Điều khiển và giám sát hệ thống pha màu tự động sử dụng plc s7 200 và wincc

LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan bản Đồ Án: “Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát
quá trình cho mô hình Y-0046” do chúng em tự thiết kế dưới ý tưởng về hệ
thống trộn sơn trong công nghiệp và dưới sự hướng dẫn của giảng viên Th.s Mai
Thế Thắng. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành bản đồ án này chúng em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi
trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu
nào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép chúng em xin chịu hoàn toàn trách
nhiệm.
Hà Nội, ngày 30 tháng 04 năm
2016
Nhóm sinh viên thực hiện
Vũ Công Chiến
Lê Văn Cường
Phạm Quang Đạo
Hoàng Văn Hậu
Nguyễn Văn Hùng

1


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá
trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản
xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao
động và cho ra sản phẩm có chất lượng cao. Một trong những phương án đầu tư
vào tự động hoá là việc ứng dụng PLC vào các dây chuy ền sản xuất. Đối với
những tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộđiều khiển này đang
được sử dung rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau.Một trong những ngành
đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụng
PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất

phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn.Sơn là một trong những
nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm
bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm
mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố quan tâm hàng.Đa số việc pha
Pha màu hiện nay trên thị trư ờng đều được thực hiện trên phương phápthủ
công (tức theo kinh nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm
sản xuất ra đôi khikhông theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất
thấp, lãng phí sức lao động, thời gian, … Để loại bỏ những nhược điểm trên.
Cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tác
đơn giản, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể là một dây
chuyền sản xuất tự động:
Mô hình này có thể sử dụng trong hệ thống trộn bêtông và một sốlĩnh vực khác
như pha chế hoá chất, thực phẩm, …

2


Chương 1: Tổng quạn về hệ DCS trên nền PLC
1.1 Cấu tạo của một hệ điều khiển giám sát
•

Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành,ghép nối vào /ra
,chuyển đổi tín hiệu(giao diện giữa thiết bị điều khiển và quá trình kĩ

•

thuật).
Thiết bị điều khiển tự động: Các bộ điều khiển chuyên dụng như bộ điều
khiển khả trình PLC,thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ ,máy tính cá nhân và các

•

phần mềm điều khiển tương ứng.(giao diện giữa người vận hành và máy).
Hệ thống điều khiển giám sát :Các thiết bị và phần mềm giao diện

•

máy,các trạm kĩ thuật ,các trạm vận hành,giám sát và điều khiển cao cấp.
Hệ thống truyền thông :Ghép nối điểm - điểm,bus cảm biến/ chấp

•

hành,bus trường ,bus hệ thống.
Hệ thống bảo vệ ,cơ cấu thực hiện chức năng an toàn.

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát
1.2 Hệ DCS là gì ?
3


Hệ DCS là một hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System)
thường được sử dụng trong các quá trình , các hệ thống sản xuất , hệ thống động
(dynamic system) . Trong đó các phần tử điều khiển không được đặt tại các vị trí
trung tâm nhưng mỗi hệ thống con được điều khiển bằng một hoặc nhiều bộ
điều khiển trong hệ thống . Toàn bộ hệ thống được điều khiển ,giám sát nhờ giao
tiếp thông qua việc nối mạng.
1.3Cấu tạo của một hệ điều khiển phân tán
•
•
•

•

Các trạm điều khiển cục bộ (LCS) hay trạm quá trình.
Trạm vận hành(OS)
Trạm kĩ thuật và các công cụ phát triển(ES)
Hệ thống truyền thông(files bus, system bus)

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển phân tán
Ngoài ra cấu hình cụ thể còn có trạn vào ra từ xa Remote I/O Station ,bộ điều
khiển chuyên dụng
4


1.4 Trạm điều khiển cục bộ(LCS)
Bao gồm:
•
•
•
•
•
•

Bộ cấp nguồn
Khối xử lí trung tâm CPU
Trạm điều khiển cục bộ(LCS)
Giao diện bus hệ thống
Giao diện bus trường(nếu sử dụng cấu trúc vào ra phân tán)
Các modul vào ra số,modul an toàn cháy nổ

