BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT GVHD: THS.TRẦN VĂN LỢI SVTH: HỒ VĂN HẠNH ĐÀO CƠNG DŨNG TP.Hồ Chí Minh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT GVHD: THS.TRẦN VĂN LỢI SVTH: HỒ VĂN HẠNH LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn tốt nghiệp gặp nhiều khó khăn, giúp đỡ chúng em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cám ơn giúp đỡ tận tình Giáo Viên Hướng Dẫn Thầy Thạc Sĩ TRẦN VĂN LỢI hướng dẫn chúng em Chúng em xin chân thành cám ơn Thầy Cô KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Thầy Phòng Thí Nghiệm điều khiển tự động hướng dẫn chúng em, tạo sở vật chất, điều kiện thuận lợi để chúng em làm tốt nhiệm vụ Dù cố gắng thực kiến thức chuyên môn chưa vững chắc, việc tìm hiểu chưa sâu nên có nhiều thiếu sót hạn chế Chúng em mong nhận đánh giá, đóng góp ý kiến để chúng em làm tốt Cuối lần chúng em xin gửi đến Thầy, THS.TRẦN VĂN LỢI lời cám ơn sâu sắc, lời chúc sức khỏe, hạnh phúc sống Chúng em xin chân thành cám ơn ! TÓM TẮT ĐỀ TÀI Như biết, nhiệt độ thành phần vật lý quan trọng việc thay đổi nhiệt độ vật chất ảnh hưởng nhiều đến cấu tạo, tính chất, đại lượng vật lý khác vật chất ví dụ, thay đổi nhiệt độ chất khí làm thay đổi thể tích, áp suất chất khí bình Vì vậy, nghiên cứu khoa học, công nghiệp đời sống sinh hoạt, thu thập thông số điều khiển nhiệt độ điều cần thiết Trong lò nhiệt, máy điều hòa, máy lạnh hay ca lò viba, điều khiễn nhiệt độ tính chất định cho sản phẩm ngành luyện kim, cần phai đạt đến nhiệt độ để kim loại nóng chảy, cần đạt nhiệt độ dể cho kim loại nhằm đạt tốt đặc tính học độ bền, độ dẻo, độ chống rỉ sét… Trong ngành thực phẩm cần trì nhiệt độ để nướng bánh, để nấu, để bảo quản,… Việc thay đổi thất thường nhiệt độ không gây hư hại đến thiết bị hoạt động, ảnh hưởng đến q trình sản xuất, sản phẩm Có nhiều phương pháp điều khiển nhiệt độ lò nhiệt Mỗi phương pháp mang đến kết khác thông qua phương pháp điều khiển khác điều khiển ON- OFF điều khiển khâu tỉ lệ, điều khiển khâu vi phân PD, điều khiển PID số Với đề tài:” ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT “ chúng em sử dụng phương pháp điều khiển ON- OFF để điều khiển lò nhiệt Nhiệt độ lò cảm biến PT100 nhận tín hiệu, sau khuếch đại thơng qua khuếch đại thành điện áp chuẩn từ – 5v Tín hiệu điện áp truyền đến ngõ vào analog PLC xử lí tín hiệu ngõ PLC qua relay bán dẫn SSR để điều khiển đóng / ngắt dòng điện cấp cho lò nhiệt tắt mở với mức nhiệt độ ta cài đặt Nếu lò nhiệt có nhiệt độ nhỏ giá trị nhiệt độ đặt, nhiệt độ bật lên với cơng suất cực đại Khi lò nhiệt có nhiệt độ lớn nhiệt độ đặt, nhiệt tắt lò.Song tín hiệu nhiệt truyền đến PLC qua chuyển mạch với ngõ sáng tắt đèn tùy theo cài đặt Chẳng hạn nhiệt độ gửi 50°C đèn sáng, gửi 70°C đèn sáng, 90°C đèn sáng Luận văn tốt nghiệp gồm chương: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế thi công Chương 4: Kết biện luận Chương 5: Kết luận hướng phát triển MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii MỤC LỤC iii CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 1.2 MỤC TIÊU: 1.3 PHẠM VI: CHƯƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT .3 2.1.GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 : 2.1.1 Các module hệ PLC S7-1200 : 2.1.2.Module xuất nhập tín hiệu tương tự: .5 2.1.3.Module truyền thông 2.2 PHẦN MỀM TIA PORTAL : 2.2.1.Giao thức TCP / IP : 2.3.BỘ CHUYỂN MẠCH VÀ CÁP TRUYỀN THÔNG: .6 2.3.1.BỘ CHUYỂN MẠCH: 2.3.2.CÁP TRUYỀN THÔNG: ( RJ 45 ) LÒ NHIỆT, CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ BỘ TRANDUCER: 3.1.LÒ NHIỆT: 3.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ: ( RTD ) 3.2.1.CẢM BIẾN PT100 : .10 3.3.BỘ TRANSMITTER: .12 3.3.1 IC XTR 105 VÀ RCV 420 : 12 4.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ: 14 4.1.PHƯƠNG PHÁP ON- OFF: .14 4.2.PHƯƠNG PHÁP PID: .14 Solid State Relay: (SSR ) 15 CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 17 3.1.XÂY DỰNG MƠ HÌNH: (hình 12 ) .17 3.2.TRANSMITTER:(BỘ CHUYỂN ĐỔI) 18 3.3.SƠ ĐỒ KẾT NỐI: 20 3.3.1.SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 1: .20 3.3.2.SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 2: .20 3.4.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỚI TIA PORTAL V11: 21 3.5 KHAI BÁO ĐỊA CHỈ IP , RESET ĐỊA CHỈ IP VÀ KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH: .24 3.5.1.KHAI BÁO ĐỊA CHỈ IP : .24 3.5.2 RESET ĐỊA CHỈ IP : 28 3.6.TRUYỀN THÔNG GIỮA PLC VÀ PLC : .29 3.7.CODE: 31 3.7.1.CHƯƠNG TRÌNH PLC 1: 31 3.7.2.CHƯƠNG TRÌNH PLC 2: 33 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 34 4.1.KẾT QUẢ: .34 4.2.BIỆN LUẬN: 36 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 37 5.1.KẾT LUẬN: 37 5.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 37 PHỤ LỤC 39 PHỤ LỤC 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 44 CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Nhiệt độ đại lượng vật lý diện khắp nơi nhiều lĩnh vực, công nghiệp sinh hoạt Nhiệt độ trở nên mối quan tâm hàng đầu cho nhà thiết kế máy điều khiển nhiệt độ trở thành mục tiêu ngành diều khiển tự động nhiều lĩnh vực kinh tế, vấn đề đo kiểm sốt nhiệt độ q trình thiếu được, công nghiệp Đo nhiệt độ công nghiệp gắn liền với quy trình cơng nghệ sản xuất, việc đo kiểm soát nhiệt độ tốt định nhiều đến chất lượng sản phẩm ngành công nghiệp thực phẩm, luyện kim, xi măng, công nghiệp chế tạo động đốt Xuất phát từ nhu cầu thực tế để tìm hiểu, làm quen với PLC, nhóm chúng em chọn đề tài:” ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT ”(dùng S7-1200 Siemens sản xuất) để làm đồ án tốt nghiệp, để hiểu biết thêm PLC giám sát điều khiển lò nhiệt Nhiệt độ cập nhật thiết bị cảm biến nhiệt độ PT100, sau qua chuyển đổi tín hiệu Transmitter với chuẩn điện áp từ – 5v Tín hiệu đưa đến PLC xử lí Tín hiệu nhiệt độ mà PLC nhận thông qua chuyển mạch gửi đến PLC để điều khiển lò nhiệt cách đóng / ngắt dòng điện cung cấp cho lò nhiệt 1.2 MỤC TIÊU: Thiết kế thi công mô hình lò nhiệt Tìm hiểu cảm biến nhiệt PT100, TRANDUCER điều khiển đo nhiệt độ Kết nối truyền thơng PLC, từ điều khiển giám sát lò nhiệt Viết chương trình điều khiển lò nhiệt Điều khiển lò nhiệt theo phương pháp ON /OFF 1.3 PHẠM VI: Đối tượng nghiên cứu hệ thống lò nhiệt, ngun lý hoạt động, tính PLC S7-1200 Siemens sản xuất, cảm biến nhiệt độ PT100, Transmitter, tìm hiểu phần mềm TIA PORTAL V11, ngơn ngữ lập trình LAD , cách truyền trao đổi liệu PLC Từ xây dựng mơ hình thực tế điều khiển lò nhiệt thơng qua PLC S7-1200 giám sát qua máy tính theo sơ đồ khối sau:(hình 1) Hình 1.Sơ đồ khối Hình 1.Sơ đồ khối CHƯƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 : Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay dần cho S7-200 PLC S7-1200 bao gồm họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU PLC S7-1200 có đặc điểm tính khác nhau, thích hợp cho ứng dụng khách hàng So với S7-200 S7-1200 có tính trội (hình 2): 32 + Miêu tả lệnh TRCV_C: Lệnh TRCV_C thành lập kết nối truyền thông TCP/ISO on TCP đến trạm đồng hành, nhận liệu từ lệnh TSEND_C cài đặt thông số bảng 1.3 Bảng 1.4 33 3.7.CODE: Lưu đồ giải thuật: So sánh với giá trị đặt: Giá trị đặt nhập từ bàn phím, chẳng hạn 50°C sau đọc tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến so sánh với 50°C giá trị đặt 3.7.1.CHƯƠNG TRÌNH PLC 1: 34 3.7.2.CHƯƠNG TRÌNH PLC 2: 35 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 4.1.KẾT QUẢ: Mơ hình thực tế: Bảng hiển thị kết quả: NHIỆT ĐỘ(°C) ĐIỆN ÁP(v) GIÁ TRỊ 36 30 5230 35 2.25 6020 40 2.5 6810 45 2.75 7540 50 8220 55 3.25 9020 60 3.5 9740 65 3.75 10420 70 11280 75 4.25 11940 80 4.5 12460 85 4.75 13130 90 13710 95 5.25 14600 100 15260 Điều khiển ON – OFF: Lò nhiệt điều khiển phương pháp ON – OFF với giá trị đặt 55°C Sai số nhiệt độ khoảng từ 1°C - 2°C so với giá trị đặt 37 Ngõ PLC với giá trị cài đặt: 40°C - 50°C đèn xanh sáng 50°C - 70°C đèn vàng sáng 80°C - 90°C đèn đỏ sáng 38 Bộ Transmitter hoàn thành: 4.2.BIỆN LUẬN: Kết nối thành công truyền thông mạng PLC, PLC1 nhận tín hiệu gửi liệu đến PLC2, ngõ PLC2 điều khiển điều khiển ON-OFF lò nhiệt.Tín hiệu PLC1 so sánh với mức nhiệt độ mà ta đặt, ngõ sáng tắt đèn như: 40°C - 50°C đèn xanh sáng, 50°C - 70°C đèn vàng sáng, 80°C - 90°C đèn đỏ sáng 39 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1.KẾT LUẬN: Sau tháng tìm hiểu đề tài, hướng dẫn tận tình Giáo viên hướng dẫn nhóm em tìm hiểu ứng dụng mạng PLC việc điều khiển giám sát lò nhiệt PLC S7-1200 Siemems thơng qua tài liệu chuyên ngành tài liệu liên quan kết sau: Hoàn thành mơ hình điều khiển lò nhiệt Kết nối truyền thơng thành cơng PLC S7-1200 Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ PT100 chuyển đổi tín hiệu Transmitter Viết chương trình điều khiển lò nhiệt theo phương pháp ON- OFF Giám sát nhiệt độ theo khoảng mà ta đặt Nhìn chung kết đạt phù hợp với mục tiêu đặt 5.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Đề tài phát triển thành mạng gồm nhiều PLC để giám sát điều khiển thiết bị Điều khiển lò nhiệt phương pháp PID hay phương pháp khác Ngày lĩnh vực điều khiển tự động phát triển mạnh mẽ hình thành mạng truyền thông công nghiệp Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống thơng số, truyền bít nối tiếp, sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến cho phép liên kết mạng nhiều mức khác nhau, từ cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý cơng ty Ví dụ mạng Ethernet công nghiệp sau: Mạng Ethernet công nghiệp 40 Và xa mạng internet, giám sát điều khiển hệ thống nơi đâu cách truy cập vào máy tính điều khiển hệ thống thơng qua mạng internet.(hình 15) Hình 15 41 PHỤ LỤC Các tập lệnh S7-1200:  Lựa chọn ngôn ngữ lập trình Ta có tùy chọn việc lựa chọn ngơn ngữ lập trình LAD (ladder logic) hay FBD (Function Block Diagram) Ngơn ngữ lập trình LAD LAD ngơn ngữ lập trình kiểu đồ họa Sự hiển thị dựa sơ đồ mạch điện Hình 1.1: Ngơn ngữ lập trình LAD Các phần tử sơ đồ mạch điện, tiếp điểm thường đóng hay thường mở, cuộn dây với để tạo thành mạng Để tạo sơ đồ logic cho thực thi phức tạp, ta chèn vào nhánh để tạo mạch logic song song Các nhánh song song mở theo hướng xuống hay kết nối trực tiếp đến dẫn tín hiệu Ta kết thúc nhánh theo hướng lên Cần ý đến quy tắc sau tạo mạng LAD: Mỗi mạng LAD phải kết thúc cuộn dây hay lệnh dạng hộp Không kết thúc mạng với lệnh so sánh (Compare) hay lệnh phát ngưỡng (ngưỡng dương hay ngưỡng âm) Ta tạo nhánh mà đưa lại kết dòng tín hiệu theo chiều ngược lại 42 Hình1.2:Mạch logic song song Ta tạo nhánh mà gây nên ngắn mạch Hình 1.3:Mạch logic song song Ngơn ngữ lập trình FBD Giống ngơn ngữ LAD, ngôn ngữ FBD ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa Sự hiển thị mạch logic dựa biểu tượng logic đồ họa sử dụng đại số Boolean Hình 1.4: Ngơn ngữ lập trình FBD Các hàm tốn học hàm phức khác thể cách trực tiếp kết hợp với hộp logic Để tạo logic cho vận hành phức tạp, ta chèn nhánh song song hộp Việc hiểu biết EN ENO cho lệnh “hộp” 43 Cả ngơn ngữ LAD FBD sử dụng “dòng tín hiệu” (EN ENO) vài lệnh “hộp” Các lệnh cố định (như lệnh toán học lệnh di chuyển) hiển thị thông số cho EN ENO Các thơng số liên quan đến dòng tín hiệu xác định lệnh thực thi suốt lần quét EN (Enable In) ngõ vào Boolean cho hộp ngôn ngữ LAD v FBD Dòng tín hiệu (EN = 1) phải diện ngõ vào lện hộp thực thi Nếu ngõ vào EN hộp LAD kết nối trực tiếp đến dẫn tín hiệu bên trái, hộp ln ln thực thi ENO (Enable Out) ngõ Boolean cho hộp ngôn ngữ LAD v FBD Nếu hộp có dòng tín hiệu ngõ vào EN hộp thực thi chức mà khơng có lỗi, ngõ ENO cho dòng tín hiệu (ENO = 1) qua đến phần tử Nếu lỗi phát trình thực thi lệnh hộp, dòng tín hiệu sau bị ngắt (ENO = 0) hộp lệnh sinh lỗi Bảng 2.2: Dòng tín hiệu” (EN ENO) cho lệnh “hộp 1.1.1  Tập lệnh Các tiếp điểm ladder (LAD) Hình 1.5:Các tiếp điểm ladder (LAD) 44 Ta kết nối tiếp điểm với tạo mạch logic kết nối Nếu bit ngõ vào mà ta rõ sử dụng định danh I (ngõ vào) hay Q (ngõ ra), giá trị bit đọc từ ghi ảnh tiến trình Các tín hiệu tiếp điểm vật lý tiến trình điều khiển nối đến đầu cực I PLC CPU quét tín hiệu ngõ vào nối cập nhật liên tục giá trị tương ứng ghi ngõ vào ảnh tiến trình Ta ghi rõ kết tức thời ngõ vào vật lý cách sử dụng “:P” theo sau dịch chỉnh I (ví dụ: “%I3.4:P”) Đối với kết tức thời, giá trị liệu bit đọc cách trực tiếp từ ngõ vào vật lý thay từ ảnh tiến trình Một kết tức thời khơng cập nhật ảnh tiến trình Bảng 2.3:Kiểu liệu Tiếp điểm thường hở NO (Normally Open) đóng lại (ON) giá trị bit gán Tiếp điểm thường đóng NC (Normally Closed) đóng lại (ON) giá trị bit gán Các tiếp điểm nối nối tiếp tạo mạch logic AND Các tiếp điểm nối song song tạo mạch logic OR  Cuộn dây ngõ (LAD) Hình 1.6: Cuộn dây ngõ (LAD) 45 Lệnh xuất cuộn dây ghi giá trị cho bit ngõ Nếu bit ngõ ta sử dụng định danh nhớ Q, sau CPU chuyển bit ngõ ghi ảnh tiến trình on off, thiết lập giá trị bit gán với trạng thái luồng tín hiệu Các tín hiệu ngõ cho cấu điều khiển nối đến đầu cực Q S7 –1200 Trong chế độ RUN, hệ thống CPU quét cách liên tục tín hiệu ngõ vào, xử lý trạng thái ngõ vào theo chương trình logic, sau tác động trở lại cách thiết lập giá trị trạng thái ngõ ghi ngõ ảnh tiến trình Sau chu trình thực thi chương trình, hệ thống CPU chuyển phản ứng trạng thái ngõ lưu trữ ghi ảnh tiến trình đến đầu cực nối dây ngõ Ta xác định kết ghi tức thời ngõ vật lý cách sử dụng “:P” theo sau độ dịch chuyển Q (ví dụ “%Q3.4:P”) Đối với kết ghi tức thời, giá trị liệu bit ghi đến ngõ ảnh tiến trình trực tiếp đến ngõ vật lý Bảng 2.4: Vòng qt PLC S7 1200 Nếu có luồng tín hiệu chạy qua cuộn dây ngõ ra, bit ngõ đặt lên Nếu khơng có luồng tín hiệu chạy qua cuộn dây ngõ ra, bit ngõ đặt Nếu có luồng tín hiệu chạy qua cuộn dây ngõ đảo, bit ngõ đặt Nếu khơng có luồng tín hiệu chạy qua cuộn dây ngõ đảo, bit ngõ đặt lên PHỤ LỤC 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO:    Tài liệu qua : http://www.dientuvietnam.net Tài liệu thực hành PLC , Khoa điều khiển tự động- ĐH cơng nghệ Sài Gòn Tài liệu Siemems qua : http://www.siemens.com.vn/ ... khiển PID số Với đề tài:” ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT “ chúng em sử dụng phương pháp điều khiển ON- OFF để điều khiển lò nhiệt Nhiệt độ lò cảm biến PT100 nhận tín... với PLC, nhóm chúng em chọn đề tài:” ỨNG DỤNG MẠNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT ”(dùng S7-1200 Siemens sản xuất) để làm đồ án tốt nghiệp, để hiểu biết thêm PLC giám sát điều khiển lò. .. truyền thơng PLC, từ điều khiển giám sát lò nhiệt Viết chương trình điều khiển lò nhiệt Điều khiển lò nhiệt theo phương pháp ON /OFF 2 1.3 PHẠM VI: Đối tượng nghiên cứu hệ thống lò nhiệt, ngun