không nhấp nháy), HA1 sáng cảnh báo nhiệt độ cao >3400C Hình ảnh T2 cảnh báo nhiệt độ cao T2 47 - HA2 Sáng, động ngừng làm việc(Không nháy) Hình ảnh nhấn nút Stop - Đèn stop sáng báo hệ thống ngừng làm việc CHƯƠNG III: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 3.1 Kết nghiên cứu lí thuyết: - Tìm hiểu cấu trúc, nguyên lý hoạt động PLC - Tìm hiểu nguyên số phương pháp đo nhiệt độ sử dụng thực tế - Tìm hiểu sở lý thuyết chuyển đổi ADC, ứng dụng vào module mở rộng SM331 - Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động module SM331, cách ghép nối module với PLC cách đọc giá trị từ module PLC - Tìm hiểu phương pháp lập trình PLC phần mềm Step Micro Win việc mô PLC phần mềm PLC Simulator 48 3.2 Kết thực nghiệm Do đặc thù đồ án kinh phí có hạn sinh viên nên nhóm chưa thể tiến hành thực nghiệm đồ án thực tế Do kết thực nghiệm hạn chế 49 PHỤ LỤC: Tham khảo Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Vũ, Vũ Vân Hòa, 2000 Tự dộng hóa với SIMATIC S7-300 – Nhà xuất Khoa học kỹ thuật SIMATIC S7-300 Điều khiển hệ thống(Systemhandlin), 2000 Đại hoc sư phạm kỹ huật Trung Tâm Việt Đức Bộ môn Điện- Điện tử Hãng Siemens, Simatic’Manual Gáo trình hệ thống điều khiển phân tán Th.s Hoàng Minh Sơn Các nguồn datasheet, tài liệu mạng internet http://wwww.ad.Siemens.de/ 50 [...]... hành xây dựng, nghiên cứu đồ án: - PLC S7 300 - Module mở rộng Alalog SM331: đầu vào tương, 8AI, độ phân giải 12 bits - Cảm biến nhiệt độ E52-CA35C D= 10 Cho T1, dải đo 0~ 7 50 0C và cảm biến E52-CA50C D=22 cho T1 loại K, dải đo 0~ 900 0C (tham khảodatasheet phần phụ lục trang 15) - Thông số chính của cảm biến nhiệt hồng ngoại: - Nguồn cấp 12~24VDC ± 10% , dòng tiêu thụ tối đa 70mA - Tầm đo nhiệt độ 0~ 7 50 và... PLC sẽ so sánh giá trị đọc được với các giá trị định ngưỡng để xuất tín hiệu điều khiển đèn cảnh báo và điều khiển động cơ tương ứng 33 Module SM331 PLC S7- 300 Điều khiển burner 34 2.2.2.Sơ đồ đấu dây Bổ sung sau, trừ 1 mặt giấy 2.3 .Xây dựng thuật toán điều khiển On VAN LED RUNOn Off VAN Off VAN 35 Kết thúc 2.4.Chương trình điều khiển Chương trình điều khiển được xây dựng trên Step7 MicroWin v5.5 36... và 0~ 900 độ C, cấp chính xác ±1% FS - Ngõ ra analog 4-20mA, tổng trở tối đa 2 50 - Sử dụng ánh sáng hồng ngoại bước sóng 8~16 .0 μm, thời gian đáp ứng 100 ms 32 2.2 .Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 2.2.1 .Xây dựng sơ đồ khối Khi có tín hiệu điều khiển từ bảng điều khiển, PLC tiến hành đọc s7 300 đọc tín hiệu alalog từ cảm biến thông qua module mở rộng SM331 để tính toán để tính ra giá trị mức nước trong. .. lệnh 0. 3us , tích hợp sẵn 512DI/DO CPU M7: RS232,MPI 64KB SRAM 8/ Các loại Function Module : FM 300 : Controller Module: FM 355C PID Module: Module điều khiển PID ,4 kênh điều khiển PID ,4AI + 8DI+4AO FM 355S PID Module: Module điều khiển PID ,4 kênh điều khiển PID ,4AI + 8DI +8DO FM 355 Temperature Controller: Module điều khiển nhiệt độ 4 kênh 4AI + 8DI + 4AO FM 355 Temperature Controller: Module điều khiển. .. Module điều khiển nhiệt độ 4 kênh 4AI + 8DI + 8DO M7 Application Module: 4MB,RS232,64KB Sram CAM Controller : FM352 CAM Module : 1 kênh điều khiển CNC Controller : NCU 5 70 FM-NC : Điều khiển CNC Counter Module : FM3 50- 1 Counter Module : Module đếm ở tốc độ cao 1 kênh FM3 50- 2 : Module đếm ở tốc độ cao 8 kênh Possition Module : Module điều khiển vị trí FM351 FIXED SPEED POS : Module điều khiển vị trí FM353... để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần Ngoài ra S7- 300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc Modul,nghĩa là đối với S7- 300 sẽ có những Modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt như Modul PID,Modul Đọc xung tốc độ cao… * Thiết bị điều khiển Logic khả trình: 1/ PLC ( Progranable Logic Control) : Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC Là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều. .. Các Modul điều khiển riêng,như điều khiển Servo ,điều khiển PID…… - CP( Communication Module):Module truyền thông 4/ Tín Hiệu: Thông thường có 2 tín hiệu Tín hiệu số: Tín hiệu mức 1 hoặc mức 0 ( true hoặc False), Vd: I0 .0, Q0 .0 Tín hiệu tương tự : Là tín hiệu analog được đọc từ các Modul analog Vd : PIW256… 5/Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ: a/Kiểu Bool: True hoặc False ( 0 hoặc 1) VD: M0 .0 b/Kiểu Byte... kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 200 0 ÷1 600 0 dòng lệnh Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM - Các ngỏ vào ra I / O Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra (các đầu ra của PLC) Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý là 12/24VDC hoặc 100 /240VAC Mỗi đơn vị... Fstepper Motor : Module điều khiển động cơ bước 4DI + 4DO FM354 F Servo Motor : Module điều khiển động cơ Servo 4DI + 4DO Modul Nguồn :Có 3 loại Modul nguồn 10A,5A,2A PS 307 Modul Rack : Chọn Rack (Rail) để định dạng cho cấu hình phần cứng Modul SM 300 : Bao gồm các loại Modul : Modul Analog Input (AI): Modul đọc 2 kênh,đọc 8 kênh với các loại tín hiệu khác nhau như dòng :4-20mA (theo cách đấu 2 dây... lí ,hệ điều hành ,bộ nhớ ,các bộ thời gian,bộ đếm,cổng truyền thông (RS485)… Và có thể còn có một vài cổng vào ra số.Các cổng vào ra số trên CPU được gọi là cổng vào ra Onboard Trong họ PLC S7_ 300 có nhiều loại CPU khác nhau : CPU 312,CPU 314 ,CPU 315… Những Modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lí ,nhưng khác nhau về cổng vào ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệttích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều