ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ MÔ HÌNH BỒN GIA NHIỆT SỬ DỤNG PLC S7-300

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ MÔ HÌNH BỒN GIA NHIỆT SỬ DỤNG PLC S7-300

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 điện - điện tử, sau những năm tháng học tập tại trường Đại Học SưPhạmKỹThuậtTp.HCM- 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 độbồn (lò)”.Đây là một đề tài khá phổ biến nhưng là một sản phẩm của nghành điện.

Trong quá trình làm việc, với trình độ còn non trẻ về kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn nên chúng em không thể tránh được những sai sót. Do đó chúng em rất mong muốn đưchỉ bảo thêm của các thầy và đóng góp của bạn bè để chúng em hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Mục đích

Trong khuôn khổ đề tài ứng dụng PLC để đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ chúng ta cần giải quyết được những vấn đề sau:

-    Tìm hiểu chung về PLC và loại PLC được sử dụng

-    Tìm hiểu về các module mở rộng cho PLC được sử dụng trong đề tài

-    Tìm hiểu về các loại cảm biến Alalog dùng để đo nhiệt độ và loại được

sử dụng

-    Xây dựng thuật toán điều khiển và chương trình điều khiển.

* Phương pháp nghiên cứu:

Do đặc thù của bài tập lớn nên việc hoàn thành sản phẩm và chạy thực tế sẽ gặp nhiều khó khăn. Chúng em chọn phương án nghiên cứu dựa trên các tài liệu và kiến thức trên mạng kết hợp với kiến thức học được của môn học để hoàn thiện phần lý thuyết của bài tập lớn, kết hợp mô phỏng từng phần dựa trên phần mềm mô phỏng trên máy tính.

1.2. Phương pháp đo.

Ngày nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ dựa trên nhiều nguyên lý đo khác nhau; tìm được một loại cảm biến phù hợp với điều kiện và yêu cầu là một điều không dễ dàng. Trong khuôn khổ đồ án chúng em sẽ giới thiệu sơ lược về một số loại cảm biến đo nhiệt độ và loại cảm biến được chọn trong đồ án.

1.2.1.Đo nhiệt độ trực tiếp.

a. Cặp nhiệt điện.

Cặp nhiệt điện được chế tạo dựa trên hiệu ứng nhiệt điện. Hiệu ứng nhiệt điện, hay hiệu ứng Peltier-Seebeck, là sự chuyển nhiệt năng trực tiếp thành điện năng và ngược lại, trên một số kết nối giữa hai vật dẫn điện khác nhau. Kết nối này thường gọi là cặp nhiệt điện. Cụ thể, chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên kết

............................

Như vậy điện trở của một dây dẫn kim loại sẽ thay đổi khi nhiệt độ của nó thay đổi, sự thay đổi này gần như là tuyến tính, người ta sẽ dung mạch điện để đo được sự thay đổi về điện trở này, từ đó tính được sự thay đổi tương ứng về nhiệt độ vật cần đo.

1.2.2.Đo nhiệt độ gián tiếp.

a. Nhiệt kế hồng ngoại.

Nhiệt kế hồng ngọai (IRT) cơ bản gồm có 4 thành phần:

-    Ông dẫn sóng (waveguide) để thu gom năng lượng phát ra từ bia (target)

-    Cảm biến có tác dụng chuyển đổi năng lượng sang tín hiệu điện

-    Bộ điều chỉnh độ nhạy để phối hợp phép đo của thiết bị hồng ngọai với

chỉ số bức xạ của vật thể được đo.

-    Một mạch cảm biến bù nhiệt để đảm bảo sự thay đổi nhiệt độ phía bên trong thiết bị không bị truyền đến ngõ ra.

Bộ phận chính của nhiệt kế hồng ngoại là bộ cảm biến nhiệt điện. Với bộ cảm biến này năng lượng của bức xạ hồng ngoại sẽ được hấp thụ và chuyển thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này sẽ hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng theo một tỉ lệ đã được qui đổi hoặc được đổi ra tính hiệu Analog để truyền về thiết bị điều khiển (PLC, vi điều khiển...)

Trong đề tài này chúng em chọn nghiên cứu cặp nhiệt điện để đo trực tiếp nhiệt độ trong lò sấy.

..............

khiển với quá trình tự động hoá. Những thành phần dễ sử dụngcủa WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoạc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào.

-    Đặc biệt với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng.

-    Phần mềm này có thể trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như: SIEMENS, MITSUBISHI, ALLEN BRADLEY,... , nhưng nó truyền thông rất tốt với PLC của hãng SIEMENS. Nó dược cài đặt trên máy và tính giao tiếp với

PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS-232) của máy tính. Do đó, cần phải có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC.

-    WinCC còn có đặc điểm là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu càu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ

................

lệnh đếm , định thời , thanh ghi dịch ... sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn ... Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn.

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay .

Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kê các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm:

-    Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây.

-    Tính mềm dẻo cao trong hệ thống.

-    Bộ nhớ: Cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm.

-    Hệ điều hành Bộ đếm vào - ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra Onboard Quản lý ghép nối Bus của PLC - Bộ nhớ vào ra:

MỤC LỤC

MỤC LỤC.............................................................................................................3

LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................5

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................6

1.1. Mục đích..........................................................................................................6

1.2. Phương pháp đo...............................................................................................6

1.2.1. Đo nhiệt độ trực tiếp.....................................................................................6

1.2.2. Đo nhiệt độ gián tiếp....................................................................................7

1.3.Tìm hiểu chung về PLC...................................................................................8

1.3.1. Giới thiệu chung về PLC..............................................................................8

1.3.2. Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC.....................................................10

1.3.3 .Các hoạt động bên trong PLC....................................................................16

1.3.4    Tìm hiểu sơ lược về PLC S7-300 của 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 trên phần mềm WinCC V7.0.................................40

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI.....................................................................48

3.1.    Kết quả nghiên cứu lí thuyết:.......................................................................48

3.2.    Kết quả thực nghiệm....................................................................................49

PHỤ LỤC:...........................................................................................................50