Thiết kế hệ điều khiển nhiệt độ lò nung gốm sứ dùng PLC S 300

Lời nói đầu
N-ớc ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá để từng b-ớc bắt kịp
sự phát triển trong khu vực Đông Nam á và thế giới về mọi mặt kinh tế xã hội. Công
nghiệp sản xuất hàng hoá đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế. Việc tự
động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất
l-ợng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị tr-ờng.
Cùng với sự phát triển của các ngành sản xuất khác, ngành gốm, sứ cũng phát triển
mạnh, các mặt hàng đa dạng về chủng loại, mầu sắc hoa văn phong phú.
Các trang thiết bị máy móc phục vụ trong công nghiệp ở n-ớc ta đa số còn lạc hậu
song do nhu cầu sản xuất số máy này vẫn đ-ợc khai thác. Với nguồn đầu t- mới hạn hẹp
do đó bên cạnh việc mua sắm những trang thiết bị mới, hiện đại cần phải cải tạo nâng cấp
các hệ thống thiết bị máy móc cũ để đáp ứng cho nhu cầu sản xuất. Việc nâng cấp các hệ
thống này nhằm nâng cao mức độ tự động hoá, tăng năng suất trong sản xuất. B-ớc thực
hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ thống điều khiển
cũ sử dụng rơle bằng một thiết bị điều khiển có thể lập trình đ-ợc là PLC nhằm làm cho
mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính xác đáng tin cậy hơn và quan
trọng nhất là dễ dàng thay đổi ch-ơng trình điều khiển khi có yêu cầu. PLC là một thiết bị
điều khiển công nghiệp mới đã và đang đ-ợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam.
Vấn đề tự động hoá trong công nghiệp để giảm bớt lao động chân tay và nâng cao
năng suất lao động, là một trong những đề tài đ-ợc các bạn sinh viên, các thầy cô ở những
tr-ờng kỹ thuật quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất. Việc khảo sát sử dụng phần mềm lập
trình cho PLC họ SIMATIC S7 để điều khiển nhiệt độ lò nung gốm, sứ là nội dung của
tập đồ án tốt nghiệp mà em thiết kế.



mục lục
Lời nói đầu
Ch-ơng 1. Giới thiệu về lò nung 1
1.1. Cấu tạo hệ thống lò nung công nghiệp 1

1.1.1. Cấu tạo cụm Thân lò TL-01-00-00 1
1.1.2. Cụm xe lò 6
1.1.3. Cụm cửa lò 7
1.1.4. Cụm ống khói 7
1.5.5. Cụm đ-ờng ống 8
1.1.6. Sơ đồ cấu trúc lò 9
1.2. Các trang thiết bị chính của lò nung sứ 9
1.3. Hệ thống cấp gas và
gió 10
1.3.1. Cung cấp gas 10
1.3.2. Cung cấp khí đốt 11
1.4. Các nhóm vòi đốt 11
1.5. Khí thải 11
1.6. Quy trình nung gốm, sứ 12
Ch-ơng 2. Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC 13
2.1. Các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình
13
2.1.1. Giới thiệu chung về
PLC 13
2.1.2. Nhiệm vụ đặt ra cho các bộ điều khiển bằng ch-ơng
trình 13
2.1.3. Lợi thế của việc dùng PLC trong tự động hoá
14
2.2. Cấu trúc của các bộ điều khiển bằng ch-ơng
trình 14 Ch-ơng 3. Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên
nền PLC S7-300 19
3.1. Giới thiệu về PLC S7-
300 19
3.1.1. Các module PLC S7-
300 19

3.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển tập chung
23
3.2.1. Hệ thống điều khiển tập chung và địa chỉ các cổng vào ra t-ơng tự
25
3.2.2. Hệ thống điều khiển tập chung và địa chỉ các cổng vào ra số
25
Ch-ơng 4. Phần mềm Step
7 26
4.1. Chức năng của phần mềm Step 7
26
4.2. Các b-ớc thực hiện để viết một ch-ơng trình điều khiển
26
4.3. Hệ lệnh của phần mềm Step
7 26
4.3.1. Nhóm lệnh logic tiếp
điểm 27
4.3.2. Lệnh đọc, ghi và đảo vị trí bytes trong hai thanh ghi ACCU1 và
ACCU2 3
2
4.3.3. Các lệnh logic thực hiện trên thanh ghi ACCU
33
4.3.4. Nhóm lệnh tăng giảm nội dung thanh ghi ACCU
35
4.3.5. Nhóm lệnh dịch chuyển nội dung thanh ghi ACCU
35
4.3.6. Nhóm lệnh so sánh số nguyên 16
bits 37
4.3.7. Nhóm lệnh so sánh 2 số nguyên 32
bits 38
4.3.8. Nhóm lệnh so sánh 2 số thực 32

bits 39
4.3.9. Các lệnh toán
học 39
4.4. Bộ thời gian (Timer)
42
4.4.1. Nguyên tắc hoạt động
42
4.4.2. Khai báo sử dụng
42
4.4.3. Đọc nội dung thanh ghi T-Word
(CV) 43
4.5. Bộ đếm
(Counter) 43
4.5.1. Nguyên tắc hoạt động
43
4.5.2. Khai báo sử dụng
43
4.5.3. Đọc nội dung thanh ghi C-Word 44
4.6. Ph-ơng pháp lập
trình 44
4.6.1. Lập trình tuyến
tính 44
4.6.2. Lập trình có cấu
trúc 45
4.7. Các khố OB đặc biệt và ham FCS trong quản lý đồng bộ hệ
thống 49
4.7.1. Các khối OB đặc
biệt 49
Ch-ơng 5. Ch-ơng trình điều khiển hệ thống nhiệt độ lò nung dùng PLC S7-
300 53

