Đồ án đièu khiển nhiệt độ lò hơi PLC s71200 và tia portal

Lò hơi là thiết bị mà trong đó diễn ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy được truyền cho nước trong lò hơi để biến thành hơi nước → biến hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng dòng hơi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG

Khoa Điện - Điện Tử

BÀI TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI :

LẬP TRÌNH PLC S7 1200 ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ HƠI TRÊN

TIA PORTAL V14.

GVHD : Th.S HỒ THANH TUẤN

SVTH : NHÓM 3 LỚP : 21DT01

Bình Dương, ngày 14 tháng 6 năm 2021.

Mục lục

1BÀI TIỂU LUẬN 1

ĐỀ TÀI : 1LẬP TRÌNH PLC S7 1200 ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ HƠI TRÊN TIA PORTAL V14 1GVHD : Th.S HỒ THANH TUẤN 1SVTH : NHÓM 3 1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã được ứng dụng rất mạnh mẽ trong các ngành như: sinh học, hóa chất, công nghiệp dệt, thuốc lá, rượu, bia, điện tử, tin học, y tế, thực phẩm, chế biến và bảo vệ thủy sản Ngành nhiệt lạnh rất đa dạng, ngoài những ngành nêu trên đa số sử dụng nguồn nhiệt lạnh để ứng dụng thì vẫn có một số ngành sử dụng nguồn nhiệt nóng để đưa vào sử dụng như: ngành nhiệt điện, công nghệ thực phẩm, dệt, công nghiệp sản xuất, dịch vụ Vì thế, không chỉ phát triển các thiết bị làm lạnh mà các thiết bị làm nóng, lò hơi cũng phát triển mạnh mẽ song song Bên cạnh

đó, yếu tố tự động hóa các thiết bị cũng được dần cải thiện Chúng ngày càng ăn sâu vào các quá trình điều khiển hệ thống một cách tự động và linh hoạt hơn, nhằm giúp quá trìnhvận hành của con người ngày càng đơn giản hơn Vì thế, nhằm đơn giản hóa, tự động hóacho các quá trình điều khiển bằng tay (cơ) của lò hơi nói riêng và các máy, thiết bị lạnh nói chung, ta thay thế thành điều khiển tự động bằng lập trình PLC Lò hơi là một thiết

bị, hệ thống thiết bị công nghiệp có chức năng chuyển hóa nước thành hơi nước Bằng cách sử dụng năng lượng nhiệt được sinh ra trong quá trình cháy nhiên liệu Các nhiên liệu như: than đá, dầu, biomass, trấu, củi và các loại nhiên liệu phổ biến khác Hơi nước được sinh ra trong lò hơi (hay còn gọi là nồi hơi) được sử dụng trong công nghiệp như là một chất tải nhiệt Các lĩnh vực phổ biến thường sử dụng lò hơi như: thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, bia rượu, nước giải khát, giặt là, bao bì Sau đây nhóm chúng em sẽ sử dụng PLC S7 1200 để lập trình điều khiển nhiệt độ lò hơi

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển lò hơi :

Lò hơi bắt đầu được sử dụng vào thế kỉ XVIII Lúc đầu, lò hơi ra đời sớm nhất có hình dạng đơn giản như nồi nấu thông thường Theo thời gian, hình dạng và công năng của chúng thay đổi với xu hướng tăng công suất và hiệu suất nhiệt, lắp đặt và vận hành đơn giản, phù hợp với điều kiện thực tế Lò hơi có nhiều định nghĩa đã được sử dụng để mô tả

nó Lò hơi có thể được mô tả như là một thiết bị dùng để sinh ra hơi nước nhờ nhiệt lượng của nhiên liệu đốt cháy Lò hơi dùng để chuyển đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu thành năng lượng nhiệt của hơi hoặc năng lượng nhiệt của khí nóng chuyển thành năng lượng của hơi mà không có quá trình cháy xảy ra Lò hơi cũng được xem là một bình giữ áp, sản sinh ra hơi với áp suất làm việc trên 2bar Do vậy, một lò hơi không nhất thiết phải có một bộ đốt Một thiết bị gia nhiệt nước trong một bình chứa hở hoặc có dungtích nhỏ thì không gọi là một lò hơi - Lò hơi được cải tiến mạnh mẽ cả về hình thức, kết cấu và sản lượng hơi Ngày càng được cải tiến dần theo nhu cầu sử dụng và quy mô ngày càng mở rộng Các tiêu chuẩn được đặt ra nhằm cải tiến, phát triển lò hơi: + Nâng cao hiệu suất của lò hơi + Tăng sản lượng hơi, nâng cao thông số hơi

