TRÌNH BÀY VỀ CÁC MODUL S7-300

PLC là thiết bị logic khả trình nên có rất nhiều phương án lập trình, trong cuốn tài liệu này đưa ra một phương án giải quyết yêu cầu bài toán giúp các bạn mới học lập trình PLC dễ tiếp cận với thiết bị. Trong cuốn tài liệu khác của cùng tác giả sẽ trình bày cách giải quyết bài toán theo phương án khác. Ngoài ra, một số bài toán trong tài liệu có sử dụng một số phần mềm mô phỏng như SPS-VISU hoặc Lockout. Các bạn đọc có thể cài đặt phần mềm đó và tiến hành mô phỏng hệ thống.

Đề bài:

Trình bày về module analog trong PLC S7 200

Vẽ sơ đồ kết nối phần cứng và viết chương trình điều khiển nhiệt khuôn gia nhiệt ổn định nhiệt độ từ 115 đến 120 độ

Phần I: LÝ THUYẾT

I: TÍN HIỆU ANALOG

1.1 Tín hiệu analog và bộ A/D

Khác với tín hiệu số, ngõ vào và ngõ ra chỉ có hai trạng thái là ON hoặc OFF (mức 1 hoặc 0), tín hiệu analog có biên độ liên tục theo thời gian

Hình 1.1: Sự khác biệt giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tựPhần lớn những hiện tượng xảy ra trong thực tế đều ở dạng analog Các cảm biến ngõ

có tín hiệu ra dạng analog như: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến dòng chảy, cảm biến mức… Những cơ cấu chấp hành có tín hiệu điều khiển dạng analog: Vale tuyến tính, biến tần

1.2 Thời gian lấy mẫu, tần số lấy mẫu

Đối với ngõ vào của PLC hay máy tính, tín hiệu analog không được đọc liên tục mà

sẽ được lấy mẫu vào những khoảng thời gian nhất định Sau đó tín hiệu analog được chuyển đổi sang tín hiệu số nhờ bộ A/D Trong một khoảng thời gian nhất định, nếu

số mẫu lấy càng nhiều thì độ chính xác càng tăng Tuy nhiên mỗi bộ A/D chỉ có thể thu thập được một số mẫu nhất định trong một giây Đối với PLC thì tần số lấy mẫu

có thể đạt 20hZ

Hình 1.2: Cách lấy mẫu tín hiệu tương tự

1.3 Các thông số của bộ A/D

Một bộ A/D được đánh giá dựa vào các thông số như: Số bit chuyển đổi, thời gian lấymẫu, tốc độ chuyển đổi, sai số chuyển đổi, tầm điện áp hoặc dòng điện mà bộ A/D cóthể chuyển đổi Các thông số này thường được cho bởi nhà sản xuất Hình 8.3thể hiệncác thông số của bộ A/D

Hình 1.3: Các thông số cần quan tâm của bộ A/D

Hình 1.4: Quan hệ giữa các thông số trong bộ A/D

Ghi chú:

Công thức 1: Quan hện giữa số lượng bit và độ phân giải của timer Công thức 2: Sai

số lượng tử Công thức 3: Quan hệ giữa giá trị số nguyên của bộ A/D với Vin, Vmin, Vmax, Vmin, R Công thức 4: Quan hệ giữa điện áp đưa vào với N , Vmax, Vmin, R

1.4 A/D trong PLC S7 200

Đối với PLC thì bộ chuyển đổi A/D thường sử dụng 8 bit, 12 bit, 16 bit Tùy theo yêucầu kỹ thuật, độ chính xác, tính kinh tế mà người lập trình chọn bộ A/D nào cho phù hợp

1.4.1 Cấu trúc dữ liệu của bộ A/D trong PLC S7 200

Module analog trong S7 200 thường sử dụng loại 12 bit Tín hiệu vào của module analog ở dạng điện áp hoặc dòng điện, điện áp có thể dương hoặc âm, dữ liệu chuyển đổi có thể ở dạng đơn cực hoặc lưỡng cực Tùy thuộc vào dạng Trang 104

chuyển đổi mà cách sắp xếp các bit dữ liệu cũng có sự khác nhau Hình … Trình bàycách sắp xếp các bit dữ liệu dạng đơn cực và lưỡng cực

Hình 1.5: Cách định dạng các bit dữ liệu trong module analog của S7 200

II: MỘT SỐ MODULE ANALOG THÔNG DỤNG CỦA S7-200

Các modunle analog của họ S7-200 có rất nhiều loại Module nhưng vẫn hoạt động trên nguyên tắc

Module ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, cặp nhiệt

Module ngõ vào analog: Áp, dòng

2.1 Module analog EM231

Các thông số kỹ thuật

Cách kết nối ngõ vào

Switch chọn giá trị ngõ vào và độ phân giải.