5.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung
53
5.2. Nguyên lý làm việc của lò
nung 53
5.2.1. Thao tác sấy, đốt lò nung sản phẩm 53
5.2.2. Thao tác ngừng
lò 56
5.3. Quy định vào ra của ch-ơng trình điều khiển
57
5.3.1. Bảng phân công đầu vào
57
5.3.2. Bảng phân công đầu ra
58
5.4. L-u đồ thuật giải các ch-ơng
trình 60
5.4.1. Ch-ơng trình sấy bằng nhiệt bức xạ
60 4.2.2. Ch-ơng trình
nung 64
4.2.3. Ch-ơng trình ngừng hoạt động
lò 68

CHƯƠNg1
giới thiệu về lò Nung
1.1.Cấu tạo hệ thống lò nung công nghiệp.
Lò lung công nghiệp là loại lò dùng nhiên liệu khí gas, kích th-ớc và khối l-ợng lớn.
Cấu tạo của lò gồm 3 bộ phận chính :
+ Vỏ lò ( phần cơ khí).
+ Lớp bảo ôn.
+ Hệ thống đ-ờng ống dẫn khí và đầu đốt.
Kích th-ớc khuôn khổ của lò:

Dài x rộng x cao = a x b x h = 59 x 1,2 x 2 (m).
trong đó:
a- Chiều dài của lò.
b- Chiều rộng của lò.
h- Chiều cao của lò.
Nhiệt độ nung: T
max
=1300
0
C , T
min
= 300
0
C.
Thời gian nung của lò có thể liên tục nhiều giờ mà vẫn đảm bảo độ an toàn lao động
cũng nh- các chỉ số an toàn nói chung của một lò nung.
Phần vỏ lò làm bằng thép có kích th-ớc và khối l-ợng lớn nhất bao quanh toàn bộ lò,
do làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, nên trong lòng của lò đ-ợc bọc
một lớp bảo ôn. Lớp bảo ôn này bao gồm gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh, đây là một loại
vật liệu hoá học chịu đ-ợc nhiệt độ cao, khi làm việc ngọn lửa từ các đầu đốt sẽ phun vào
lòng lò lúc đố nhiệt độ trong lòng lò rất cao (trên 1300
0
C). Lớp bảo ôn còn có tác dụng
giữ nhiệt độ của lò luôn ổn định không bị thoát nhiệt ra vỏ lò, chiều dầy của lớp bảo ôn là
d=300 (mm).
Về cơ bản vỏ lò nung công nghiệp đ-ợc cấu tạo bởi 4 phần chính là: Thân lò(1),
buồng điều hoà (2), ống khói (3), hệ thống đ-ờng ống dẫn khí và nhiên liệu(4).
Trong 4 cụm này thì cụm thân lò có khối l-ợng và kích th-ớc lớn nhất đồng thời đây
cũng là cụm chi tiết quan trọng nhất, vì tất cả các chi tiết khác sẽ đ-ợc lắp lên cụm thân
lò.

1.1.1. Cấu tạo cụm thân lò TL-01-00-00.
Thân lò là cụm chi tiết chính dùng để lắp toàn bộ các cụm chi tiết khác nh-: buồng
điều hoà, ống khói, toàn bộ đ-ờng ống dẫn khí và nhiên liệu. Chính vì vậy cụm thân lò sẽ
chịu nhiệt độ cao và tải trọng lớn nhất, trên hình 1.1 sẽ giới thiệu về cụm thân lò.
2700
575 600 600 600 600 600 600
600 600 875
600 600
6600
2400
600 600 600 600 600
1300
700
2000
300

Hình 1.1- Cụm thân lò.
Kích th-ớc khuôn khổ của cụm thân lò là: a x b x h = 59 x 1,2 x 2 (m).
trong đó:
a- Chiều dài thân lò.
b- Chiều rộng thân lò.
h- Chiều cao thân lò.
Thân lò có dạng hình khối rỗng, xung quanh là các thành vách, trong đó phần chịu lực
là phần khung chế tạo bằng thép định hình dạng hộp H50x50x3, sau đó đ-ợc bọc bằng
thép tấm dầy T=2mm. Cụm thân lò làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, nên toàn bộ
trong lòng cụm thân lò đ-ợc xây gạch chịu lửa và bọc bông thuỷ tinh chịu nhiệt (gạch
chịu lửa và bông thuỷ tinh còn gọi là lớp bảo ôn), lớp bảo ôn này có chiều dầy d= 300
mm.
Do cụm thân lò có khối l-ợng và kích th-ớc lớn, gồm nhiều cụm chi tiết, mỗi cụm này
khi chế tạo lại đòi hỏi những quy trình công nghệ khác nhau. Về mặt công nghệ chế tạo

máy, ta có thể chia cụm thân lò thành 6 cụm chi tiết sau đây:
Cụm thành lò phải -TL-01-01-00.
Cụm thành lò trái -TL-01-02-00.
Cụm nóc lò-TL-01-03-00.
Cụm l-ng lò-TL-01-04-00.
Cụm xe lò-TL-01-05-00.
Cụm cửa lò-TL01-06-00.
Cụm thành lò phải.
600 600 600 600
700
575 600 600 600 600 600 600 600 600 875
1300
2
300
150
600 600 600 600 600 600 600
600 600 600 600 600
2400
5950
6600

