Ch-ơng 1: Giới thiệu về lò nung 1
CHƯƠNg1
giới thiệu về lò Nung
1.1-Cấu tạo hệ thống lò nung công nghiệp.
Lò lung công nghiệp là loại lò dùng nhiên liệu khí gas, kích th-ớc và khối l-ợng lớn. Cấu
tạo của lò gồm 3 bộ phận chính :
+ Vỏ lò ( phần cơ khí)
+ Lớp bảo ôn
+ Hệ thống đ-ờng ống dẫn khí và đầu đốt
Kích th-ớc khuôn khổ của lò:
Dài x rộng x cao = a x bx h = 59 x 1,2 x 2 (m)
trong đó:
a- Chiều dài của lò.
b- Chiều rộng của lò.
h- Chiều cao của lò.
Nhiệt độ nung: T
max
=1300
0
C , T
min
= 300
0
C.
Thời gian nung của lò có thể liên tục nhiều giờ mà vẫn đảm bảo độ an toàn lao động cũng
nh- các chỉ số an toàn nói chung của một lò nung.
Phần vỏ lò làm bằng thép (chủ yếu là C45) có kích th-ớc và khối l-ợng lớn nhất bao quanh
toàn bộ lò, do làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, nên trong lòng của lò đ-ợc

- Máy móc sản xuất phải có giá rẻ.
Hầu hết các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình đều đáp ứng đ-ợc các yêu cầu trên ngày
càng nâng cao hiệu quả sản xuất.
Bộ điều khiển bằng ch-ơng trình ngày càng đa dạng và phong phú nh- các thiết bị điều
khiển số, các robốt công nghiệp, máy tính, PLC vv
Các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình ngày nay đã hầu hết thay thế cho các phần tử điều
khiển nh-: trục cam, công tắc khống chế hình tang trống, rơle điện từ thay thế vào đó là
các vi mạch có chất l-ợng cao, đáp ứng đ-ợc yêu cầu đặt ra trong các môi tr-ờng khác nhau
và các yêu cầu mà các phần tử khác không có đ-ợc.
2.1.2. Nhiệm vụ đặt ra cho các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình.
* Điều khiển chuyên gia, giám sát.
- Thay thế cho điều khiển bằng rơle
- Thời gian đếm
- Thay thế cho các panel điều khiển bằng mạch in
- Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình
* Điều khiển dãy:
- Các phép toán số học
- Cung cấp thông tin
- Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất )
- Điều khiển PID
- Điều khiển các thiết bị chấp hành

Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC 14
- Điều khiển động cơ b-ớc
* Điều khiển liên tục:
- Điều hành các quá trình, báo đông
- Phát hiện lỗi và xử lí

Động cơ
Trục lăn
Bộ sấy
Đèn báo

Bộ điều khiển ch-ơng trình hiện nay:
Các phần tử đầu vào
Bộ điều khiển bằng ch-ơng trình
Phần tử chấp hành
Nút ấn
Công tắc hành trình
Bánh xe
Công tắc mức
PLC
Mạch phần mềm
Giản đồ thang

Động cơ
Trục lăn
Bộ sấy
Đèn báo
Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC 15

Cấu trúc của PLC: PLC gồm có 4 thành phần cơ bản

INPUT
AREA

CPU

OUPUT
AREA
MEMORY
AREA
POWER
SUPLY

INPUT DEVICES
OUTPUT
Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC 16
PLC loại trung bình
PLC loại lớn
+ Các PLC loại nhỏ có dung l-ợng quản lí tối đa là 64 I/O. Cấu trúc thành một
khối gồm 4 phần (xử lí trung tâm, nguồn, đầu ra, đầu vào) nó th-ờng đ-ợc ứng dụng
trong điều khiển một máy sản xuất hoặc dây chuyền sản xuất cỡ nhỏ.
+ Các PLC loại trung bình th-ờng có dung l-ợng quản lí 192 I/O. Nó có cấu
trúc thành từng khối riêng biệt (khối nguồn, khối xử lí trung tâm, khối đầu vào và ra).
PLC loại trung bình đ-ợc xử dụng cho một dây chuyền sản xuất cở nhỏ, hoặc một
công đoạn của một dây chuyền sản xuất cỡ lớn.
+ Các PLC loại lớn có dung l-ợng quản lí tối đa là 1024 I/O. Có nhiều loại
khối vào ra đặc biệt , nó quản lí cho dây chuyền sản xuất lớn có nhiều công đoạn
khác nhau.

điện chuẩn từ 4 20 mA.
3. Các khối vào/ra đặc biệt: Có rất nhiều loại vào/ra đặc biệt nh- :
- Khố vào/ra điều khiển nhiệt độ.
- Khối vào/ra cho sensor với các bộ khuếch đại
- Khối vào ra xung
4. Các lệnh cơ bản trong lập trình PLC
* Các phím lệnh:
FUN : Các lệnh ứng dụng đặc biệt gọi là lện chức năng, có thể đ-a đ-ợc
vào khi đóng điện .
LD : Nhập các điểm vào ch-ơng trình và cho ta ý nghĩa của điểm phân
nhánh.
OR : Cho phép các điểm đ-ợc nối vào mạch để hình thành nối song
song.
AND : Cho phép các điểm đ-ợc ghép nối với nhau để hình thành mạch
nối tiếp
OUT : Các lệnh ra
TIM : Bộ nhớ thời gian - đó là các bộ trễ thời gian.
HR : Thiết lập rơle l-u trữ
TR : Thiết lập các rơle tạm thời
SET : Chỉ thị vận hành của bộ ghi dịch
SHIFT: Dùng cho các chức năng thay đổi bàn phím
END : Dùng để kết thúc một ch-ơng trình
* Các lệnh phần mềm.
Trong đồ án này chỉ giới thiệu các lệnh cơ bản ứng dụng trong phần mềm điều khiển
PLC cho mô hình.
+ Bộ định thời gian: TIM
Lệnh TIM dùng để đặt thời gian giống nh- mạch rơle thời gian. Thời gian đặt đ-ợc từ
0000 999,9 s
Đồ thị thời gian
Vào
Ch-¬ng 2: Giíi thiÖu bé ®iÒu khiÓn lËp tr×nh PLC 19

Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300 19
ch-ơng 3
Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền
PLC S7 300
3. Giới thiệu về PLC S7 300
3.1. Các module của PLC S7 300
Là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm,
cổng truyền thông(RS485) và có thể còn có 1 vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có

Khối vi xử
lý trung
tâm & Hệ
điều hành
Timer
Counte
r
Bít cờ
Cổng vào ra
onboard
Cổng ngắt
và đếm tốc
độ cao

Bus của
PLC
Quản lý
ghép nối
Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300 20
*Bộ nhớ của S7-300 đ-ợc chia làm 3 vùng chính:
- Vùng chứa ch-ơng trình ứng dụng.
Vùng nhớ ch-ơng trình đ-ợc chia làm 3 miền:
+/OB(Organisation block): Miền chứa ch-ơng trình tổ chức
+/FC(Function): Miền chứa ch-ơng trình con đ-ợc tổ chức thành hàm có biến hình
thức để trao đổi dữ liệu với ch-ơng trình đã gọi nó.
+/FB(Function block): Miền chứa ch-ơng trình con,đ-ợc tổ chức thành hàm và có khả
năng trao đổi dữ liệu với bất cứ 1 khối ch-ơng trình nào khác. Các dữ liệu này phải đ-ợc xây

21
+L (Local data block): miền dữ liệu địa ph-ơng,đ-ợc các khối ch-ơng trình OB,FC,FB
tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với
những khối ch-ơng trình đã gọi nó.Nội dung của 1 số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá
khi kết thúc ch-ơng trình t-ơng ứng trong OB,FC.FB.Miền này có thể đ-ợc truy nhập từ
ch-ơng trình theo bit(L),byte(LB),từ(LW),từ kép(LD)
Các thanh ghi trong CPU:
gồm có các thanh ghi tổng(Accumulator:ACCU1,ACCU2),thanh ghi địa chỉ (Address
register:AR1,AR2)và thanh ghi trạng tháI (Status word :STW)
Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các Module mở rộng
PLC có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng thông qua bus nội
bộ.Ngay tại đầu vòng quét các dữ liệu tại cổng vào của các module số(DI) đã đ-ợc CPU
chuyển tới bộ đệm vào số.Cuối mỗi vòng quét nội dung của bộ đệm ra số lại đ-ợc CPU
chuyển tới cổng ra của các module ra (DO).Việc thay đổi nội dung 2 bộ đệm này đ-ợc thực
hiện bởi ch-ơng trình ứng dụng.
Trong ch-ơng trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc giá trị cổng vào số thì cho dù giá trị
logic thực có của cổng vào có thể đã bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét,ch-ơng
trình vẫn luôn đọc đ-ợc 1 giá trị tới I và giá trị đó chính là giá trị cổng vào có tại thời điểm
đầu vòng quét,nếu ch-ơng trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho 1 cổng ra số thì nó
chỉ thay đổi nội dung bit nhớ t-ơng ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở lần thay đổi cuối cùng
mới thực sự đ-ợc đ-a tới cổng ra vật lý của module DO.
Khác hẳn với việc đọc/ghi vào cổng số ,việc truy nhập cổng vào ra t-ơng rự lại đ-ợc
module thực hiện trực tiếp với module mở rộng(AI/AO).Nh- vậy mỗi lệnh đọc giá trị từ địa
chỉ thuộc vùng PI sẽ thu đ-ợc 1 giá trị đúng bằng giá trị thực có ở cổng ở thời điểm thực
hiện lệnh.T-ơng tự khi thực hiện lệnh gửi 1 giá trị(số nguyên 16bits) tới địa chỉ của vùng PQ
giá trị đó sẽ đ-ợc gửi ngay đến cổng ra t-ơng tự của module.Chỉ có các module vào ra số
mới có bộ đệm còn các module t-ơng tự thì không,chúng chỉ đ-ợc cung cấp địa chỉ để truy
nhập(PI,PQ).
Miền địa chỉ PI,PQ đ-ợc cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào ra t-ơng tự có thể có
của 1 trạm.Thực chất các cổng vào t-ơng tự chỉ có từ địa chỉ PIB256 đến PIB 767 nh-ng

khiển tới đối t-ợng có 1 khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét.Nói cách
khác,thời gian vòng quét quyết định thời gian thực của tr-ơng trình điều khiển trong
PLC.Thời gian vòng quét càng ngắn tính thời gian thực của tr-ơng trình càng cao.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào ,ra thông th-ờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng
vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Việc truyền thông gi-a
bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý.ở 1 số
module CPU khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức,hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác,ngay
cả ch-ơng trình xử lý ngắt,để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
- Module nguồn_Module PS(Power supply):
Module nguồn nuôi.Có loại 2A,5A và 10A Vòng
quét
Stop
Start
Chuyển dữ liệu từ Q
tới cổng ra
Chuyển dữ liệu
từ cổng vào tới I
Truyền thông và
kiểm tra lỗi
Thực hiện ch-ơng
trình
Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300 23
-Thẻ nhớ(Memory card):
Mục đích dùng memory card: Với memory card ta có thể mở rộng vùng

- Module truyền thông _Module CP(Communication module):
Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300 24
Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với
máy tính
3.2.Cấu trúc hệ thống điều khiển tập trung
- CPU đảm bảo quản lý đ-ợc toàn bộ các cảm biến và thiết bị chấp hành của quá trình
công nghệ
- CPU đảm bảo thực hiện toàn bộ các luật điều khiển của quá trình
- Các cảm biến và thiết bị chấp hành phân bố tập trung về mặt địa lý(Khoảng cách từ
chúng tới CPU < 100m)
- CPU đảm bảo tính thời gian thực
Slot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Rack 0 Rack 1

Rack 2
IM
DI
DO
CP
FM
DI/DO
AI/AO
IM
DI
DO
CP
FM
DI/DO
AI/AO

IM
nhận
IM
nhận
IM
nhận
IM
gửi
CPU
nguồn
64
0-
65
5

65
6-
67
1
67
2-
68

4-
55
9
56
0-
57
5
57
6-
59
1
59
2-
60
7
60
8-
62
3
62
4-
63
9
38
4-
39
9
40
0-
41

2-
28
7
28
8-
30
3
30
4-
31
9
32
0-
33
5
33
6-
35
1
35
2-
36
7
36
8-
38
3
Rack0
Rack1
Rack2

92.0
-
95.7
32.0
-
35.7
36.0
-
39.7
40.0
-
43.7
44.0
-
47.7
48.0
-
51.7
52.0
-
55.7
56.0
-
69.7
60.0
-
63.7
0.0
-
3.7

107.7
108.0
-
111.7
112.0
-
115.7
116.0
-
119.7
120.0
-
123.7
124.0
-
127.7
Rack0
Rack1
Rack2
Rack3
Ch-¬ng 3: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn cho lß nung trªn nÒn PLC S7- 300 26
3.3. CÊu tróc ®iÒu khiÓn ph©n t¸n
3.3.1.HÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n vµo ra Communication Cable


RTU2
TBCB/
TBCH
RTU3
TBCB/
TBCH
CPU1
CPU2
CPU3
CPU4
RTU1
1
CPU1
RTU10
CPU2
RTU1
RTU2
CPU3
CPU4
RTU4
1
RTU4
2
Ch-¬ng 3: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn cho lß nung trªn nÒn PLC S7- 300 27


Ch-¬ng 3: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn cho lß nung trªn nÒn PLC S7- 300 28


29

Ch-¬ng 3: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn cho lß nung trªn nÒn PLC S7- 300 32 Ch-¬ng 3: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn cho lß nung trªn nÒn PLC S7- 300 33