Luận Văn NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔG

Quay video cho mô hình... Không sao chép t tài li u hay công trình đã có tr c đó... Module truy n thông ..... CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đ i... ãi trong các nhà máy s... Quay v

Trang 1

B GIÁO D C & ÀO T O

Tp H Chí Minh - 12/2017

Trang 2

Tp H Chí Minh – 07/2018

Trang 3

- Thi t k và thi công mô hình lò nhi t đ t

- Thi t k và thi công kh i c m bi n nhi t đ

- Thi t k và thi công h th ng qu t th i và b ng t i

- K t n i PLC v i bi n t n

- L p ráp các kh i đi u khi n vào mô hình

Trang 4

iii

- Thi t k giao di n giám sát và đi u khi n trên máy tính b ng ph n m m WinCC

trong TIA Portal V14

- Vi t ch ng trình PLC cho h th ng

- Ch y th nghi m mô hình lò đ t

- Vi t sách lu n v n

- Báo cáo đ tài t t nhi p

Trang 6

Vi t báo cáo ch ng 5, ch ng 6 Ki m tra l i

Tu n 16

(25/06 – 01/07)

Vi t Slide báo cáo

Quay video cho mô hình

GV H NG D N

Trang 7

vi

Nhóm xin cam đoan đ tài này là do nhóm t th c hi n d a vào m t s tài li u và

đ tài tr c đó Không sao chép t tài li u hay công trình đã có tr c đó

Trang 8

vii

Sau quá trình đ c h c t p tr ng cùng v i nh ng ki n th c đ c các th y cô

gi ng d y, nh ng kinh nghi m đ c h c h i, trong quá trình th c hi n đ án nhóm đã

đ c các th y cô t o đi u ki n t t nh t đ th c hi n đ án này Nhóm xin g i l i c m

n t i t t c các th y, cô trong Tr ng i H c S Ph m K Thu t TPHCM nói chung,

đ c bi t các gi ng viên Khoa i n - i n T nói riêng đã gi ng d y và cung c p cho

đ c đ án này

Nhóm em xin g i l i c m n sâu s c đ n Th y Tr n V n S , trong su t th i gian nhóm em th c hi n đ tài, th y đã h ng d n t n tình và h tr cho nhóm các thi t b

c n thi t đ nhóm th c hi n đ tài t t h n và đ a ra h ng đi gi i quy t đúng cho nhóm

