Đặt vấn đề: Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lƣợng nhiệt đóng một vai trò rất quan trọng. Năng lƣợng nhiệt có thể đƣợc dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau nhƣ nấu nƣớng, sấy khô,.Vì vậy việc sử dụng nguồn năng lƣợng này một cách hợp lý và hiệu quả là rất cần thiết. Lò điện trở đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì đáp ứng đƣợc nhiều yêu cầu thực tiễn đặt ra. Ở lò điện trở, yêu cầu kỹ thuật quan trọng nhất là phải điều chỉnh và khống chế đƣợc nhiệt độ của lò.
Nhóm chọn làm đề tài “Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt dùng PLC S7-200” trên cơ sở những lý thuyết đã học đƣợc chủ yếu trong môn học lý thuyết điều khiển tự động, kèm theo đó là kiến thức của các môn học cơ sở ngành và các môn học có liên quan nhƣ PLC, kỹ thuật đo, điện tử cơ bản… Với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện nay thì có nhiều cách để điều khiển mức chất lỏng của hệ thống bồn nƣớc, nhƣng ở đây chúng em sử dụng PLC S7-200 để điều khiển, sử dụng phần mềm DOPSOFT giao tiếp hiển thị.2 Mục tiêu đề tài: Sau khi xác định đƣợc đối tƣợng, chủ thể và giới hạn phạm vi nghiên cứu, việc xác định mục tiêu sẽ là bƣớc quan trọng kế tiếp nhằm định hƣớng đúng đắn cho quy trình thực hiện đề tài. Mục tiêu đề tài cụ thể đƣợc thể hiện nhƣ sau: Thiết kế, thi công hệ thống phần cứng gồm mối quan hệ giữa cảm biến nhiệt độ, hệ thống PLC, biến tần, động cơ và màn hình giao tiếp HMI. Lựa chọn thiết bị cho mô hình. Giải thuật cho PLC theo yêu cầu của đề tài, điều khiển nguồn nhiệt theo thông số cài đặt của lò nhiệt.
Sử dụng phần mềm DOPSOFT để điều khiển giám sát hệ thống điều khiển hoạt động của hệ thống.3 Nội dụng đề tài: GVHD: Th.s Nguyễn Tấn Đời 1 do an CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Ban đầu nhiệt độ và thời gian đƣợc đặt ở yêu cầu của ngƣời vận hành, ta đƣa nguyên liệu đậu nành vào lò, sau đó hệ thống đƣợc cho phép hoạt động bằng nút nhấn START trên tủ điện hay màn hình HMI. Thanh nhiệt điện trở bắt đầu hoat động cùng với tay quay và cánh quạt trong bồn. Khi nhiệt độ thanh điện trở lên tới nhiệt độ đặt trƣớc thì PLC điều khiển ngắt nguồn nhiệt thông qua con SSR và duy trì nhiệt độ ở mức đặt trƣớc trong thời gian chọn. Sau khi nguyên liệu trong bồn sấy đạt yêu cầu thì timer dừng hệ thống và lấy nguyên liệu ra.
Nếu trong thời gian gia nhiệt mà nhiệt độ trong bồn cáo thì đèn báo lỗi bật và cho ngừng hệ thấp ngay lập tức.4 Giới hạn của đề tài: Hệ thống đƣợc thực hiện bằng mô hình đơn giản. Đề tài chỉ tập trung vào việc ổn định nhiệt độ bằng phƣơng pháp PID và điều khiển tốc độ quạt bằng biến tần. Nguyên liệu cung cấp cho hệ thống chỉ là đậu nành do giới hạn phần cứng không thay đổi đƣợc đƣờng kính ngõ ra sản phầm .5 Phƣơng pháp và đối tƣợng nghiên cứu: 1.1 Phƣơng pháp nghiên cứu: Để thực hiện đề tài nhóm đã tham các tài liệu trong sách, trên internet và dựa trên hệ thống, yêu cầu thực tế để xây dựng lại mô hình đáp ứng đƣợc những yêu cầu đó. Các bƣớc nhóm thực hiện: Đề ra mục tiêu và hƣớng đi cụ thể.
Thiết kế hệ thống đáp ứng đƣợc các yêu cầu đã đề ra. Nghiên cứu các tài liệu liên quan. Hoàn thành từng thành phần riêng lẻ. Tích hợp thành một hệ thống hoàn chỉnh.
Viết chƣơng trình điều khiển, giám sát.2 Đối tƣợng nghiên cứu: PLC S7-200 Siemens. Biến tần TECO.s Nguyễn Tấn Đời 2 do an CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Màn hình HMI DELTA BO7S411 với phần mềm DOPSOFT. Cảm biến PT100. Các động cơ 1 pha và 3 pha.s Nguyễn Tấn Đời 3 do an CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG 2.1 Quy trình sấy đậu nành 2.1 Yêu cầu về chọn hạt Đậu nành là nguyên liệu chính trong việc sản xuất sữa đậu nành, nó quyết định tỉ lệ thu hồi protein và chất lƣợng sản phẩm đặc biệt là giá trị cảm quan.
Do đó trong sản xuất, đậu nành phải lựa chọn đúng tiêu chuẩn: Chính thành thục về mặt sinh học và loại bỏ những hạt non Chọn những hạt nguyên, không sâu, không mọt, không mùi hôi thối Độ ẩm từ 10-14% Tạp chất không quá 3% khối lƣợng 2.2 Rửa và tách vỏ Mục đích Quá trình này nhằm loại bỏ các tạp chất có trong đậu nành hay bám trên bề mặt đậu nhƣ bụi, đất, đá và đồng thời loại bỏ các sinh vật bám trên vỏ. Mặt khác làm tăng khả năng tiêu hóa và loại bỏ mùi đậu, vị đắng và các chất gây ảnh hƣởng xấu đến màu sắc của sản phẩm có trong vỏ. Cách tiến hành Cho đậu nành vào nƣớc sạch vừa rửa vừa tách lớp vỏ đậu. Lớp vỏ sau khi tách sẽ nổi lên trên mặt nƣớc sau đó tách ra ngoài.
Trong quá trình này sẽ làm giảm khổi lƣợng do tách vỏ nhƣng làm cho hạt đậu sáng hơn và tăng chất lƣợng sau này.3 Gia nhiệt Mục đích Diệt một số sinh vật có hại Phân hủy các chất có hại trong đậu Khử mùi tanh và cải thiện mùi vị của sữa đậu nành Cách tiến hành Cho khối lƣợng đậu vào lò sấy, nguồn nhiệt đƣợc cung cấp từ điện trở nhiệt trong lò.s Nguyễn Tấn Đời 4 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Thời gian sấy 10-15 phút nhiệt độ sấy 80-850C. Trong thời gian sấy phải theo dõi nhiệt độ xem nguyên liệu đƣợc khuấy đều hay không.2 Cảm biến nhiệt độ Nguyên lý cơ bản của cảm biến nhiệt độ: hấp thu nhiệt độ từ môi trƣờng, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến đại lƣợng nhiệt này thành một đại lƣợng điện nào đó.Cảm biến nhiệt gồm các loại chính sau: a. Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Hình 2. Cặp nhiệt điện.
Cấu tạo: gồm 2 chất liếu kim loại khác nhau hàn dính một đầu Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi (mV) Ƣu điểm: độ bền nhiệt độ cao Khuyết điểm: nhiều ảnh tố ảnh hƣởng làm sai số. Độ nhạy ko cao Dải đo: -100 ~ 14000C b. Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD). Nhiệt điện trở Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platium…đƣợc quấn theo tùy hình dáng của đầu đo.s Nguyễn Tấn Đời 5 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giửa hai đầu kim loại này sẽ thay đổi và tùy vào chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định.
Ƣu điểm: có độ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn. Khuyết điểm: dải đo bé hơn cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Dải đo: -200-7000C Nhiệt điện trở là một loại điện trở biến đổi theo nhiệt độ nên ta không thể đọc nhiệt độ trực tiếp trên chúng. Do vậy muốn đọc nhiệt độ ta phải thông qua các bộ chuyển đổi tín hiệu sang dòng hoặc áp.Khi sử dụng các bộ chuyển đổi tín hiệu ta có thể tăng khả năng chính xác của cảm biến khi đọc nhiệt độ.Ở đây ta sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu sang dòng 4-20 mA. Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ PT100 sang 4-20mA.
Cách đấu nối cảm biến PT100- 3 dây vào bộ chuyển tín hiệu nhiệt độ Hình 2. Cách đấu dây tín hiệu.3 Giới thiệu chung về PLC của hãng SIEMENS PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển lập trình, PLC đƣợc xếp vào trong họ máy tính, đƣợc sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thƣơng GVHD: Th.s Nguyễn Tấn Đời 6 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG mại. PLC có đầy đủ chức năng và tính toán nhƣ vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng nhƣ bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thống… PLC có những ƣu điểm: Có kích thƣớc nhỏ, đƣợc thiết kế và tăng bền để chịu đƣợc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy.
Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp. Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi. Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.
Một PLC gồm có những phần cơ bản sau: Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng đƣợc kết nối vào. CPU: thực hiện chƣơng trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc quá trình. Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tƣơng tự. Các ngõ vào dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đƣa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình.
Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm trong mạng. Các loại module chức năng (FM: Function Module). Ví dụ các module điều khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ… GVHD: Th.s Nguyễn Tấn Đời 7 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENS có cấu trúc theo kiểu Module và có các module mở rộng. Các module này đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau.
Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-224. 5 Sơ đồ kết nối PLC Hình ảnh về PLC S7 – 200 CPU 224: Hình 2. PLC S7-200 CPU 224 Đặc điểm của CPU 224: Nguồn cung cấp: 24 VDC. Ngõ ra số: 10 DO DC.
14 ngõ vào và 10 ngõ ra. Có khả năng thêm 7 modul mở rộng.s Nguyễn Tấn Đời 8 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Dung lƣợng bộ nhớ chƣơng trình: 12KB. Dung lƣợng bộ nhớ dữ liệu: 8KB. Điều khiển PID: Có.
Phần mềm: Step 7 Micro/WIN. Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole: 0. 6 bộ đếm tốc độ cao tốc độ 20 Khz. bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM.
Bộ đếm lên/xuống: Có. Ngắt phần cứng: 4. Số đầu vào/ra có sẵn: 14DI / 10DO. Số đầu vào, ra số cực đại (sử dụng Module mở rộng): 168.
Số đầu vào/ra tƣơng tự (sử dụng Module Analog mở rộng): 28AI/14AO. Kích thƣớc: Rộng x Cao x Sâu: 120. Số đầu ra đƣợc tích hợp sẵn: 10 (Transistor).