Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống giám sát và ổn định nhiệt độ lò nhiệt sử dụng PLC S7-1200

• Tác giả: Nguyễn Văn Huy
• Người hướng dẫn: Thầy Dương Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Điện - Điện Tử
• Đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát và ổn định nhiệt độ lò nhiệt sử dụng PLC S7-1200
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Giới thiệu sơ lược về bộ điều khiển và hệ thống tự động hóa
• 1.3. Hướng thực hiện đồ án
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG
• 2.1. Giới thiệu bộ điều khiển PID
• 2.2. Các hệ thống sơ bộ điều khiển PID
• 2.3. Điều chỉnh vòng lặp
• 2.4. Phương pháp tìm thông số PID
• 2.5. Phần mềm điều chỉnh PID
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
• 4.1. Giới thiệu về hệ thống SCADA
• 4.2. Giới thiệu phần mềm thiết kế lập trình Tia Portal V16
• 4.3. Thiết kế chương trình điều khiển
• 4.4. Cấu hình thiết bị
• 4.5. Chương trình điều khiển
• 4.6. Thiết kế giao diện điều khiển
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hệ thống và điều khiển nhiệt độ

Đồ án tốt nghiệp tập trung vào việc thiết kế hệ thống giám sát và ổn định nhiệt độ lò nhiệt sử dụng PLC S7-1200. Đề tài này xuất phát từ nhu cầu thực tế trong công nghiệp, đặc biệt là các ngành như luyện kim và chế biến thực phẩm, nơi việc kiểm soát nhiệt độ chính xác là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm. Việc lựa chọn PLC S7-1200 là do tính linh hoạt, khả năng lập trình dễ dàng và khả năng tích hợp vào hệ thống tự động hóa hiện đại. Đồ án đề cập đến việc ứng dụng bộ điều khiển PID, một phương pháp điều khiển phổ biến và hiệu quả trong việc ổn định nhiệt độ. "Bộ điều khiển PID tên tiếng anh là (Proportional Intergral Derivative Controller) hay còn được gọi với tên điều khiển vi tích phân tỉ lệ. Bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhau như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mức chất lỏng trong bồn chứa … do nó có khả năng làm triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ phản ứng quá độ, giảm độ vọt lố nên các thông số của bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp." Đồ án cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giám sát hệ thống, cho phép người vận hành theo dõi và điều chỉnh quá trình một cách thuận tiện, tránh các sai sót và thiệt hại tiềm ẩn.

II. Phương pháp điều chỉnh PID và cấu trúc phần cứng

Đồ án đi sâu vào phân tích bộ điều khiển PID, bao gồm ba khâu chính: tỉ lệ (P), tích phân (I) và vi phân (D). Mỗi khâu có vai trò riêng trong việc điều chỉnh tín hiệu điều khiển, đảm bảo hệ thống đạt được nhiệt độ mong muốn một cách nhanh chóng và ổn định. Việc lựa chọn thông số PID phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Đồ án đề cập đến các phương pháp điều chỉnh PID, từ thủ công đến sử dụng phần mềm chuyên dụng. "Phương pháp Ziegler – Nichols xuất hiện khoảng từ năm 1940. Giống phương pháp thủ công, thông số KI, KD ban đầu được cài đặt bằng 0. Còn thông số KP ta thiết lập theo chiều hướng lớn dần cho đến khi nó đạt tới độ lợi tới hạn." Về phần cứng, đồ án mô tả chi tiết các thành phần của hệ thống, bao gồm nguồn tổ ong, đèn Halogen, cảm biến nhiệt độ PT100, bộ chuyển đổi tín hiệu, module Triac và PLC S7-1200. Việc lựa chọn các thiết bị này dựa trên tính tương thích và khả năng đáp ứng yêu cầu của hệ thống.

III. Thiết kế và mô phỏng hệ thống

Đồ án trình bày quá trình thiết kế hệ thống, bao gồm sơ đồ khối, bản vẽ điều khiển và mô hình hoàn thiện. Việc tính toán các thông số PID được thực hiện dựa trên đặc tính của lò nhiệt, sử dụng phương pháp nhận dạng và xác định hàm truyền. "Khái niệm về đường đặc tính của lò nhiệt. Nhân dạng đường đặc tính. Xác định thông số bộ điều khiển PID." Đồ án cũng sử dụng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng hệ thống, kiểm tra tính ổn định và hiệu suất của bộ điều khiển PID trước khi triển khai thực tế. "Mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ trên Matlab. Đường đặc tính của lò nhiệt sau khi mô phỏng trên matlab simulink." Phần này thể hiện tính khoa học và bài bản trong quá trình thiết kế và triển khai hệ thống.

IV. Lập trình PLC và giao diện giám sát

Đồ án mô tả chi tiết quá trình lập trình PLC S7-1200 sử dụng phần mềm TIA Portal V16. Chương trình điều khiển được thiết kế dựa trên thuật toán điều khiển PID, tích hợp các chức năng giám sát và điều khiển nhiệt độ. "Giới thiệu phần mềm thiết kế lập trình Tia Portal V16. Thiết kế chương trình điều khiển. Cấu hình thiết bị. Chương trình điều khiển." Giao diện giám sát được thiết kế trên WinCC, cho phép hiển thị thông số nhiệt độ, trạng thái hoạt động của hệ thống và các chức năng điều khiển. "Thiết kế giao diện điều khiển. Điều khiển giám sát hệ thống trên WinCC." Việc sử dụng WinCC giúp nâng cao tính trực quan và dễ sử dụng của hệ thống, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát và điều khiển từ xa.