BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU
KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT BÃ MÍA
GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ
SVTH: Nguyễn Minh Hải
MSSV: 16431009
Tp. Hồ Chí Minh - 12/2017
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
Nguyễn Minh Hải
MSSV: 16341009
Chuyên ngành:
CNKT Điện tử Truyền Thông
Mã ngành:
41
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy (CT)
Mã hệ:
3
Khóa:
2016
Lớp:
163410A
I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt.
-
Thiết kế và thi công khối cảm biến nhiệt độ.
-
Thiết kế và thi công hệ thống quạt thổi và băng tải.
-
Kết nối PLC với biến tần.
-
Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình.
ii
-
Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên máy tính bằng phần mềm WinCC
trong TIA Portal V14.
-
Viết chương trình PLC cho hệ thống.
-
iii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o----
Tp. HCM, ngày 20 tháng 03 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Phan Ngọc Nhân
Lớp: 163410A
MSSV: 16341017
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Hải
Lớp: 163410A
MSSV: 16341009
Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT
(09/04 – 15/04)
Tuần 6
(16/04 – 22/04)
Tuần 7, 8
(23/04 – 06/05)
Tuần 9, 10
Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến
tần.
Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt, khối
cảm biến nhiệt độ.
Lắp ráp hoàn thiện mô hình.
(07/05 – 20/05) Lập trình PLC cho toàn hệ thống.
iv
Tuần 11, 12
(21/05 – 03/06)
Tuần 13
Chạy thử demo chương trình.
Cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống và chương trình.
Viết báo cáo chương 1, chương 2.
(04/06 – 10/06)
Tuần 14
Viết báo cáo chương 3, chương 4.
NGUYỄN MINH HẢI
vi
LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình được học tập ở trường cùng với những kiến thức được các thầy cô
giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã
được các thầy cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm
ơn tới tất cả các thầy, cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung,
đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung cấp cho
Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể thực hiện
được đồ án này.
Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Văn Sỹ, trong suốt thời gian
nhóm em thực hiện đề tài, thầy đã hướng dẫn tận tình và hỗ trợ cho nhóm các thiết bị
cần thiết để nhóm thực hiện đề tài tốt hơn và đưa ra hướng đi giải quyết đúng cho nhóm
mỗi khi gặp khó khăn. Cảm ơn thầy đã chia sẻ những kinh nghiệm quý báu giúp nhóm
thực hiện tốt đề tài.
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới hạn
nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những ý
kiến đóng góp quý báu từ thầy cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được hoàn
thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện 1
PHAN NGỌC NHÂN
Sinh viên thực hiện 2
viii
c. Các moudle mở rộng PLC S7-1200 ............................................................. 13
d. Module truyền thông ................................................................................... 14
e. Nguyên lý hoạt động PLC S7 – 1200 ........................................................... 15
f. Lập trình PLC S7-1200 ............................................................................... 16
2.3.2 Biến Tần SIEMENS MICROMASTER 420................................................ 16
2.3.3 Dây nhiệt điện trở (thermistor) ....................................................................24
2.3.4 SOLID STATE RELAY (SSR) ...................................................................26
2.3.5 Cảm biến nhiệt độ ....................................................................................... 27
a. Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector - RTD) ................................ 28
b. Cặp nhiệt điện (Thermocouple) ...................................................................29
c. Cảm biến nhiệt bán dẫn ............................................................................... 30
d. Điện trở oxit kim loại (Thermistor).............................................................. 30
2.3.6 Nút nhấn .....................................................................................................31
2.3.7 Động cơ 3 pha ............................................................................................. 32
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................34
3.1 GIỚI THIỆU.....................................................................................................34
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................... 35
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống........................................................................ 35
3.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống .....................................................................36
a. Thiết kế khối nguồn ..................................................................................... 36
b. Thiết kế khối cảm biến ................................................................................. 37
c. Khối xử lý trung tâm .................................................................................... 38
d. Khối nút nhấn, đèn báo ................................................................................ 39
e. Khối điều khiển động cơ .............................................................................. 40
f. Khối điều kiển SSR ...................................................................................... 42
g. Khối băng tải và quạt thổi ............................................................................ 43
h. Khối dây điện trở nhiệt mayso .....................................................................44
x
5.1 THIẾT BỊ ......................................................................................................... 70
5.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC..................................................................................... 70
5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ................................................................................... 71
5.4 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................... 74
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 75
6.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................75
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 76
xi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt..............................................................................5
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID ............................................................................6
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục ..............................................................7
Hình 2.4: Hệ thống bộ điều khiển PID số rời rạc ...........................................................7
Hình 2.5: Khâu tỉ lệ bộ điều khiển PID ..........................................................................8
Hình 2.6: Khâu tích phân bộ điều khiển PID..................................................................9
Hình 2.7: Khâu vi phân bộ điều khiển PID ....................................................................9
Hình 2.8: Thành phần PLC S7 – 1200 ......................................................................... 11
Hình 2.9: Module truyền thông RS485(CB 1241) ........................................................ 14
Hình 2.10: Chu kỳ quét của một PLC .......................................................................... 15
Hình 4.3: Sơ đồ lắp ráp băng tải và lò đốt ....................................................................49
Hình 4.4: Mô hình lò đốt ............................................................................................. 51
Hình 4.5: Mô hình băng tải .......................................................................................... 53
Hình 4.6: Sơ đồ thi công tủ điện .................................................................................. 53
Hình 4.7: Đèn nút nhấn bên trong tủ ............................................................................ 55
Hình 4.8: Linh kiện bố trí bên trong tủ......................................................................... 55
Hình 4.9: Lưu đồ giản thuật điều khiển biến tần .......................................................... 56
Hình 4.10: Lưu đồ giản thuật toàn bộ hệ thống ............................................................ 57
Hình 4.11: Giao diện tạo project mới ........................................................................... 59
Hình 4.12: Giao diện Main(OB1) lập trình chương trình ............................................. 59
Hình 4.13: Giao diện thiết kế WinCC .......................................................................... 60
Hình 4.14: Cấu trúc mạng của biến tần MM420 .......................................................... 61
Hình 4.15: Kết nối mạng giữa PLC và các biến tần ..................................................... 61
Hình 4.16: Lệnh truyền thông với giao thức USS ........................................................ 62
Hình 4.17: Hàm USS_PORT ....................................................................................... 63
Hình 4.18: Hàm USS_DRIVE ..................................................................................... 64
Hình 4.19: Hàm USS_RPM ......................................................................................... 65
Hình 4.20: Hàm USS_WPM........................................................................................ 67
Hình 4.21: Thông số thiết lập cho chế độ truyền thông USS ........................................ 68
Hình 5.1: Phần khung sắt sau khi thiết kế xong............................................................ 71
Hình 5.2: Sau khi lắp đặt các thiết bị hoàn chỉnh ......................................................... 71
Hình 5.3: Lò đốt đang hoạt động ................................................................................. 72
Hình 5.4: Lò đốt được lắp đặt hoàn chỉnh ....................................................................72
Hình 5.5: Các thiết bị được gắn hoàn chỉnh .................................................................73
Hình 5.6: Bảng điều khiển ........................................................................................... 73
Hình 5.7: Màn hình giám sát SCADA ......................................................................... 74
xiii
LIỆT KÊ BẢNG
tốc độ động cơ băng tải và quạt thổi thông qua biến tần MM420.
Nhóm đã hoàn thành mô hình lò đốt với những tính năng cơ bản, có thể tự động
điều khiển băng tải cấp nguyên liệu bã mía và điều khiển được tốc độ quạt gió cung cấp
không khí cho việc đốt nhằm để cân bằng và ổn định nhiệt độ trong lò. Với mong muốn
đem lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất và giảm thiểu nhân công vận hành.
Mô hình hoạt động tương đối ổn định, nhưng bên cạnh đó vẫn còn một số hạn chế
nhỏ như cơ chế hoạt động còn khá đơn giản, do điều kiện kinh tế và thời gian có hạn
nên đề tài vẫn còn hạn chế về thiết bị sử dụng trong mô hình.
xv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo con số thống kê của hiệp hội mía đường Việt Nam năm 2010, Việt Nam có
tổng số 41 nhà máy đường, với khoảng 24 triệu tấn mía ép tạo ra 7,8 triệu tấn bã mía.
Từ đó thì khoảng 80% trong số đó được đốt để nạp cung cấp nhiệt cho các nhà máy
điện, lò hơi hay được dùng ngược lại để nấu mía đường. Để tận dụng nhiệt lượng cao
từ 4200 – 4700 kcal/kg của bã mía đem lại thì cần phải có sự kiểm soát nhiệt độ một
cách hiệu quả trong lò nấu mía đường.
Với tính chất quan trọng như vậy thì nhiệt độ cần đòi hỏi phải có phương pháp
điều khiển thích hợp. Đây chính là vấn đề đặt ra để cần giải quyết nhằm đem lại tính
ổn định và chính xác của nhiệt độ. Một hệ thống muốn chính xác cần phải thực hiện
hồi tiếp tín hiệu về để so sánh với tín hiệu vào ra và được gửi đến bộ điều khiển hiệu
chỉnh đầu ra. Hệ thống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường được thấy
trong các hệ thống tự động.