Hình 1.2- Cụm thành lò phải.
Thành lò phải có cấu tạo đơn giản bao gồm khung thép định hình dạng hộp
H50x50x3, sau đó bọc tôn, cấu tạo cụm thành lò phải là một mặt phẳng d-ới chân có ghế
đẩu (kết cấu cụm chi tiết có dạng hình ghế đẩu) nhô ra làm bệ, sau này xây gạch chịu lửa.
Trên thành lò phải có 9 mặt bích dùng để lắp đầu đốt trong đó có 4 mặt bích 120 ở trên
và 5 mặt bích 140 ở d-ới, ngoài ra để theo dõi sự hoạt động của các đầu đốt trên thành
phải có 9 ống thăm 32. Khi các đầu đốt hoạt động, ng-ời công nhân đứng bên thành lò
phải sẽ quan sát đ-ợc đầu đốt bên thành lò trái và ng-ợc lại, khi đứng bên thành trái sẽ
quan sát đ-ợc các đầu đốt bên thành lò phải. Trên hình 1.3.a.b.c d-ới đây là các mặt bích

và ống thăm.
141
117
215
215
R 5
4
4
260
260
R 10

a. Mặt bích to 140 b. Mặt bích nhỏ 120
75
1x45
1x45
60

c. ống thăm 32
Hình 1.3- Mặt bích và ống thăm.
Nh- vậy trong cụm thành lò phải gồm có 9 chi tiết.
Cụm thành lò trái .
Thành lò trái có cấu tạo giống thành lò phải chỉ khác nhau ở vị trí các đầu đốt và ống
thăm, nh- đã giới thiệu về công dụng của ống thăm ở trên. Theo đó thì tâm đầu đốt bên
thành lò phải sẽ trùng tâm ống thăm bên thành lò trái và ng-ợc lại, trên hình 1.4 d-ới đây
sẽ giới thiệu thành lò trái.
2
150
300
2

575 600 600 600 600 600 600 600 600 875
1300
5950
6600
600
600 600
600
600 600
600 600
600
700

Hình 1.4- Cụm thành lò trái.
Nh- vây cụm này có 6 chi tiết, thành lò phải và cụm thành lò trái là hai cụm chi tiết có
nhiệm vụ để lắp các mặt bích của đầu đốt và ống thăm, đây cũng là cơ sở để bọc lớp bảo
ôn chịu nhiệt sau này.
Cụm nóc lò.
Nóc lò hay còn gọi là trần lò, đóng vai trò là miền giới hạn giữa thân lò và buồng điều
hoà. Nóc lò đ-ợc làm bằng khung hộp sau đó lắp thép l-ới, phần thép l-ới làm bằng tôn
đột lỗ để buộc bông thuỷ tinh. Trên hình 1.5 d-ới đây là cụm nóc lò. Cụm này gồm có ba
chi tiết đó là:
1000
850
1000
900
TL-01-03-01
TL-01-03-02
TL-01-03-03
2700
6600

Hình 1.5- Nóc lò.

Cụm l-ng lò .

L-ng lò có cấu tạo giống hai thành lò nh-ng chỉ là phần bọc kín thân lò chứ không có
chi tiết nào khác. Cũng giống với hai thành lò, kết cấu cụm l-ng lò gồm khung hộp
H50x50x3, sau đó bọc thép tấm. Trong cụm l-ng lò có ghế đẩu nhô ra để làm cơ sở xây
lớp bảo ôn sau này. Toàn bộ cụm l-ng lò đ-ợc giới thiệu trên hình 1.6.
2
300
150
750
1050
650
2300
2600

Hình 1.6- Cụm l-ng lò.
1.1.2.Cụm xe lò.
Xe lò đóng vai trò là đáy lò, sở dĩ nh- vậy vì trong điều kiện nhiệt độ cao 1300
0
C
ng-ời công nhân không thể trực tiếp vào lòng lò mà phải gián tiếp thông qua xe lò. Điều này
cũng tiết kiệm đ-ợc nhiên liệu đốt cho lò, vì bỏ qua đ-ợc công đoạn đợi cho lò nguội
để chuyển sang mẻ nung mới. Tức là đáy lò sẽ đ-ợc chế tạo rời. Trên hình 1.8 d-ới đây sẽ
giới thiệu về xe lò.
866
5

1
2
3
4
50
1780
1000


Hình 1.7- Xe lò. 1- gạch chịu nửa 2- khung xe lò
3- cùm bánh xe 4- bánh xe 5- trục bánh xe
Cấu tạo xe lò gồm phần khung làm bằng thép định hình chữ U 100x46x5 (mm) sau đó
bọc thép tấm dày l=2mm, xe lò chạy trên thanh ray nhờ bánh xe (3) (trên bản vẽ chung).
Gồm có 3 xe, mỗi xe có bốn bánh. Kích th-ớc khuôn khổ của mỗi xe là: dài x rộng x cao
= a x b x h = 2000 x 1780 x 257 (mm).
Xe lò đ-ợc xây gạch chịu lửa khít với hai bên thành lò, đảm bảo hơi nóng sẽ không
thoát ra ngoài đ-ợc. Khi lò không hoạt động, xe lò đ-ợc đ-a ra ngoài, đến khi hoạt động,
sản phẩm đ-ợc xếp đầy lên xe và đ-a vào lò.
1.1.3.Cụm cửa lò .
Cửa lò có rất nhiều loại, và nhiều mẫu thiết kế nh-ng về cơ bản cửa lò phải đảm bảo
điều kiện:
+Đóng mở dễ dàng và thuận tiện.
+ Đủ cứng vững và kín.
+Không bị biến dạng d-ới tác dụng của nhiệt độ cao.
Có thể nói lò nung công nghiệp giới thiệu trên đây là loại lò hiện đại và mang tính tự
động hoá cao, trên cơ sở đó ta có thể chọn ph-ơng án để chế tạo loại cửa tự động. Tuy
nhiên vì thời gian có hạn, trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp em xin chọn bản thiết kế cửa
nh- trên hình 1.8. Đây là bản thiết kế cửa lò đã đ-ợc chọn để lập quy trình công nghệ gia
công trong cụm thân lò.
560450

300
1
2
3
4
2300
2700
950
850
450560

Hình 1.8- Cụm cửa lò. 1- vô năng khoá cửa 2- tay nắm cửa
3- khung cửa 4- bản lề cửa.
1.1.4. Cụm ống khói .
Cụm ống khói đ-ợc giới thiệu trên hình 1.9.
3000
16
1200

