Đang tải... (xem toàn văn)
Nhiệt độ là một đại lượng vật lý hiện diện khắp nơi và trong nhiều lĩnh vực, trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt. Nhiệt độ trở nên là mối quan tâm hàng đầu cho các nhà thiết kế máy và đi
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ PHẦN GIỚI THIỆU CÁC ĐỐI TƯỢNG LIÊN QUAN GVHD : BÙI THANH HUYỀN &1& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ CHƯƠNG : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ VÀ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN 1.1 Giới thiệu nhiệt độ phương pháp điều khiển : 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 Điều Khiển Tự Động Trong nhiều lĩnh vực kinh tế, vấn đề đo kiểm sốt nhiệt độ q trình khơng thể thiếu được, công nghiệp Đo nhiệt độ cơng nghiệp ln 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, gốm sứ, công nghiệp chế tạo động đốt Tùy theo tính chất , u cầu q trình mà địi hỏi phương pháp điều khiển thích hợp Tính ổn định xác nhiệt độ địi hỏi đặt vấn đề cần phải giải Một điều thực cần thiết ta phải khảo sát kỹ đối tượng cung cấp nhiệt mà ta cần phải điều khiển để dẫn đến mơ hình tốn học cụ thể Từ giải toán điều khiển sở lý thuyết nghiên cứu sẳn Hệ thống điều khiển nhiệt độ phân làm hai loại : hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system) hệ thống điều khiển (sequence control system) Điều khiển hồi tiếp thường xác định giám sát kết điều khiển , so sánh với yêu cầu thực thi (ví dụ điểm đặt) tự động điều chỉnh Điều khiển thực bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước xác định GVHD : BÙI THANH HUYỀN &2& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ Một hệ thống muốn xác cần phải thực hồi tiếp tín hiệu so sánh với tín hiệu vào gởi đến điều khiển hiệu chỉnh đầu Hệ thống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường thấy hệ thống tự động Các phương pháp điều khiển khác nguyên tắc điều khiển giống Một hệ thống điều khiển nhiệt độ dựa nguyên tắc hệ thống hồi tiếp có dạng tổng qt hình : Giá trị đặt X Bộ điều khiển Bộ phận gia nhiệt Nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ Đây hệ thống hồi tiếp qua cảm biến cho tín hiệu đo lường nhiệt độ so sánh với giá trị đặt , sai lệch tín hiệu đặt đo đưa tới điều khiển tạo tín hiệu điều khiển cơng suất cấp cho phận gia nhiệt Như phương pháp điều khiển khác chất điều khiển khác tạo nên 1.2.Nhiệm vụ luận văn : 1.2.1.Nhiệm vụ luận văn tìm hiểu thực mục tiêu sau : Sử dụng PLC SIEMENS S7-300 điều khiển lò nhiệt phương pháp mờ lai Giám sát điều khiển thu thập liệu hoạt động lò nhiệt sử dụng phần mềm WinCC (Windows Control Center) 1.2.2.Phạm vi điều khiển : khuôn khổ giới hạn luận văn nên em giới hạn phạm vi sau : Đối tượng : PLC S7-300 (CPU 314IFM), modun AI SM331 chuyên dụng có khả đọc trực tiếp tín hiệu từ cảm biến Thermocoup, PT lò nhiệt dân dụng Cảm biến : Thermocoup TC loại K có độ nhạy nhiệt 40V/10C Phương tiện điều khiển : OP (Operation Panel), nhiên thay PC ( Personal Computer ) với hệ điều hành Windows 98 Giao tiếp máy tính : thông qua phần mềm WInCC công ty SIEMENS Bộ điều khiển mờ PID : tích hợp PLC S7-300 công ty SIEMENS GVHD : BÙI THANH HUYỀN &3& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ Chương trình điều khiển : soạn thảo phần mềm Step7 công ty SIEMENS CHƯƠNG : GIỚI THIỆU PLC SIEMEN VÀ PHẦN MỀM STEP7 GIỚI THIỆU PLC PLC (Programmable Logic Control): thiết bị điều khiển logic khả trình loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể thuật tốn mạch logic GVHD : BÙI THANH HUYỀN &4& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ 1.1 Vài nét lịch sử PLC: PLC bắt đầu phát triển từ năm 1968 để đáp ứng yêu cầu hãng Hydraumatic Division of General Motors (GM) Thời gian này, GM thường nhiều thời gian để thay hệ thống điều khiển dựa relay cần hiệu chỉnh hay thay đổi mẫu mã xe Để giảm chi phí cao việc nối lại dây, kỹ thuật điều khiển GM gọi hệ thống điện tử có linh động máy tính, lập trình bảo dưỡng kỹ sư chuyên gia xí nghiệp Nó chịu đựng bụi bẩn khơng khí, rung, nhiễu điện, độ ẩm nhiệt độ cao môi trường công nghiệp PLC lắp đặt vào năm 1969 thành cơng nhanh chóng Những chức giống relay thay thế, chí PLC có độ tin cậy hệ thống relay, lý thành phần điện tử đơn giản so với phần chuyển động relay điện Nó chiếm khơng gian counters, timers thành phần điều khiển khác mà thay Khả lập trình lại lớn có thay đổi kế hoạch điều khiển Có lẽ chìa khóa lớn để PLC chấp nhận công nghiệp ngôn ngữ lập trình dựa giản đồ hình thang (ladder diagram) ký hiệu thường dùng thợ điện Hầu hết nhân viên xí nghiệp huấn luyện theo mức logic hình thang nên họ dễ dàng chấp nhận PLC Thực mức logic hình thang có vai trị chung việc lập trình sửa chữa, cho dù ngơn ngữ lập trình tân tiến phát triển 1.2 Đặc điểm PLC : Một hệ điều khiển gọi điều khiển lập trình ngõ ngõ vào nối kết với thông qua điều khiển lập trình Chức hệ điều khiển chuyển đổi thành chương trình nạp vào điều khiển Bộ điều khiển dựa theo chương trình để thực q trình điều khiển ngõ thơng số ngõ vào Chúng ta có nên dùng ngơn ngữ lập trình ? Trong năm 1970 đầu thập kỷ 80 nhiều kỹ sư, nhà điều hành sản xuất người thiết kế hệ thống tốn nhiều thời gian để tranh luận đề tài song song chi phí cho PLC Ngày nay, người ta chấp nhận PLC trở nên kinh tế có hiệu hệ thống điều khiển cần từ ba đến bốn relay hay nhiều chi phí cho PLC nhỏ vài trăm dollars Các nhà sản xuất đặt hiệu suất chất lượng lên hàng đầu phí trở nên không quan trọng Với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật máy tính dùng PLC để điều khiển máy công nghiệp vì: Một PLC đơn giản dùng nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ việc điểu khiển lặp lặp lại tác vụ đơn giản việc điều khiển để chạy tác vụ phức tạp GVHD : BÙI THANH HUYỀN &5& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ Các chương trình điểu khiển thay đổi cách dể dàng, cải tiến để phù hợp với hoạt động Chương trình điều khiển dể dàng nạp vào nhiều PLC, dể dàng trao đổi chương trình Thời gian đáp ứng nhanh trở thành tiêu chuẩn PLC Điều cần thiết điều khiển cơng nghiệp, tín hiệu từ cảm biến thay đổi nhanh Trong PLC có sẳn đếm, định sử dụng với nhiều độ xác khác nhau, q trình điều khiển có cần thêm Có thể chấp nhận tính kinh tế PLC sử dụng hệ thống điều khiển có relay hay nhiều Khi dùng PLC giao tiếp với thiết bị đèn LED đoạn, chọn nhấn ( thumbwheels), chức xử lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu tần số cao Cho phép hiển thị đồ hoạ hệ thống Truyền thông: Những hoạt động giao tiếp với PLC khác hay mạng máy tính giúp cho việc thu thập liệu trao đổi thông