Đồ án Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nước (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nước (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: NGUYỄN VIỆT TUẤN MSSV: 11151212 SVTH: PHẠM ĐÌNH BÁCH MSSV: 11151191 S K L 0 0 4 2 2 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ỔN ĐỊNH MỨC NƢỚC GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: NGUYỄN VIỆT TUẤN 11151212 PHẠM ĐÌNH BÁCH 11151191 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ KHOÁ: 2011 TP.HỒ CHÍ MINH – tháng 1 năm 2016
3. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI ĐT: Họ và tên sinh viên 1: NGUYỄN VIỆT TUẤN MSSV: 11151212 Họ và tên sinh viên 2: PHẠM ĐÌNH BÁCH MSSV: 11151191 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Lớp: 11151CL2 Hóa Ngày nhâṇ đề tài: 10/2015 Ngày nộp đề tài: 11/01/2016 1. Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc. 2. Nhiệm vụ và nội dung:  Nhiệm vụ:  Thiết kế và thi công mô hình đo mức nƣớc, bơm nƣớc dựa vào mục đích đề tài.  Ứng dụng PLC S7-200 CPU 224, biến tần DELTA vào điều khiển mô hình.  Sử dụng phần mềm giám sát DOPSOFT thông qua màn hình HMI của hãng DELTA để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống.  Nội dung:  Thiết kế hệ thống điện mô hình.  Thiết kế giao diện điều khiển qua HMI.  Sử dụng biến tần DELTA và cảm biến siêu âm điều khiển máy bơm. Tp.HCM, ngày .tháng .năm 2016 Tp.HCM, ngày .tháng . năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn Chủ nhiệm ngành ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI
4. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VIỆT TUẤN MSSV: 11151212 PHẠM ĐÌNH BÁCH MSSV: 11151191 Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn
5. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện : Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VIỆT TUẤN MSSV: 11151212 PHẠM ĐÌNH BÁCH MSSV: 11151191 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên phản biện
6. LỜI NÓI ĐẦU Ở Việt Nam cũng nhƣ hầu hết các nƣớc đang phát triển hiện nay trên thế giới đều hƣớng đến việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật nên việc áp dụng các thành tựu của nó vào trong quá trình sản xuất từ lâu đã không còn xa lạ với con ngƣời. Chính vì thế trong công nghiệp, tự động điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng, nó nâng dần tính hiện đại hóa của công nghiệp đẩy nền công nghiệp từ thô sơ lên một nền đại công nghiệp mà đỉnh cao của nó là sự tự động hóa một cách hoàn toàn. Nhờ việc ứng dụng công nghệ tự động trong công nghiệp mà sức lao động của con ngƣời giảm đi rất nhiều nhờ đó mà năng suất lao động đƣợc tăng lên rất nhiều. Con ngƣời ít phải quan tâm đến các vấn đề phụ nhƣ nhấn nút, canh thời gian hoạt động . Và một ngƣời có thể làm công việc của nhiều ngƣời. Sau hơn bốn năm học tập ngành công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa tại trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, đƣợc sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của quý thầy cô cùng những nhu cầu thiết thực ngoài thực tế nên đồ án tốt nghiệp này chúng em quyết định chọn đề tài: ―Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc‖. Mô hình của chúng em đƣợc xây dựng dựa trên mục đích của đề tài. Vì kiến thức, sự hiểu biết công nghệ còn hạn chế cũng nhƣ thời gian tìm hiểu, thực hiện nên chúng em chƣa thể phát huy hết ý tƣởng vào mô hình này. Chúng em rất mong nhận đƣợc sự thông cảm của quý thầy cô. i