Hình 1.9- Cụm ống khói
ống khói có kích th-ớc lớn nhất, chiều dài L=12000 mm nối từ buồng điều hoà lên
trên không. Do nhiệt độ làm việc của ống khói cao (1300
0
C) lại không thể xây gạch chịu
lửa nên ống khói đ-ợc làm bằng INOX. ống khói hình tròn 1000, trên đỉnh ống khói có
phần nón để che m-a không cho n-ớc từ ngoài theo đ-ờng ống vào trong lò. Do phần ống
khói có kích th-ớc lớn, nên ta tách ống khói ra làm 6 đoạn, các đoạn này đ-ợc nối với
nhau nhờ các mặt bích. Do đặc điểm của buồng điều hoà là hình vuông mà ống khói lại
hình tròn nên đoạn ống nối từ buồng điều hoà phải có một đầu vuông và một đầu tròn.
Buồng khói nối với buồng điều hoà nhờ mặt bích bắt đai ốc, bu lông.

1.1.5. Cụm đ-ờng ống.
Cụm đ-ờng ống làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, do đó toàn bộ
đ-ờng ống đ-ợc làm bằng INOX.
Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống đ-ờng ống là: Dùng để dẫn nhiên liệu tới cung cấp
cho các đầu đốt để từ đó tạo ra nhiệt để thổi vào thân lò.
Các thông số kỹ thuật của hệ thống đ-ờng ống :
ống gió to: a x b = 5210 x 90 .
ống gió nhỏ: a x b = 4042 x 76 .
ống gas to: a x b = 5360 x 34 .
ống gas nhỏ: a x b = 4504 x 21 .
ống tăng áp:

90 .
ống nguồn: a x b = 2170 x 280 .
ống gió nguồn:

280 .
Trong đó:
a - Chiều dài của ống ( mm) .
b - Chiều rộng của ống ( mm) .
1.1.6. S cu trỳc lũ.
1 1 1
1 1

2 2 2
3
5 4 4 2 2


6

2

2 8
7 9
10


1
Chú thích:
1 : Động cơ.
2 : Quạt.
3 : Đồng hồ báo áp lực GAS.
4 : Đồng hồ báo áp lực gió.
5 : Hệ thống ống dẫn.
6 : Xe nguyên liệu.
7 : T-ờng lò.
8 : Buồng đốt.
9 : Van.
10: Đèn báo.
1.2. Các trang thiết bị chính của lò nung sứ.
Hệ thống lò nung là hệ thống gồm nhiều thiết bị nhằm tạo ra sản phẩm. Hệ thống
gồm các phần chính sau:
- Các ống dẫn gas và gió.
- Buồng đốt.
- Buồng làm nguội.
- Buồng ôxi hoá khử.
- Máy đẩy thuỷ lực.
- Bộ phận cấp gas, gió trong các quá trình cháy trong lò.
Ngoài ra còn có các thiết bị phụ trợ khác :

- Bộ phận tích khí thải.
- Bộ phận tích khí đầu vòi.
- Các van khí.
- Các quạt gió.
- Các bộ phận truyền động và các động cơ khác.
1.3. Hệ thống cấp gas và gió.
1.3.1. Cung cấp gas.
- Dùng LPG tạo nhiệt độ lò.
- áp lực đầu vào của lò hệ thống điều khiển gas 1,0 1,2 bar.
Các phụ tùng và thiết bị sau đ-ợc đặt trong hệ thống điều khiển gas của lò:
- Van ngắt chính ở đầu vào của gas.
- Lọc gas.
- áp kế (0 4 bar, cung cấp áp lực).
- Đo l-u l-ợng.
- Màng chắn điều khiển áp lực gas cùng với van ngắt an toàn hợp nhất.
- Van ngắt an toàn.
- p kế ( 0 250 mbar, áp lực ng-ợc lại để cung cấp cho lò).
- Công tắc áp lực gas tối thiểu.
- Công tắc áp lực gas tối đa.
Trong hệ thống điều khiển gas, lắp đặt một màng chắn chỉnh áp lực gas để giảm áp lực
cung cấp (khoảng 1bar) giảm áp lực ra 30 70 bar. Điều chỉnh áp lực gas có van ngắt an
toàn để tác động lại áp lực (tối đa 100 mbar) và áp lực gió quá thấp (tối thiểu 10 bar) và
để ngắt nguồn gas chính.
Các van cơ giới ngắt an toàn dùng để cắt nguồn cấp gas vào lò khi áp lực gas quá cao
hoặc quá thấp, việc ngắt này đ-ợc điều chỉnh bởi hai công tắc áp lực gas.
Hệ thống an toàn đ-ợc nối với các van cơ giới này. Tr-ớc khi điều khiển gas, hệ
thống số l-ợng gas đ-ợc đo băng một l-u kế. Việc ghi lại và chỉ dẫn đ-ợc thực hiện bằng
một ch-ơng trình điều khiển của máy tính.
Gas đ-ợc điều chỉnh tới một hằng số áp lực cung cấp để dẫn tới đ-ờng ống phân bố
gas chính. Từ đây đ-ợc cấp vào các ống gas của các nhóm vòi đốt.

ở phía cuối đ-ờng ống phân bố chính đ-ợc lắp một đ-ờng ống loại không khí trên
nóc lò cùng với một van.
1.3.2. cung cấp khí đốt.
Đối với khí đốt dùng khí sạch, các thiết bị sau đ-ợc lắp trong đ-ờng cung cấp khí
đốt:
- Lọc khí.
- Hai quạt khí đốt (một hoạt động, một cho dự trữ).
- Các van tiết l-u điều chỉnh bằng tay tr-ớc và sau khi khởi động quạt.
- Mô tơ van tiết l-u để điều chỉnh áp lực.
- Đo môi tr-ờng chuyền cho điều khiển áp lực.
- Công tắc áp lực (áp lực tối thiểu).
áp lực của quạt khí đốt đ-ợc điều khiển tự động cung cấp khí ảnh h-ởng đến đ-ờng
ống cung cấp gas chính. Từ đó đ-ợc cấp vào các ống khí của vòi đốt.
1.4. Các nhóm vòi đốt.
- Nhóm vòi đốt 1:
+Vùng tr-ớc nhiệt: 3 vòi đốt trái và phải với điều khiển đốt tự động.
+Vùng ôxi hoá: 4 vòi đốt trái và phải.
- Nhóm vòi đốt 2: vùng khử, 6 vòi đốt trái và phải.
- Nhóm vòi đốt 3: vùng nung đầu, 4 vòi đốt trái và phải.
- Nhóm vòi đốt 4: vùng nung cuối, 4 vòi đốt trái và phải.
+ Các đ-ờng ống cấp khí đốt của các nhóm vòi đốt.
Bên cạnh đ-ờng ống dẫn khí chính các thiết bị sau đ-ợc đặt trong mỗi ống cấp khí
cho các vòi đốt .
- Nắp điều khiển khí (van).
- áp kế .
Điều khiển tỉ lệ của các nhóm ảnh h-ởng đến van điều khiển gas t-ơng ứng.

1.5.Khí thải.
Khí thải đ-ợc các máy phân tích khí liên tục lấy mẫu và hàm l-ơng ôxy, các bon
đ-ợc theo dõi đảm bảo đủ ôxy trong lò và buồng phân huỷ cho nhiên liệu cháy hoàn toàn.

Mức ôxy quá thấp hoặc quá cao trong cả hai nơi này thì phải điều chỉnh l-u l-ợng gió
bằng các van của quạt gió. Khí thải từ buồng ôxy hoá cũng đ-ợc phân tích thành phần các
bon liên tục vì mức các bon quá cao sẽ ảnh h-ởng đến quá trình tạo sứ.
1.6. Quy trình nung gốm, sứ.
* Đặc điểm gốm sứ.
Gốm sứ là một mặt hàng đòi hỏi về mẫu mã cũng nh- tính mỹ thuật cao, nhiệt độ
nung gốm lại rất cao (trên 1000
0
C) nh-ng lại dễ vỡ và sinh ra khuyết tật trong quá trình
nung. Sự thay đỗi nhiệt độ đột ngột và cũng sẽ dẫn tới hậu quả là gốm bị nứt, vỡ hay sinh
ra khuyết tật. Do đó thời gian nung một mẻ gỗm mất rất nhiều thời gian .
- Các thao tác cơ bản của quy trình nung gỗm, sứ.
+ Thao tác 1:
Gốm đ-ợc xếp lên xe lò theo từng lớp một, mỗi lớp sẽ đ-ợc kê bằng một tấm
đệm làm bằng Fe
2
O
3
tấm đệm này chịu đ-ợc nhiệt độ trên 200
0
C. Gốm đ-ợc xếp
đúng vị trí sao cho khi xe đẩy xếp khít vào lò gốm không tiếp súc trực tiếp với
ngọn lửa từ đầu đốt. Nếu không tuân thủ nguyên tắc này sản phẩm sẽ không đ-ợc
nung đều.
+ Thao tác 2:
Để quá trình nung gốm không bị gián đoạn vì những lý do kỹ thuật, bao giờ
cũng có thao tác chạy thử, tức là cho các đầu đốt hoạt động, sau đó nhìn qua ống
thăm kiểm tra xem có đầu đốt nào không cháy. Nếu phát hiện thấy có những sự cố
nói trên phải ngắt cầu dao, đóng van khí để sửa chữa.
+ Thao tác 3:

Sau khi đã kiểm tra xong cho lò hoạt động và điều chỉnh nhiệt cho nhiệt độ lò ở
550
0
C, giữ nhiệt độ này trong 3h. Để gốm đ-ợc khô đều, sau đó nâng tiếp nhiệt độ
lên 1120
0
C và giữ trong 3h, quá trình thay đổi nhiệt độ và giữ nhiệt độ nh- vậy
đ-ợc duy trì tới khi gốm đ-ợc nung xong. Quá trình tính từ khi gốm đã chín nhiệt
độ lò cũng đ-ợc duy trì và giảm theo từng thang nhiệt độ.
+ Thao tác 4:
Trong quá trình đợi gốm chín ng-ời công nhân phải xếp gốm vào xe lò khác để
khi mẻ gốm trong lò đã chính ta sẽ tiến hành ngay vào nung mẻ khác. Làm nh-
vậy sẽ tiết kiệm đ-ợc thời gian nung và nhiệt độ hao tổn.

ch-ơng 2
GIớI THIệU Về Bộ ĐIềU KHIểN LậP TRìNH PLC
2.1. Các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình.
2.1.1. Giới thiệu chung về PLC.
PLC là bộ điều khiển lập trình đ-ợc.
Trong cạnh tranh công nghiệp thì hiệu quả sản xuất nói chung là chìa khoá của sự
thành công. Hiệu quả của sản xuất bao chùm những lĩnh vực nh-:
- Tốc độ sản xuất của một sản phẩm của thiết bị dây chuyền phải nhanh.
- Giá nhân công và vật liệu phải hạ.
- Chất l-ợng sản phẩm phải đáp ứng đ-ợc yêu cầu của ng-ời tiêu dùng và sản
phẩm phế phẩm là ít nhất.
- Thời gian chết của máy móc là ít nhất.
- Máy móc sản xuất phải có giá rẻ.
Hầu hết các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình đều đáp ứng đ-ợc các yêu cầu trên ngày
càng nâng cao hiệu quả sản xuất.
Bộ điều khiển bằng ch-ơng trình ngày càng đa dạng và phong phú nh- các thiết bị

điều khiển số, các robốt công nghiệp, máy tính, PLC vv.
Các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình ngày nay đã hầu hết thay thế cho các phần tử
điều khiển nh-: trục cam, công tắc khống chế hình tang trống, rơle điện từ thay thế vào
đó là các vi mạch có chất l-ợng cao, đáp ứng đ-ợc yêu cầu đặt ra trong các môi tr-ờng
khác nhau và các yêu cầu mà các phần tử khác không có đ-ợc.
2.1.2. Nhiệm vụ đặt ra cho các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình.
* Điều khiển chuyên gia, giám sát.
- Thay thế cho điều khiển bằng rơle.
- Thời gian đếm.
- Thay thế cho các panel điều khiển bằng mạch in.
- Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình.
* Điều khiển dẫy:
- Các phép toán số học.
- Cung cấp thông tin.
- Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất ).
- Điều khiển các thiết bị chấp hành.
* Điều khiển liên tục:
- Điều hành các quá trình, báo đông.
- Phát hiện lỗi và xử lí.
- Ghép nối với các máy tính thông qua cổng RS232.
- Mạng tự động hoá xí nghiệp .
- Mạng cục bộ.
- Mạng mở rộng.
2.1.3. Lợi thế của việc dùng PLC trong tự động hoá.
- Thời gian lắp đặt các công trình ngắn hơn so với các thiết bị có linh kiện rời.
- Dễ dàng thay đổi ch-ơng trình mà không gây tổn thất về tài chính.
- Có thể tính đ-ợc chính xác giá thành.
- Cần ít thời gian h-ớng dẫn sử dụng.
- Dễ dàng thay đổi cấu trúc nhờ phần mềm.
- ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.

- Dễ bảo trì các thiết bị vào ra, giúp xử lí sự cố một cách dễ dàng và nhanh gọn.
- Độ tin cậy cao.
- Chuẩn hoá đ-ợc các phần cứng điều khiển.
- Thích ứng các môi tr-ờng khắc nhiệt nh- : nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động,
tiếng ồn mà các phần tử khác không thích nghi đ-ợc.
2.2. Cấu trúc của các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình.
Cấu trúc chung của các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình hiện nay đã thay thế hầu
hết các bộ điều khiển ch-ơng trình cũ, việc thay đôi đ-ợc minh hoạ nh- bảng d-ới đây.
Các phần tử đầu vào
Bộ điều khiển
Phần tử chấp hành
Nút ấn
Công tắc hành trình
Bánh xe
Công tắc mức
Rơle
Cuộn dây
Cuộn dây chốt
Đồng hồ
Động cơ
Trục lăn
Bộ sấy
Đèn báo

Bộ điều khiển ch-ơng trình hiện nay:
Các phần tử đầu vào
Bộ điều khiển bằng ch-ơng trình
Phần tử chấp hành
Nút ấn
Công tắc hành trình

Bánh xe
Công tắc mức
PLC
Mạch phần mềm
Giản đồ thang

Động cơ
Trục lăn
Bộ sấy
Đèn báo

Cấu trúc của PLC: PLC gồm có 4 thành phần cơ bản.













1. Input area: Các tín hiệu nhận vào từ các thiết bị đầu vào bên ngoài sẽ đ-ợc l-u
trong vùng nhớ này.
2. Output area: Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ đ-ợc l-u tạm trong vùng nhớ này.
Các mạch điện tử trong PLC sẽ xử lí lệnh và đ-a ra tính hiệu điều khiển thiết bị
ngoài.

3. Bộ xử lí trung tâm CPU: là nơi xử lí mọi hoạt động của PLC, bao gồm việc
thực hiện ch-ơng trình.
4. Bộ nhớ Memory: Là nơi l-u ch-ơng trình điều khiển và các trạng thái nhớ
trung gian trong quá trình thực hiện.
- Mạch đầu vào (Input Unit).
Là các mạch điện tử phối ghép chuyển giữa tín hiệu đầu vào sử dụng bên
trong PLC. Kết quả của việc xử lí sẽ đ-ợc l-u ở vùng nhớ input area. Mạch đầu vào
đ-ợc cách ly về điện với các mạch bên trong của PLC nhờ các điốt quang. Bởi vậy
h- hỏng mạch đầu vào sẽ không ảnh h-ởng đến hoạt động của CPU.
- Mạch đầu ra ( Output Unit).
Mạch điện tử đầu ra sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên trong PLC thành các
tín hiệu điều khiển nh- đóng mở rơle.
Tuỳ theo dung l-ợng và tốc độ xử lí của PLC mà các hãng chế tạo phân ra 3
loại PLC chính.
PLC loại nhỏ.
PLC loại trung bình.
PLC loại lớn.

INPUT
AREA

CPU

OUPUT
AREA
MEMORY
AREA
POWER
SUPLY

INPUT DEVICES
OUTPUT
Hình 2.1- Cấu trúc của PLC
+ Các PLC loại nhỏ có dung l-ợng quản lí tối đa là 64 I/O. Cấu trúc thành
một khối gồm 4 phần (xử lí trung tâm, nguồn, đầu ra, đầu vào) nó th-ờng đ-ợc ứng
dụng trong điều khiển một máy sản xuất hoặc dây chuyền sản xuất cỡ nhỏ.
+ Các PLC loại trung bình th-ờng có dung l-ợng quản lí 192 I/O. Nó có cấu
trúc thành từng khối riêng biệt (khối nguồn, khối xử lí trung tâm, khối đầu vào và
ra). PLC loại trung bình đ-ợc sử dụng cho một dây chuyền sản xuất cỡ nhỏ, hoặc
một công đoạn của một dây chuyền sản xuất cỡ lớn.
+ Các PLC loại lớn có dung l-ợng quản lí tối đa là 1024 I/O. Có nhiều loại
khối vào ra đặc biệt, nó quản lí cho dây chuyền sản xuất lớn có nhiều công đoạn
khác nhau.
* Các vấn đề chính khi xử dụng PLC.
1. Đầu vào:
- Số l-ợng đầu vào: thông th-ờng một bộ PLC có số l-ợng đầu vào xác
định.
- Các loại đầu vào: đầu vào của PLC là đầu vào tín hiệu một chiều.
2. Đầu ra:
- Số l-ợng đầu ra đ-ợc xác định, nh- đầu ra của PLC hãng Simen (có 8 đầu
ra từ 1000 1007).
3. Bộ nhớ:
- RAM: bộ nhớ có thể ghi vào hoặc đọc.
- Memory: bộ nhớ có thể lặp lại bằng ch-ơng trình bằng thiết bị chuẩn CTR.
4. Ngoại vi:
- Thiết bị lập trình bằng tay.
- Bộ lập trình PROM EPROM.
5. Thời gian quét:
Thời gian quét là th-ời gian mà quá trình các đầu đọc vào qua xử lí các
ch-ơng trình định tr-ớc, sau đó đ-a ra tín hiệu đầu ra. Thời gian quét thực