2 PLC S7 1200.

2.1 PLC là gì?

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) màtuỳ vào người sử dụng nó có thể thực hiện một loạt hay trình tự các sự kiện, các sự kiện này được kích thích bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm Khi một sự kiện được kích hoạt, thật sự là nó bật ON hay OFF thiết bị bên ngoài hay còn gọi

là các thết bị vật lý (các thiết bị được gắn vào ngõ ra của PLC) Như vậy, chúng ta có thể hiểu rằng, PLC là một bộ “điều khiển logic theo chương trình”, ta chỉ cần thay đổi

chương trình cài đặt trong PLC là PLC có thể thực hiện được các chức năng khác nhau, điều khiển trong những môi trường khác nhau Là một hệ mang tính vượt trội so với các thiết bị hiện tại nó mang tính chính xác cao và đạt hiệu quả công việc cao.

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dung dây nối, người ta đã chế tao bộ điều khiển plc nhẳm thoả mãn các yêu cẩu sau:

-Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa

-Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp Hoàn toàn tincậy trong môi trường công nghiệp

-Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các module mởrộng Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và các logic thời gian Tuy nhiên bên canh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàngcho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí cũng như giá cả… Chính điều này đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp, các tập lệnh nhanh chống đi

từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch…Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn

Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển và

sử lí hệ thống chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bằng một chương trình, chương trình này sẽ được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hãy mở rộng chứcnăng của quy trình công nghệ Ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lí nào so với các bộ dây nối hay Relay

2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 của hãng SIEMENS

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội: - S7-1200 là một dòng của bộ điều khiểnlogic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu

vào/ra (DI/DO).

- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điềukhiển:

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình - S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232 - Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL.Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal V114 của Siemens

2.3 So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác.

PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay

Việc phát triển hệ thống điều khiển bằng lập trình đã dần dần thay thế từng bước hệ thống điều khiển bằng Relay trong các quá trình sản xuất Khi thiết kế một hệ thống điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn các hệ thống, hệ thống điều khiển lậptrình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng Relay do các nguyên nhân sau: Thay đổi trình tự điều khiển một cách linh động - Có độ tin cậy cao - Khoảng không lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm diện tích - Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển

ở ngõ ra cao - Sự chọn lựa dữ liệu một cách thuận lợi, dễ dàng - Dễ dàng thay đổi cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng vượt trội hơn

hệ thống điều khiển cổ điển (Relay, Contactor,…) Hệ thống điều khiển này cũng phù hợpvới sự mở rộng hệ thống trong tương lai do không phải đổi, bỏ hệ thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi chương trình cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới

PLC với máy tính.

Cấu trúc giữa máy tính với PLC điều dựa trên bộ vi xử lý dữ liệu Tuy nhiên có một vài cấu trúc quan trọng cần phân biệt để thấy rõ sự khác biệt giữa một PLC và một máy tính Không như máy tính, PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường công

nghiệp Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical

Noise), vùng có từ truờng mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ môi trường cao … Điều quan trọng thứ hai đó là: một PLC được thiết kế với phần cứng và phần mềm sao cho dễ lắp đặt (đối với phần cứng) đồng thời về mặt chương trình cũng phải dễ dàng để người sử dụng (kỹ sư, kỹ thuật viên) thao tác lập trình một cách nhanh chóng, thuận lợi (ví dụ: lập trình bằng ngôn ngữ hình thang… )

PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer)

Đối với một PC, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau: - Máy tính không có các cổng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp - Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải là dạng hình thang, máy tính ngoài việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụngcác phần mềm khác, làm "chậm" đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dễ dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC

2.4 Lợi ích của việc sử dụng PLC

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống diều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào / ra …), mà không phải thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển đổi hệđiều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau),

hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các

hệ thống khác Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện qua

màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc (trouble shoding) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc sửa chữa thuận lợi hơn.

2.5 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200.

PLC S7-1200 được thiết kế theo kiểu module Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kếcác hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng, song tối thiểu bao giờ cũng có một module chính là module CPU Các module còn lại là những module truyền nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài, các module chức năng chuyên dụng… Chúng được gọi chung là các module mở rộng Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic choviệc lập trình PLC và các màn hình HMI Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển được nhanh chóng, đơn giản Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các màn hình HMI mới dùng cho PLC S7-1200 cũng được giới thiệu Tất cả cùng tạo ra một giải pháp tích hợp, thống nhất cho thị trường

tự động hóa cỡ nhỏ (Micro Automation)

Bộ phận kết nối nguồn

Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

Các led trạng thái dành cho I/O tích hợp

Bộ phận kết nối PROFINET (phía dưới của CPU)

Sơ đồ đấu chân của S7 1200.

Cũng giống như các PLC cùng họ khác , PLC S7 1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý,

bộ nhớ , bộ nguồn, giao tiếp xuất/nhập

- Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứ bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớPLC Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất

- Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V) cần thiết cho bộ

xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt động

- Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử sụng cho các hoạt động điều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý

- Các thành phần nhập và xuất (input/output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bjj điều khiển.Tín hiệu nhập có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến,… Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của bộ khởi động động

cơ, các van solenoid…

- chương trình điều khiển được nạp nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình hay máy tính

Sơ đồ đấu chân:

CHƯƠNG I : CÁC BƯỚC THỰC HIỆN MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ HƠI BẰNG TIA PORTAL V14

1.KHỞI ĐỘNG CHỌN THIẾT BỊ KẾT NỐI

1.1 Các bước thực hiện

Bước 1: Đầu tiên chúng ta khởi động TIA PORTAL V14 bằng cách nhấn đúp vào biểu tượng sau khi nhấn đúp chuột chờ khoảng 1 đến 5s cửa sổ làm việc mở ra

Sau khi cửa sổ làm việc TIA PORTAL V14 mở ra ta nhấn vào mục “ create new project ”

Giao diện tạo new project mở ra, và bắt đầu đặt tên file cho project của ta, sau khi tạoxong ta nhấn vào lệnh “Create” để hoàn thành bước tạo một newproject để bắt đầu quátrình mô phỏng của chúng ta

Bước 2: Sau khi hoàn thành bước tạo file newproject của chúng ta xong, chúng ta bắt đầuvào việc chọn thiết bị kết nối Tại đây ta chọn mục “ Devices & networks ” sau đó chọn

“ Add new device ” tiếp tục chọn mục “ Controllers”

Tiếp theo ta chọn CPU , ở đây ta chọn CPU “ SMATIC S7 1200 ” chọn CPU 1214 DC/DC/RLY và sau đó chọn CPU như hìn và bấm add.

Tiếp đó ta chọn WIN CC cho chương trình bằng cách chọn tiếp “add new device”

Ta chọn vào “PC systems” chọn tiếp “SMATIC HMI application” và chọn “Wincc RT Profesional” sau đó chọn ok để thêm vào phần kết nối thiết bị

1.2 Giao thức kết nối

Sau khi đã add xong cổng HMI cho chương trình ta bắt đầu chọn giao thức kết nối cho

nó bằng cách chọn vào “ Hardware catalog ”

“ Hardware catalog ” mở ra chúng ta tiến hành chọn “communications modules” Tiếp đó chọn Profine T/E thernet và chọn IE general kéo thả vào vị trí kết nối như hình

Tiếp đó ta nhấn chuột vào Network view và tiến hành làm như sau:

Sau khi “connections” chúng ta tiếp tục kéo chuột kết nối PLC và PC-System thêm một lần nữa, và ta được như hình

Như vậy đã xong bước chọn thiết bị và kết nối.

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÀN HÌNH GIAO DIỆN MÔ PHỎNG

1 TẠO GIAO DIỆN MÔ PHỎNG VÀ CHỌN THIẾT BỊ

Bước 1: Tạo giao diện mô phỏng

Đầu tiên ta chọn vào mục HMI_RT_1[WinCC RT] tiếp tục chọn “Screens” và nhấn đúp chuột vào “Add new Screens” để tạo giao diện mô phỏng

Sau khi tạo xong giao diện mô phỏng ta thiết lập tác động của màn hình mô phỏng bằng cách nhấn đúp chuột vào màn hình sau đó màn hình nhỏ mục Properties hiện ra ta bắt đầu

chọn mục “Miscellaneous” nhấn tiếp vào dấu “…” ở mục screen cycle và chọn

“Uponchange” để tác động tức thì cho màn hình giao diện mô phỏng

Bước 2: Chọn Khối

Tiếp đó ta bắt đầu thiết kế, ta chọn vào “Toolbox” chọn “symbol library” ở mục

“Elements” để lấy động cơ

Để thay đổi động cơ ta nhấn đúp chuột vào biểu tượng vào mục “properties” chọn

“tanks” và lựa chọn bồn chứa thích hợp cho giao diện mô phỏng.

Ta tiếp tục sao chép một động bồn chứa nữa để thiết kế và chọn hình dạng thích hợp

Tương tự ta lấy ra các khối “pipes” lấy ra các đường ống và dùng khối “Valves” để lấy ravan.

Tiếp đó lấy các khối Gauge, Bar, Slider để lấy các biểu tượng thanh đo nhiệt, đồng hồ đo,thanh đo mức nước

chuột ở mục fire ở mục name vào giao diện và hoàn thiện giao diện mô phỏng.