Ứng dụng PLC S7 200 đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ trong lò với giải đo [ 0 – 1200 ]°C

71 3.6K 28
Ứng dụng PLC S7 200 đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ trong lò với giải đo [ 0 – 1200 ]°C

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ứng dụng PLC S7 200 đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ trong lò với giải đo [ 0 – 1200 ]°C

Bài tập lớn môn PLC Mục lục Chương 1 cơ sở lý thuyết 2 1.1 Mục đích 2 1.2 Phương pháp đo 2 1.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc 2 1.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 4 1.3 Tìm hiểu về PLC ( loại S7 200 ) 5 1.3.1 Khái quát về PLC S7 200 5 1.3.2 Các module, đối tượng mở rộng 22 Chương 2 Thiết kế hệ thống 28 2.1 Lựa chọn thiết bị 2.2 Xây dựngđồ khối 2.3 Xây dưng thuật toán 2.4 Xây dựng phần mềm Chương 3 kết quả đề tài 3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết 3.2 Kết quả thực nghiệm 1 Bài tập lớn môn PLC Chương 1 : Cơ sở lý thuyết. 1.1 Mục đích của đề tài. Hiện nay các công ty xí nghiệp ở Việt Nam đang tiến hành lắp đặt cải tạo mới, mạnh dạn đưa vào các thiết bị, công nghệ tiên tiến, bên cạnh đó còn nhiều nhà máy, xí nghiệp có ứng dụng công nghệ nhưng chưa đồng bộ còn thủ công. Do đó việc điều khiển còn hạn chế nên sản phẩm làm ra chưa dược như mong muốn. Bên cạnh đó vấn đề tiết kiệm năng lượng trong quá trình sử dụng công nghệ cũng là vấn đề cần quan tâm khi nước ta hiện any đang thiếu điện các nhà máy xí nghiệp cần áp dụng thiết bi công nghệ vào qua trình điều khiển để giảm được lượng tiêu thụ điện giảm được chi phí sản xuất Hiểu được tầm quan trọng của việc đó nên nhóm tôi đã chon đề tài: ” Ứng dụng PLC S7 200 đo, điều khiển cảnh báo nhiệt độ trong với giải đo [ 0 1200 ]°C “ 1.2 Phương pháp đo. Với đại lượng nhiêt chúng ta có các phương pháp đo tiếp xúc không tiếp xúc: 1.2.1 phương pháp đo tiếp xúc 1.2.1.1 Cặp nhiệt điện trở ( Thermocouples ). - Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu. - Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV). - Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao. - Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao. - Thường dùng: nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,… - Tầm đo: -100 D.C <1400 D.C 2 Bài tập lớn môn PLC - Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T. Các bạn lưu ý điều này để chọn đầu bộ điều khiển cho thích hợp. - Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn đến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ cho nó ( offset trên bộ điều khiển ). Lưu ý khi sử dụng: - Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không nên nối thêm dây ( vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều ). Cọng dây của cảm biến nên để thông thoáng ( đừng cho cọng dây này dính vào môi trường đo ). Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị. - Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm dương ) do vậy cần chú ý kí hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng. 1.2.1.2. Nhiệt kế nhiệt điện trở (THERMISTOR) - Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,… - Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. - Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo. - Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp. - Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử. - Tầm đo: 50 - Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid. Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ khối lượng nhất định sau đó được nén chặt nung ở nhiệt độ cao. mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. 3 Bài tập lớn môn PLC - 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 nhất là loại NTC. - Thermistor chỉ tuyển tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít. Cái Block lạnh nào cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ. Lưu ý khi sử dụng: - Tùy vào nhiệt độ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý hai loại PTC NTC (gọi nôm na là thường đóng/ thường hở ) Có thể test dễ dàng với đồng hồ VOM. - Nên ép chặt vào bề mặt cần đo. - Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ. - Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây. 1.2.1.3. Nhiệt kế bán dẫn - Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn. - Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. - Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản. - Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền. - Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện tử. - Tầm đo: -50 <150 D.C. nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại 4 Bài tập lớn môn PLC cảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý dơn giản rẻ tiền…… Ta dễ dàng bắt gặp các loại này dưới dạng diode ( hình dáng tương tự Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có trong mạch. Cảm biến nhiệt LM35 cảm biến nhiệt độ dạng Diode Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C ( DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”. Lưu ý khi sử dụng: - Vì được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn kém bền, không chịu nhiệt độ cao. Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến. - Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào đó, ngoài dải này cảm biến sẽ mất tác dụng. Hết sức quan tâm đến tầm đo của loại cảm biến này để đạt được sự chính xác. - Loại này kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh. 1.2.2 phương pháp đo không tiếp xúc 1.2.2.1. NHIỆT KẾ BỨC XẠ ( còn gọi là hỏa kế- pyrometer ). - Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học. - Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt. - Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo. - Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền. - Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho nung. - Tầm đo: -54 <1000 D.F. 5 Bài tập lớn môn PLC - Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế ) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ của những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúc được ( nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến). - Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ năng lượng. năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định. Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này phân tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo. Lưu ý khi sử dụng: - Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế có các tầm đo khác nhau, tuy nhiên đa số hỏa kế đo ở khoảng nhiệt độ cao. vì đặc điểm không tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo nên mức độ chính xác của hỏa kế không cao, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường xung quanh (góc độ đo, rung tay, ánh sáng môi trường ). 1.3 Tìm hiểu về loại PLC S7-200: 1.3.1 Khái quát về PLC S7 200 PLC, (viết tắt của programable logic controller) là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài ( PLC khác hoặc máy tính ). S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens ( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module có các module mở rộng. Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau. Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình dữ liệu (Catridge ). Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) 22X ( loại mới ), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa. 6 Bài tập lớn môn PLC Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM * Thông số các đặc điểm kỹ thuật của series 22X : 11.3.2 1.3.1.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA S7-200: 1. Hình dáng cấu trúc bên ngoài: 1.1. Các đầu vào/ra số: - Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện áp vào tiêu chuẩn 24VDC. - Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ). - Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ). 1.2. Đèn trạng thái: - Đèn RUN (màu xanh): Chỉ báo PLC đang ở chế độ làm việc thực hiện chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình. 7 Bài tập lớn môn PLC - Đèn STOP (màu vàng): Chỉ báo PLC đang ở chế độ dừng không thực hiện chương trình, các đầu ra đều ở trạng thái “OFF”. - Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành. - Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào số(ON/OFF). - Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF). 1.3. Port truyền thông: - Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần… - Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng. 1.4. Công tắc chuyển chế độ: - RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN ( quan sát đèn trạng thái ). - STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF. - TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để download chương trình người dùng. 1.5. Vít chỉnh tương tự: Mỗi PLC đều có từ một đến hai vít chỉnh tương tự có thể xoay được 270 độ để thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương trình. 2. Cấu trúc phần cứng: Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau: - Module nguồn. - Module đầu vào. - Module đầu ra. 8 Bài tập lớn môn PLC - Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU). - Module bộ nhớ. - Module quản lý phối ghép vào ra. Mô hình tổng quát của một PLC 2.1. Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit): CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC. Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm. CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” đơn vị xử lý “từ ngữ”: - Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài. - Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn. 2.2. Bộ nhớ: Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC. Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện 2.3. Khối vào/ra: 9 Khối ngõ vào Bộ nguồn Đơn vị xử lý trung tâm Quản lý ghép nối Bộ nhớ Khối ngõ ra Bài tập lớn môn PLC Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC). Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý. Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra cách ly quang. 2.4. Bộ nguồn: Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC. 2.5. Khối quản lý ghép nối: Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp. 1.3.1.2. CẤU TRÚC BỘ NHỚ: 1. Phân chia bộ nhớ: Bộ nhớ của PLC S7-200 được chia thành bốn vùng cơ bản hầu hết có thể đọc ghi được chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt (SM) chỉ có thể truy cập để đọc. EEFROM Miền nhớ ngoài Cấu trúc bộ nhớ của PLC. 10 [...]... đầu vào có giá trị logic bằng 0, TON tự động reset còn TONR thì khơng tự động reset Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miền liên thơng), còn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau Timer TON TONR bao gồm 3 loại với ba độ phân giải khác nhau, độ phân giải 1ms, 10ms 100 ms Thời gian trễ  được tạo ra chính là tích của độ phân giải. .. ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer được chọn giá trị đặt trước cho Timer Ví dụ Timer có độ phân giải 10ms giá trị đặt trước là 50 thì thời gian trễ sẽ là  = 500 ms Timer của S7 200 có những tính chất cơ bản sau: - Các bộ Timer được điều khiển bởi một cổng vào giá trị đếm tức thời Giá trị đếm tức thời của Timer được nhớ trong thanh ghi 2 byte (gọi là T-word) của Timer, xác định... Lệnh Độ phân giải 1 ms T32 T96 327,67 s T33 ÷ T36, T97 ÷ T 100 100 ms 3276,7 s T32 ÷ T96, T 101 ÷ T127 1 ms TONR 32,767 s 10 ms TON Giá trị cực đại CPU 214 32,767 s T0 T64 10 ms 327,67 s T1 ÷ T4, T65 ÷ T68 100 ms 3276,7 s T5 ÷ T31, T69 ÷ T95 Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu Số xung đếm được, được ghi vào... dấu 0 ÷ 4294967295 DINT 32 bits Số ngun có dấu -2147383648÷2147383648 REAL 32 bits Số thực có dấu theo IEEE -2147383648÷2147383648 STRING 0 255 bytes Kiểu dữ liệu chuỗi ASCII Mã ASCII từ 128 ÷ 255 1.3.1.7.THIẾT BỊ LẬP TRÌNH: Có hai loại thiết bị có thể dùng để lập trình cho PLC S7- 200 là PG PC - PG: Là thiết bị lập trình chun dụng được dùng cho PLC S7- 200 tuy nhiên chỉ sử dụng để lập trình với. .. STEP7MICROWIN Phần mềm này cho phép lập trình với cả ba ngơn ngữ là STL, LAD FBD Để cài phần mềm này người phải có bản quyền PC phải cài hệ điều hành WIN98 / 200 0 /NT/XP.Hiện nay hầu hết sử dụng STEP7 MICROWIN 3 .0, 3.2, 4 .0 để lập trình cho S7 để có thể sử dụng được những ứng dụng nâng cao 1 Giao diện làm việc: Sau khi đã cài đặt phần mềm STEP7-MICROWIN vào chương trình làm việc, giao diện làm việc... (logic) vào là x(t) thời gian trễ tạo ra bằng Timer là  thì tín hiệu đầu ra của Timer đó sẽ là x(t ) S7 200 có 64 bộ Timer (với CPU 212) hoặc 128 Timer (với CPU 214) được chia làm hai loại khác nhau là: - Timer tạo thời gian trễ khơng có nhớ (On-Delay Timer), ký hiệu là TON - Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer), ký hiệu là TONR Hai kiểu Timer của S7 200 (TON TONR)... tiếp với cổng vào ra mà chỉ thơng qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thơng giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đo n 1 4 do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi cơng việc khác ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với các chế độ. .. đổi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào có logic 0 Giá trị của T-bit khơng được nhớ mà hồn tồn phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời giá trị đặt trước 26 Bài tập lớn mơn PLC Khi reset một bộ Timer, T-word T-bit của nó đồng thời được xóa có giá trị bằng 0, như vậy giá trị đếm tức thời được đặt về 0 tin hiệu đầu ra cũng có trạng thái logic bằng 0 Bảng 18 Độ phân giải. .. được soạn thảo cài đặt như một bộ phận của chương trình Chương 33 Bài tập lớn mơn PLC trình ngắt chỉ được thực hiện khi có sự kiện báo ngắt có thể xảy ra bất kỳ lúc nào trong một vòng qt 1.3.1.5 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH: Chương trình của PLC S7- 200 được lưu trong bộ nhớ chương trình có thể được lập dưới hai dạng cấu trúc khác nhau: - Chương trình tuyến tính: Tồn bộ chương trình nằm trong khối chương... đều có khả năng trao đổi dữ liệu với các chương trình khác 1.3.1.6 KIỂU DỮ LIỆU: Trong PLC S7- 200 có các kiểu dữ liệu được cho trong bảng sau: Kiểu dữ liệu Kích thước Nội dung Dải giá trị BOOL 1 bit Boolean 0; 1 BYTE 8 bits Số ngun khơng dấu 0 ÷ 255 BYTE 8 bits Số ngun có dấu (chỉ áp dụng cho lệnh SHRB) -128 ÷ 127 34 Bài tập lớn mơn PLC WORD 16 bits Số ngun khơng dấu 0 ÷ 65535 INT 16 bits Số ngun có . đã chon đề tài: ” Ứng dụng PLC S7 200 đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ trong lò với giải đo [ 0 – 1 200 ]°C “ 1.2 Phương pháp đo. Với đại lượng nhiêt. trường xung quanh (góc độ đo, rung tay, ánh sáng môi trường ). 1.3 Tìm hiểu về loại PLC S7- 200 : 1.3.1 Khái quát về PLC S7 200 PLC, (viết tắt của programable

Ngày đăng: 25/02/2014, 17:57

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan