Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trong cuộc sống hằng ngày việc đo và đặt nhiệt độ theo mong muốn trong một không gian giới hạn nào đó như trong nhà máy, xí nghiệp, trong bệnh viện, trong công ty, nhà ở,…là rất cần thiết theo yêu cầu của con người. Điều đó chứng tỏ con người ngày càng muốn giao tiếp nhiều hơn với môi trường. Vì vậy, với những kiến thức đã học nhóm em đã chọn đề tài: “Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt sử dụng PLC S7200” với mục đích giữ nhiệt độ lò theo ý muốn. Bên cạnh đó tìm hiểu thêm về kỹ thuật tương tự và PLC. Do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh được những sai sót rất mong quí thầy cô khoa Điện – Điện tử bỏ qua và có hướng giúp đỡ để nhóm em có hướng đi cao hơn sau này trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học. Cuối cùng nhóm em xin chân thành cám ơn thầy Trần Mạnh Sơn đã tận tình chỉ bảo giúp nhóm em sớm hoàn thành đồ án này.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN MỤC LỤC Trang Mục lục Lời nói đầu Nhận xét giáo viên hướng dẫn Lời cảm ơn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PLC CHƯƠNG II: CẤU HÌNH HỆ THỐNG 10 CHƯƠNG III :TẬP LỆNH LẬP TRÌNH PLC SIEMENS S7-200 30 CHƯƠNG IV: THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ .44 KẾT LUẬN 51 TÀI LIÊU THAM KHẢO 52 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, sống h ằng ngày việc đo đặt nhiệt độ theo mong muốn khơng gian gi ới h ạn nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện, cơng ty, nhà ở,…là r ất c ần thiết theo yêu cầu người Điều ch ứng tỏ ng ười ngày mu ốn giao tiếp nhiều với mơi trường Vì vậy, với kiến thức học nhóm em chọn đề tài : “Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt sử dụng PLC S7-200” với mục đích giữ nhiệt độ lò theo ý muốn Bên cạnh tìm hiểu thêm kỹ thuật tương t ự PLC Do kiến thức hạn chế nên q trình thực đề tài khơng th ể tránh sai sót mong q thầy khoa Điện – Điện tử bỏ qua có hướng giúp đỡ để nhóm em có hướng cao h ơn sau lĩnh v ực nghiên cứu khoa học Cuối nhóm em xin chân thành cám ơn thầy Trần Mạnh S ơn t ận tình bảo giúp nhóm em sớm hồn thành đồ án Sinh viên th ực hi ện ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm 2013 Giáo viên hướng dẫn ThS Tr ần M ạnh S ơn LỜI CÁM ƠN ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Nhóm em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến quý th ầy cô, đ ặc bi ệt quý thầy cô khoa Điện – Điện tử tận tình truy ền th ụ cho nhóm em kiến thức quý báu ngày hôm Những kiến th ức không ch ỉ c ần cơng việc chun mơn mà học thiết th ực giúp em hoàn thi ện nhân cách Nhóm em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Th ầy TRẦN MẠNH SƠN giảng viên trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật dìu dắt nhóm em làm quen v ới nghiên cứu khoa học Thầy tận tâm hướng dẫn, cung cấp tài liệu cho nhóm em suốt q trình thực đồ án Đây hành trình q báu giúp nhóm em thực tốt đồ án, đặc biệt đồ án tốt nghiệp Nhóm em xin chân thành cảm ơn bạn bè người thân đ ộng viên, giúp đỡ, tạo điều kiện để nhóm em hồn thành đồ án Đây nguồn động lực lớn lao giúp nhóm em ln phấn đấu không ngừng h ọc t ập Cuối cùng, nhóm em xin kính chúc q th ầy ln dồi s ức kh ỏe đ ể hồn thành tốt nghiệp trồng người cao quý Sinh viên th ực hi ện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC ĐỒ ÁN MÔN HỌC I GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN GIỚI THIỆU: Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) sáng tạo từ ý tưởng ban đầu nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968 Trong năm gần đây, điều khiển lập trình sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp nước ta giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa trình sản xuất Cùng với phát triển cơng nghệ máy tính đến nay, điều khiển lập trình đạt ưu ứng dụng điều khiển công nghiệp Như vậy, PLC máy tính thu nhỏ với tiêu chuẩn cơng nghiệp cao khả lập trình logic mạnh PLC đầu não quan trọng linh hoạt điều khiển tự động hóa II Q TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN: Hệ thống điều khiển gì? Hệ thống điều khiển tập hợp thiết bị dụng cụ điện tử Nó dùng để vận hành q trình cách ổn định, xác thông suốt Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Sự bắt đầu cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào năm 60 70, máy móc tự động điều khiển rơle điện từ định thời, tiếp điểm, đếm, relay điện từ Những thiết bị liên kết với để trở thành hệ thống hồn chỉnh vơ số dây điện bố trí chằng chịt bên panel điện ( tủ điều khiển) Như vậy, với hệ thống có nhiều trạm làm việc nhiều tín hiệu vào/ra tủ điều khiển lớn Điều dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa hư hỏng phức tạp khó khăn Hơn nữa, rơle tiếp điểm có thay đổi yêu cầu điều khiển bắt buộc thiết kế lại từ đầu Hệ thống điều khiển dùng PLC Với khó khăn phức tạp thiết kế hệ thống dùng rơle điện năm 80, người ta chế tạo điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc môi trường công nghiệp khắc nghiệt đem lại hiệu kinh tế cao Đó điều khiển lập trình được, cuẩn hóa theo ngơn ngữ Anh Quốc Programmable Logic Controller (viết tắt PLC) Điều khiển dùng PLC ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN a Các khối chức Một PLC có khối Module Input, khối CPU(Central Processing Unit) khối Module Output Khối Module Input có chức thu nhận liệu digital, analog chuyển thành tín hiệu cấp vào CPU Khối CPU định thực chương trình điều khiển thơng qua chương trình chứa nhớ Khối Module Output chuyển tín hiệu điều khiển từ CPU thành liệu analog, digital thực điều khiển đối tượng Ví dụ: điều khiển động theo sơ đồ bên Điều khiển Rơle điện ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Đi Điều khiển PLC ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN b Các chủng loại PLC: Hiện nay, số PLC sử dụng thị trường Việt Nam: ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN - Mỹ:Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer,… - Đức: Siemens, Boost, Festo… - Hàn Quốc: LG - Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo,… Và nhiều chủng loại khác Các sản phẩm như: Logo!, Easy, Zen, … chế tạo để đáp ứng yêu cầu điều khiển đơn giản c Ưu hệ thống điều khiển dùng PLC: - Điều khiển linh hoạt, đa dạng Lượng contact lớn, tốc độ hoạt động nhanh Tiến hành thay đổi sửa chữa Độ ổn định, độ tin cậy cao Lắp đặt dơn giản Kích thước nhỏ gọn Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống d Hạn chế - Giá thành (tùy theo yêu cầu máy) Cần chuyên viên để thiết kế chương trình cho PLC hoạt động Các u cầu cố định, đơn giản khơng cần dùng PLC PLC bị ảnh hưởng hoạt động mơi trƣờng có nhiệt độ cao, độ rung mạnh e Các ứng dụng PLC: - Điều khiển trình sản xuất: giấy, ximăng, nước giải khát, linh kiện điện tử, xe hơi, bao bì, đóng gói,… - Rửa xe ôtô tự động - Thiết bị khai thác - Giám sát hệ thống, an toàn nhà xưởng - Hệ thống báo động - Điều khiển thang máy - Điều khiển động - Chiếu sáng - Cửa công nghiệp, tự động - Bơm nước - Tưới - Báo trường học, công sở,… - Máy cắt sản phẩm, vơ chai,… 10 ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Ví dụ: So sánh Real 44 ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Ví dụ: 45 ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN HÀM DI CHUYỂN DỮ LIỆU MOVE 46 ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Ví dụ 1: Ví dụ 2: VII LỆNH CHUYỂN ĐỔI CONVERT 47 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN 48 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN CHƯƠNG THI CƠNG VÀ THIẾT KẾ I TÌM HIỂU ĐỀ TÀI Nhiệm vụ đặt - Điều khiển quạt DC bóng đèn AC để điều khiển nhiệt độ lò nhiệt phạm vi từ 50 – 600C Nếu nhiệt độ lò nhiệt nhỏ 500C bật đèn va tắt quạt để tăng nhiệt độ lò nhiệt đến 600C Khi nhiệt độ lò nhiệt đạt đến 600C tắt đèn bật quạt để làm mát lò nhiệt 49 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Các cấu chấp hành phải hoạt động ổn định nhiệt độ lò dao động phạm vi hoạt động Hướng giải - Sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 để đo nhiệt độ lò nhiệt hiển thị nhiệt độ lò nhiệt thơng qua led đoạn điều khiển vi xử lý AT89S52 - Sử dụng module analog EM231 để chuyển giá trị analog sang giá trị digital đưa vào PLC S7-200 để điều khiển nhiệt độ - Sử dụng đèn AC để làm nóng lò nhiệt quạt DC để làm mát - II THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Khối cảm biến nhiệt độ module analog EM231 a Khối cảm biến nhiệt độ Nhóm em sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 vì: - Vì nhiệt độ lò nhiệt dao động phạm vi từ 50 0C đến 600C phù hợp với dải đo cảm biến LM35 từ -550C đến 1500C nên cảm biến LM35 đáp ứng - Cảm biến nhiệt độ LM35 có độ xác, độ ổn định cao - Giá thành rẻ - Điện áp nuôi tương ứng thông dụng mức điện áp volts - Trở kháng lối thấp khoảng 0.6Ω dễ lắp vào tầng khuếch đại hay vào khối analog - Điện áp ngõ tuyến tính với nhiệt độ ngõ vào Độ nhạy LM35 10mV/0C có nghĩa nhiệt độ tăng 10C điện áp ngõ tăng 10mV nhiệt độ lò nhiệt 500C điện áp tương ứng 500mV 600C điện áp tương ứng 600mV Do không thoả với giá trị ngõ vào module analoge EM231 nên nhóm em phải khuếch đại điện áp LM35 lên 10 lần để tầm EM231, ta chọn tầm 0-10V Mạch khuếch đại điện áp ngõ LM35 ta sử dụng opamp sau: 50 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN b Module Analog EM231 Để đọc giá trị analog từ cảm biến nhiệt độ LM35 nhóm em phải sử dụng module analog EM231 Sau thông số kĩ thuật EM231: - Số ngõ vào ngõ - Loại ngõ vào: 0-10V / 0-20mA - Dải điện áp: 0-10V, 0-5V, +/-5V, +/-2,5V - Độ phân giải: 12 Bit - Kích thước: 71,2 x 80 x 62 mm • Cách kết nối ngõ vào 51 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Vì nhóm em sử dụng ngõ vào điện áp nên kết nối vào ngõ A+ ngõ A- ngõ RA khơng kết nối • Cách chọn giá trị ngõ vào độ phân giải từ switch 52 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Do ta chọn tầm 0-10V độ phân giải 2.5mV nên ta chỉnh Switch là: SW1 = ON, SW2 = OFF, SW3 = ON Giá trị ngõ vào từ đến 32000 Khối hiển thị nhiệt độ Do việc hiển thị nhiệt độ led đoạn PLC không đủ ngõ phức tạp nên nhóm em sử dụng vi xử lý AT89S52 ADC0809 để hiển thị nhiệt độ lò nhiệt Kết nối PLC S7-200 viết chương trình a.Kết nối PLC S7-200 - Cắm cáp kết nối EM231 với PLC S7-200 - Kết nối ngõ vào ngõ PLC S7-200 53 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN 54 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN • Do dòng điện ngõ PLC nhỏ nên nhóm em khơng gắn tải trực tiếp vào ngõ để tránh hư ngõ mà thay vào sử dụng rơ-le trung gian 24VDC • Khai báo Input/Output: Input Địa I0.0 ON I0.1 OFF Output Địa Q0.0 Đèn báo hoạt động Q0.1 Đèn lò nhiệt Q0.2 Quạt làm mát • Sơ đồ kết nối với rơ-le trung gian b Chương trình điều khiển 55 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN 56 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN KẾT LUẬN Sau 10 tuần tìm tòi nghiên cứu đồ án mơn học 3, với hướng dẫn tận tình thầy Trần Mạnh Sơn đến em hoàn thành thời hạn đáp ứng yêu c ầu giao Qua thời gian nghiên cứu làm đồ án giúp em nắm vững h ơn nh ững ki ến thức học để áp dụng việc thiết kế lắp đặt mơ hình ứng d ụng th ực t ế dùng PLC S7-200 Vì kiến thức thân nhiều hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót - Đọc nhiệt độ lò nhiệt vào chưa thật xác Chưa hiển thị nhiệt độ đo qua PLC Sử dụng cảm biến chưa phù hợp Kích thước mơ hình lớn 57 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN Với vấn đề chưa làm nêu trên, em xin bước hoàn thiện sau Rất mong bảo thầy góp ý bạn để tập đồ án hoàn thiện Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy TRẦN MẠNH SƠN hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tiến độ Sinh viên thực Nguyễn Văn Cơng Lý Bùi Đình Phong TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Điều khiển lập trình, trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 9/2010 Giáo trình Đo lường cảm biến, Lê Chí Kiên, trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP.HCM Giáo trình Vi xử lý – Vi điều khiển, Nguyễn Đình Phú, TP.HCM, 2013 58 ... lệnh, nhớ, số đầu vào/ ra(I/O), tốc độ quét, … xuất nhiều lo i PLC PLC Siemens có lo i sau: S7- 200, S7- 300, S7- 400 Riêng S7- 200 có lo i CPU sau: CPU 210, CPU 214, CPU 221, CPU 222, CPU 224,... khác Phải đặt tên chọn thư mục lưu - Lấy chương trình từ PLC: File > Upload - Nạp chương trình vào PLC: File > Download, hình báo "Download was secessful" nạp thành cơng chương trình - Mỗi câu... chương trình: chọn PLC > Run > Yes - Dừng chương trình: chọn PLC > Stop > Yes 30 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: ThS TRẦN MẠNH SƠN CHƯƠNG TẬP LỆNH LẬP TRÌNH PLC SIEMENS S7- 200 I BIT LOGIC(CÁC LỆNH TIẾP