m i khi g p khó kh n C m n th y đã chia s nh ng kinh nghi m quý báu giúp nhóm

th c hi n t t đ tài

ki n đóng góp quý báu t th y cô, b n bè và nh ng ng i quan tâm đ đ tài đ c hoàn

thi n h n

PHAN NG C NHÂN NGUY N MINH H I

Trang 9

viii

M C L C

NHI M V ÁN T T NGHI P ii

L CH TRÌNH TH C HI N ÁN T T NGHI P iv

L I CAM OAN vi

L I C M N vii

M C L C viii

LI T KÊ HÌNH V xii

TÓM T T xv

Ch ng 1 T NG QUAN 1

1.1 T V N .1

1.2 M C TIÊU 2

1.3 N I DUNG NGHIÊN C U 2

1.4 GI I H N 3

1.5 B C C 3

Ch ng 2 C S LÝ THUY T 5

2.1 QUY TRÌNH V N HÀNH LÒ T BÃ MÍA 5

2.1.1 Công tác chu n b v n hành 5

2.1.2 Quy trình và thao tác v n hành lò đ t 5

2.2 S L C V B I U KHI N PID 6

2.2.1Phân lo i 7

2.2.2Các thông s b đi u khi n PID 8

2.3 GI I THI U PH N C NG 10

2.3.1B x lý trung tâm PLC S7-1200 10

a T ng quan v PLC S7-1200 10

b C u t o PLC S7-1200 11

Trang 10

ix

c Các moudle m r ng PLC S7-1200 13

d Module truy n thông 14

e Nguyên lý ho t đ ng PLC S7 – 1200 15

f L p trình PLC S7-1200 16

2.3.2 Bi n T n SIEMENS MICROMASTER 420 16

2.3.3Dây nhi t đi n tr (thermistor) 24

2.3.4SOLID STATE RELAY (SSR) 26

2.3.5C m bi n nhi t đ 27

a Nhi t đi n tr (Resitance temperature detector - RTD) 28

b C p nhi t đi n (Thermocouple) 29

c C m bi n nhi t bán d n 30

d i n tr oxit kim lo i (Thermistor) 30

2.3.6 Nút nh n 31

2.3.7 ng c 3 pha 32

Ch ng 3 TÍNH TOÁN VÀ THI T K 34

3.1 GI I THI U 34

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THI T K H TH NG 35

3.2.1Thi t k s đ kh i h th ng 35

3.2.2 Tính toán và thi t k h th ng 36

a Thi t k kh i ngu n 36

b Thi t k kh i c m bi n 37

c Kh i x lý trung tâm 38

d Kh i nút nh n, đèn báo 39

e Kh i đi u khi n đ ng c 40

f Kh i đi u ki n SSR 42

g Kh i b ng t i và qu t th i 43

h Kh i dây đi n tr nhi t mayso 44

Trang 11

x

3.2.3 Thi t k s đ đi dây t đi n 45

a S đ k t n i ph n c ng PLC v i ngõ vào ra 45

b S đ k t n i Module RS485 v i bi n t n MM420 và đ ng c 3 pha 46

Ch ng 4 THI CÔNG H TH NG 47

4.1 GI I THI U 47

4.2 THI CÔNG H TH NG 47

4.2.1 Thi công l p ráp ph n c khí 47

4.2.2 Ph n b ng t i và lò đ t 49

4.2.3 Thi công l p ráp ph n t đi n 53

4.3 L P TRÌNH H TH NG 56

4.3.1L u đ gi n thu t 56

a Thu t toán đi u khi n bi n t n 56

b Thu t toán đi u khi n ch ng trình chính 57

4.3.2L p trình cho PLC S7-1200 58

a Gi i thi u ph n m m l p trình 58

b Cách cài đ t ph n m m 58

c Cách t o m t Project 58

4.3.3 Giao th c USS cho bi n t n MM420 (Universal serial interface) 60

a Hàm đi u khi n c ng USS_PORT 63

b Hàm USS_DRIVE 63

c Hàm USS_RPM 65

d Hàm USS_WPM 66

4.3.4Thi t l p các tham s cho bi n t n 67

a Thi t l p thông s đ ng c 67

b Thi t l p thông s bi n t n ph c v cho ch đ truy n thông USS 68

4.4 VI T TÀI LI U H NG D N S D NG, THAO TÁC 69

Ch ng 5 K T QU _NH N XÉT_ ÁNH GIÁ 70

Trang 12

xi

5.1 THI T B 70

5.2 B I U KHI N PLC 70

5.3 K T QU MÔ PH NG 71

5.4 NH N XÉT VÀ ÁNH GIÁ 74

Ch ng 6 K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 75

6.1 K T LU N 75

6.2 H NG PHÁT TRI N 75

TÀI LI U THAM KH O 76

Trang 13

xii

LI T KÊ HÌNH V

Hình 2.1: B ng t i bã mía vào lò đ t 5

Hình 2.2: C u trúc b đi u khi n PID 6

Hình 2.3: H th ng b đi u khi n PID liên t c 7

Hình 2.4: H th ng b đi u khi n PID s r i r c 7

Hình 2.5: Khâu t l b đi u khi n PID 8

