Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nhiệt 10m3

Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA
- Số: Đề 3
- Giáo viên hướng dẫn:
- Họ và tên SV:

Th.s Nguyễn Đăng Toàn
Trần Thanh Bình
Nguyễn Văn Cần

- Lớp : ĐH Điện 4
- Khoá : 7 Khoa : Điện
NỘI DUNG:
Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nhiệt 10m3.
TT Tên bản vẽ
Khổ giấy
Số lượng
1
2
3
4
PHẦN VIẾT BÁO CÁO:
1. Tổng quan về hệ thống điều khiển nhiệt độ.
2. Xây dựng phương án và tính chọn các thiết bị liên quan.
3. Xây dựng hệ điều khiển và giám sát.
Ngày giao đề : 26/8/2015

Ngày hoàn thành : 30/11/2015

BỘ MÔN

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

MỤC LỤC

ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA.....................................................................1
NỘI DUNG:..............................................................................................................1
PHẦN VIẾT BÁO CÁO:.............................................................................................1
MỤC LỤC.....................................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ..................5
1.1. Tổng quan về lò nhiệt điện trở.......................................................................5
1.1.1. Giới thiệu chung về lò điện trở...............................................................5
1.1.2. Cấu tạo của lò điện trở............................................................................6
1.1.3. Ưu nhược điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu............7
1.1.4. Nguyên lý làm việc của lò điện trở........................................................7
1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ.........................................................................8
1.2.1. Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc...............................................8
1.3 Các loại cảm biến nhiệt độ.............................................................................9

1.4 Hệ thống điều khiển lò nhiệt........................................................................10
CHƯƠNG 2:XÂY DỰNG PHƯƠNG AN
́ VÀTINH
́ CHON
̣ CAC
́ THIÊT
́ BỊ LIÊN
QUAN.........................................................................................................................12
2.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc mô hình điều khiển và giám sát module lò
nhiệt độ dùng s7-300:...........................................................................................12
2.2.Tim
̀ hiêủ cać thanh
̀ phâǹ trong mô hinh:
̀ ........................................................13
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT..................................25
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN........................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................47

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

2


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình phát triển đất nước, vấn đề Công nghiệp hóa- Hiện đại hóa được
đặt lên hàng đầu. Do đó, khoa học có một vị trí quan trọng, đặc biệt là ngành tự

động hóa. Những thành tựu của nó đã được ứng dụng vài phục vụ đời sống và sản
xuất công nghiệp. Và ngành đo lường và điều khiển cũng được nâng lên một tầm
mới. Bởi trong hệ thống sản xuất công nghiệp, nó là khâu kiểm tra giám sát, lấy tín
hiệu phản hồi, và điều khiển các bộ phận chấp hành hoạt động.
Trong các nhu cầu của chúng ta thì điện năng đóng vai trò quan trọng thiết yếu và
nó như là một phần không thể thiếu của con người. Nó đóng vai trò chủ đạo và
được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực từ nhu cầu cuộc sống tới các lĩnh vực
như kinh tế, văn hóa, chính trị…
Từ khi con người biết tới điện và sử dụng nó như một nhu cầu thiết yếu của cuộc
sống thì càng có nhiều phát minh liên quan tới sử dụng điện, cùng với đó các hệ
thống sản xuất, dây truyền tự động ra đời, các hệ thống thông minh cũng lần lượt
được đưa vào ứng dụng rộng rãi.Với sự thay đổi khắc nghiệt của khí hậu, nhiệt độ
có ảnh hưởng sâu sắc nhất. Để chống lại những sự thay đổi đó, con người đã phát
minh ra hệ thống điều khiển nhiệt độ.
Đồ án của chúng em với nhiệm vụ “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều
khiển nhiệt độ cho lò nhiệt 10m3”. Với đề tài này, qua ứng dụng những kiến thức
được học cũng như tìm hiểu từ một số nguồn tài liệu khác,chúng em đã hoàn thành
đồ án. Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu nhiều thực tế nên đồ án không tránh
khỏi những sai sót, mong các thầy cô góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

3


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Đăng Toàn đã giúp đỡ nhóm

em hoàn thành đồ án này!