tin dể dàng Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng relay dây nối logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dễ dàng cho PLC mà đảm bảo tốc độ xử lý giá Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch sau chức làm tốn máy lớn Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng nhớ lớn hơn, số lượng I/O nhiều PLC sử dụng nhớ lập trình để lưu trữ lệnh thực thi chức đặc biệt gồm có điều khiển ON/OFF, định thời, đếm, thứ tự, số học xử lý liệu Với hệ điều khiển, tín hiệu đầu vào, đầu nối vào PLC PLC hoạt động cách kiểm tra lại tín hiệu lệnh (đã lập trình nhớ), sau ghi kết vào ngõ đưa đến thiết bị điều khiển Trong PLC, phần cứng CPU chương trình hai đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức quy trình cơng nghệ, ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức GVHD : BÙI THANH HUYỀN &6& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp mang tính vật lý so với điều khiển dùng dây nối relay Nhiều PLC giúp gia tăng cạnh tranh Các trình thường sử dụng PLC bao gồm: đóng gói, đóng chai vận chuyển, xử lý vật liệu, vận hành máy, phát lượng, hệ thống điều khiển xây dựng, hệ thống bảo vệ, dây chuyền tự động, vẽ đường xử lý nước PLC ứng dụng nhiều ngành công nghiệp bao gồm thức ăn đồ uống, chuyển động tự động, hóa học, nhựa, bột giấy giấy, dược vật liệu Thực ra, ứng dụng cần đến điện sử dụng PLC So sánh PLC với số hệ thống khác: Chỉ tiêu so Rơ-le Mạch số Máy tính sánh Giá thành Khá thấp Thấp Cao chức Kích thước vất Lớn Rất gọn Khá gọn lý Tốc độ điều Chậm Rất nhanh Khá nhanh khiển Khả Xuất sắc Tốt Khá tốt chống nhiễu Lắp đặt Mất thời gian Mất thời gian Mất nhiều thiết kế lắp thiết kế thời gian đặt lập trình Khả điều Khơng Có Có khiển tác vụ phức tạp Dễ thay đổi Rất khó Khó Khó điều khiển Cơng tác bảo Kém-có Kém- IC Kém- có trì nhiều cơng tác hàn nhiều mạch điện từ chuyên dùng PLC Thấp Rất gọn Nhanh Tốt Lập trình lắp đặt đơn giản Có Đơn giản Tốt- module tiêu chuẩn hóa 1.3 Một vài ưu điểm PLC tự động: Ưu điểm : - Thời gian lắp đặt công trình ngắn gọn - Dễ dàng thay đổi mà không tổn thất tài GVHD : BÙI THANH HUYỀN &7& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ - Có thể tính toán xác giá thành - Cần thời gian huấn luyện - Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm - Ứng dụng phạm vi rộng - Dễ bảo trì, thị vào giúp xử lý cố dễ nhanh - Độ tin cậy cao - Chuẩn hóa phần cứng điều khiển - Thích ứng môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn 1.3.1 Điều khiển giám sát: - Thay cho điều khiển Relay - Thời gian đếm - Thay cho panels điều khiển mạch in - Điều khiển tự động bán tự động tay,các máy trình 1.3.2 Điều khiển dãy: Các phép toán số học - Cung cấp thông tin - Điều khiển liện tục: nhiệt độ, áp suất - Điều khiển P.I.D - Điều khiển động chấp hành - Điều khiển động bước 1.3.3 Điều khiển mềm dẻo: - Điều khiển trình báo động - Phát lỗi điều hành - Ghép nối qua máy tính - Ghép nối với máy in - Mạng tự động hóa xí nghiệp - Mạng cục GVHD : BÙI THANH HUYỀN &8& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ - Mạng mở rộng 1.4 Cấu trúc PLC : - Một hệ thống lập trình phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O) IN PUT CENTRAL PROCESSING UNIT OUT PUT Hình 1.4.a-Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lập