Trước đó đã có nhiều công trình và đề tài như“Điều khiển và giám sát lò nhiệt
PID bằng PLC S7-300. [1]” nói về phương pháp điều khiển nhiệt độ dựa trên nguyên
NỘI DUNG 1:
-
Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal V14 và cảm biến
nhiệt độ.
-
Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến tần siemens
NỘI DUNG 2:
-
Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt.
-
Thiết kế và thi công khối cảm biến nhiệt độ.
-
Thiết kế và thi công hệ thống quạt thổi và băng tải.
NỘI DUNG 3:
-
Thi công tủ điện điều khiển.
NỘI DUNG 4:
-
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.4 GIỚI HẠN
Sử dụng dây trở nhiệt mayso để tạo nhiệt độ trong mô hình lò nhiệt. Mô hình còn
khá đơn giản.
Không có màn hình HMI nên điều khiển giám sát dùng phần mềm WinCC trong
TIA Portal V14.
Chưa có hệ thống băng tải lấy tro xỉ thải của lò.
1.5 BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan
Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu đề tài, giới hạn
và bố cục đề tài
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu sơ lượt vể nguyên lý và quy trình hoạt động của lò đốt. Trình bày sơ
lược lý thuyết về PLC S7-1200, lý thuyết điều khiển PID, các thiết bị như biến tần
siemens MM420, SSR, động cơ quạt thổi, bang tải nguyên liệu…
Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán
Thiết kế lên bản vẽ cho mô hình, lựa chọn kích thướt tủ điện phù hợp với linh
kiện bố trí trong tủ, sơ đồ khối tính toán các thông số công suất của thiết bị điều khiển
hệ thống điện và lựa chọn các thiết bị phù hợp với ông suất cho mô hình.
Chương 4: Thi Công Mô Hình
Trong chương này chúng ta thực hiện thi công các phần điều khiển và mạch động
lực cũng như phần cứng mô hình hệ thống đề tài. Từ đó xây dựng nên lưu đồ giải thuật
để viết chương trình điều khiển cho hệ thống.
Khi có được mô hình và chương trình điều khiển cho hệ thống thì sẽ thực hiện
các bước để mô hình được hoạt động tốt. Sau đó là các bước để hướng dẫn các thao tác
cho việc hoạt mô hình hoàn thiện hơn.
Tính toán lựa chọn nguyên vật liệu phù hợp, chuẩn bị thiết bị điện và dụng cụ
điện hỗ trợ cho qua trình làm việc. Trình tự thi công mô hình, chạy mô hình
-
Kiểm tra tủ điện hệ thống điều khiển.
-
Kiểm tra hệ thống quạt gió, hút khí thải, hệ thống xử lý khí thải.
-
Kiểm tra nhiên liệu đốt.
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt
-
Bật CB từ vị trí (OFF) sang vị trí (ON) để cấp điện nguồn hệ thống.
-
Bật băng tải để đưa nguyên liệu bã mía vào lò đốt.
-
Tiến hành nhóm lò bằng những nguyên liệu dễ cháy.
-
hay còn được gọi với tên là điều khiển vi tích phân tỉ lệ. Bộ điều khiển PID được sử
dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhau như nhiệt
độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa…do nó có khả năng làm
triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các thông số
của bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp.
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID
-
Công thức bộ điều khiển PID:
U = K P.e + KI.(∫
-
) + K D( )
Trong đó:
yr: tín hiệu đặt (tín hiệu mong muốn đạt được).
e: sai số giảm tín hiệu thực tế và tín hiệu đặt.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
u: tín hiệu điều khiển.
y: ngõ ra hệ thống.
2.2.1 Phân loại
Khâu vi phân (Derivative) KD.
Nếu lựa chọn các thông số này phù hợp (tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế trùng
nhau) thì hệ thống sẽ hoạt động tốt,ổn định.
Khâu tỉ lệ (Proportional)
Hàm truyền: K(s) = KP.
Đặc tính thời gian: Y(s) = KP.G(s).E(s).
Sai số hế thống: E(s) =
( )
( ) ( )
Hình 2.5: Khâu tỉ lệ bộ điều khiển PID
Chú ý:
-
KP càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh.
-
KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ ( nhưng không thể triệt tiêu).
-
KP càng lớn thì các cực của hệ thống có xu hướng di chuyển ra xa trục thực
=> Hệ thống càng dao động và độ lọt vố càng cao.
-
-
KI càng lớn thì độ vọt lố càng cao.
Khâu vi phân (Derivative)
Hàm truyền: K(s) = KD.s.
Đặc thời gian: Y(s) = KD.G(s).E(s).s.
Sai số hệ thống: E(s) =
( )
. ( ) ( )
Hình 2.7: Khâu vi phân bộ điều khiển PID
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
9
Copyright: Tài liệu đại học ©