Báo cáo Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống sấy bơm nhiệt tại xưởng CNN-ĐL dùng PLC Siemen (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống sấy bơm nhiệt tại xưởng CNN-ĐL dùng PLC Siemen (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆTS K C 0 0 3 9 5 9TẠI XƯỞNG CNN-ĐL DÙNG PLC SIEMEN MÃ SỐ: T2015-55 S KC 0 0 5 5 7 6 Tp. Hồ Chí Minh, 2015
2. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU. Trang 02 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chƣơng I: Giới thiệu chung về PLC và hoạt động của PLC S7-300 1.1 Tổng quan về PLC Trang 04 1.2 Vai trò và ưu thế của PLC trong tự động hóa .Trang 05 Chƣơng II: Giới thiệu phần mềm Step 7 2.1 Giới thiệu Trang 07 2.2 Cài đặt chương trình .Trang 07 Chƣơng III: Hệ thống sấy bơm nhiệt tại xƣởng Nhiệt – Điện lạnh 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống . . Trang 09 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển . Trang 10 Chƣơng IV: Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống 4.1 Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển Trang 12 4.2 Các thiết bị điện sử dụng trong hệ thống Trang 13 4.3 Mã lập trình điều khiển cho PLC S7-300 Trang 14 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận . Trang 31 3.2 Kiến nghị . . . .Trang 31 Trang 1
3. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn PHẦN I – MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nƣớc. Hiện nay trên thế giới, các hệ thống công nghiệp đều được trang bị hệ thống điều khiển mang tính tự động hóa cao, việc ứng dụng PLC để lập trình điều khiển đã được sử dụng cho hầu hết mọi qui trình công nghệ nhằm làm cho hệ thống tự động hóa ở mức độ cao.Trước đây, tự động hóa chủ yếu dựa vào hệ thống rơle. Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã dần thay thế các hệ thống điều khiển rơ le. Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, chính xác hơn. Hiện nay có rất nhiều loại PLC của các hãng khác nhau: Siemens, mitshubishi Theo tìm hiểu thì PLC Siemen rất phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu, chế tạo và tự động hóa. Hiện tại, theo tìm hiểu của tác giả PLC Siemen được ứng dụng trong điều khiển hệ thống ở rất nhiều lĩnh vực tại nước ta. Với các hệ thống lạnh nguyên cụm được nhập khẩu từ nước ngoài, đa số đều được ứng dụng PLC trong điều khiển. Riêng về điều khiển PLC cho các hệ thống lạnh lắp ráp, vẫn đang thịnh hành về điều khiển cơ thông qua các thiết bị rơ le, timer, khởi động từ Những tài liệu liên quan đến qui trình thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống dùng PLC hầu như không có. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài. Với sản phẩm mang tính thực tiễn và ứng dụng trực tiếp cho hệ thống trữ đông tại xưởng thực hành, sinh viên chuyên ngành sẽ được trang bị thêm kỹ năng vận hành và xử lý các sự cố gặp phải khi vận hành trực tiếp với thiết bị, nhằm nâng cao tay nghề và kỹ năng chẩn đoán và xử lý sự cố. 1.3 Mục tiêu đề tài. Chế tạo tủ điện điều khiển cho hệ thống sấy bơm nhiệt sử dụng PLC Siemen. 1.4 Cách tiếp cận đề tài. Tìm hiểu thiết bị đang vận hành thực tế. Trang 2
4. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu. Lý thuyết kết hợp với thực tiễn. 1.6 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 1.6.1 Đối tƣợng nghiên cứu. Hệ thống điều khiển cho máy sấy bơm nhiệt. 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu. Điều khiển hoạt động cho hệ thống sấy bơm nhiệt sử dụng PLC Siemen. PHẦN 2 - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Trang 3
5. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn CHƢƠNG I – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC S7 – 300 1.1 Tổng quan về PLC 1.1.1 Giới thiệu Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vai trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp. Điều khiển nhiều đại lượng vật lý đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển lôgic. Trước đây các hệ thống điều khiển lôgic được sự dụng là hệ thống lôgic rơle. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển lôgic khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm 1969 thay thế các hệ thống điều khiển rơle. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và đa năng. Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thể hoàn toàn các thiết bị điều khiển lôgic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiêt bị điều khiển tương tự. Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Chức năng chính của PLC là kiểm tra trạng thái của các đầu vào và điều khiển các quá trình hoặc các hệ thống máy móc thông qua các tín hiệu trên chính đầu ra của PLC. Tổ hợp lôgic của các đầu vào để tạo ra một hay nhiều tín hiệu ra được gọi là điều khiển lôgic. Các tổ hợp lôgic thường được thực hiện theo trình tự điều khiển hay còn gọi là chương trình điều khiển. Chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC có thể bằng cách lập trình bằng thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC hoặc lập trình trên máy tính cá nhân nhờ các phần mềm chuyên dụng và truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp truyền dữ liệu. Bộ xử lý tín hiệu, thường là các bộ vi xử lý tốc độ cao, thực hiện chương trình điều khiển theo chu kỳ. Khoảng thời gian thực hiện một chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính logic hoặc đại số để có được tín hiệu điều khiển, cho đến khi phát tín hiệu đến đầu ra được gọi là chu kỳ thời gian quét. Trang 4
6. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn PLC các hãng nổi tiếng: ALB (allen broadly) của hãng rockwell automation (Mỹ), telemecanique (Pháp), siemen/moeller (Đức), mitshubishi/omron (Nhật), LG (Hàn Quốc), command ( Việt Nam). PLC S7-300 là loại thiết bị điều khiển logic khả trình loại lớn của siemens (các Micro PLC) nó có thể được ứng dụng để điều khiển nhiều loại ứng dụng tự động, 1.1.2 Đặc điểm của PLC: PLC sử dụng trong nhiều lập trình ứng dụng khác nhau và có những đặc điểm sau: - PLC dễ dàng thay thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng một yêu cầu mới mà vẫn có thể giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây - PLC có thể điều khiển nhiều chức năng khác nhau từ những thao tác đơn giản, lặp lại, liên tục đến những thao tác đòi hỏi chính xác, phức tạp. - Giao tiếp dễdàng với các thiết bị ngoại vi, các module và các thiết bị phụ trợ. - Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp rất cao. - Ngôn ngữ lập trình cho PLC đơn giản, dễ hiểu. 1.2 Vai trò và ƣu thế của việc dùng PLC trong tự động hoá: 1.2.1 Vai trò của PLC: Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC được xem như một trái tim, với chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC. Nó điều khiển trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của chương trình logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến các thiết bị đầu ra. PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy tính chủ thông qua mạng truyền thông để điều khiển một quá trình phức tạp. 1.2.2 Ƣu thế của việc dùng PLC trong tự động hoá: - Thời gian lắp đặt ngắn. - Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà không gây tổn thất. - Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng. - Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển.Thích ứng trong các môi trường khắc nghiệt như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, điện áp thay đổi, Trang 5
7. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Rõ ràng so với hệ thống điều khiển dùng Rơle thì hệ thống điều khiển dùng PLC có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh động, mềm dẻo, và hiệu quả giải quyết bài toán cao. CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM STEP 7 2.1. Giới thiệu Trang 6
8. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Phần mềm SIMATIC là môi trường tích hợp hệ thống cho tất cả các hệ thống và cung cấp cho bạn các công cụ lý tưởng cho tất cả nhiệm vụ ở mỗi giai đoạn trong dự án của bạn để tối ưu hóa quá trình làm việc kĩ thuật của bạn. Quản lý SIMATIC đảm bảo sự tương tác thông suốt của các công cụ lập trình bởi sự tích hợp của tất cả các chức năng và công cụ, cơ sở dữ liệu phổ biến và hoạt động theo một triết lý nhất quán. 2.2 Cài đặt chƣơng trình 2.2.1 Cấu hình cần thiết để cài đặt STEP 7 Để cài đặt chương trình, cần phải đủ các điều kiện sau: Phần cứng/phần mềm Yêu cầu Vi xử lý 80 486 hay cao hơn, đề nghị Pen tium. Tối thiểu 300 MB ( cho Windows, Swap File,STEP Ổ đĩa cứng 7,chương trình) >=32 MB, nên chọn 64 MB RAM CP 5611 hay MPI card hay tích hợp PC để lập trình với Giao tiếp mạch nhớ Mouse có Hệ điều hành Windows 95/98/NT Trang 7
9. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Mạch MPI có thể cài đặt vào PC phải thỏa yêu cầu trên, hoặc giao tiếp bằng cổng COM. CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT TẠI XƢỞNG NHIỆT – ĐIỆN LẠNH 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống. Trang 8
10. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bơm nhiệt tại xưởng Nhiệt – Điện Lạnh 1.Quạt ly tâm 2.Dàn lạnh 3.Dàn nóng phụ 4.Quạt dàn nóng phụ 5.Quạt thổi 6.Máy nén 7.Dàn nóng chính 8.Van chặn 9.Hộp điện 10.Điện trở 11.Ống dẫn 12.Lưới phân bố gió 13.Buồng sấy 14.Bóng đèn 15.Khay đựng VLS 16.Van chặn 17.Van khí thoát 18.Van hồi lưu 19.Van hút khí  Nguyên lý hoạt động: Van (16),( 17), (19) đóng, van (8), (18) mở. Quạt (1) hút không khí và ẩm của VLS trong buồng sấy thổi vào dàn lạnh (2), dòng không khí ẩm qua dàn lạnh sẽ ngưng tụ thành nước, nước được đưa ra ngoài theo máng dẫn. Dòng không khí tiếp tục tục đi vào dàn nóng (7) và qua điện trở (10) để gia nhiệt lên đến nhiệt độ yêu cầu. Dòng không khí có nhiệt độ cao, ẩm độ thấp sẽ đi vào buồng sấy nhận ẩm từ VLS nhờ quạt đẩy đến dàn lạnh tách ẩm ra ngoài. Như vậy TNS được tuần hoàn 100% và ẩm trong VLS được ngưng tụ tại dàn lạnh được đưa ra ngoài qua máng dẫn sẽ làm carot giảm ẩm dần và khô.  Thông số làm việc của máy sấy khảo nghiệm:  Năng suất 8kg/mẻ gồm 3 khay.  Công suất các thiết bị: Máy nén 0,8 kW, quạt 0,7 kW, điện trở 2*2 kW.  Công suất tổng: 5,5 kW Trang 9
11. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển sử dụng rơ le, con tắc tơ MÔ HÌNH MÁY SẤY: Trang 10
12. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Hình 3.2: Mô hình Máy sấy Cấu tạo: Máy sấy làm việc với năng suất 8 kg/mẻ, có công suất tổng 8.4 kW, tác nhân sấy đi ngang khay. Buồng sấy gồm 3 khay hình chữ nhật có kích thước dài x cao x rộng = 400x300x350, mặt sàn khay sấy được làm bằng lưới thép. Bề ngoài của buồng sấy và ống dẫn khí được bọc cách nhiệt bằng xốp cách nhiệt. Tác nhân sấy được lưu thông nhờ quạt ly tâm(1) đặt sau buồng sấy. Bộ phận bơm nhiệt gồm máy nén có công suất 1,89kW, quạt, dàn bay hơi và dàn ngưng. Dàn ngưng được chia làm 2 dàn( dàn ngưng chính và dàn ngưng phụ). Dàn ngưng chính dùng để gia nhiệt cho tác nhân sấy, do công suất của dàn ngưng quá lớn vì vậy có sự dư thừa nhiệt nên phải đưa ra ngoài.Trước dàn lạnh có gắn quạt(5) thổi làm tăng vận tốc sấy. Máy sấy còn được gắn thêm 2 điện trở, mỗi điện trở có công suất 2kW/h. Vị trí lắp đặt được bố trí cụ thể qua hình. CHƢƠNG 4: CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT 4.1 Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển. Dựa trên sơ đồ mạch điện nguyên lý của hệ thống tại xưởng Nhiệt, tủ điện điều khiển được thiết kế như sau: Chọn tủ điện loại 500x700mm. Bản vẽ thiết kế bên ngoài cửa tủ: Trang 11
13. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Hình 4.1: Bố trí thiết bị ngoài tủ Trang 12
14. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Hình 4.2: Bố trí thiết bị trong tủ Trang 13
15. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn 4.3 Mã lập trình điều khiển cho PLC S7-300 trên ngôn ngữ lập trình Step 7. Mạch lập trình PLC Trang 14
16. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Trang 15
17. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Trang 16
18. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Trang 17
19. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Trang 18
20. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Trang 19
21. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – T2015 – 55 ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn Trang 20
22. S K L 0 0 2 1 5 4