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

4


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
1.1. Tổng quan về lò nhiệt điện trở
1.1.1. Giới thiệu chung về lò điện trở
Lò điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng thông qua thanh
nhiệt điện trở, dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu
luyện các vật liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau v.v...
Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật :
-

Sản xuất thép chất lượng cao
Sản xuất các hợp kim phe-rô
Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi
Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện được dùng để sấy, mạ vật

phẩm và chuẩn bị thực phẩm
- Trong các lĩnh vực khác, lò điện được dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ
tinh, gốm sứ, các vật liệu chịu lửa v.v...
Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được
dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cách phong

phú và đa dạng: Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn,
sấy điện v.v...

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

5


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

1.1.2. Cấu tạo của lò điện trở
Lò điện trở thường gồm 3 phần chính là: vỏ lò, lớp lót và dây nung.
- Vỏ lò :Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu chịu trọng tải trong
quá trình làm việc của lò. Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt và
đảm bảo sự kín của lò. Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ cần thiết vỏ lò
phải hoàn toàn kín, còn đối với các lò điện trở bình thường , sự kín của vỏ lò
chỉ cần giảm tổn thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò. Khung
vỏ lò cần làm cứng vững đủ để chịu trọng tải của lớp lót, phụ tải lò và các cơ
cấu cơ khí gắn trên vỏ lò.
- Lớp lót : Lớp lót lò điện trở thường gồm 2 phần vật liệu chịu lửa và cách
nhiệt. Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình hoặc
gạch hình đặc biệt tùy theo hình dáng kích thước của buồng lò. Cũng có khi
người ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất kết dính gọi là các khối
đầm. Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ngoài
nhờ các khuôn. Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần chịu lửa.
Mục đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy
phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định. Phần cách nhiệt có
thể xây bằng gạch cách nhiệt hoặc các lớp cách nhiệt.

- Thanh nhiệtđiện trở (thanh nhiệt) : Thanh nhiệt là bộ phận phát nhiệt của
lò, làm việc trong những điều kiện khắc nhiệt do đó phải đảm bảo được các
yêu cầu cần thiết.Theo đặc tính của vật liệu dùng làm thanh nhiệt người ta
chia thanh nhiệt làm 2 loại: thanh nhiệt kim loại và thanh nhiệt phi kim loại.
Để đảm bảo yêu cầu của thanh nhiệt trong hầu hết các lò điện trở công
nghiệp, thanh nhiệt kim loại được chế tạo bằng hợp kim Crôm – Nhôm và
Crôm – Niken là hợp kim có điện trở suất lớn.Thanh nhiệt được chế tạp với

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

6


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

2 tiết diện: tiết diện tròn và tiết diện chữ nhật. Trong bài ta chọn thanh nhiệt
có tiết diện tròn.
1.1.3. Ưu nhược điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu
- Ưu điểm :
• Có khả năng tạo được nhiệt độ cao.
• Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao.
• Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt
độ .
• Kín .
• Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên liệu
và vận chuyển vật phẩm.
- Nhược điểm :
• Năng lượng điện đắt.

• Yều cầu có trình độ cao khi sử dụng.
1.1.4. Nguyên lý làm việc của lò điện trở
Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây
dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật JunLenxơ:
Q = I2.R.t
-

Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J)
I - Dòng điện tính bằng Ampe (A)
R - Điện trở tính bằng (Ω )
t - Thời gian tính bằng giây (s)

Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò :
- Vật nung: Trường hợp này gọi là nung trực tiếp
- Thanh nhiệt: Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung
bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi là nung
gián tiếp.Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có
hình dạng đơn giản (tiết diện chữ nhật, vuông và tròn). Trường hợp thứ hai
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

7


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp. Cho nên nói đến lò điện trở
không thể không đề cập đến vật liệu để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt
của lò.