Hình 2.6: Khâu tích phân b đi u khi n PID 9

Hình 2.7: Khâu vi phân b đi u khi n PID 9

Hình 2.8: Thành ph n PLC S7 – 1200 11

Hình 2.9: Module truy n thông RS485(CB 1241) 14

Hình 2.10: Chu k quét c a m t PLC 15

Hình 2.11: Bi n t n SIEMENS MICROMASTER 420 16

Hình 2.12: Tháo ph n m t tr c v máy 19

Hình 2.13: Các đ u m ch đ ng l c 19

Hình 2.14: Các đ u vào t ng t và s 20

Hình 2.15: Dây đi n tr nhi t mayso 25

Hình 2.16: Relay bán d n (SSR) 26

Hình 2.17: Nhi t đi n tr 28

Hình 2.18: C p nhi t đi n 29

Hình 2.19: C m bi n nhi t đ LM335 30

Hình 2.20: i n tr oxit kim lo i 30

Hình 2.21: Nút nh n teknic 32

Hình 2.22: ng c 3 pha Oriental 33

Hình 3.1: S đ kh i h th ng 35

Hình 3.2: Kh i ngu n th c t 37

Hình 3.3: B chuy n đ i tín hi u TWD 38

Hình 3.4: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 39

Hình 3.5: èn báo 220VAC 39

Hình 3.6: Nút nh n th ng h 40

Hình 3.7: Bi n t n MM420 41

Hình 3.8: M ch đ ng l c cho SSR 42

Trang 14

xiii

Hình 3.9: Motor gi m t c mini Peeimoger 43

Hình 3.10: ng c 3 pha Oriental 44

Hình 3.11: Dây đi n tr nhi t mayso g n trong mô hình 44

Hình 3.12: S đ k t n i PLC 45

Hình 3.13: S đ k t n i Bi n t n v i Module RS485 và đ ng c 46

Hình 4.1: S đ l p ráp khung s t 47

Hình 4.2: Khung s t thi t k th c t 49

Hình 4.3: S đ l p ráp b ng t i và lò đ t 49

Hình 4.4: Mô hình lò đ t 51

Hình 4.5: Mô hình b ng t i 53

Hình 4.6: S đ thi công t đi n 53

Hình 4.7: èn nút nh n bên trong t 55

Hình 4.8: Linh ki n b trí bên trong t 55

Hình 4.9: L u đ gi n thu t đi u khi n bi n t n 56

Hình 4.10: L u đ gi n thu t toàn b h th ng 57

Hình 4.11: Giao di n t o project m i 59

Hình 4.12: Giao di n Main(OB1) l p trình ch ng trình 59

Hình 4.13: Giao di n thi t k WinCC 60

Hình 4.14: C u trúc m ng c a bi n t n MM420 61

Hình 4.15: K t n i m ng gi a PLC và các bi n t n 61

Hình 4.16: L nh truy n thông v i giao th c 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 s thi t l p cho ch đ truy n thông USS 68

Hình 5.1: Ph n khung s t sau khi thi t k xong 71

Hình 5.2: Sau khi l p đ t các thi t b hoàn ch nh 71

Hình 5.3: Lò đ t đang ho t đ ng 72

Hình 5.4: Lò đ t đ c l p đ t hoàn ch nh 72

Hình 5.5: Các thi t b đ c g n hoàn ch nh 73

Hình 5.6: B ng đi u khi n 73

Hình 5.7: Màn hình giám sát SCADA 74

Trang 15

xiv

B ng Trang

B ng 2.1: Thông s k thu t các lo i CPU 12

B ng 2.2: c tính c a các module m r ng 13

B ng 2.3: Thông s k thu t 17

B ng 2.4: u dây đi u khi n 20

B ng 2.5: Các thông s m c đ nh khác 21

B ng 2.6: B ng đ u n i 21

B ng 2.7: Các nút và các ch c n ng 22

B ng 2.8: Cách ch n các lo i c m bi n t ng ng cho t ng ngành c th 31

B ng 2.9: Thông s k thu t c n bi t c a đ ng c Oriental 33

B ng 3.1: B ng tiêu th dòng đi n c a các kh i 36

B ng 4.1: Danh sách các linh ki n trong khung s t 48

B ng 4.2: Danh sách các linh ki n Lò t, B ng T i 50

B ng 4.3: Các lo i b ng t i trên th tr ng hi n nay 51

B ng 4.4: Dach sách các thi t b trong t đi n 54

Trang 16

xv

TÓM T T

Sau m t th i gian tìm hi u và nghiên c u s l c v qui trình ho t đ ng c a lò đ t

T các ki n th c đ c h c tr ng và kinh nghi m th c ti n c ng v i s giúp đ nhi t tình c a giáo viên h ng d n và các th y cô b n bè nhóm đã l a ch n các thi t b c n thi t và ph ng pháp phù h p đ th c hi n đ tài này

