Đề 9: Hệ thống giảm sát và cảnh báo nồng độ khí CO2, bao gồm các thành phần chính: một bộ PLC, một bộ cảm biến (chuyển đổi) nồng độ khi CO2 có dài đo 02000ppm, tín hiệu ra 010 V, nguồn cấp cho cảm biến 24VDC, một chuông cảnh báo ngưỡng cao (BUZZER) và hai nút ấn START và STOP cho phép hệ thống hoạt đồng và dừng. Khi nồng độ khi CO2 vượt qua ngưỡng cảnh báo thì chuông BUZZER sẽ kêu trong 10s.
Trang 1BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT LẬP TRÌNH PLC
NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
Đề 9: Hệ thống giảm sát và cảnh báo nồng độ khí CO2, bao gồm các thành phần chính: một bộ PLC, một bộ cảm biến (chuyển đổi) nồng độ khi
CO2 có dài đo [0-2000]ppm, tín hiệu ra [0-10] V, nguồn cấp cho cảm biến 24VDC, một chuông cảnh báo ngưỡng cao (BUZZER) và hai nút ấn START và STOP cho phép hệ thống hoạt đồng và dừng Khi nồng độ khi CO2 vượt qua ngưỡng cảnh báo thì chuông BUZZER sẽ kêu trong 10s
YÊU CẦU:
1 Tìm hiểu về S7-300, S7-1200
2 Phân tích nguyên lý vận hành của hệ thống
3 Trình bày về cảm biến (chuyển đổi) nồng độ khí CO2 và các ứng dụng?
4 Xây dựng thuật toán cho hệ thống trên
5 Phương pháp giao tiếp giữa PLC S7-1200, S7 - 300 với biến tần và các ngoại vi trong hệ thống ? Sơ đồ đấu dây?
6 Viết chương trình điều khiển, chạy mô phỏng hệ thống.
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
1 Tìm hiểu về S7-300, S7-1200
*S7-300:
- PLC Siemens S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình, thường được dùng trong các ứng dụng vừa và lớn Nó được thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới. PLC Siemens S7-300 được xây dựng theo cấu trúc module sắp xếp trên các thanh rack
- Ứng dụng của PLC Siemens S7-300:
Trong thực tế PLC S7-300 được ứng dụng rất đa dạng như: Điều khiển robot công nghiệp, dây truyền xử lý nước sạch, điều khiển các hệ động cơ servo hay máy chế tạo công cụ v v
- CPU Siemens S7-300:
+ Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard + PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318… + Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP Ví dụ Module CPU 314C-2DP…
- Các CPU khác nhau thì các thành phần trên không giống nhau, cụ thể các thành phần trong từng module như hình dưới:
Hình 1: CPU S7-300
- Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:
+ Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A
+ Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự
Trang 2+ Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại với nhau Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng Module IM
+ Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng Ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển PID
+ Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính
Hình 2: Một số module mở rộng thực thế
- Kết nối: PlC Siemens S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như PROFIBUS, CAN, DeviceNet, ASi
- Profibus: là một tiêu chuẩn mạng trường mở Quốc tế theo chuẩn mạng trường châu âu EN 50170 và EN 50254 Trong sản xuất, các ứng dụng
tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà Các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán.Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp Trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP
Hình 3: Kết nối profibus
- Ngôn ngữ lập trình: PLC Siemens S7-300 được lập trình qua các ngôn ngữ như: Step 7 (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGrap
+ Dạng LAD: Phương pháp hình thang, thích hợp với những người quen thiết kế mạch điện tử logic
+ Dạng STL: Phương pháp liệt kê Là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Mỗi một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh, mỗi câu lệnh có cấu trúc chung gồm “tên lệnh + toán hạng”
+ Dạng FBD: Phương pháp hình khối Là kiểu ngôn ngữ đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số
+ Dạng SCL: Có cấu trúc gần giống với ngôn ngữ dạng STL nhưng được phát triển nhiều hơn Nó gần giống với các ngôn ngữ bậc cao như Pascal để người lập trình dễ thao tác
*S7-1200:
- PLC S7-1200 là một loại bộ điều khiển logic lập trình (PLC) sở hữu thiết kế nhỏ gọn, có khả năng xử lý tốc độ cao, hỗ trợ nhiều thiết bị đầu vào/ra khác nhau, bao gồm cả các thiết bị nặng và chịu va đập phù hợp với các ứng dụng công nghiệp nhỏ và vừa, đáp ứng nhu cầu kiểm soát và
tự động hóa đơn giản Hiện nay, dòng sản phẩm bán chạy nhất thị trường bởi chi phí thấp và độ hiệu quả cao