1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc
tính của vật chất nên trong các quá trình kỹ thuật cũng như trong đời sống hằng
ngày rất hay gặp yêu cầu đo nhiệt độ. Ngày nay hầu hết các quá trình sản xuất công
nghiệp, các nhà máy đều có yêu cầu đo nhiệt độ.
Tùy theo nhiệt độ đo có thể dùng các phương pháp khác nhau, thường phân
loại các phương pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo. Thông thường nhiệt độ đo được
chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao.
Ở trong bài này ta sử dụng phương pháp đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp
xúc
1.2.1. Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc
Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường đuqợc sử dụng là các
nhiệt kế tiếp xúc. Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc, gồm: Nhiệt kế nhiệt điện trở và
nhiệt kế nhiệt ngẫu .
Ngoài ra đối với các ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -550 C ÷ 2000 oC
hiện nay người ta thường ứng dụng các IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy nhiệt
của các điốt, tranzito để đo nhiệt độ. 7 Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp
nhiệt ngẫu cũng như cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt
giữa chuyển đổi với môi trường đo:
- Đối với môi trường khí và nước: chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại
với dòng chảy.
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

8


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

- Với vật rắn khí: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng sẽ truyền từ vật sang
chuyển đổi và dễ gây tổn hao vật, nhất là với vật dẫn nhiệt kém. Do vậy điện
tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt.
- Khi đo nhiệt độ của các chất ở dạng hạt (cát, đất...): cần phải cắm sâu nhiệt
kế vào môi trường cần đo và thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài.
1.3 Các loại cảm biến nhiệt độ
Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,…các đại lượng vật lý
không điện thành các tín hiệu điện. Ví dụ nhiệt độ là 1 tín hiệu không điện, qua
cảm biến nó sẽ trở thành 1 dạng tín hiệu khác (điện áp, điện trở…). Sau đó các bộ
phận xử lí trung tâm sẽ thu nhận dạng tín hiệu điện trở hay điện áp đó để xử lí.
Chúng ta sẽ đề cập đến cảm biến nhiệt điện trở sử dụng trong bài.
Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD)

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

9


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…
được quấn theo hình dáng của đầu đo
- Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim
loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một
khoảng nhiệt độ nhất định.
- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài
dây không hạn chế.
- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn

- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt
điện.
Dải đo: -200 ~ 700oC
- Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường
hay gia công vật liệu, hóa chất…Hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại
cảm biến Pt, được làm từ Platinum. Platinum có điện trở suất cao, chống oxy
hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài. Thường có các loại: 100, 200, 500,
1000 ohm (khi ở 0oC) Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao.
- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo chính
xác nhất.
1.4 Hệ thống điều khiển lò nhiệt
Quá trình đo và kiểm soát nhiệt độ trong sản xuất công nghiệp đóng vai trò
to lớn trong hệ thống điều khiển tự động, góp phần quyết định chất lượng sản
phẩm. Khi thu thập dữ liệu cho quá trình điều khiển và giám sát trong nhà máy thì
nhiệt độ là một thông số không thể bỏ qua. Tùy theo yêu cầu và tính chất của quá
trình điều khiển mà ta sử dụng phương pháp điều khiển thích hợp.Tính chính xác

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

10


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

và ổn định nhiệt độ cũng đặt ra vấn đề cần giải quyết. Hệ thống điều khiển nhiệt độ
thường được chia làm hai loại:
- Hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system): thường xác định và
giám sát kết quả điều khiển,so sánh với tín hiệu đặt và tự động điều chỉnh lại

cho đúng.
- Hệ thống điều khiển tuần tự (sequence control system): thực hiện từng bước
điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước khi xác định tuần tự. Một hệ
thống muốn đạt được độ chính xác cần thiết cần thiết phải thực hiện hồi tiếp,
tín hiệu phản hồi về so sánh với tín hiệu vào và sai lệch sẽ được đưa tới bộ
điều chỉnh đầu ra. Hệ thống điều khiển này có nhiều ưu điểm được sử dụng
nhiều trên thực tế trong các hệ thống điều khiển tự động. Dạng tổng quát của
hệ thống điều khiển được mô tả trên nguyên tắc như hình sau:

Nhiệt độ đặt

Lò Nhiệt
Bộ Điều Khiển

Bộ phận gia nhiệt

Cảm biến nhiệt

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

11


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

CHƯƠNG 2:XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ
LIÊN QUAN

2.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc mô hình điều khiển và giám sát module lò nhiệt
độ dùng s7-300:

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

12


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Mô hình điều khiển giám sát bao gồm các thành phần:
- PC: Dùng lập trình, tạo giao diện, download chương trình cho PLC và panel
OP270 hoạt động, điều khiển và giám sát sự hoạt động của cả hệ thống
- PLC S7-300: Điều khiển trực tiếp đối tượng.
- Panel OP270 6: Màn hình giao diện cho phép người sử dụng thiết lập thông
số điều khiển đối tượng tại phân xưởng làm việc.
- Đối tượng điều khiển: Lò nhiệt.
- Các kết nối:
• Cáp nối chuẩn MPI: truyền thông giữa PC và PLC S7-300
• Cáp nối chuẩn PROFIBUS-DP: truyền thông giữa PLC S7-300 và
OP270
• Cáp nối chuẩn RS232: truyền thông giữa PC và OP270
• Các dây nối từ module analog của S7-300 với lò nhiệt
• Ngoài ra còn có các bộ nguồn cung cấp điện áp nuôi dùng cho sự hoạt
động của lò nhiệt.
2.2.

Tìm hiểu các thành phần trong mô hình:

2.2.1 Thành phần PC
- Chức năng:
• Lập trình và tạo giao diện điều khiển
• Download chương trình cho PLC và OP270
• Giám sát sự hoạt động của hệ thống
- Yêu cầu:
• Hệ điều hành window XP trở lên
• Intel Core 2 Duo và bộ nhớ RAM 512Mb trở lên
• Cài đặt Simatic manager V5.2 SP1 hoặc cao hơn, dùng để thiết lập
cấu hình và lập trình cho S7-300
• Cài đặt Simatic Protol/Protool CS và Protool runtime, dùng để thiết kế
giao diện và giám sát hoạt động của panel OP270
2.2.2 Thành phần PLC
2.2.2.1 Giới thiệu chung về PLC

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập
trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic
thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một
loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích
(ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì

hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực
tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi
có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có
thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay,có nhiều hãng sản xuất ra PLC
như Siemens, AllenBradley, MitsubishiElectric, GeneralElectric, Omron, ...
Ưu điểm của PLC so với các bộ điều khiển truyền thống:
-

Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ dễ học
Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa
Dung lượng bộ nhớ lớn chứa được những chương trình phức tạp
Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng,

các Modul mở rộng…
- Giá cả cạnh tranh.
Trong bài chúng ta sẽ đề cập đến PLC S7 – 300 của hãng Siemens.

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

14


Trường ĐHCN Hà Nội

2.2.2.2

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Thành phần PLC S7 – 300

Chức năng:
- Điều khiển sự hoạt động của đối tượng thông qua module điều khiển analog
bao gồm việc xuất tín hiệu điều khiển và thu nhận tín hiệu phản hồi (module
này được gắn trên bộ S7-300).
- Truyền thông với thiết bị lập trình (PC/PG) để nạp chương trình và truyền
dữ liệu.
- Truyền thông với thiết bị HMI (OP270 ) để nhận tín hiệu điều khiển đồng
thời truyền dữ liệu thu được hiển thị trên màn hình giám sát.
Yêu cầu:
- PLC S7-300 có module điều khiển analog với số cổng vào/ra phù hợp.

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

15


Trường ĐHCN Hà Nội

2.2.2.3

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Thành phần OP270 6

Chức năng:
- Là giao diện điều khiển và giám sát sự hoạt động của đối tượng
- Truyền thông với PC: giúp PC download giao diện điều khiển đã được thiết
kế cho panel OP270
- Truyền thông với PLC: truyền tín hiệu điều khiển và nhận dữ liệu từ PLC để

hiển thị trên màn hình giám sát.
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

16


Trường ĐHCN Hà Nội
2.2.2.4

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Thành phần đối tượng lò nhiệt:

Chức năng: là đối tượng của quá trình điều khiển giám sát
2.2.2.5

-

cảm biến nhiệt độ Pt 100:

Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ PT100
Môi trường sử dụng đo nhiệt độ:
Không khí, nước, dầu, gỗ, gạo, xi măng …
Độ chính xác: 0.5
Nhiệt độ tối đa: 12000C
Nhiệt độ tối thiểu: -2000C

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

17

Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Trong công nghiệp, các Pt-100 thường được tích hợp các bộ chuyển đổi tín hiệu
để hiệu suất của chúng là cao nhất và đơng giản hơn trong việc lắp đặt, vận hành.
Các ngõ ra của bộ chuyển đồi theo tiêu chuẩn công nghiệp là 4mA-20mA và 0V10V. vì vậy ta thường dùng Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ PT100 sang 4-20mA.
Ở đây taví dụ bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ pt100-Muesen (Đức) loại gắn ở đầu
cảm biến pt100, ngoài ra còn có loại gắn tủ điện nhưng chi phí cao hơn nhiều.
Nguyên lý hoạt động của Pt-100 Nguyên lý hoạt động của Pt100 đơn giản dựa
trên mối quan hệ mật thiết giữa kim loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, điện trở
của kim loại cũng tăng. Bạch kim cũng tương tự như vậy. Theo tiêu chuẩn thì khi
nhiệt độ là 0 độ C điện trở của Pt-100 sẽ là 100Ω. Bạch kim được sử dụng rộng rãi
là do các yếu tố sau Trơ về mặt hóa học có nghĩa là nó rất ít hoặc không tác dụng
với những chất ăn mòn hay phá hủy. Điện trở có quan hệ gần như tuyến tính với
nhiệt độ. Hệ số tăng nhiệt độ của điện trở đủ lớn để cho việc lấy kết quả đo dễ
dàng. Có độ ổn định cao. Độ tuyến tính của điện trở Bạch kim theo nhiệt độ Kết
nối và sử dụng Vì Pt-100 chỉ 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. Pt-100 thường kết nối với các bộ chuyền đổi
tín hiệu qua 2, 3 hoặc 4 sợi dây dẫn. Nhưng vì dây dẫn được làm bằng đồng, và
chúng cũng có điện trở riêng nên dây càng dài thì kết quả đo càng không chính
xác. Vì thế các bộ chuyền đổi tín hiệu thường kết nối với cảm biến sao cho khoảng
cách giữa chúng càng ngắn càng tốt. Khi sử dụng thì đầu dò phải tiếp xúc trực tiếp
với môi trường cần đo để có kết quả chính xác

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

18


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

2.2.2.6 Thành phần kết nối
 Cáp nối chuẩn MPI: sử dụng truyền thông giữa PC và PLC S7-300

- Kết nối với modul CPU của S7-300 thông qua

truyền thông MPI

(MultiPoint Interface).
- Kết nối với PC thông qua cổm USB.
- Yêu cầu:Thiết lập cấu hình phần cứng PLC S7-300, xác định địa chỉ
truyền thông chuẩn MPI.
 Cáp nối chuẩn PROFIBUS-DP: sử dụng truyền thông giữa PLC S7-300
và OP270

- Kết nối với S7-300 thông qua cổng DP
- Kết nối với OP270 thông qua cổng IF1B
- Yêu cầu: Thiết lập cấu hình PLC S7-300 và OP270, xác định địa chỉ truyền
thông cho chuẩn PROFIBUS-DP.

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

19

Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

 Cáp nối chuẩn RS232: sử dụng truyền thông giữa PC và OP270 nhằm
download giao diện thiết kế từ PC đến OP.
- Kết nối với PC thông qua cổng COM
- Yêu cầu: Khi thiết kế giao diện cần thiết lập cấu hình truyền thông sử dụng
cổng truyền thông IF2 và COM để download chương trình cho OP270.

2.2.3 Thành phần thanh nhiệt điện trở (thanh nhiệt):
Thanh nhiệt điện trở là thiết bị biến đổi đện năng thành nhiệt năng cung cấp cho lò
nhiệt.Từ thanh nhiệt, qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được
truyền tới vật cần gia nhiệt.
a. Yêu cầu đối với vật liệu làm thanh nhiệt:
-

Chịu được nhiệt độ cao.
Độ bền cơ khí cao.
Có điện trở suất lớn.
Hệ số nhiệt điện trở nhỏ.
Chậm hóa già.

b. Tính toán chọn thanh nhiệt: Trong bài ta sử dụng thanh nhiệt có tiết diện tròn
nên cần tính 2 thông số: Đường kính dây d và chiều dài L.
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

20

Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Lò nhiệt trong đề có công suất 30kW > 5 kW nên ta phải làm lò 3 pha, tránh hiện
tượng lệch phụ tải cho lưới điện. Nhưng khi tính toán, chỉ cần tính cho 1 pha, vị trí
số điện trở của dây dẫn của 3pha phải như nhau.
Việc tính toán kích thước của thanh nhiệt được dựa trên 2 biểu thức sau:
+ Biểu thức phản ánh quá trình biến đổi điện năng thành nhiệt năng:
P= W. F.

[kW] (2.1)

+ Biểu thức phản ánh các thông số điện:
P=

.

=

.

[kW]

(2.2)

Trong đó: P- Công suất của dây điện trở , kW
W- Công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực,
F- Diện tích xung quanh của dây điện trở,

.

U- Điện áp giữa 2 đầu điện trở, V.
R- Điện trở của dây đốt, Ω.
ρ- Điện trở suất của vật liệu làm dây điện trở,
L- Chiều dài của dây nhiệt điện trở, m.
S- Diện tích tiết diện cắt ngang của dây điện trở,
Biểu thức 2.1 có thể viết như sau: P= W. C. L.
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

21

[kW]

.
(2.3)


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

trong đó, C là chu vi của dây điện trở, mm.
Từ 2.3 rút ra được L= P

Từ 2.2 rút ra được L=

.

(m)

(2.4)

(m)

(2.5)

Cân bằng 2 biểu thức 2.4 và 2.5 ta được
C.S =

(

(2.6)

Đối với thanh nhiệt có tiết diện tròn
C=

S=

Thay vào 2.6 và tìm d ta có d=

L=

(mm)

=

(m)

Các loại thanh nung trong công nghiệp:

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

22


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Các vật liệu làm thanh nung, dây nung:

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

23


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Lò buồng: Thường dùng để luyện kim. Lò buồng được chế tạo với công suất từ
25kW đến 75kW. Lò buồng dùng để tôi dụng cụ có nhiệt độ làm việc tới 1350ºC,
dung dây điện trở bằng cacbuarun.

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

24

Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
3.1

Thiết lập cho cảm biến nhiệt độ

Cảm biến sử dụng trong bài tập lớn là cảm biến nhiệt độ TP100-Muesen. Nó ghi
nhận giá trị nhiệt độ từ lò nhiệt và đưa ra tín hiệu điện áp V cỡ(mV)
V = S(Td – Ta) = S.Td – S.Ta
Với

Td là nhiệt độ cần đo.
Ta là nhiệt độ môi trưông.
S là độ nhạy của TP100

Như vậy tín hiệu ra từ TC bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường mà ta gọi là đầu tự
do, khi xử lý tín hiệu cần phải có biện pháp trừ khử giá trị này. Thông thường thì ta
phải làm mạch bù nhiệt để loại bỏ sai số, tuy nhiên, do sử dụng PLC S7-300 với
module Analog SM331 AI 8x12bit, đây là molule chuyên dụng có khả năng nhận
trực tiếp tín hiệu từ TC mà không cần phải qua bộ khuếch đại, bù nhiệt cho đầu tự
do và tuyến tính hóa bằng phần mềm đặc tuyến ngõ ra của TC
Tín hiệu này được đổi tầm khi đưa vào PLC và kết quả thu được là giá trị thực của
nhiệt độ.
3.2

PLC và lò nhiệt

PLC nhận tín hiệu từ TC, chương trình điều khiển so sánh nhiệt độ hiện tại với trị
đặt và đưa ra quyết định điều khiển (xem phần giải thuật điều khiển của PLC)
đóng hay ngắt lò thông qua phần công suất là Opto TriAc có sơ đồ như hình:

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

25