Trong mô hình nhóm s d ng PLC S7-1200 cho h th ng thông qua vi c s d ng WinCC đ đi u khi n giám sát nhi t đ lò trong lò đ t C m bi n nhi t đ liên t c c p

nh t giá tr nhi t đ trong lò đ g i v PLC, đ ng th i PLC s g i tín hi u đi u khi n

t c đ đ ng c b ng t i và qu t th i thông qua bi n t n MM420

Nhóm đã hoàn thành mô hình lò đ t v i nh ng tính n ng c b n, có th t đ ng

đi u khi n b ng t i c p nguyên li u bã mía và đi u khi n đ c t c đ qu t gió cung c p

đem l i hi u qu cao trong quá trình s n xu t và gi m thi u nhân công v n hành

Mô hình ho t đ ng t ng đ i n đ nh, nh ng bên c nh đó v n còn m t s h n ch

nh nh c ch ho t đ ng còn khá đ n gi n, do đi u ki n kinh t và th i gian có h n nên đ tài v n còn h n ch v thi t b s d ng trong mô hình

Trang 17

CH NG 1: T NG QUAN

B MÔN I N T CÔNG NGHI P – Y SINH 1

Ch ng 1 T NG QUAN

t ng s 41 nhà máy đ ng, v i kho ng 24 tri u t n mía ép t o ra 7,8 tri u t n bã mía

T đó thì kho ng 80% trong s đó đ c đ t đ n p cung c p nhi t cho các nhà máy

đi n, lò h i hay đ c dùng ng c l i đ n u mía đ ng t n d ng nhi t l ng cao

t 4200 – 4700 kcal/kg c a bã mía đem l i thì c n ph i có s ki m soát nhi t đ m t

V i tính ch t quan tr ng nh v y thì nhi t đ c n đòi h i ph i có ph ng pháp

đi u khi n thích h p ây chính là v n đ đ t ra đ c n gi i quy t nh m đem l i tính

n đ nh và chính xác c a nhi t đ M t h th ng mu n chính xác c n ph i th c hi n

h i ti p tín hi u v đ so sánh v i tín hi u vào ra và đ c g i đ n b đi u khi n hi u

chnh đ u ra H th ng đi u khi n h i ti p có nhi u u đi m nên th ng đ c th y

Tr c đó đã có nhi u công trình và đ tài nh “ i u khi n và giám sát lò nhi t

t c h th ng h i ti p Qua b c m bi n g i tín hi u đo l ng nhi t đ v so sánh v i

th c hi n quy t đ nh ch n đ tài : “ NG D NG PLC S7-1200 I U KHI N

VÀ GIÁM SÁT LÒ T BÃ MÍA” đ nghiên c u, nh m t ng h p và c ng c ki n

th c đã h c c ng nh áp d ng công ngh vào quá trình s n xu t công nghi p Trong đ

ng d ng r ng rãi trong các nhà máy s n xu t đ ng c a Vi t Nam hi n nay đ t n

d ng ngu n nguyên li u bã mía có s n t i nhà máy nh m đem l i hi u qu kinh t cao

Trang 18

thi t k mô hình đi u khi n và giám sát nhi t đ lò n u b ng PLC

i u khi n nhi t đ trong lò thông qua c m bi n nhi t đ

i u khi n t c đ qu t th i, t c đ b ng t i nguyên li u b ng bi n t n thông qua

Giám sát đi u khi n và thu th p d li u ho t đ ng c a lò nhi t s d ng ph n m m

WinCC trong TIA Portal V14

- Thi t k và thi công mô hình lò nhi t đ t

- Thi t k và thi công kh i c m bi n nhi t đ

- Thi t k và thi công h th ng qu t th i và b ng t i

 N I DUNG 3:

- Thi công t đi n đi u khi n

 N I DUNG 4:

- K t n i PLC v i bi n t n

- Thi t k L p ráp các kh i đi u khi n vào mô hình

- L u đ đi u khi n, giao di n HMI

Trang 19

Gi i thi u s l t v nguyên lý và quy trình ho t đ ng c a lò đ t Trình bày s

l c lý thuy t v PLC S7-1200, lý thuy t đi u khi n PID, các thi t b nh bi n t n siemens MM420, SSR, đ ng c qu t th i, bang t i nguyên li u…

 Ch ng 3: Thi t K và Tính Toán

Thi t k lên b n v cho mô hình, l a ch n kích th t t đi n phù h p v i linh

ki n b trí trong t , s đ kh i tính toán các thông s công su t c a thi t b đi u khi n

h th ng đi n và l a ch n các thi t b phù h p v i ông su t cho mô hình

 Ch ng 4: Thi Công Mô Hình

Trong ch ng này chúng ta th c hi n thi công các ph n đi u khi n và m ch đ ng

l c c ng nh ph n c ng mô hình h th ng đ tài T đó xây d ng nên l u đ gi i thu t

đ vi t ch ng trình đi u khi n cho h th ng

Khi có đ c mô hình và ch ng trình đi u khi n cho h th ng thì s th c hi n các b c đ mô hình đ c ho t đ ng t t Sau đó là các b c đ h ng d n các thao tác

Tính toán l a ch n nguyên v t li u phù h p, chu n b thi t b đi n và d ng c

đi n h tr cho qua trình làm vi c Trình t thi công mô hình, ch y mô hình

 Ch ng 5: K t Lu n và H ng Phát Tri n

Trang 20

CH NG 1: T NG QUAN

c ng và ph n m m T đó đ a ra nh n xét v nguyên nhân ch a đ t đ c và cách kh c

ph c Ti n hành nh n xét k t qu trong quá trình th c hi n đ án gi a nh ng gì th c

hi n th c t so v i k t qu trong lý thuy t

 Ch ng 6: T ng quan

K t lu n v nh ng gì đ t đ c trong quá trình th c hi n đ án a ra thêm

nh ng h ng phát tri n kh thi cho đ tài đ có th ng d ng t t trong th c t

Trang 21

- V sinh bu ng đ t, n o vét tro c n c a m đ t tr c khi cho nguyên li u vào

- Ki m tra t đi n h th ng đi u khi n

- Ki m tra h th ng qu t gió, hút khí th i, h th ng x lý khí th i

- Ki m tra nhiên li u đ t

2.1.2 Quy trình và thao tác v n hành lò đ t

Hình 2.1: B ng t i bã mía vào lò đ t

- B t CB t v trí (OFF) sang v trí (ON) đ c p đi n ngu n h th ng

- B t b ng t i đ đ a nguyên li u bã mía vào lò đ t

- Ti n hành nhóm lò b ng nh ng nguyên li u d cháy

- B t h th ng qu t th i đ cung c p không khí cho lò

Trang 22

CH NG 2: C S LÝ THUY T

- M h th ng hút khói, m h th ng l y tro x đ đ a ch t th i ra ngoài

- óng h th ng l y tro x và hút khói

- T t CB t v trí (ON) sang v trí (OFF) đ ng t ngu n h th ng

- Ki m tra l i toàn b , v sinh thi t b , ghi s theo dõi v n hành

B đi u khi n PID tên ti ng anh là (Proportional Integral Derivative Controller) hay còn đ c g i v i tên là đi u khi n vi tích phân t l B đi u khi n PID đ c s

d ng r t r ng rãi trong th c t đ đi u khi n nhi u lo i đ i t ng khác nhau nh nhi t

đ lò nhi t, t c đ đ ng c , m c ch t l ng trong b n ch a…do nó có kh n ng làm tri t tiêu sai s xác l p, t ng t c đ đáp ng quá đ , gi m đ v t l n u các thông s

c a b đi u khi n đ c ch n l a thích h p

Hình 2.2: C u trúc b đi u khi n PID

- Công th c b đi u khi n PID:

U = K P e + K I ( ) + K D ( )

- Trong đó:

 yr:tín hi u đ t (tín hi u mong mu n đ t đ c)

 e: sai s gi m tín hi u th c t và tín hi u đ t

Trang 23

 B đi u khi n PID s bao g m:

- B đi u khi n PID liên t c

Hình 2.3: H th ng b đi u khi n PID liên t c

- B đi u khi n PID s (r i r c)

Hình 2.4: H th ng b đi u khi n PID s r i r c

Trang 24

2.2.2 Các thông s b đi u khi n PID

 B đi u khi n PID s bao g m ba khâu t ng ng v i ba thông s chính:

- Khâu t l (Proportional) KP.

