Đang tải... (xem toàn văn)
bộ giáo dục đào tạo đại học quốc gia tp. hồ chí minh trường đại học sư phạm kỹ thuật khoa điện bộ môn điện tử luận văn tốt nghiệp đề tài: thiết kế mô hình đo và điều khiển nhiệt độ giao tiếp module analog plc s7 200 tp. hồ chí minh tháng 3 2000 bộ giáo dục và đào tạo cộng hòa xã hội chủ nghĩa
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 3 – 2000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP -TỰ DO- HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN –ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 2. Các Số Liệu Ban Đầu: 3. Nội Dung Phần Thuyết Minh: 4.Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 5.Ngày giao nhiệm vụ: 13-12-1999 6.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28-2-2000 Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn Ngày…Tháng ….Năm 2000 Chủ nhiệm bộ môn BẢN NHẬN XÉTLUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung luận văn tốt nghiệp: Nhận xét của giáo viên hướng dẫn : Giáo viên hướng dẫn (ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN XUÂN ĐÔNG BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung luận văn tốt nghiệp: Nhận xét của giáo viên phản biện: Giáo viên phản biện (ký và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang Phần A : GIỚI THIỆU Phần B : NỘI DUNG Phần I : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Chương I :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1 I – Khái niệm chung 1 II – Các phương pháp đo nhiệt độ 2 III – Giới thiệu một số mạch đo nhiệt độ 17 IV – Giới thiệu một số mạch khống chế nhiệt độ 20 Chương II : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 25 I – Sơ lược về lịch sử phát triển 25 II – Cấu trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC 25 III – So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác – Lợi ích của việc sử dụng PLC IV – Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC 30 V – Giới thiệu về Module Analog EM235 của PLC S7 – 200, CPU 214 30 Chương III : GIỚI THIỆU VỀ SCR VÀ CÁC IC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 36 Phần II : NỘI DUNG A – THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 39 I – Yêu cầu- 39 II – Sơ đồ khối – Nguyên lý hoạt động dựa theo sơ đồ khối 39 III – Thiết kế chi tiết 39 1 – Mạch cảm biến nhiệt độ và mạch khuếch đại 39 2 – Mạch điều khiển 43 3 – Mạch giải mã – Hiển thị 48 4 – Thiết bị 51 5 – Nguồn cung cấp 51 6 – Sơ đồ nguyên lý 54 B – PHẦN MỀM 55 1 – Quan hệ giữa nhiệt độ và dữ liệu 12 bit ở đầu ra của bộ chuyển đổi ADC 55 2 – Chương trình điều khiển 57 Phần III : THI CÔNG MẠCH I – Sơ đồ bố trí linh kiện và mạch in 66 II – Cân chỉnh mạch đầu đo 69 Phần C : KẾT LUẬN – TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHẦN I: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN CHƯƠNG I :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ I-Khái niệm chung: Trong nghiên cứu khoa học, trong sản xuất cũng như trong đời sống sinh hoạt hằng ngày, luôn luôn cần xác định nhiệt độ của môi trường hay của một vật nào đó. Vì vậy việc đo nhiệt độ đã trở thành một việc làm vô cùng cần thiết. Đo nhiệt độ là một trong những phương thức đo lường không điện. Nhiệt độ cần đo có thể rất thấp (một vài độ Kelvin), cũng có thể rất cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin). Độ chính xác của nhiệt độ có khi cần tới một vài phần ngàn độ, nhưng có khi vài chục độ cũng có thể chấp nhận được. Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt như cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode và transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh … Tùy theo khoảng nhiệt độ cần đo và sai số cho phép mà người ta lựa chọn các loại cảm biến và phương pháp đo cho phù hợp: - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện là từ 200 0 C đến 1000 0 C,độ chính xác có thể đạt tới +/-1% -> 0.1%. - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) là từ –270 0 C đến 2500 0 C với độ chính xác có thể đạt tới +/-1% -> 0.1%. - Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng các cảm biến tiếp giáp P-N (diode, transistor, IC) là từ –200 0 C đến 200 0 C,sai số đến +/-0.1%. - Các phương pháp đo không tiếp xúc như bức xạ,quang phổ… có khoảng đo từ 1000 0 C đến vài chục ngàn độ C với sai số +/-1% -> 10%. Thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celcius( 0 C), thang đo Kelvin ( 0 K), thang đo Fahrenheit ( 0 F), thang đo Rankin ( 0 R). T( 0 C) = T( 0 K) – 273.15 T( 0 F) = T( 0 R) - 459.67 T( 0 C) = [ T( 0 F) –32 ]*5/9 T( 0 F) = T( 0 C)*9/5 +32 *Sự liên hệ giữa các thang đo ở những nhiệt độ quan trọng: Kelvin( 0 K) Celcius( 0 C) Rankin( 0 R) Fahrenheit( 0 F) 0 -273.15 0 -459.67 273.15 0 491.67 32 273.16 0.01 491.69 32.018 373.15 100 671.67 212 II-Các phương pháp đo nhiệt độ: Ta có thể chia quá trình đo nhiệt độ ra làm ba khâu chính: a-Khâu chuyển đổi: Khâu chuyển đổi nhiệt độ thường dựa vào những biến đổi mang tính đặc trưng của vật liệu khi chịu sự tác động của nhiệt độ. Có các tính chất đặc trưng sau đây: - Sự biến đổi điện trở. - Sức điện động sinh ra do sự chênh lệch nhiệt độ ở các mối nối của các kim loại khác nhau. - Sự biến đổi thể tích, áp suất. - Sự thay đổi cường độ bức xạ của vật thể khi bị đốt nóng. Đối với chuyển đổi nhiệt điện, người ta thường dựa vào hai tính chất đầu tiên để chế tạo ra các cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt điện trở kim loại hay bán dẫn, các cảm biến nhiệt độ dưới dạng các linh kiện bán dẫn như: diode, transistor, các IC chuyên dùng. b-Khâu xử lý: Các thông số về điện sau khi được chuyển đổi từ nhiệt độ sẽ được xử lý trước khi qua đến phần chỉ thị. Các bộ phận ở khâu xử lý gồm có: phần hiệu chỉnh, khuếch đại, biến đổi ADC (Analog-Digital-Converter)… Ngoài ra còn có thể có các mạch điện bổ sung như: mạch bù sai số, mạch phối hợp tổng trở… c-Khâu chỉ thị: Khâu chỉ thị trước đây thường sử dụng các cơ cấu cơ điện, ở đó kết quả đo được thể hiện bằng góc quay hoặc sự di chuyển thẳng của kim chỉ thị. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ điện tử, đãsản xuất nhiều loại IC giải mã, IC số chuyên dùng trong biến đổi ADC, vì vậy cho phép ta sử dụng khâu chỉ thị số dễ dàng như dùng LED 7 đoạn hoặc màn hình tinh thể lỏng LCD. Ở đó, kết quả đo được thể hiện bằng các con số trong hệ thập phân. 1-Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở: Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong các đường ống, các lò phản ứng hóa học, các nồi hơi, không khí trong phòng … Nguyên lý làm việc của thiết bị này là dựa vào sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của các vật dẫn điện, tức là điện trở là một hàm theo nhiệt độ: R = f(T). Cuộn dây điện trở thường nằm trong ống bảo vệ, tùy theo công dụng mà vỏ ngoài có thể làm bằng thủy tinh, kim loại hoặc gốm. Đối với hầu hết các vật liệu dẫn điện thì giá trị điện trở R tùy thuộc vào nhiệt độ T theo một hàm tổng quát sau: R(T) = Ro.F(T – To) Với : Ro :điện trở ở nhiệt độ To F : hàm phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu F = 1 khi T = To -Đối với điện trở kim loại : R(T) = Ro( 1 + AT + BT 2 + CT 3 ) T : tính bằng 0 C To = 0 0 C -Đối với nhiệt điện trở bằng oxyt bán dẫn : R(T) = Ro.exp[ B(1/T –1/To)] [...]... thermistor đo nhiệt độ thấp B = 6000 ->13000 : thermistor đo nhiệt độ cao Khi nhiệt độ càng giảm thì độ nhạy của Thermistor càng tăng.Đó là một ưu điểm của nhiệt kế này Phạm vi sử dụng thermistor từ 1000C đến 4000C Vì là chất bán dẫn nên khi sử dụng ở nhiệt độ cao hơn 2000C thì Thermistor phải có bọc chất liệu nhiệt 2 -Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện (Thermocouple) : Nhiệt độ cần đo được cặp nhiệt chuyển... tải ,điều chỉnh dòng qua mA kế R3 : biến trở chỉnh 0 (lúc cầu cân bằng) Cũng có thể dùng mạch này để điều khiển nhiệt độ nếu thay thế microampe bằng mạch khuếch đại và bộ phận Relay 2 -Đo nhiệt độ bằng sự bù tiếp giáp cho cặp nhiệt kiểu K: Mạch này nêu ra AD590 được kết nối để bù nhiệt cho cặp nhiệt kiểu K Các tiếp giáp quy chiếu phải có tiếp xúc nhiệt sát với vỏ thiết bị AD590 V+ phải ít nhất 4V và. .. số nhiệt âm sâu, vùng này rất nguy hiểm và nhiệt điện trở dễ bị phá hủy Điểm M: là điểm điều hành nhiệt điện trở.Đáp ứng nhiệt độ tức thời khi cường độ dòng tăng vọt, nhiệt điện trở hoạt động bình thường trong khi chờ đến nhiệt độ tăng Hệ số nhiệt và điểm điều hành này thay đổi theo thành phần các hợp chất cấu tạo Thermistor Độ biến thiên có thể từ 10% đến 90% trên độ bách phân -Đặc tuyến nhiệt độ. .. loại hỏa kế quang học như hỏa kế bức xạ, hỏa kế vi sai, hỏa kế đo màu sắc, hỏa kế nhiệt ngẫu… Nếu hỏa kế tiêu thụ tồn bộ năng lượng của bức xạ tồn phần của vật thể, đó là hỏa kế bức xạ tồn phần Hoả kế quang điện dùng sự so sánh giữa sự phát sáng của dây tóc ngọn đèn được chế tạo đặc biệt với độ sáng của vật nung nóng và xác định chính xác dây tóc và nhiệt độ Hỏa kế quang điện cho kết quả đo khơng phụ... 1-So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác: a -PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay: Việc phát triển hệ thống điều khiển bằng lập trình đã dần dần thay thế từng bước hệ thống điều khiển bằng Relay trong các q trình sản xuất Khi thiết kế một hệ thống điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn các hệ thống, hệ thống điều khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển. .. hiểm hơn -Hình dạng các đầu cặp nhiệt: Phương pháp hàn đầu mối nối cặp nhiệt thơng thường là hàn điện, hàn hồ quang, hàn C2H2, hàn hóa chất Cặp nhiệt loại 1,2,3 : đo ở nhiệt độ . THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 3 – 2000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên : HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Nội dung. HUỲNH THIÊN BẢO Lớp : 95KĐĐ Ngành : ĐIỆN –ĐIỆN TỬ 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 2. Các Số Liệu Ban Đầu: 3. Nội Dung Phần