CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lời giới thiệu. Hiện nay, ngành công nghiệp lạnh đã và đang phát triển một cách vượt bậc khi nhu cầu dự trữ bảo quản thực phẩm càng cao, tiết kiệm thời gian mua sắm. Ngoài ra, còn được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi sử dụng ngày càng được mở rộng và trở thành một trong những ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng, không thể thiếu trong nhu cầu đời sống.
Kỹ thuật lạnh được sử dụng rất phổ biến trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp hóa chất, công nghiệp bia, và trong nhiều lĩnh vực: y học, thể thao, trong đời sống,. Bên cạnh đó cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật hiện đại mới đã kết hợp các ngành nghề, các lĩnh vực phải hổ trợ lẫn nhau cùng phát triển. Trong đó, kỹ thuật lạnh và tự động hóa các thiết bị tự động cũng đã kết hợp lại với nhau. Các trang thiết bị và dụng cụ tự động hóa ngày càng phát triển và hoàn thiện, việc vận hành bằng tay nhanh chóng được thay thế bằng vận hành tự động.
Các hệ thống lạnh nhỏ và trung thường được tự động hóa hoàn toàn, tự động hoạt động hàng tháng, hàng năm không cần người vận hành. Các hệ thống lớn thường có trung tâm điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu và bảo vệ tự động. Nhờ vậy mà các hệ thống lạnh có thể vận hành an toàn, kinh tế, hiệu quả tối ưu và không cần sự tham gia thường xuyên của con người. Từ những nhu cầu thực tiễn, cùng với sự mong muốn học hỏi và tìm hiểu về phần mềm PLC nên nhóm em lựa chọn thực hiện đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỮ ĐÔNG GIẢI NHIỆT GIÓ SỬ DỤNG PLC SIEMEN S7-1200.
Để làm nghiên cứu cho đề tài tốt nghiệp. Đây là đề tài có tính áp dụng thực tế của PLC trong việc tự động hóa các hệ thống lạnh rất cao. Nhiệm vụ của đề tài. - Thiết kế hệ thống trữ đông giải nhiệt gió sử dụng PLC S7-1200.
- Thiết kế chương trình điều khiển, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống trữ đông. Yêu cầu thiết kế hệ thống trữ đông: - Có bảo vệ pha, có đèn báo. 1 - Chạy Man-Auto (dùng công tắc xoay), - Van điện từ hoạt động cùng lúc máy nén, điều khiển thông qua relay trung gian. - Bảo vệ quá nhiệt máy nén (thermister), áp suất cao, áp suất thấp, áp suất dầu tất cả sự cố này đều báo về cụm sự cố, reset, có đèn báo riêng cho từng sự cố.
- Bảo vệ quá tải. - Máy nén chạy DIRECT (trực tiếp). Mục tiêu nghiên cứu. - Nắm vững các vấn đề của PLC S7-1200: chương trình điều khiển, các tập lệnh, cấu hình phần cứng,.
- Tủ điện có thể điều khiển được hệ thống trữ đông tại xưởng Nhiệt-Nhiệt Lạnh. - Hiểu rõ nguyên lý làm việc, vận hành hệ thống và các thiết bị trong hệ thống trữ đông. Đối tượng nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu là phần mềm PLC S7-1200, hệ thống trữ đông, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cách truyền dữ liệu và chương trình điều khiển hệ thống lạnh.
Nội dung nghiên cứu. Tiến hành thực hiện đề tài và nghiên cứu các nội dung cụ thể sau đây: - Tìm hiểu tổng quan về PLC Siemen; - Giới thiệu về PLC SIMATIC S7-1200; - Giới thiệu và làm việc với phần mềm Tia Portal V15; - Tìm hiểu nguyên lý làm việc, vận hành hệ thống trữ đông tại xưởng Nhiệt- Nhiệt Lạnh; - Viết chương trình ứng dụng điều khiển hệ thống lạnh trữ đông; - Mô phỏng hoạt động hệ thống trữ đông trên WinCC; - Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển hệ thống trữ đông. 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC SIMATIC S7-1200 2. PLC là thiết bị lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển Logic, PLC là tên gọi viết tắt của Programmable Logic Controller.
Lập trình PLC nhận thông tin sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện các hoạt động thông qua ngõ ra (output). Lịch sử hình thành và phát triển: Vào năm 1968, những kỹ sư Công ty General Motor đã cho ra đời bộ điều khiển lập trình đầu tiên với mục đích: dễ lập trình và thay đổi chương trình, sửa chữa và bảo trì một cách tiện lợi, cấu trúc của Module được mở rộng, đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại khuyết điểm về việc vận hành hệ thống do hệ thống khá cồng kềnh. Những năm đầu của thập niên 70, công nghệ về phần mềm càng phát triển, các lệnh về định thì, lệnh về xử lý toán học, đếm các sự kiện, xử lý dữ liệu, thời gian và xử lý xung,.
đã được thêm vào bộ lập trình điều khiển PLC. So với những năm đầu thì phần mềm chỉ sử dụng các lệnh Logic đơn giản. Đến thập niên 80, với sự nỗ lực về chuẩn hóa hệ giao tiếp với giao diện tự động hóa, Công ty General Motor cho ra đời loại PLC với kích thước giảm và có thể lập trình bằng máy tính cá nhân thay vì lập trình đầu cuối hoặc lập trình bằng tay. Hiện nay, nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của vi mạch điện tử và công nghệ thông tin nên PLC được bổ sung thêm các chức năng năng cao như: truyền thông, kết nối với internet, các loại điều khiển,… Bên cạnh đó, thiết bị được thiết kế nhỏ gọn và thuận tiện hơn.
Bộ nhớ lưu trữ được mở rộng lên, tốc độ xử lý chương trình được nâng cao. Vì vậy, người sử dụng PLC lập trình trở nên dễ dàng hơn. Năm 2009, dòng sản phẩm S7-200 của Siemens đã dần được thay thế với sự ra mắt và bổ sung của sản phẩm mới S7-1200. So với sản phẩm tiền nhiệm trước đó thì S7-1200 có những ưu điểm và vượt trội hơn.
Trong tự động hóa S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình PLC có thể kiểm soát được nhiều ứng dụng. Với thiết kế nhỏ gọn, chi phí sản xuất thấp và được 3 tích hợp bên trong là một tập lệnh mạnh thì S7-1200 được xem là một giải pháp hoàn hảo để đáp ứng sử dụng cho nhiều dự án. Cấu trúc phần cứng. PLC S7-1200 có các thành phần cơ bản sau: - 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng.
- Giảm chi phí sản phẩm, tối ưu việc đấu nối bằng cách làm 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào ra trực tiếp trên CPU. - 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB). - Để giao tiếp thông qua kết nối PTP dùng 2 module giao tiếp RS232/RS485 - 4 cổng Ethernet được bổ sung. Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điệp áp 24 VDC.
2) Memory card slot under top door (khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên). 3) Removable user wirring con-nectors (các bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo được). 4) Status LEDs for the on-board I/O (các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp) 5) PROFINET connector (bộ phận kết nối PROFINET phía trên của CPU). Hình 2-1: Cấu tạo bộ điều khiển Siemen CPU S7-1200.
Để người dùng tạo ra những giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau thì các module CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng về tính năng, dung lượng bộ nhớ và tốc độ xử lý lệnh. 4 PLC S7-1200 có 5 dòng chính là CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C VÀ CPU 1217C. Ứng với các dòng CPU khác nhau thì ta có bộ nhớ làm việc khác nhau tương ứng 50KB, 75KB, 100KB, 125KB, 150KB. Hình 2-2: Đặc tính kỹ thuật của CPU S7-1200 Siemens.
Các Module của PLC S7-1200. Hình 2-3: Module của PLC S7-1200. 5 Ngoài 3 module giao tiếp nhờ vào các giao tiếp truyền thông thì bộ PLC S7-1200 cung cấp cho người dùng tối đa 8 module tín hiệu đa dạng và một mạch tín hiệu cho bộ vi xử lý. Hình 2-4: Module mở rộng của PLC S7-1200.
Một bảng tín hiệu (Sign board) cho phép người dùng có thể thêm vào I/O cho CPU. Người dùng có thể tùy chọn thêm một Sign board kiểu số hay kiểu tương tự (Analog). Sign board kết nối ở phía trước của CPU. Hình 2-5: Bảng tín hiệu (Sign board).
Trong đó: 1) Các LED trạng thái trên SB 2) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra. Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng khi cần xử lý tín hiệu từ bên ngoài. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU. 1) Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu 2) Bộ phận kết nối đường dẫn 3) Bộ phận kết nối nối dầy của người dùng có thể tháo ra Hình 2-6: Moduel tín hiệu 2.
Các module truyền thông. Dòng PLC S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng khác có thể bổ sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông RS232 và RS485. - 1 CPU có thể kết nối tối đa 3 module truyền thông - Mỗi CM có thể kết nói vào phía bên trái của CPU hoặc bên trái của CM khác.
1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông 2) Các cổng kết nối tuyền thông Hình 2-7: Module truyền thông. Chế độ hoạt động của CPU. Có 3 chế độ hoạt động của CPU: chế độ STOP, chế độ STARTUP, chế độ Run. Trên mặt trước của CPU có các LED trạng thái biểu thị chế độ hiện thời của sự vận hành trên CPU.
7 - Ta có thể tải xuống đề án khi CPU không thực thi chương trình nào trong chế độ STOP. - Trong chế độ STARTUP, các khối tổ chức (OB) khởi động (nếu có) được thực thi một lần. Các sự kiện ngắt không được xử lý cho đến pha khởi động của chế độ RUN. - Trong chế độ RUN, chu kỳ quét được thực thi một cách lặp lại.
Các sự kiện ngắt có thể xuất hiện và được thực thi tại bất kỳ điểm nào nằm trong pha chu kỳ chương trình. Ở chế độ này ta không thể tải xuống một đề án bất kỳ nào khác. Analog module của PLC S7-1200. Đối với các công trình công nghiệp cần được điều khiển tự động hóa hiện nay việc tiếp xúc và xử lý các tín hiệu analog là vô cùng phổ biến và nó đóng vai trò quan trọng trong hệ thống xử lý tự động.