Trang 25

 Khâu tích phân (Integration)

- KIcàng l n thì sai s xác l p càng nh H s khu ch đ i c a khâu tích phân

s b ng vô cùng khi t n s b ng 0 => tri t tiêu sai s xác l p v i hàm n c

Trang 26

Và ph ng pháp ph bi n nh t đ ch n đ c thông s cho các b đi u khi n PID

hi n nay đó là ph ng pháp Zeigler – Nichols

2.3.1 B x lý trung tâm PLC S7-1200

a T ng quan v PLC S7-1200

B đi u khi n logic kh trình PLC S7-1200 mang l i tính linh ho t và s c m nh

đ đi u khi n nhi u thi t b đa d ng h tr các yêu c u v đi u khi n t đ ng S k t

h p gi a thi t k thu g n, c u hình linh ho t và t p l nh m nh m đã khi n cho PLC

đa d ng khác nhau

K t h p m t b vi x lý, m t b ngu n tích h p, các m ch ngõ vào và m ch ngõ

t i xu ng m t ch ng trình, CPU s ch a m ch logic đ c yêu c u đ giám sát và

đi u khi n các thi t b n m trong ng d ng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đ i

Trang 27

vi c đ m, đ nh thì, các phép toán ph c h p và vi c truy n thông v i các thi t b thông

minh khác M t s tính n ng b o m t giúp b o v vi c truy xu t đ n c CPU và

V i các ki u CPU khác nhau cung c p m t s đa d ng các tính n ng và dung

l ng giúp cho chúng ta t o ra các gi i pháp có hi u qu cho nhi u ng d ng khác

nhau

Trang 28

B ng 2.1: Thông s k thu t các lo i CPU

2 kB

50 kB 2MB

Kích th c nh ti n trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

B nh bit (M) 4096e byte 8192 byte

hi u đ m r ng dung l ng c a CPU Có th l p đ t thêm các module truy n thông

đ h tr các giao th c truy n thông khác

Trang 29

c Các moudle m r ng PLC S7-1200

m r ng ch c n ng c a CPU Ngoài ra, có th cài đ t thêm các module truy n thông

đ h tr giao th c truy n thông khác

Kh n ng m r ng c a t ng lo i CPU tùy thu c vào các đ c tính, thông s và quy

Trang 30

d Module truy n thông

đ c 3 module truy n thông khác nhau, giúp cho vi c k t n i đ c linh ho t

Hình 2.9: Module truy n thông RS485(CB 1241)

 Các module truy n thông RS232 và RS485 có các đ c tính sau:

Trang 31

e Nguyên lý ho t đ ng PLC S7 – 1200

B vi x lý s l n l t quét các tr ng thái c a đ u vào và các thi t b ph tr ,

th c hi n đi u khi n logic đ c đ t ra b i ch ng trình ng d ng, th c hi n các tính toán và đi u khi n các đ u ra t ng ng c a PLC Các PLC th h cu i cho phép th c

hi n các phép tính s h c và các phép tính logic, b nh l n h n, t c đ x lý cao h n

B vi x lý đi u khi n chu k làm vi c c a ch ng trình Chu k này đ c g i là

ch ng trình đi u khi n Chu k quét đ c minh h a hình sau :

đi u khi n, s d ng các tr ng thái c a tín hi u vào trong m ng nh đ xác đ nh các đ u

ra đáp ng hay không K t qu là các tr ng thái c a đ u ra đ c ghi vào m ng nh ,

ng n so v i chu k quét c a PLC

Trang 32

ãi trong các nhà máy s

Trang 36