7. LỜI CÁM ƠN Trong suốt quãng thời gian làm đồ án các thầy cô đã luôn tạo mọi điều kiện, hƣớng dẫn chỉ bảo cho chúng em với sự tận tụy và nhiệt huyết của mình. Các thầy cô đã không ngại khó khăn và dành thời gian quý báu để hƣớng dẫn chúng em. Chính những điều đó là động lực để chúng em không ngừng học hỏi, phấn đấu, trau dồi kiến thức trong thời gian qua. Đồ án―Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc‖ chính là sự vận dụng tổng hợp kiến thức mà chúng em đã đƣợc học dƣới sự giảng dạy của thầy cô. Hơn nữa đồ án cũng cho em thấy đƣợc cũng nhƣ hiểu đƣợc phần nào công việc của ngƣời cử nhân trong môi trƣờng làm việc tƣơng lai. Tuy nhiên với những kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, sai phạm kính mong quý thầy cô góp ý, chỉ bảo để chúng em có thể hoàn thiện hơn. Bên cạnh sự nỗ lực, cố gắng, ý thức của bản thân mỗi ngƣời trong nhóm nhƣng để hoàn thành tốt đồ án này chúng em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô, các bạn đồng nghiệp và đặc biệt là thầy Nguyễn Tấn Đời. Thầy đã tận tình, hƣớng dẫn, chỉ bảo những sai sót và những kinh nghiệm quý báu trong thực tế để giúp chúng em hoàn thành đề tài này một cách tôt nhất. Do đó lời cảm ơn đầu tiên chúng em xin chân thành gửi đến thầy Nguyễn Tấn Đời. Kế đến chúng em xin cảm ơn quý thầy cô trong ngành Điện- Điện tử nói riêng và toàn thể quý thầy cô trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói chung đã truyền đạt kiến thức cho chúng em để chúng em có thể hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn! ii
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu đề tài 1 1.3 Nội dụng đề tài 2 1.4 Giới hạn của đề tài 2 1.5 Phƣơng pháp, đối tƣợng nghiên cứu 2 1.5.1 Phƣơng pháp nghiên cứu 2 1.5.2 Đối tƣợng nghiên cứu 2 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1 Bộ điều khiển chính 4 2.1.1 Giới thiệu chung về PLC của hãng SIEMENS 4 2.1.2 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 5 2.1.3 Module chuyên dụng EM231 8 2.1.4 Module chuyên dụng EM232 10 2.1.5 Cổng truyền thông 12 2.1.6 Thực hiện chƣơng trình 13 2.1.7 Cấu trúc chƣơng trình. 13 2.1.8 Các vùng nhớ của S7-200 14 2.2 Lý thuyết giải thuật điều khiển PID 15 2.2.1 Thuật toán điều khiển PID 15 2.2.2 Chức năng của các khâu trong bộ điều khiển PID 16 2.2.3 Phƣơng pháp tính toán các thông số của bộ điều khiển PID 19 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 22 iii
9. 3.1 Yêu cầu thiết kế 22 3.2 Thiết bị và thiết kế hệ thống. 23 3.2.1 Khối nguồn cung cấp 23 3.2.2 Khối tín hiệu ngõ vào 23 3.2.3 Khối cơ cấu chấp hành 25 3.2.4 Khối điều khiển 33 3.2.5 Khối PLC 34 3.2.6 Các thiết bị khác 35 3.2.7Sơ đồ kết nối mô hình với PLC 36 3.2.8 Sơ đồ mạch động lực 38 3.3 Yêu cầu hoạt động của hệ thống 38 3.4 Lƣu đồ chƣơng trình 39 3.5 Cách lựa chọn thông số PID cho đề tài 40 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU 41 4.1 Yêu cầu điều khiển và giám sát trên HMI 41 4.2 Cách kết nối với PLC 41 4.3 Cách thiết kế giao diện giám sát, điều khiển dùng HMI 42 4.3.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện HMI 42 4.3.2 Cách sử dụng phần mềm DOPSOFT 42 4.3.3 Thiết kế giao diện HMI cho đối tƣợng 47 CHƢƠNG 5: KẾ T QUẢ, THƢ̣C NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔ NG HƠP̣ 54 5.1 Kết quả mô hình cơ khí 54 5.2 Kết quả mô hình hệ thống điện 57 5.3 Vận hành 57 5.4 Kết quả điều khiển, giám sát với PLC S7-200 và HMI 58 CHƢƠNG 6: KẾ T LUÂṆ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂ N 63 iv
10. 6.1 Kết luận 63 6.2 Hƣớng phát triển 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 v
11. DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ Hình 2.1: Cấu trúc của PLC 5 Hình 2.2:PLC S7-200 CPU 224 6 Hình 2.3: Module EM231 8 Hình 2.4: Cấu trúc bên trong của Module EM231 9 Hình 2.5: Module EM232 10 Hình 2.6: Cấu trúc bên trong của Module EM232 11 Hình 2.7: Vòng quét trong S7-200 13 Hình 2.8: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của khâu tỉ lệ 16 Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của khâu tích phân 17 Hình 2.10: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của khâu vi phân 18 Hình 2.11: Đồ thị đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S 19 Hình 2.12: Đồ thị đáp ứng của hệ kín 20 Hình 3.1: Cảm biến siêu âm 24 Hình 3.2: Biến tần Delta VFD-EL 26 Hình 3.3: Cấu trúc bên ngoài của biến tần Delta VFD-EL 28 Hình 3.4: Ý nghĩa các chân cổng giao tiếp RS-485 32 Hình 3.5: Relay 24VDC 32 Hình 3.6: HMI Delta Model B07S411 33 Hình 3.7: CPU 224 35 Hình 3.8: Lƣu đồ hệ thống bơm, lọc sản phẩm 39 Hình 4.1: Các COM trong màn hình HMI 41 Hình 4.2: Giao diện chính 43 Hình 4.3: Chọn Model HMI 43 Hình 4.4: Chọn cổng giao tiếp và chuẩn kết nối 44 Hình 4.5: Trang giao diện thiết kế 45 Hình 4.6: Trang nhập dữ liệu 45 Hình 4.7: Numberic Display 46 Hình 4.8: Chọn Module sử dụng 47 Hình 4.9: Chọn loại PLC sử dụng 48 Hình 4.10: Bắt đầu thiết kế 48 Hình 4.11: Tạo khối nút nhấn 49 Hình 4.12: Chọn hình ảnh nút nhấn 49 Hình 4.13: Chọn địa chỉ nút nhấn 50 Hình 4.14: Đặt tên và hình ảnh cụ thể cho nút nhấn 50 Hình 4.15: Phát thảo màn hình điều khiển chính 51 Hình 4.16: Mô hình hoàn chỉnh trên HMI 52 Hình 4.17: Màn hình giới thiệu hệ thống 53 i
12. Hình 4.18: Màn hình điều khiển chính 53 Hình 5.1: Mô hình hệ thống 54 Hình 5.2: Mô hình điều khiển, giám sát 55 Hình 5.3: Mô hình bồn chứa trên với cảm biến siêu âm 55 Hình 5.4: Mô hình bồn chứa dƣới với 2 van cơ xả từ bồn chứa trên 56 Hình 5.5: Động cơ và đƣờng ống dẫn nƣớc 56 Hình 5.6: Tủ điện 57 Hình 5.7: Quá trình điều khiển của bộ điều khiển PID trên PLC 58 Hình 5.8: Mức nƣớc ổn định tại 7cm 59 Hình 5.9: Kết quả điều khiển với H = 14cm 59 Hình 5.10: Mức nƣớc ổn định tại 14cm 60 Hình 5.11: Kết quả điều khiển khi van xả thay đổi 60 Hình 5.12: Bồn chứa ổn định sau 1 thời gian khi van xả thay đổi 61 Hình 5.13: Màn hình HMI với giá trị đặt 14cm 61 Sơ đồ 2.1:Sơ đồ khối của PLC 5 Sơ đồ 2.2: Các cổng vào ra của PLC 7 Sơ đồ 2.3: Sơ đồ nối dây của EM231 9 Sơ đồ 2.4: Sơ đồ nối dây của EM232 12 Sơ đồ 2.5: Sơ đồi khối của bộ điều khiển PID 15 Sơ đồ 2.6: Sơ đồ khối của hệ hở 19 Sơ đồ 2.7: Sơ đồ khối của hệ kín có bộ tỉ lệ P 20 Sơ đồ 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 22 Sơ đồ 3.2: Sơ đồ dây của cảm biến siêu âm 24 Sơ đồ 3.3: Sơ đồ kết nối từ bên ngoài vào biến tần 30 Sơ đồ 3.4: Sơ đồ các chân vào biến tần 30 Sơ đồ 3.5: Sơ đồ kết thiết bị với PLC S7-200 CPU 224 36 Sơ đồ 3.6: Sơ đồ kết cảm biến với Modul chuyên dụng EM231 37 Sơ đồ 3.7: Sơ đồ kết nối biến tần Delta với Module EM232 và CPU 224 37 Sơ đồ 3.8: Sơ đồ động lực của máy bơm kết nối với biến tần 38 ii
13. DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Bảng chế độ hoạt động Module EM231 10 Bảng 2.2: Tên và các chức năng của RS232 12-13 Bảng 2.3: Ảnh hƣởng của hệ thống khi tăng các thông số 19 Bảng 2.4: Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ nhất 20 Bảng 2.5: Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ hai 21 Bảng 3.1: Kí hiệu các chân trong biến tần Delta 31 iii
14. DANH MỤC VIẾT TẮT PLC Programable logic controller CPU Center processor unit AC Alternating current DC Direct current VAC Voltage alternating current VDC Voltage direct current CB Circuit breaker IN Input OUT Output HMI Human machine interface RAM Random access memory ROM Real only memory iv
15. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, trong đó kỹ thuật điều khiển tự động cũng góp phần rất lớn tạo điều kiện để nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất. Vì thế tự động hóa quá trình công nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp, cũng là sự lựa chọn tối ƣu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lƣợng cao, tiết kiệm chi phí sản xuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trƣờng. Trong các ngành công nghiệpsản xuất chất lỏng nhƣ hóa chất, nƣớc uống đóng chai, sữa, nƣớc mắm, dầu ăn vấn đề cần điều khiển mức, lƣu lƣợng dòng chảy cần đáp ứng với độ chính xác cao để phục vụ quá trình sản xuất đạt hiệu quả tốt hơn, đảm bảo quá trình sản xuất các chất lỏng không bị gián đoạn, tăng tuổi thọ thiết bị. Ngƣời vận hành không cần phải trực tiếp kiểm tra trong các bồn chứa hoặc đóng mở bơm liên tục, vấn đề bị cạn hay tràn trong bồn chứa chất lỏng hoàn toàn đƣợc khắc phục cho dù đầu ra thay đổi. Chính vì vậy, chúng em chọn đề tài ―Thiết kế và thi công mô hình ổn định mức nƣớc‖. Với yêu cầu ứng dụng thực tế trên, đối tƣợng đề tài thực hiện chính ở đây là hệ thống bồn chất lỏng, hệ thống bồn chất lỏng đƣợc hình thành với hệ thống bơm và xả chất lỏng nhƣngluôn giữ ổn định giá trị mức đặt trƣớc, mức chất lỏng của bồn đƣợc duy trì ổn định,để làm đƣợc điều này thì đòi hỏi ta phải điều khiển lƣu lƣợng chất lỏng từ máy bơm vào hệ thống bồn nƣớc, làm mức chất lỏng trong bồn luôn giữ giá trị không đổi là giá trị đặt trƣớc. Việc điều khiển hệ thống này để giữ mức chất lỏng trong bồn là ổn định là tƣơng đối khó, cần phải có sự đáp ứng nhanh để điều khiển máy bơm khi lƣu lƣợng nƣớc từ van xã thay đổi, vì vậy cần phải có những bộ điều khiển hiện đại, chính xác và đáng tin cậy. PLC là một sự lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng trong công nghiệp với độ chính xác, ổn định và độ tin cậy cao. Với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện nay thì có nhiều cách để điều khiển mức chất lỏng của hệ thống bồn nƣớc, nhƣng ở đây chúng em sử dụng PLC S7-200 để điều khiển, sử dụng phần mềm DOPSOFT giao tiếp hiển thị. 1.2 Mục tiêu đề tài Sau khi xác định đƣợc đối tƣợng, chủ thể và giới hạn phạm vi nghiên cứu, việc xác định mục tiêu sẽ là bƣớc quan trọng kế tiếp nhằm định hƣớng đúng đắn cho quy trình thực hiện đề tài. Mục tiêu đề tài cụ thể đƣợc thể hiện nhƣ sau: Thiết kế, thi công hệ thống phần cứng gồm mối quan hệ giữa bồn nƣớc, chất lỏng, cảm biến, hệ thống PLC, biến tần,bơm và màn hình giao tiếp HMI. Lựa chọn thiết bị cho mô hình. 1
16. Giải thuật cho PLC theo yêu cầu của đề tài, điều khiển bơm theo thông số cài đặt của mức chất lỏng. Sử dụng phần mềm DOPSOFT để điều khiển giám sát hệ thống điều khiển hoạt động của hệ thống. 1.3 Nội dụng đề tài Hệ thống gồm 2 bồn (bồn trên và bồn dƣới) đặt song song nhau. Bồn trên có 2 vancơđể thay đổi lƣu lƣợng chất lỏng xả từ bồn trên xuống bồn dƣới. Bồn dƣới có 1lỗ nối với ống nƣớc dẻo để dẫn chất lỏng từ bồn dƣới vào máy bơm. Mức nƣớc ở bồn trên đƣợc đo bằng một cảm biến siêu âm với ngõ ra analog. Chất lỏng đƣợc bơm lên bồn trên bởi một động cơ máy bơm đƣợc điều khiển bằng biến tần DELTA và bộ điều khiển PLC S7-200. Mức chất lỏng đƣợc đặt theo yêu cầu của ngƣời vận hành, sau đó hệ thống đƣợc cho phép hoạt động bằng nút nhấn START trên màn hình HMI. Bơm sẽ bắt đầu hoạt động bơm chất lỏng từ bồn dƣớilên do biến tần điều khiển với điện áp có tần số lớn nhất là 60Hz và tần số sẽ giảm dầnđến khi mực chất lỏng bồn trên bằng giá trị mực chất lỏng đƣợc đặt, khi mực chất lỏng đã ổn định thì tần số đƣợc điều khiển bằng biến tần sẽ thay đổi khi lƣu lƣợng nƣớc từ 2 van xã thay đổi. Hệ thống cứ hoạt động liên tục nhƣ vậy khi ta ấn nút STOP thì hệ thống sẽ dừng lại. 1.4 Giới hạn của đề tài Hệ thống đƣợc thực hiện bằng mô hình đơn giản. Đề tài chỉ tập trung vào việc ổn định mức chất lỏng. Chất lỏng cung cấp cho hệ thống chỉ là nƣớc. 1.5 Phƣơng pháp, đối tƣợng nghiên cứu 1.5.1 Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài nhóm đã tham các tài liệu trong sách, trên internet và dựa trên hệ thống,yêu cầu thực tế để xây dựng lại mô hình đáp ứng đƣợc những yêu cầu đó. Các bƣớc nhóm thực hiện: Đề ra mục tiêu và hƣớng đi cụ thể. Thiết kế hệ thống đáp ứng đƣợc các yêu cầu đã đề ra. Nghiên cứu các tài liệu liên quan. Hoàn thành từng thành phần riêng lẻ. Tích hợp thành một hệ thống hoàn chỉnh. Viết chƣơng trình điều khiển, giám sát. 1.5.2 Đối tƣợng nghiên cứu PLC S7-200 Siemens. Biến tần DELTA. Màn hình HMI DELTA BO7S411 với phần mềm DOPSOFT. 2
17. Các thiết bị cảm biến siêu âm Carlo gavezzi, máy bơm nƣớc ly tâm 3 pha. 3
18. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển chính 2.1.1 Giới thiệu chung vềPLC của hãng SIEMENS PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển lập trình, PLC đƣợc xếp vào trong họ máy tính, đƣợc sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thƣơng mại. PLC có đầy đủ chức năng và tính toán nhƣ vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng nhƣ bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông PLC có những ƣu điểm: Có kích thƣớc nhỏ, đƣợc thiết kế và tăng bền để chịu đƣợc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy. Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp. Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi. Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém. Một PLC gồm có những phần cơ bản sau: Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng đƣợc kết nối vào. CPU: thực hiện chƣơng trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc quá trình. Vùng nhớ. Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tƣơng tự. Các ngõ vào dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đƣa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình. Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm trong mạng. Các loại module chức năng (FM: Function Module). Ví dụ các module điều khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ 4
19. Cấu trúc bên trong của PLC: Hình 2.1: Cấu trúc của PLC 2.1.2PLCSIMATICS7-200 CPU 224 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENScó cấu trúc theo kiểu Module và có các module mở rộng. Các module này đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-224. Sơ đồ 2.1:Sơ đồ khối của PLC 5
20. Hình ảnh về PLC S7 – 200 CPU 224: Hình 2.2:PLC S7-200 CPU 224 Đặc điểm của CPU 224: Nguồn cung cấp: 24 VDC. Ngõ ra số: 10 DO DC. 14 ngõ vào và 10 ngõ ra. Có khả năng thêm 7 modul mở rộng. Dung lƣợng bộ nhớ chƣơng trình: 12KB. Dung lƣợng bộ nhớ dữ liệu: 8KB. Điều khiển PID: Có. Phần mềm: Step 7 Micro/WIN. Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole: 0.37µs. Counters/Timers: 256/256. 6 bộ đếm tốc độ cao tốc độ20 Khz. 2 bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM. Bộ đếm lên/xuống: Có. Ngắt phần cứng: 4. Sốđầuvào/racósẵn:14DI/10DO. Số đầu vào,ra số cực đại (sử dụng Module mở rộng): 168. Số đầu vào/ra tƣơng tự (sử dụng ModuleAnalog mở rộng):28AI/14AO. Kích thƣớc: Rộng x Cao x Sâu: 120.5 x 80 x 62. 6
21. Số đầu ra đƣợc tích hợp sẵn: 10 (Transistor). Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp. Các cổng vào ra: Sơ đồ 2.2: Các cổng vào ra của PLC Các chế độ làm việc của CPU 224: RUN: Khi PLC thực hiện chƣơng trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chƣơng trình gặp lệnh STOP. STOP: Cƣỡng bức PLC dừng chƣơng trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC RUN hoặc STOP. Các đèn báo trên S7-200 CPU224: SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chƣơng trình đƣợc nạp vào trong máy. STOP (đèn đỏ): Đèn đỏ STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chƣơng trình và đang thực hiện lại. 7