Chức năng của trạn điều khiển cục bộ :

•
•
•
•
•
•
•

Điều khiển quá trình :điều khiển các mạch vòng kín(nhiệt độ ,áp suất ,lưu
lượng,độ PH,độ đậm đặc ..) dựa trên luật PID.
Điều khiển trình tự .
Điều khiển logic.
Thực hiện các công thức.
Đặt các tín hiệu đầu ra về trạng thái an toàn khi xảy ra sự cố hệ thống.
Lưu trữ tạm thời các tín hiệu quá trình trong trường hợp mất liên lạc với
trạm vận hành.
Nhận biết các trường hợp vượt ngưỡng giá trị và đưa ra các thông báo báo
động.

1.5 Trạm vận hành
Trạm vận hành và trạm kĩ thuật được đặt trong phòng điều khiển trung tâm.Các
trạm này có thể hoạt động song song hoặc độc lập với nhau và để tiện cho việc
vận hành hệ thống đối với mỗi một phân đoạn-một xưởng sản xuất người ta lại
bố trí một trạm vận hành .Các phần mềm chạy trên các trạm là hoàn toàn giống
nhau do đó khi một trạm bị sự cố các trạm khác có thể thay thế chức năng của
trạm đó.
Chức năng :
•
•
•

•
•
•

Hiển thị các hình ảnh chuẩn(hình ảnh tổng quan ,hình ảnh nhóm ,hình ảnh
mạch vòng,các đồ thị thời gian,đồ thị quá khứ..).
Hiển thị lưu đồ công nghệ ,bàn phím điều khiển.
Hỗ trợ vận hành hệ thống thông qua các công cụ thao tác tiêu biểu ,các hệ
thống hướng dẫn chỉ đạo và trợ giúp.
Tạo và quản lí các công thức điều khiển
Xử lí sự kiện ,sự cố.
Xử lí lưu trữ và quản lí số liệu .
5


•
•

Hỗ trợ lập báo cáo tự động.
Chẩn đoán hệ thống ,hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống.

1.6 Trạm kĩ thuật
Trạm kĩ thuật là nơi đặt các công cụ phát triển,cho phép đặt cấu hình cho hệ
thống,tạo và theo dõi chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người
máy,đặt giao diện và cấu hình cho các thiết bị trường việc tạo ứng dụng điều
khiển chủ yếu được thực hiện theo phương pháp khai báo,đặt tham số và ghép
nối các khối chức năng trong thư viện.Giống như các trạm vận hành thiết bị sử
dụng thông dụng là máy tính cá nhân.
Đặc tính tiêu biểu của các công cụ phát triển trên trạm kĩ thuật :
•

•
•

Các công cụ phát triển được tích hợp sẵn trong hệ thống
Công việc phát triển không yêu cầu tích hợp phần cứng DCS tại chỗ
Các ngôn ngữ lập trình tiêu biểu đó là sơ đồ khối hàm(FBD-Function
Block Diagram) ,biểu đồ tiến trình(CFC – Continuous Function

•
•

Chart),tương tự IEC 61131-3 FBD0 và SFC
Một dự án có thể do nhiều người phát triển song song
Giao diện với các hệ thống cấp trên(CAD/CAM,MES,PPS,ERP…)

Bên cạnh đó nhà sản xuất còn cung cấp các thư viện khối hàm chuyên
dụng,phần mềm mô phỏng để tạo các đầu vào ra mô phỏng giúp cho việc phát
triển được an toàn ,chắc chắn hơn.Trong một số hệ thống người ta không phân
biệt rõ ràng giữa trạm vận hành và trạm kĩ thuật mà sử dụng một bàn phím có
khóa chuyển qua lại giữa hai chế độ vận hành và kĩ thuật.
1.7 Bus hệ thống
Bus hệ thống có chức năng nối các trạm điều khiển cục bộ lại với nhau và với
các trạm vận hành và trạm kĩ thuật .Trong các hệ thống ứng dụng người ta
thường sử dụng cấu hình dự phòng cho các bus hệ thống.Giải pháp mạng có thể
là đặc chủng của riêng công ty ,một số hệ thống mạng thông dụng :
Enthernet,Profibus-Fms và ControlNet
6


Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua bus :Lưu lượng thông tin lớn do đó

tốc độ đường truyền tương đối cao. Tính năng thời gian thực cũng là một yếu
toos được đặt ra (đặc biệt với bus điều khiển ) thời gian phản ứng nằm trong
phạm vi 0.1 s trở lên.Số lượng trạm tham gia thường không lớn và nhu cầu trao
đổi dữ liệu không có đột biến lớn.
Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại ,ngoài các phần mô
tả trên còn có thêm các trạm sever,máy tính phân tích,máy in ,một số bộ điều
khiển chuyên dụng…

Hình 1.3 Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại
1.8 Bus trường và các hệ thống vào /ra từ xa
Khi sử dụng cấu trúc vào /ra phân tán các trạm cục bộ sẽ được bổ sung các
modul giao diện bus để nối với các trạm vào /ra từ xa(remote I/O station) và một
số thiết bị trường thông minh.Đối với bus trường thì đặc điểm quan t5aam tới đó
7


là tính năng thời gian thực ,chuẩn truyền dẫn ,tính năng điện học của các linh
kiện mạng ,cap truyền …Một số bus trường được hỗ trợ mạnh : ProfibusDP,Foundation Fieldbus …
Một trạm vào ra từ xa có cấu trúc không khác biệt nhiều so với một trạm điều
khiển cục bộ duy chỉ thiếu khối xử lí trung tâm cho chức năng điều khiển.Trạm
vào ra từ xa thường được đặt gần quá trình kĩ thuật.
Bên cạnh phương pháp ghép nối thiết bị điều khiển với quá trình kĩ thuật thông
qua các modul vào /ra ta có thể sử dubgj các cảm biến ,cơ cấu chấp hành có giao
diện bus trường
1.9 Hệ DCS trên nền PLC
Thiết bị điều khiển khả trìnhPLC(Programmable Logic Cotroller) là một loại
máy tính điều khiển chuyên dụng do nha phát minh người Mỹ Richard Morley
đưa ra lần đầu tiên vào năm 1968. Với cấu trúc ghép nối vào ra linh hoạt và
nguyên tắc làm việc đơn giản theo chu kì,khả năng lập trình và lưu trữ chương
trình trong bộ nhớ không cần can thiệp trực tiếp đến phần cứng do đó PLC dần

trở nên thông dụng và có thể thay thế cho các mạch logic tổ hợp và tuần tự cồng
kềnh. Ngày nay PLC hiện đại không chỉ dừng lại ở các phép toán logic đơn giản
mà nó còn làm việc với các tín hiệu tương tự ,các phép toán số học,thậm trí là
thuật toán điều khiển phản hồi ,PID và điều khiển mở . Các bộ định thời,bộ đếm
và các phép toán thông dụng thuộc phạm vi chức năng chuẩn của một PLC .
Việc sử dụng PLC trong việc điều khiển quá trình liên tục trong công nghiệp
chế biến , khai thác, môi trường… đã trở nên phổ biếnMột số hệ DCS trên nền
PLC tiêu biểu:SattLine(ABB),ProcessLogic(RockWell),ModiconTSX(Schneider
Electric),PCS7(Siemens)…Thực tế ngày nay PLC được dùng cho các bài toán
điều khiển logic cũng như điều khiển quá trình.Đối với PLC sử dụng trong các
hệ phân tán thường có cấu hình mạnh ,hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với các
phương pháp lập trình hiện đại (SFC)
8


Cấu trúc phần cứng
PLC có cấu tạo tương tự như một máy tính gồm có vi xử lí,các bộ nhớ làm
việc và bộ nhớ chương trình,giao diện vào/ra và cung cấp nguồn.Tuy nhiên một
điểm khác cơ bản là PLC không có các thành phần giao diện người-máy như
màn hình ,chuột ,bàn phím do đó việc lập trình phải thực hiện một cách gián
tiếp thông qua máy tính riêng biệt được ghép nối với CPU qua giao diện thiết bị
lập trình (cổng nối tiếp RS-232 hoặc RS 485 )

Hình 1.4 Các thành phần chức năng chính của một PLC
•

Bộ xử lí trung tâm(CPU) bao gồm một hoặc nhiều vi xử lí ,bộ nhớ chương
trình ,bộ nhớ làm việc ,đồng hồ nhịp và giao diện với thiết bị lập trình
được liên kết với nhau thông qua một hệ thống bus nội .Nhiệm vụ chính
của CPU là quản lí các cổng vào /ra,xử lí các thông tin và thực hiện các

thuật toán điều khiển .Bộ nhớ chương trình thường có dạng FPROM dùng
để lưu trữ các hệ điều hành và mã chương trình ứng dụng .Dữ liệu vào ra
9


và các phép tính toán khác được lưu trong bộ nhớ làm việc Ram.Đồng hồ
nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiển chương trình theo chu
•

kì(thông thường trong khoảng 0,01s tới 1000 phút)
Các thành phần vào ra(I/O) đóng vai trò giao diện giữa CPU và quá trình
kĩ thuật .Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi ,thích ứng tín hiệu ,cách li
gavanic giữa các thiết bị ngoại vi (cảm biến,nút ấn ,công tắc hành trình,cơ
cấu chấp hành :contactor,động cơ ,van khí , máy bơm )với CPU.Các thành
phần vào ra được kết nối với CPU qua hệ thống bus nội bộ hoặc bus

•

trường.
Bộ cấp nguồn (PS) có chức năng biến đổi và ổn định nguồn nuôi

•

(5VDC,12VDC,24VDC…) và xoay chiều (110VAC,220VAC…)
Ngoài các thành phần trên một PLC còn có các thành phần chức năng như
ghép nối mở rộng , điều khiển chuyên dụng và xử lí truyền thông.

Đối với các ứng dụng lớn ta cần sử dụng PLC có thiết kế modul bởi tính linh
hoạt cao
•

Các module chức năng ( function module, FM) được sử dụng để thực
hiện một số nhiệm vụ điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển PID,
module điều khiển động cơ bước, module cân,… Các module này hoạt
động tương đối độc lập với CPU, tuy nhiên có thể trao đổi dữ liệu quá
trình và dữ liệu tham số thông qua bus nội bộ và các hàm hoặc khối hàm

•

gia tiếp hệ thống.
Các module ghép nối ( interface module, IM) được sử dụng để mở rộng

•

hệ thống khi số lượng các module lớn, không đủ chỗ trên một giá đỡ.
Các module truyền thông ( communication module, CM) có vai trò là
giao diện mạng, dùng để ghép nối nhiều PLC với nhau, với các thiết bị
trường và các máy tính giám sát.

10


Chương 2 :Khảo sát mô hình pha trộn màu Y- 0046
2.1 Các thiết bị được sử dụng trong mô hình
2.1.1 PLC S7-200 (CPU 224 XP)
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hang Siemens (CHLB Đức)
có cấu trúc kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng
với nhiều mục đích khác nhau.
Toàn bộ nội dung chương trình sẽ lưu trong bộ nhớ của PLC,trong trường hợ
bộ nhớ của không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu trữ chương trình và

dữ liệu
Dòng PLC có 2 họ là 21X(loại cũ ) và 22X (loại mới).Hiện nay họ 21X đã
dừng sản xuất .
Họ 21X có các đời 210,212.214.215-2DP,216
Họ 22X có các đời 221,222,224,224XP,226,226XM
Trong đồ án này chúng em chọn PLC S7-200 CPU 224XP
Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật cơ bản của PLC S7-200 CPU 224XP
Đặc trưng
Kích thước
Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ dữ liệu
Cổng logic vào
Cổng logic ra
Module mở rộng
Dgital I/0 cực đại
Analog I/0 cực đại
Bộ đếm
Tốc độ thi hành lệnh
Khả năng lưu trữ khi mất điện
Xung xuất tốc độ cao
Truyền thông

CPU 224 XP
140×80×62
12288 bytes
10240 bytes
14
10
7
128/128

32/32
256
0.22µs
100h
2×100KHz
2×RS485

11


2.1.1.1 Đầu vào
Điện áp mức 1 logic 1 :15-30VDC ,dòng điện nhỏ nhất 4mA,35V ở thời gian
tức 500ms
Trạng thái mức 1 chuẩn 24VDC,7mA
Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân I0.0 đến I1.5 có thể chỉnh từ 0.2-0.8 ms
mặc định là 0.2 ms
Các chân từ I0.0-I1.5 được sử dụng bởi bộ đếm tốc độ
Trạng thái mức logic 0 tối đa VDC .1mA
Sự cách li về quang 500VCA 1 min
2.1.1.2 Đầu ra
Kiểu đầu ra Relay hoặc transistor
Điện áp khoảng 24,4 đến 28,8 VDC
Dòng tối đa 2A điểm 8 A I common
Quá dòng 7 A với contact đúng
Điện trở cách li nhỏ nhất 10 MW
Thời gian sử dụng 10 triệu giờ và công tắc 100.000 giờ với tốc độ tải
Điện trở công tắc tối đa 200MW
Chế độ bảo vệ ngắn mạch không có
2.1.1.3 Nguồn cấp
Nguồn có thể tích hợp sẵn trong PLC hoặc làm riêng bên ngoài,có nhiều cấp

điện áp khác nhau trên loại PLC gồm 110 VAC và 220VAC hoặc 24 VDC. Hiện
nay có 2 cấp điện áp hay sử dụng là 24 VDC và 220 VAC
Điện áp nguồn 20.4-24.8 VDC
Điện áp nguồn 20,4-20,8 VDC
12


Dòng vào Max 900 mA tại 24 VDC
Cách li điện ngõ vào không có
Thời gian duy trì khi mất nguồn 10 ms tại 24 VDC
Cầu chì bên trong 2A;250V
2.1.1.4 Cổng truyền thông của PLC
S7-S200 sử dụng cổng truyền thong nối tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân để
phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 720 nối thẳng cáp MPI ,máy lập
trình đi kèm với cáp
Ghép nối với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PCI với bộ
chuyển đổi RS 232 / RS 485
2.1.2 Module mở rộng EM 231
Để tăng khả năng của bộ điều khiển trong các ứng dụng thực tế ,phần lớn các
đối tượng điều khiển có số lượng đầu vào ra cũng như chủng loại tín hiệu vào ra
khác nhau.Các bộ PLC được thiết bị cứng hóa về cấu hình ,vì vậy chúng bị
chia nhỏ thành các module.PLC S7-200 có nhiều loại module mở rộng Các
module mở rộng vào ra số hoặc vào ra tương tự ,các tín hiệu đầu ra có thể là
điện áp 24 VDC hoặc role . Trong đồ án này chúng em lựa chọn module EM
231.
EM 231 là một Module tương tự gồm có 4AI 12 bit{có tích hợp các bộ chuyển
đổi A/D (ADC – Analog Digital Convert)12 bit ở bên trong}
Nguồn nuôi 24VDC
Dòng điện ngõ vào 0-20 mA

Độ phân giải : 5µA hay từ 1,25-2,5 mV
Giá trị số ngõ vào : -32000 đến 32000 (lưỡng cực) hay từ 0-32000(đơn cực)

13


Hình 2.1 Hình ảnh module EM 231
Fixed Terminal Block : Đầu nối cố định
Configuration : Công tắc cấu hình
Gain :Chỉnh hệ số khuyêch đại
Thành phần
4 đầu vào tương
RA ,
tự được kí hiệu
RB ,
bởi các chữ cái
RC ,
A,B,C,D
RD ,
Fixed Terminal Block
Configuration
Gain

Mô tả
A , A
Các đầu nối của đầu vào A
+
B , B
Các đầu nối của đầu vào B
+

C , C
Các đầu nối của đầu vào C
+
D ,D
Các đầu nối của đầu vào D
Đầu nối cố định
Công tắc cấu hình ,cho phéo chọn độ
phân giải và dải đầu vào
Chỉnh hệ số khuyêch đại
Bảng 2.2 : Các thành phần của module EM 231
+

-

14


Hình 2.2 Mạch ngõ vào của Module EM 231

Định dạng dữ liệu
Dữ liệu đầu vào :
Kí hiệu là AIWxx(Ví dụ : AIW0,AIW2…)
Định dạng :
Đối với giải tín hiệu đo không đối xứng (Ví dụ : 0-10 V …)

Module Analog Input củaS7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp ,dòng)
15


thành giá trị số từ 0÷32000.

Đối với giải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ :±10V,±5V..)

Module Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào(áp ,dòng)
thành giá trị số từ -32000 ÷ 32000.
Cách nối dây
•

Đầu vào tương tự

Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp (Ví dụ : 0-10V)

Hình 2.3 Sơ đồ đấu dây module EM 231 với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp
Với thiết bị đo đầu ra kiểu dòng điện (Ví dụ :4-20mA)

Hình 2.4 Sơ đồ đấu dây module EM 231 với thiết bị đo đầu ra kiểu dòng điện
16


•

Đầu ra tương tự

Hình 2.5 Sơ đồ đấu dây đầu ra tương tự module EM 231

•

Cấp nguồn cho Module

Hình 2.6 Sơ đồ đấu dây cấp nguồn module EM 231

Tổng quát cách nối dây :

17


Hình 2.7 Sơ đồ tổng quát cách đấu dây module EM 231

18


Cài đặt dải tín hiệu vào

Bảng 2.3 : Switch chọn ngõ vào và độ phân giải
Để hiệu chỉnh đầu vào, sử dụng các bước sau đây.
1. Tắt nguồn cung cấp cho Module. Gạt Switch để chọn dải đo đầu vào.
2. Bật nguồn cho CPU và module. Đợi Module ổn định trong 15 phút.
3. Sử dụng một máy phát, một nguồn điện áp, hoặc một nguồn dòng cấp giá trị 0
tới một trong những đầu vào.
4. Đọc giá trị nhận được trong CPU.
5. Điều chỉnh chiết áp OFFSET cho đến khi đọc được giá trị 0, hoặc giá trị số
mong muốn cần thiết kế .
6. Sau đó nối một trong những đầu vào với giá trị lớn nhất của dải đo.Đọc giá trị
nhận được trong CPU.
7. Điều chỉnh chiết áp GAIN cho đến khi đọc được giá trị 32000, hoặc giá trị số
mong muốn cần thiết kế.
giá trị dữ liệu.
8. Lặp lại các bước điều chỉnh OFFSET và hiệu chuẩn GAIN nếu cần thiết.
19

Chú ý : Nguồn cung cấp cho cảm niến phải được loại bỏ nhiễu và



phải ổn định.
Dây tín hiệu phải có lớp bọc chống nhiễu.
Các đầu vào Analog phải được nối ngắn mạch.(Ví dụ B+nối với B-)
2.1.3 Cảm biến Sick UP30 – 211118
Cảm biến siêu âm với mức độ hiển thị áp suất lên đến 6 bar , giá trị đo khoảng
30….700 mm đầu ra analog 4-20mA/0-10V V1xPNP- đầu ra nối Process G1/2

Hình 2.8 Cảm biến Sick UP30-211118
2.1.3.1 Mô tả
Khoảng cách 30-500mm hạn chế khoảng cách quét 30-700mm
Thiết bị đo mức trong bình áp lực nhỏ từ 0,5 đến 6 bar
Thường được sử dụng trong ngành công nghiệp in ấn hoặc ứng dụng máy móc
nói chung
Phạm vi hoạt động :30-700mm
Chịu được áp suất nhỏ :0,5-6 bar
20


Nhiệt độ môi trường: -400C ÷850C
Đầu ra tương tự (Analogue) 4-20mA.0-10V,cỏng cắm G1/2A(Ren ống của Anh)
Điện thế cung cấp 9VDC-30VDC
2.1.3.2 Lợi ích
Tiết kiệm chi phí
Giảm thời gian lắp đặt,chi phí
Hệ thống đo lường linh hoạt cho các kích cỡ thùng khác nhau
2.1.4 PSA/PSB Series

Đặc điểm :
Cảm biến áp suất có độ chính xác cao
Hiển thị led đỏ độ sang cao
Độ phân giả cao 1/1000
Có thể chuyển đổi nhiều đơn vị áp suất
Có nhiều chế độ ngõ ra: chế độ trễ;chế độ cài đặt tự động
Ngăn chặn sự nhảy lập cập của ngõ ra
Ngõ ra analog (1-5)VDC
Có mạch bảo vệ quá dòng điện bên trong,mạch bảo vệ chống nối ngược cực
nguồn
Chức năng điều chỉnh Zero
Hiển thị giữ giá trị đỉnh và đáy

21


Hình 2.9 PSA/PSB Series

Hình 2.10 Sơ đồ nối dây cảm biến PSA/PSB Series
2.1.5 Cảm biến tiện cận
Cảm biến tiệm cận điện dung dùng để phát hiện vật thể kim loại từ tính ,kim
loại không từ tính (nhôm,đồng …) . Cảm biến có sẵn các model đáp ứng được
hầu hết các điều kiện môi trường : nhiệt độ cao ,nhiệt độ thấp ,chống nước…
Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các cảm biến phát hiện vật thể không cần
tiếp xúc như công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lí giữa cảm
biến và vật thể phát hiện.Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển
động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện.Có 3 hệ thống phát hiện
để chuyển đổi công việc này : Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra
trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ ,hệ thống sử dụng sự thay
đổi điện dung khi vật thể tới gần ,hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống

chuyển mạch cộng từ.

22


2.1.6 Cáp USB/PPI
Đối với các thiết bị lập trình của hãng Siemens có các cổng giao tiếp PPI thì có
thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp .Tuy nhiên khi kết nối với
máy tính cá nhân cần thiết phải có cap chuyển đổi PC/PPI.Có 2 loại cáp chuyển
đổi là RS 232/PPI multi-master và cáp USB/PPI multi –master (130mm ×51
mm) dài 5,3 m.

Hình 2.11 Hình dáng cáp USB/PPI
2.1.7 Cảm biến tiệm cận điện dung Austonics CR 18- 8DP
Cảm biến tiệm cận điện dung Austonics CR 18- 8DP là sản phẩm của hãng
Autonics nhằm phát hiện vật mà không cần tiếp xúc với tốc độ nhanh ,trong môi
trường khắc nghiệt cần thiết trong công nghiệp và tự động hóa .
Nguyên lí hoạt động là sự có mặt của đối tượng làm thay đổi điện dung bản
cực của cảm biến .Cấu tạo của cảm biến tiệm cận điện dung bao gồm 3 bộ phận
chính : Mạch dao động , bộ phát hiện và mạch đầu ra .
Đặc điểm của cảm biến là không đòi hỏi đối tượng là kim loại mà có thể phát
hiện chất lỏng ,tốc độ chuyển mạch nhanh,tuổi thọ của cảm biến dài- độ chính
xác cao dễ dàng điều chỉnh vị trí ,có thiết bị bảo vệ nối ngược cực nguồn và quá
điện áp .
Thông số kĩ thuật
Khoảng cách phát hiện là 8mm
Nguồn cấp 12VDC-24VDC
Ngõ ra PNP.NO.DC3-Wire
Có sẵn cáp nối dài 2m,đèn led báo hiệu.
Phát hiện được chất lỏng ,kim loại …

23


Hình 2.12 Austonics 18- 8DP

24


Chương 3 Thiết kế hệ điều khiển và giám sát cho mô hình
3.1 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình cho mô hình Y0046
Trong cấp điều khiển giám sát ,ta sẽ xây dựng màn hình điều khiển và giám sát
toàn bộ hệ thống .
Trong cấp điều khiển ,ta sử dụng PLC S7-200 CPU 224 XP và module mở
rộng EM 231 . Module mở rộng EM 231 nhận tín hiệu tương tự từ các cảm biến
đo mức và PLC nhận các tín hiệu số từ các cảm biến tiệm cận ,cảm biến tiệm
cận điện dung .Từ đó , đưa ra các tín hiệu điều khiển van điện từ ,động cơ khuấy
, động cơ bàn quay.
Trong cấp trường ,ta sử dụng các cảm biến đo mức ,cảm biến tiệm cận ,cảm
biến tiệm cận điện dung để đưa tín hiệu lên cấp điều khiển (PLC)

Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển giám sát

25