- Nó cũng có khả năng mở rộng linh hoạt, hỗ trợ các module giao tiếp với các thiết bị bên ngoài như máy tính, máy in, máy đo, cảm biến, van điều khiển và các hệ thống khác
- PLC này cũng tích hợp các tính năng bảo mật mạnh mẽ để đảm bảo an toàn và bảo vệ các thông tin quan trọng trong quá trình hoạt động Nó cũng có thể được kết nối với các thiết bị khác như bộ lập trình, máy tính để thiết lập chương trình điều khiển cho nó
2 Phân tích nguyên lý vận hành của hệ thống
- Ấn nút START, hệ thống hoạt động, đèn RUN sáng
- Nếu nồng độ khí CO2 thấp hơn hoăc bằng 1000ppm, nồng độ chưa vượt ngưỡng
Trang 3- Nếu nồng độ khí CO2 lớn hơn 1000ppm, đèn FHA sáng, biến trở trên module cảm biến điều chỉnh điện áp tham chiếu (Reference volatge), chân DOUT đảo trạng thái, còi BUZZER kêu trong 10s
- Ấn nút STOP, hệ thống dừng hoạt động, đèn RUN tắt
3 Trình bày về phương pháp đo áp suất trong đường ống
- Cảm Biến (Chuyển Đổi) Nồng Độ Khí CO2: Cảm biến nồng độ khí CO2 là thiết bị có khả năng đo lường lượng khí CO2 có trong một không gian cụ thể Cảm biến này thường sử dụng các công nghệ như hồng ngoại, quang phổ, hoặc cơ học để đo lường nồng độ khí CO2 Cảm biến nồng
độ khí CO2 đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng, đặc biệt trong lĩnh vực môi trường và tự động hóa
- Ứng Dụng của Cảm Biến Nồng Độ Khí CO2:
+ Hệ Thống Quản Lý Khí Thải: Trong ngành công nghiệp và sản xuất, cảm biến CO2 được sử dụng để giám sát và điều chỉnh lượng khí CO2 được phát ra từ các quá trình sản xuất và xử lý
+ Hệ Thống Điều Hòa Không Khí: Trong các hệ thống điều hòa không khí của các tòa nhà và phòng làm việc, cảm biến CO2 được sử dụng để đo lường nồng độ khí CO2 trong không khí Khi nồng độ CO2 tăng lên, hệ thống điều hòa có thể tăng cường lượng không khí tươi được đưa vào phòng để cải thiện chất lượng không khí
+ Đo Lường Khí Trong Môi Trường: Trong nghiên cứu về biến đổi khí hậu và môi trường, cảm biến CO2 được sử dụng để đo lường nồng độ khí CO2 trong không khí, giúp các nhà khoa học và chính phủ hiểu rõ về biến đổi khí hậu và tác động của nó đối với hệ thống sinh thái và sức khỏe con người
+ An Toàn Trong Công Nghiệp: Trong các ngành công nghiệp như luyện kim và hóa chất, nồng độ CO2 cao có thể làm tăng nguy cơ tai nạn Cảm biến CO2 được sử dụng để giám sát nồng độ CO2 và kích hoạt cảnh báo khi nồng độ này vượt quá mức an toàn
+ Nông Nghiệp và Chăn Nuôi: Trong nông nghiệp và chăn nuôi, cảm biến CO2 được sử dụng để kiểm soát môi trường nuôi trồng và chăm sóc động vật, giúp cải thiện sản xuất và sức khỏe của cây trồng và động vật
+ Ứng Dụng Trong Công Nghệ Xe Hơi: Trong ngành công nghiệp xe hơi, cảm biến CO2 được sử dụng trong các hệ thống kiểm soát khí thải để
đo lường và giảm thiểu lượng khí CO2 được phát ra từ động cơ
4 Xác định thuật toán đo áp suất và điều khiển tốc độ động cơ.
5 Phương pháp giao tiếp của PLC S7-1200, S7 - 300 với biến tần và các ngoại vi trong hệ thống và sơ đồ đấu dây.
- Đối với ngoại vi nút nhấn và đèn thì giao tiếp bằng việc đấu nối qua cổng DI và DO, đầu vào DI đấu kiểu âm chung, đầu ra DO dạng dương chung
- Đối với cảm biến, cảm biến là dạng 3 chân đấu trực tiếp qua cổng AI có sẵn của PLC
Trang 4- Nguồn ngoài 24VDC đấu vào cảm biến *Đối với tín hiệu Analog thì PLC có khả năng xuất ra các tín hiệu như 0…10V, 1…5V, 4… 20mA, 0…20mA để điều khiển tốc độ của biến tần Đồng thời biến tần có thể xuất tín hiệu analog để phản hồi tốc độ lại cho PLC
- Giao tiếp giữa PLC và biền tần thông qua module analog output SQ 1232
Hình 4: Sơ đồ dấu dây
6 Viết chương trình điều khiển, chạy mô phỏng hệ thống.
Trang 5"Start"
%M0.1
"Stop"
%M0.2
"Nhớ"
%M0.2
"Nhớ"
%M0.2
"Nhớ"
NORM_X
Int to Real
SCALE_X
Real to Real
EN ENO
MIN
EN MIN
ENO 0
%MW6
"Cảm biến"
27648
OUT
%MD14
"Tag_2"
VALUE MAX
0.0
%MD14
"Tag_2"
2000.0 VALUE MAX
OUT
%MD18
"Nồng độ CO2 đo được"
NORM_X
Real to Real
SCALE_X
Real to Int
EN EN
MIN
EN MIN
ENO 0.0
%MD1
"Nồng độ CO2
đo được"
2000.0
OUT
%MD22
"Tag_3"
0
%MD22
"Tag_3"
27648
OUT
%QW96
"Đồng hồ hiển thị"
VALUE MAX
VALUE MAX
%M0.2
"Nhớ"
%MD18
"Nồng độ CO2 đo được"
>=
Real
1000.0
"IEC_Timer_0_ DB".Q %Q0.0
"Chuông"
%DB
"IEC_Timer_0_DB"
TON
Time INQ
T#10s PT
ET
%MD50
"Thời gian"
Totally Integrated
Automation Portal
De9 / PLC_2 [CPU 1214C DC/DC/DC] / Program blocks
Main [OB1]
Main Properties
General
Numbering Automatic
Information
Title "Main Program Sweep (Cy‐
Main
Input
Temp
Constant
Network 1: Khởi động
Network 2: Đo
Network 3: Cảnh báo