Lưa ý: Dòng điện ngõ vào: 0 đến 20mA Độ phân giải: 5uA hay từ 1,25mV đến

2,5mV Giá trị số ngõ vào: -32000 đến 32000(lưỡng cực) hay từ 0 đến 32000(đơn cực)

Mạch ngõ vào của Module EM231.

2.2 Module analog EM235

Các thông số kỹ thuật.

Cách kết nối ngõ vào, ngõ ra.

Switch chọn giá trị ngõ vào và độ phân giải.

Lưa ý: Độ phân giải: 5uA hay từ 12,5uV đến 5mV Giá trị số ngõ vào: -32000 đến

32000 hay từ 0 đến 32000 Mạch ngõ vào của Module EM235

2.3 Module analog EM232

Các thông số kỹ thuật.

Một vài thông số chi tiết.

Cách kết nối ngõ ra.

- Chỉnh biến trở tại ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 0V

- Dùng chương trình đọc giá trị analog vào và quan sát giá trị Nếu chưa bằng không

thì hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = 0

- Chỉnh biến trở tại ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 10V

- Dùng chương trình đọc giá trị analog vào và quan sát giá trị Nếu chưa bằng 32000

thì hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = 32000

Phần 2: THỰC HÀNH

I: THIẾT KẾ VÀ CHỌN LINH KIỆN CHO THI CÔNG MÔ HÌNH

1.1 Chọn phần tử điều khiển (chọn loại PLC)

Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-200

• Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp

• Có nhiều loại CPU

• Có nhiều Module mở rộng

• Có thể mở rộng đến 7 Module

• Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau

• Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus

• Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module

• Không qui định rãnh cắm

• Phần mềm điều khiển riêng

• Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module

• “Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp

Trên thực tế nhà sản xuất SIMEN đã đưa ra rất nhiều loại PLC trong họ S7-200 với bộ xử lý trung tâm khác nhau Dưới đây là một PLC điển hình của dòng S7-

200 với CPU-214

Hình dáng của PLC S7-200 có sử dụng CPU-214

theo khoảng nhiệt độ cần đo và sai số cho phép mà người ta lựa chọn các loại cảm biến và phương pháp đo cho phù hợp :

Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện

là từ 200°C→1000°C Độ chính xác có thể đạt tới ±l% → ±0.1%

Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) là từ -270°C bến 2500°C Với độ chính xác có thể đạt tới ±l%→±0 1%

Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng các cảm biến tiếp giápP-N (Diode, Transistor, IC) là từ -200°C bến 200°C, với sai số ±0.1%

Các phương pháp đo không tiếp xúc như bức xạ,quang phổ có khoảng đo từ 1000°C đến vài chục ngàn °C với sai số ±l% → ±10%

Thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celcius(°C), thang đo Kelvin (°K), thang đoFahrenheit (°F), thang đo Rankin (°R)

Thông số cấu tạo: phụ thuộc vào từng loại cảm biến, cũng như cách chế tạo và

dF: Sự thay đổi đại lượng của cảm biến dx: Sự thay đổi đại lượng vật lý

Ngưỡng độ nhạy: là mức thấp nhất mà cảm biến có thể phát hiện được

Tính trễ : còn gọi là quán tính của cảm biến và là nguyên nhân gây ra sai số của phép đo Tốc độ thay đổi của đại lượng đo phải phù hợp với tính trễ của cảm biến Nếu đại lượng đo thay đổi quá nhanh mà quán tính của cảm biến lớn thì không thể đo chính xác được Mọi cảm biến đều có tính trễ do ảnh hưởng của vô bảo vệ

Có các phương pháp đo nhiệt độ khác nhau ứng với các thiết bị đo khác nhau như:

a. Nhiệt điện trở:

Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong các đường ống, các lò phản ứng hóa học, các nồi hơi, lò nhiệt, không khítrong phòng

b. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện (Thermocouple):

Cấu tạo gồm hai dây kim loại khác nhau được hàn với nhau ở một đầu gọi là đầu nối nóng hay nối đo, hai đầu dây còn lại là đầu nối lạnh hay đầu nối chuẩn

c. Cảm biến nhiệt độ bằng vi mạch:

Cảm biến nhiệt độ vi mạch chế tạo từ chất bán dẫn có nhiệt độ tỉ lệ độ C,

F hay K tùy loại Tầm đo nhiệt độ giới hạn từ -55°C đến 150°C, ở độ chính xác từ 1°C đến 2°C tùy loại

d. Cảm biến nhiệt bằng bán dẫn dùng các khối bán dẫn để làm cảm biến khi nhiệt độ thay đổi thì điện áp chênh lệch giữa các khối bán dẫn sẽ khác nhau dẫn đến việc ta có thể đo được nhiệt độ chuẩn dựa vào 1 nhiệt

độ làm mẫu

Và còn rất nhiếu các loại cảm biến khác trên thị trường

1.2.2 Chọn cảm biến nhiệt

Chọn cảm biến nhiệt LM35 với các thông số kỹ thuật

* LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ : 10mV/1(0C)

* Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25(0C) nó có sai

Cảm biến

Nhiệt độ

Module analog

1.3 Sơ đồ khối của mô hình

II: KẾT NỐI PHẦN CỨNG VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH

2.1 Mô hình kết nối giữa LM35 và Module analog EM231

Giới thiệu chức năng các linh kiện

Khối điều khiển PLC

Cảm biến nhiệt độ LM35

Nút nhấn cho phép hoạt động Star

Nút nhấn tắt hoạt động Stop

Đèn Đ sáng nhấp nháy khi khuôn gia nhiệt đc cấp ngồn điện

Contactor K điều khiển việc cấp điện kho khuôn gia nhiệt

2.3 Chương trình điều khiển khuôn gia nhiệt

viết chương trình điều khiển nhiệt khuôn gia nhiệt ổn định nhiệt độ từ 115 đến 120 độnhư ta đã nói ở trên LM35 có tầm đo từ -55(0C) đến 150(0C) và dải đo tuyến tính từ 0(0C) đến 128(0C) là tuyến tính Nhiệt độ của khuôn gia nhiệt từ 115(0C) đến

120(0C) là hoàn toàn nằm trong vùng tuyến tính của đặc tuyến LM35 Độ nhạy cảu cảm biến là 10mV vì thế

Điện áp ngõ ra của LM35 tại: 0(0C) là 0mV

115(0C) là 1150mV120(0C) là 1200mVChọn module analog có EM231 và chọn tầm đo từ 0 đến 5V

Tại 5V ứng với 32000 trong vùng nhớ AIW0Tại 1,150 ứng với 7360 trong vùng nhớ AIW0Tại 1.2 ứng với 7680 trong vùng nhớ AIW0

KẾT LUẬN

Trên đây là tìm hiểu của em về chuyên đề các module analog của plc S7-200

Cũng như cách thức thực hiện một ứng dụng nhỏ của chúng vào thực tế

Trong quá trình tìm hiểu và làm bài ko thể tránh khỏi thiếu xót Mong thầy cô và các bạn đưa ra lời nhận xét để em có được cái nhìn hoàn chỉnh hơn về chuyên đề này

Một lần nữa em xin cảm ơn cô Nguyễn Trần Minh Nguyệt và các bạn đã giúp

em hoàn thành chuyên đề này

Em xin chân thành cảm ơn

2.2 Module analog EM235……….8

2.3 Module analog EM232………11

2.4 Hiệu chỉnh giá trị analog……… 14

Phần II: THỰC HÀNH I:THIẾT KẾ VÀ CHỌN LINH KIỆN……… 14

1.1 chọn phần tử điều khiển……… 14

1.2 các phương pháp đo nhiệt độ……… 15

1.3 Sơ đồ khối của mô hình……… 17

II: KẾT NỐI PHẦN CỨNG VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH………….18

2.1 Mô hình kết nối giữa LM35 và Module analog EM231……… 18

2.2 Sơ đồ kết nối giữa LM35 và hệ thống điều khiển PLC……….19

2.3 Chương trình điều khiển khuôn gia nhiệt……… 20