trình - Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm phần: xử lý, hệ thống nhớ hệ thống nguồn cung cấp Processcor Memory Power Supply Hình 1.4.b-Sơ đồ khối tổng quát CPU Giới thiệu PLC SIEMEN 2.1 Cấu trúc , chức 1- Các khối S7-300 - Khối tín hiệu (SM) + Khối ngõ vào digital: 24V DC, 120/230V AC + Khối ngõ digital: 24V DC, ngắt từ + Khối ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, cặp nhiệt + Khối ngõ vào digital: 24V DC, Áp, dòng - Khối giao tiếp (IM): Khối IM360/IM365 IM365 dùng để nối nhiều cấu hình Chúng điều khiển ghi hệ thống - Khối giả lập (DM): Khối DM 370 dự phịng khối tín hiệu chưa định Chẳng hạn dành chỗ cho khối tương lai lắp đặt - Khối chức (FM): Thể chức đặc biệt sau + Đếm + Định vị + Điều khiển hồi tiếp GVHD : BÙI THANH HUYỀN &9& SVTH :NGUYỄN MINH TÂM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ - Xử lý liên lạc (CP): Cung cấp tiện nghi liên lạc sau + Nối điểm – điểm + Mạng PROFIBUS + Ethernet công nghiệp - Phụ tùng: Các nối phận nối phía trước mặt 2.2- Các thành phần S7-300 - Dẫn nhập: Bảng kê thiết bị cấu hình S7-300 Bộ phận Rãnh trượt Nguồn cung cấp (PS) Vi xử lý (CPU) Khối giao tiếp (IM) Khối tín hiệu (SM) (Digital/Analog) Khối chức (FM) Xử lý truyền thông (CP) Nhiệm vụ … Là giá S7-300 … Biến đổi áp khu vực (120/230V) 24V DC áp làm việc S7-300 … Thực chương trình người dùng phụ kiện: khối nhớ, pin lưu trữ … Kết nối liệu giá (dãy) … Làm thích nghi với nhiều mức xử lý S7-300 Phụ kiện: nối ghi, nối phía trước … Thực nhiệm vụ định vị, điều khiển hồi tiếp v.v… … Để nối phận PLC với Phụ kiện: cáp, phần mềm, khối giao tiếp - Ray: Nguồn cung cấp, CPU, IM, loại khối khác gắn chặt vào ray - Nguồn: + Nguồn cung cấp có nhiều kiểu: 2A, 5A, đến 10A áp 24V Nguồn áp cung cấp lpại cách ly, có bảo vệ ngắn mạch, áp ổn định khơng tải Có LED báo trạng thái hư hỏng Đèn LED nhấp nháy ngắn mạch + Bạn lưu ý nút đổi điện áp sơ cấp 120V 230V - Khối vi xử lý: CPU có thành phần sau mặt trước: + Báo trạng thái báo lỗi + Công tắc chuyển đổi cách vận hành với chọn lựa + Mối nối nguồn cung cấp 24V + Phần giao tiếp nhiều điểm MPI để nối với thiết bị lập trình hay PLC khác + Hộc chứa pin (khơng có CPU312/FM) + Hộc chứa khối nhớ (khơng có CPU312/FM, 314/FM) - Khối giao tiếp: Có thể xếp cấu hình theo nhiều kiểu - Khối tín hiệu: Những khối chọn tùy theo dãy điện áp sử dụng điện áp ngõ Có nối bus điều khiển cho khối, vòng nối bus liệu phía sau Tín hiệu xử lý nối phía trước GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 10 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM ...LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NHIỆT ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ CHƯƠNG : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ VÀ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN 1.1 Giới thiệu nhiệt độ phương pháp điều khiển : Nhiệt độ đại lượng... hiệu vào gởi đến điều khiển hiệu chỉnh đầu Hệ thống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường thấy hệ thống tự động Các phương pháp điều khiển khác nguyên tắc điều khiển giống Một hệ thống. .. PLC : Một hệ điều khiển gọi điều khiển lập trình ngõ ngõ vào nối kết với thông qua điều khiển lập trình Chức hệ điều khiển chuyển đổi thành chương trình nạp vào điều khiển Bộ điều khiển dựa theo