BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ VÕ SỸ PHƯƠNG NAM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (Ngành: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt) Nha Trang, 6– 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ VÕ SỸ PHƯƠNG NAM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (Ngành: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Hữu Nghĩa Ths Nguyễn Văn Định Nha Trang, – 2017 MỤC LỤC TRANG BÌA PHỤ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG MỞ ĐẦU 10 1.1 Đặt vấn đề 10 1.2 Nhiệm vụ đề tài 11 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 11 1.4 Đối tượng nghiên cứu 11 1.5 Nội dung nghiên cứu 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN 12 2.1 TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 12 2.1.1 Khái niệm lò 12 2.1.2 Lịch sử hình thành phát triển lò 13 2.1.3 Phân loại lò 16 2.1.3.1 Theo mục đích sử dụng 16 2.1.3.2 Theo chiều chuyển động tương đối sản phẩm cháy nước lò 18 2.1.3.3 Theo sản lượng (D) 18 2.1.3.4 Theo áp suất (P) 18 2.1.3.5 Theo chế độ chuyển động nước lò 18 2.1.3.6 Dựa theo cách đốt nhiên liệu 19 2.1.4 Một số ứng dụng lò 19 2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 20 2.2.1 Sơ lược PLC S7-1200 20 2.2.1.1 PLC 20 2.2.1.2 Giới thiệu họ PLC S7-1200 hãng SIEMENS 20 2.2.2 So sánh PLC với hệ thống điều khiển khác 21 2.2.2.1 PLC với hệ thống điều khiển Relay 21 2.2.2.2 PLC với máy tính 22 2.2.2.3 PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer) 22 2.2.2.4 Lợi ích việc sử dụng PLC 23 2.2.3 Cấu trúc phần cứng PLC S7-1200 23 2.2.3.1 Module CPU 25 2.2.3.2 Các module mở rộng 26 2.2.4 Phần mềm STEP Professional 26 2.2.4.1 Chức phần mềm STEP 26 2.2.4.2 Ngôn ngữ lập trình 27 2.2.5 Một số lệnh PLC 27 2.2.5.1 Lệnh bit logic 27 2.2.5.2 Lệnh Timer 29 2.2.5.3 Lệnh Counter 32 2.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI 34 2.3.1 Điều khiển mức nước 34 2.3.1.1 Dạng điều khiển bật/tắt (ON/OFF) 34 2.3.1.2 Bộ điều khiển mức dạng điều chỉnh 36 2.3.2 Điều khiển áp suất sinh 37 2.3.3 Điều khiển trình cháy 41 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI 45 3.1 Nguyên lý cấu tạo lò ống lò - ống lửa 45 3.2 Nguyên lý làm việc lò ống lò - ống lửa 46 3.3 Yêu cầu điều khiển tự động hóa cho lò ống lò - ống lửa 47 3.3.1 Điều khiển mức nước lò 47 3.3.2 Điều khiển áp suất sinh 49 3.4 Ứng dụng PLC vào điều khiển lò 50 3.4.1 Chọn module PLC 50 3.4.2 Lập trình chương trình điều khiển PLC S7-1200 54 3.4.2.1 Các bước để viết chương trình điều khiển phần mềm STEP 54 3.4.2.2 Viết chương trình để lập trình điều khiển hệ thống 58 CHƯƠNG THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 64 4.1 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển lò dùng PLC S7-1200 64 4.1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị điều khiển 64 4.1.2 Chức thiết bị sơ đồ 65 4.2 Dụng cụ cần thiết để lắp đặt mô hình 68 4.3 Lắp đặt mô hình 70 4.3.1 Ống thủy 71 4.3.2 Rơle điều chỉnh áp suất 72 4.3.3 Một số thiết bị khác 73 4.4 Vận hành thử, kiểm tra sửa lỗi 75 4.4.1 Chạy thử mô hình 75 4.4.2 Kiểm tra sửa lỗi 81 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 5.1 Kết luận 83 5.2 Kiến nghị 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Khái niệm lò 13 Hình 2.2 Lò ống lò 14 Hình 2.3 Lò ống lò ống lửa 14 Hình 2.4 Lò ống nước chữ D 15 Hình 2.5 Lò nhà máy nhiệt điện 16 Hình 2.6 Lò dùng công nghiệp 17 Hình 2.7 Lò tàu thủy 17 Hình 2.8 Phần cứng CPU S7-1200 24 Hình 2.9 Các cảm biến mức nước dạng đầu dò 35 Hình 2.10 Các cảm biến mức nước dạng phao 36 Hình 2.11 Sơ đồ điều khiển mức nước lò dạng điều chỉnh 37 Hình 2.12 Lắp đặt công tắc áp suất bao lò .38 Hình 2.13 Hệ thống điều khiển lò 40 Hình 2.14 Bộ lập trình lửa đảm bảo an toàn 42 Hình 2.15 Trình tự điều khiển trình cháy lò đốt khí 44 Hình 3.1 Cấu tạo lò ống lò ống lửa 45 Hình 3.2 Lò ống lò - ống lửa 46 Hình 3.3 Sơ đồ điều khiển mức nước lò .48 Hình 3.4 Sơ đồ điều khiển áp suất sinh lò 49 Hình 3.5 PLC S7-1200 sơ đồ chân đấu 51 Hình 3.6 Cấu tạo mặt trước module .52 Hình 3.7 Sơ đồ chân đấu nối module .53 Hình 3.8 Quá trình điều khiển bơm nước (chạy/dừng) 59 Hình 3.9 Quá trình điều khiển béc đốt cho lò (chạy/ngừng) 60 Hình 3.10 Quá trình báo cố hụt nước lò 61 Hình 3.11 Quá trình báo cố mức nước cao lò 62 Hình 3.12 Quá trình Reset hệ thống báo động cố 63 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thiết bị điều khiển lò công nghiệp PLC S7-1200 64 Hình 4.2 Máy khoan cầm tay 68 Hình 4.3 Tua vít 69 Hình 4.4 Kềm tuốt dây điện 69 Hình 4.5 Mô hình điều khiển mức nước áp suất lò .70 Hình 4.6: Bình nước lắp đặt cảm biến mức nước 71 Hình 4.7 Rơle áp suất kép 72 Hình 4.8 Bật CB lên chế độ ON 75 Hình 4.9 Bật công tắc qua chế độ ON 76 Hình 4.10 Hệ thống báo động thiếu nước bình (lò) .76 Hình 4.11 Contactor bơm nước chạy 77 Hình 4.12 Contactor bơm nước dừng đạt 78 Hình 4.13 Hệ thống báo động mức nước cao 79 Hình 4.14 Contactor béc đốt ngừng đủ áp suất 80 Hình 4.15 Contactor béc đốt chạy chưa đủ áp suất 81 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Bảng thông số kiểu liệu Timer 31 Bảng 2.2: Bảng giá trị TIME 31 Bảng 2.3: Bảng thông số kiểu liệu Counter .33 Bảng 3.1 Khai báo đầu vào/ra PLC .58 Bảng 4.1 Các thiết bị mô hình .73 Bảng 4.2 Bảng lỗi, nguyên nhân cách khắc phục 82 LỜI CẢM ƠN Sau bốn năm học trường Đại học Nha Trang, đến giai đoạn cuối chương trình đào tạo trường thực đồ án tốt nghiệp đại học Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí toàn thể Thầy, Cô giáo tham gia giảng dạy suốt bốn năm qua Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, nhận giúp đỡ vô quý giá từ Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí, bảo, sẵn sàng giúp đỡ Thầy Cô môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh Cảm ơn Thầy Cô môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh hỗ trợ kinh phí để giúp đỡ thực đồ án tốt nghiệp hoàn thiện mô hình Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lời biết ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Hữu Nghĩa thầy Nguyễn Văn Định trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo, tạo điều kiện tốt cho hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Cha, Mẹ, Anh Chị, tất người bạn giúp suốt chặng đường học tập suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp, cho động lực để hoàn thành khóa học đề tài tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn ! Nha Trang, tháng năm 2017 Sinh viên thực Võ Sỹ Phương Nam 71 4.3.1 Ống thủy - Thiết bị ống thủy quan trọng việc vận hành lò Để đảm bảo mức nước lò ổn định để không xảy cố nghiêm trọng mức nước - Ở đây, ta dùng bình chứa nước làm ống thủy chân cảm biến mức nước lò dùng ống đồng đấu nối với nguồn 24VDC PLC để lấy tín hiệu đầu vào điều khiển mức nước cho phù hợp Hình 4.6: Bình nước lắp đặt cảm biến mức nước Chú thích: – Chân lấy nguồn 24VDC PLC để nhận truyền tín hiệu PLC – Chân cảm biến mức nước cực thấp bình (lò) 72 – Chân cảm biến mức nước thấp bình (lò) – Chân cảm biến mức nước cao vừa bình (lò) – Chân cảm biến mức nước cực cao bình (lò) 4.3.2 Rơle điều chỉnh áp suất - Ngoài việc điều khiển mức nước lò ổn định điều khiển đầu đốt lò phải quan tâm thông qua áp suất sinh balong - Áp suất sinh đấu nối với nguồn 24VDC PLC để nhận truyền tín hiệu để đóng ngắt đầu đốt cho phù hợp nhằm tiết kiệm nhiên liệu đảm bảo an toàn cho hệ thống người vận hành lò Hình 4.7 Rơle áp suất kép Chú thích: – Chân lấy nguồn 24VDC PLC để nhận truyền tín hiệu PLC – Chân cảm biến áp suất cao sinh lò để truyền tín hiệu điều khiển PLC để điều khiển béc đốt 73 4.3.3 Một số thiết bị khác Bảng 4.1 Các thiết bị mô hình Tên thiết bị Công dụng Thiết bị đóng ngắt Dùng cấp nguồn 220V (CB 40A) cho PLC Số lượng Dùng để mô hoạt động của: Contactor 220V Bơm nước Béc đốt Rơle trung gian Dùng để làm tiếp điểm 24VDC phụ để đóng Contactor Hình ảnh 74 Công tắc ON-OFF Đèn báo Chuông báo Dây cáp mạng LAN Dùng để mô công tắc chung hệ thống Báo hiệu thiết bị hoạt động Báo động có cố Kết nối PLC với máy tính để nạp chương trình 1 75 Dây điện Đôminô Đấu nối thiết bị điện Dùng để đấu điện dễ dàng 4.4 Vận hành thử, kiểm tra sửa lỗi Sau lắp đặt hoàn thiện mô hình mô điều khiển lò ta bắt đầu tiến hành chạy thử để kiểm tra sửa lỗi nhằm hoàn thiện xác 4.4.1 Chạy thử mô hình - Bật CB cấp nguồn cho PLC: khởi động PLC sẵn sàng hoạt động, thể Hình 4.8 Hình 4.8 Bật CB lên chế độ ON 76 - Bật công tắc chung hệ thống qua chế độ ON đèn sáng thể hệ thống sẵn sàng, thể Hình 4.9 OFF ON Hình 4.9 Bật công tắc qua chế độ ON - Thử mức nước bình nếu: + Mức nước bình vị trí cực thấp (I0.3 = 0) hệ thống ngừng hoạt động tất hệ thống báo động báo cho người vận hành khắc phục cách cấp nước vào, thể Hình 4.10 Hình 4.10 Hệ thống báo động thiếu nước bình (lò) 77 + Mức nước chưa đạt tới vị trí cao (I0.1 = I0.2 = 0) bình bơm nước chạy để cấp nước (Contactor mô bơm nước đóng đèn báo sáng), thể Hình 4.11 Hình 4.11 Contactor bơm nước chạy + Mức nước đạt tới vị trí cao (I0.2 = 1) bình bơm nước dừng (Contactor mô bơm nước ngắt đèn báo tắt), thể Hình 4.12 78 Hình 4.12 Contactor bơm nước dừng đạt + Mức nước vị trí cực cao (I0.4 = 1) bình dừng hệ thống, chuông đèn báo động bật lên báo hiệu cho người vận hành, thể Hình 4.13 79 Hình 4.13 Hệ thống báo động mức nước cao - Thử áp suất rơle áp suất: + Mức áp suất cao đến bar (I0.5 =1) béc đốt ngừng (Contactor mô béc đốt ngắt đèn báo tắt), thể Hình 4.14 80 Hình 4.14 Contactor béc đốt ngừng đủ áp suất + Mức áp suất giảm thấp xuống nhỏ bar (I0.5 = 0) béc đốt chạy liên tục để sinh (Contactor mô béc đốt chạy đèn báo sáng), thể Hình 4.15 81 Hình 4.15 Contactor béc đốt chạy chưa đủ áp suất 4.4.2 Kiểm tra sửa lỗi Trong trình lắp đặt sai sót nên trình chạy thử gặp số vấn đề bị lỗi nhỏ cần khắc phục 82 Bảng 4.2 Bảng lỗi, nguyên nhân cách khắc phục STT Lỗi Nguyên nhân Khắc phục lỗi Phần mềm không tích Cài đặt phần mềm hợp so với module thích hợp với module PLC PLC Đèn báo 24VDC không Không lấy nguồn Kiểm tra lấy nguồn sáng vào lại Bị hỏng cuộn dây Thay contactor khác Không nạp chương trình vào module PLC Contactor mô béc đốt không đóng/ngắt Không nhận tín hiệu đầu vào mức nước Thêm muối I-ốt vào Nước thường dẫn điện nước để tăng cường nên bị sụt áp trình dẫn điện ống đồng Sau kiểm tra khắc phục số lỗi nhỏ đó, cuối hoàn thiện mô hình điều khiển mức nước áp suất cách tự động lập trình PLC SIMATIC S7-1200 83 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nỗ lực thân hỗ trợ, giúp đỡ nhiệt tình GVHD TS Nguyễn Hữu Nghĩa Th.S Nguyễn Văn Định, xây dựng mô hình điều khiển mức nước áp suất lò lập trình PLC S7-1200 điều khiển được: - Mức nước thấp vừa  Bơm chạy - Mức nước cao vừa  Bơm dừng - Mức nước thấp  Dừng bơm, dừng béc đốt báo cố - Mức nước cao  Dừng béc đốt báo cố - Áp suất thấp mức cài đặt  Béc đốt chạy - Áp suất cao mức cài đặt  Béc đốt dừng 5.2 Kiến nghị Mặc dù hoàn thành đề tài “Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển lò công nghiệp” nhiều hạn chế, thiếu sót Tôi mong sau đề tài có thêm nhiều mô hình khác ứng dụng lập trình PLC S7-1200 nhiều hơn, rộng rãi hoàn thiện cho thiết bị lạnh nói chung lò công nghiệp nói riêng ngành Nhiệt Lạnh Và mong rằng, đề tài tạo tiền đề để có thêm số mô hình có ứng dụng lập trình PLC S7-1200 như: - Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ số không khí thừa lò công nghiệp - Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống xả cặn cho lò cấp đến nơi sử dụng 84 - Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 để kiểm soát nhiên liệu cấp cho lò công nghiệp - Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống điều hòa không khí, hệ thống cấp đông Và số ứng dụng khác PLC S7-1200 vào ngành Nhiệt – Lạnh Mô hình đồ án cần tiếp tục hoàn thiện để làm mô hình thực tập cho sinh viên khóa 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Hiếu (2011) Tự động hóa PLC S7-1200 với Tia Portal, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Trần Thanh Kỳ (1990) Thiết kế lò hơi, Trường đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh Vũ Mạnh Lai (2013) Khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển thổi bụi lò cho nhà máy nhiệt điện SIMACTIC S7-300, Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật, Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghiệp Nguyễn Hữu Nghĩa (2010) Lò công nghiệp, Trường đại học Nha Trang Nguyễn Thương Ngô (2007) Lý thuyết điều khiển tự động thông thường đại, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Nguyễn Xuân Thủy (2015) Lập trình PLC S7-1200, Đồ án học phần 2A, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Nguyễn Trọng Hiếu, Phạm Văn Huy (2016) Vi điều khiển ứng dụng – Arduino dành cho người tự học, Nhà xuất Bách khoa Hà Nội Đặng Văn Tuệ, Phan Văn Phùng, Phạm Văn Tuấn,Vũ Hồng Phong, Vũ Đức Hà (2016) Ứng dụng PLC S7-1200 thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển giám sát trạm biến áp hạ áp, Đề tài nghiên cứu, Trường Đại học Sao Đỏ Nhiều tác giả (2009) Tự động điều khiển trình Nhiệt – lạnh, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.HCM 10 Website: https://support.industry.siemens.com/cs/document http://www.tpnewtech.com/tin-cong-nghe-plc/gioi-thieu-plc-s7-1200/361/458 ... tài Nghiên cứu ứng dụng PLC S7- 1200 để điều khiển lò công nghiệp với trợ giúp GVHD TS Nguyễn Hữu Nghĩa Th.s Nguyễn Văn Định 11 1.2 Nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu ứng dụng PLC S7- 1200 để điều khiển. .. STEP 1.5 Nội dung nghiên cứu Mở đầu Tổng quan lò công nghiệp, PLC S7- 1200 hệ thống điều khiển lò Ứng dụng PLC điều khiển cho lò công nghiệp Thiết kế, lắp đặt mô hình thiết bị điều khiển Kết luận... ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ VÕ SỸ PHƯƠNG NAM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7- 1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (Ngành: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS