I. Giới thiệu chung về PLC S7 1200
Phần này giới thiệu tổng quan về PLC S7-1200, một thiết bị điều khiển lập trình được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa. PLC S7-1200 được phát triển bởi Siemens, thay thế cho dòng S7-200, với các tính năng nổi bật như thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh hoạt và khả năng xử lý mạnh mẽ. Thiết bị này tích hợp các module CPU, nguồn cung cấp và đầu vào/ra (DI/DO), hỗ trợ các ứng dụng điều khiển đa dạng. PLC S7-1200 cũng được trang bị các tính năng bảo mật như bảo vệ bằng mật khẩu và tính năng 'know-how protection' để bảo vệ các khối chương trình đặc biệt.
1.1 Khái niệm PLC S7 1200
PLC S7-1200 là một bộ điều khiển lập trình được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tự động hóa trong công nghiệp. Nó bao gồm một vi xử lý, nguồn cung cấp tích hợp và các đầu vào/ra số (DI/DO). Thiết bị này hỗ trợ các module mở rộng, cho phép tăng cường khả năng xử lý và điều khiển. PLC S7-1200 cũng tích hợp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP, giúp kết nối và truyền dữ liệu hiệu quả. Phần mềm lập trình chính cho PLC S7-1200 là TIA Portal, hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình như FBD, LAD và SCL.
1.2 Các module trong hệ PLC S7 1200
Hệ thống PLC S7-1200 bao gồm các module CPU, module tín hiệu số (SM) và module tín hiệu tương tự (SB). Các module CPU khác nhau về kích thước, bộ nhớ và số lượng đầu vào/ra. Module tín hiệu số hỗ trợ các tín hiệu 24VDC và 5VDC, trong khi module tín hiệu tương tự hỗ trợ các tín hiệu RTD và thermocouple. Ngoài ra, hệ thống còn có các module truyền thông như RS232, RS485 và PROFIBUS, giúp kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống tự động hóa.
II. Xây dựng mô hình vật lý và chương trình điều khiển
Phần này tập trung vào việc xây dựng mô hình điều khiển nhiệt độ sử dụng PLC S7-1200. Mô hình bao gồm các thiết bị như cảm biến nhiệt độ PT100, rơ le bán dẫn (SSR) và các mạch điện động lực. Mô hình điều khiển nhiệt độ được thiết kế để điều khiển nhiệt độ trong lò nhiệt, với các bước xây dựng bài toán điều khiển, thiết kế sơ đồ mạch điện và bố trí thiết bị trên panel thực hành. Chương trình điều khiển được phát triển trên phần mềm TIA Portal, sử dụng thuật toán PID để điều khiển nhiệt độ một cách chính xác.
2.1 Mô hình điều khiển nhiệt độ
Mô hình điều khiển nhiệt độ được xây dựng dựa trên PLC S7-1200, sử dụng cảm biến nhiệt độ PT100 để đo nhiệt độ trong lò nhiệt. Mô hình bao gồm các thiết bị như rơ le bán dẫn (SSR) và các mạch điện động lực, được thiết kế để điều khiển nhiệt độ một cách chính xác. Chương trình điều khiển được phát triển trên phần mềm TIA Portal, sử dụng thuật toán PID để điều khiển nhiệt độ. Mô hình này được sử dụng để phục vụ đào tạo sinh viên ngành điện tại Đại học Hải Phòng.
2.2 Thiết kế sơ đồ mạch điện
Sơ đồ mạch điện của mô hình điều khiển nhiệt độ bao gồm mạch điện động lực và mạch điện điều khiển. Mạch điện động lực được thiết kế để cung cấp nguồn điện cho các thiết bị trong mô hình, trong khi mạch điện điều khiển được sử dụng để điều khiển các thiết bị như rơ le bán dẫn (SSR) và cảm biến nhiệt độ PT100. Sơ đồ mạch điện được thiết kế để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành mô hình.
III. Xây dựng bài thí nghiệm thực hành
Phần này trình bày quy trình xây dựng các bài thí nghiệm thực hành cho sinh viên ngành điện tại Đại học Hải Phòng. Các bài thí nghiệm được thiết kế để giúp sinh viên hiểu rõ hơn về hệ thống điều khiển nhiệt độ và cách vận hành các thiết bị trong mô hình. Các bước tiến hành thí nghiệm bao gồm kết nối thiết bị, cài đặt chương trình điều khiển và ghi lại các giá trị thí nghiệm. Các bài thí nghiệm này không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn rèn luyện kỹ năng thực hành trong lĩnh vực điều khiển tự động.
3.1 Mục đích thí nghiệm
Mục đích của các bài thí nghiệm là giúp sinh viên hiểu rõ hơn về hệ thống điều khiển nhiệt độ và cách vận hành các thiết bị trong mô hình. Các bài thí nghiệm được thiết kế để sinh viên có thể thực hành các bước điều khiển nhiệt độ, từ việc kết nối thiết bị đến việc cài đặt và chạy chương trình điều khiển. Qua đó, sinh viên sẽ nắm vững các kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành trong lĩnh vực điều khiển tự động.
3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm
Các bước tiến hành thí nghiệm bao gồm kết nối các thiết bị trong mô hình, cài đặt chương trình điều khiển trên PLC S7-1200 và ghi lại các giá trị thí nghiệm. Sinh viên sẽ thực hiện các bước điều khiển nhiệt độ, từ việc thiết lập các thông số ban đầu đến việc theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ trong quá trình thí nghiệm. Các giá trị thí nghiệm được ghi lại để phân tích và đánh giá hiệu quả của hệ thống điều khiển.