hiện liên tục và tuần tự các lệnh điều khiển của ch-ơng trình để đ-a tín
hiệu ra.
Các yếu tố ảnh h-ởng đến thời gian quét: thời gian quét cần thiết cho một lần quét
thay đổi tử 3 30 ms. Thời gian quét cần thiết phụ thuộc vào độ dài của ch-ơng trình điều
khiển.
Khối đầu vào ra của PLC.
Khối đầu vào ra của PLC có nhiều loại khác nhau.
1. Khối vào/ ra logic: bao gồm khối vao/ra rơle, tranristor NPN, PNP.
2. Khối vào/ra t-ơng tự: bao gồm các tín hiệu vào/ra điện áp chuẩn 0 10V, dòng
điện chuẩn từ 4 20mA.
3. Các khối vào/ra đặc biệt: Có rất nhiều loại vào/ra đặc biệt nh- :
- Khố vào/ra điều khiển nhiệt độ.
- Khối vào/ra cho sensor với các bộ khuếch đại.
- Khối vào/ra xung.
4. Các lệnh cơ bản trong lập trình PLC.
* Các phím lệnh:
FUN: Các lệnh ứng dụng đặc biệt gọi là lện chức năng, có thể đ-a đ-ợc
vào khi đóng điện .
LD: Nhập các điểm vào ch-ơng trình và cho ta ý nghĩa của điểm phân
nhánh.
OR: Cho phép các điểm đ-ợc nối vào mạch để hình thành nối song
song.
AND: Cho phép các điểm đ-ợc ghép nối với nhau để hình thành mạch
nối tiếp.
OUT Các lệnh ra.
TIM: Bộ nhớ thời gian - đó là các bộ trễ thời gian.
HR: Thiết lập rơle l-u trữ .
TR: Thiết lập các rơle tạm thời .
SET : Chỉ thị vận hành của bộ ghi dịch.
SHIFT: Dùng cho các chức năng thay đổi bàn phím.

END: Dùng để kết thúc một ch-ơng trình.
* Các lệnh phần mềm.
Trong đồ án này chỉ giới thiệu các lệnh cơ bản ứng dụng trong phần mềm điều
khiển PLC cho mô hình.
+ Bộ định thời gian: TIM
Lệnh TIM dùng để đặt thời gian giống nh- mạch rơle thời gian. Thời gian đặt đ-ợc
từ 0000 999,9.


Đồ thị thời gian
Vào

Ra th-ờng mở Tđặt

Ra th-ờng đóng
Hình 2.2- Giản đồ ON/OFF của bộ định thời gian TIM.
+ Rơle chốt KEEP (11):
Lệnh keep dùng làm chốt, nó duy trì trạng thái on/off của một bit cho đến khi
một trong 2 đầu vào của nó tác động đặt hoặc hồi phục nó. Nếu chức năng keep đ-ợc
dùng với rơ le HR thì trạng thái của đầu ra chốt vẫn đ-ợc giữ lại ngay cả khi mất nguồn.
+ DIFU (13) và DIFD (14) :
DIFU và DIFD kích thích đầu ra lên on sau mỗi lần quét.
DIFU cho đầu ra của nó lên on khi nó phát hiện ra sự chuyển từ off sang on ở
đầu vào tín hiệu của nó.
DIFD cho đầu ra của nó lên ON khi nó phát hiện ra sự chuyển từ ON sang OFF ở
đầu vào tín hiệu của nó.
INPUT

DIFU

DIFD
Hình 2.3- Giản đồ on/off của lệnh DIFU và DUFD.












ch-ơng 3
Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7 300
3.1. Giới thiệu về PLC S7 300.
3.1.1. Các module của PLC S7 300.
Là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm,
cổng truyền thông(RS485) và có thể còn có 1 vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có
trên module CPU đ-ợc gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng đ-ợc đặt
tên theo bộ vi xử lý có trong nó nh- module CPU312, module CPU314, module
CPU315 Ngoài ra còn có module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền
thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ ghép nối mạng phân tán. Kèm theo các cổng
truyền thông thứ 2 này là những phần mềm tiện dụng đ-ợc cài sẵn trong hệ điều hành. Ví
dụ nh- module CPU 315-DP, CPU3xx IFM.
Cấu trúc module của CPU:

CPU
Bộ đệm
vào/ra
Bộ nhớ ch-ơng trình
Khối vi xử
lý trung tâm
& Hệ điều
hành
Timer
Counter
Bít cờ
Cổng vào ra
onboard

Cổng ngắt và
đếm tốc độ
cao

Bus của PLC
Quản lý ghép
nối
Hình 3.1- Cấu trúc module của CPU
*Bộ nhớ của S7-300 đ-ợc chia làm 3 vùng chính:
- Vùng chứa ch-ơng trình ứng dụng.
Vùng nhớ ch-ơng trình đ-ợc chia làm 3 miền:
+/OB(Organisation block): Miền chứa ch-ơng trình tổ chức.
+/FC(Function): Miền chứa ch-ơng trình con đ-ợc tổ chức thành hàm có biến hình
thức để trao đổi dữ liệu với ch-ơng trình đã gọi nó.
+/FB(Function block): Miền chứa ch-ơng trình con, đ-ợc tổ chức thành hàm và có
khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ 1 khối ch-ơng trình nào khác. Các dữ liệu này phải
đ-ợc xây dựng thành 1 khối dữ liệu riêng (gọi là DB_Data block).
Vùng chứa tham số của hệ điều hành và ch-ơng trình ứng dụng đ-ợc chia thành 7
miền khác nhau:
+/I: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Tr-ớc khi bắt đầu thực hiện ch-ơng trình,
PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất chúng trong vùng nhớ I.
Thông th-ờng ch-ơng trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số
mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.
+/Q: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện ch-ơng trình.
PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới cổng ra số. Thông th-ờng ch-ơng trình
không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.
+/M: Miền các biến cờ. Ch-ơng trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để l-u giữ các
tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bits(M), byte(MB), từ(MW), từ kép (MD).
+/T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc l-u giữ giá trị thời gian
đặt tr-ớc(PV), giá trị đếm thời gian tức thời(CV) cũng nh- giá trị logic đầu ra của bộ thời

gian.
+/ C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc l-u giữ giá trị đặt tr-ớc
(PV), giá trị đếm tức thời (CV) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm.
+/PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module t-ơng tự(I/O). Các giá trị t-ơng tự tại
cổng vào của module t-ơng tự sẽ đ-ợc module đọc và chuyển tự dộng theo những địa chỉ.
Ch-ơng trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte(PIB), từng từ(PIW),
từ kép(PID)
+/PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module t-ơng tự. Các giá trị theo những địa chỉ
này sẽ đ-ợc các module t-ơng tự chuyển tới các cổng ra t-ơng tự. Ch-ơng trình ứng dụng
có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte(PQB), từ(PQW), từ kép(PQD).
Vùng chứa các khối dữ liệu đ-ợc chia làm 2 loại:
+DB(Data block): Miền chứa dữ liệu đ-ợc tổ chức thành khối, các khối đ-ợc đánh từ
DB0- DB255. Kích th-ớc cũng nh- số l-ợng khối do ng-ời sử dụng quy định, phù hợp với
từng bài toán điều khiển. Ch-ơng trình có thể truy nhập miền này theo từng bit(DBX),
byte(DBB), từ(DBW), từ kép(DBD).
+L (Local data block): miền dữ liệu địa ph-ơng, đ-ợc các khối ch-ơng trình OB,
FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình
thức với những khối ch-ơng trình đã gọi nó. Nội dung của 1 số dữ liệu trong miền nhớ
này sẽ bị xoá khi kết thúc ch-ơng trình t-ơng ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể
đ-ợc truy nhập từ ch-ơng trình theo bit(L), byte(LB), từ(LW), từ kép(LD).
Các thanh ghi trong CPU:
gồm có các thanh ghi tổng(Accumulator:ACCU1, ACCU2), thanh ghi địa chỉ
(Address register: AR1, AR2) và thanh ghi trạng tháI (Status word: STW).
Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các Module mở rộng:
PLC có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng thông qua bus nội
bộ. Ngay tại đầu vòng quét các dữ liệu tại cổng vào của các module số(DI) đã đ-ợc CPU
chuyển tới bộ đệm vào số. Cuối mỗi vòng quét nội dung của bộ đệm ra số lại đ-ợc CPU
chuyển tới cổng ra của các module ra (DO). Việc thay đổi nội dung 2 bộ đệm này đ-ợc
thực hiện bởi ch-ơng trình ứng dụng.
Trong ch-ơng trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc giá trị cổng vào số thì cho dù giá trị

logic thực có của cổng vào có thể đã bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét,
ch-ơng trình vẫn luôn đọc đ-ợc 1 giá trị tới I và giá trị đó chính là giá trị cổng vào có tại
thời điểm đầu vòng quét, nếu ch-ơng trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho 1 cổng
ra số thì nó chỉ thay đổi nội dung bits nhớ t-ơng ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở lần thay
đổi cuối cùng mới thực sự đ-ợc đ-a tới cổng ra vật lý của module DO.
Khác hẳn với việc đọc/ghi vào cổng số, việc truy nhập cổng vào ra t-ơng rự lại đ-ợc
module thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Nh- vậy mỗi lệnh đọc giá trị từ
địa chỉ thuộc vùng PI sẽ thu đ-ợc 1 giá trị đúng bằng giá trị thực có ở cổng ở thời điểm
thực hiện lệnh. T-ơng tự khi thực hiện lệnh gửi 1 giá trị (số nguyên 16bits) tới địa chỉ của
vùng PQ giá trị đó sẽ đ-ợc gửi ngay đến cổng ra t-ơng tự của module. Chỉ có các module
vào ra số mới có bộ đệm còn các module t-ơng tự thì không, chúng chỉ đ-ợc cung cấp địa
chỉ để truy nhập (PI, PQ).
Miền địa chỉ PI, PQ đ-ợc cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào ra t-ơng tự có thể có
của 1 trạm. Thực chất các cổng vào t-ơng tự chỉ có từ địa chỉ PIB256 đến PIB 767 nh-ng
miền địa chỉ của PI và PQ lại từ 0 đến 65535. Điều này tạo khả năng kết nối vào ra số với
những địa chỉ dôi ra trong PI/PQ giúp ch-ơng trình ứng dụng có thể truy nhập trực tiếp
với các module DI/DO để mở rộng đ-ợc giá trị tức thời tại cổng mà không cần thông qua
bộ đệm I và Q.