Đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ lò bằng PLC

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN
MÔN: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐO,ĐIỀU KHIỂN VÀ
CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ LÒ

Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THU HÀ
Sinh viên thực hiện

: LA VĂN LÂM
PHẠM VĂN DŨNG 297
TRỊNH XUÂN HUY
HOÀNG ĐÌNH QUANG
NGUYỄN VĂN VINH
BÙI SỸ QUANG

Nhóm

: 2
1

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU
Lời nói đầu chúng em xin chân thành cám ơn cô giáo bộ môn kỹ thuật lập
trình PLC “Nguyễn Thu Hà” và các thầy cô trong bộ môn Đo lường điều khiển đã
hướng dẫn chúng em hoàn thành xong đề tài này. Do kiến thức còn hạn chế nên còn
nhiều chỗ thiếu sót. Vậy nên chúng em rất mong được sự góp ý của các thầy cô để
đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.

2

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CHƯƠNG 1.
1.1.

KHOA ĐIỆN

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Mục đích của đề tài.
Hiện nay các công ty, xí nghiệp ở Việt Nam đang tiến hành lắp đặt và
cải tạo mới trang thiết bị có công nghệ tiên tiến vào quá trình điều khiển hệ
thống tự động. Bên cạnh đó cũng phải quan tâm đến tính kinh tế và kỹ thuật
của thiết bị khi đưa vào hoạt động nhằm đạt hiệu quả cao. Trong quá trình
tìm hiểu chúng em thấy PLC là thiết bị có rất nhiều chức năng và được ứng
dụng nhiều trong công nghiệp đặc biệt trong việc điều khiển tự động. Vì vậy
chúng em chọn đề tài: Ứng dụng của PLC S7-200 đo, điều khiển và cảnh báo

1.2.

nhiệt độ trong lò với dải đo [0 – 1200]oC.
Phương pháp đo.
Với đại lượng nhiệt Chúng ta có 2 phương pháp đo tiếp xúc và không

tiếp xúc:
1.2.1. Phương pháp đo tiếp xúc.
a. Cặp nhiệt điện trở
- Cấu tạo: gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
- Ưu điểm: bền, đo nhiệt độ cao.
- Khuyết điểm: nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. độ nhạy không cao.
- Thường dung: lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, …
- Dải đo: -100oC đến 1400oC.
- Nguyên lý: nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi (mV).

3

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính một đầu gọi là đầu nóng
(đầu đo), 2 đầu còn lại là đầu lạnh (đầu chuẩn). khi có sự chênh lệch nhiệt
độ giữa đầu đo và đầu chuẩn thì sẽ xinh ra sức điện động V tại đầu lạnh.
Một vấn đề đặt ra là phải ổn định được đầu chuẩn, điều này tùy thuộc rất
lớn vào chất liệu. do vậy mới có các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại có
cái sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T. Tùy vào mỗi ứng dụng mà
ta chọn đầu dò và bộ điều khiển thích hợp.
Lưu ý:
+ dây của cặp nhiệt điện không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn đến
không chính xác là ở chỗ này, vì vậy ta phải bù trừ cho nó (offset trên bộ
điều khiển).
+ Không nối thêm dây (vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ bị sai lệch rất nhiều).
+ vì tín hiệu cho ra là điện áp (có cực âm và dương) do vậy cần chú ý kí hiệu
để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng.
b. Nhiệt kế nhiệt điện trở
- Cấu tạo: làm tự hỗn hợp các oxit kim loại: mangan, niken, coban, …
- Ưu điểm: bền, rẻ tiền, dễ chế tạo.
- Khuyết điểm: dãy tuyến tính hẹp.
- Thường dùng: làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch
-

-

điện tử.

Dải đo: 50oC đến 150oC
Nguyên lý: thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
Có 2 loại nhiệt điện trở:
+ hệ số nhiệt dương PTC: điện trở tăng theo nhiệt độ
+ hệ số nhiệt âm NTC: điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là
loại NTC.
Nhiệt điện trở chỉ tuyền tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50 oC đến
150oC nên ít được dùng để làm cảm biến đo nhiệt. chỉ sử dụng trong các

mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt.
c. Nhiệt kế bán dẫn.
- Cấu tạo: làm từ các loại chất bán dẫn.
- Ưu điểm: rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý
-

đơn giản.
Khuyết điểm: không chịu nhiệt độ cao, kém bền
4

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

-

Thường dùng: đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ

-

mạch điện tử.
Dải đo: -50oC đến 150oC.
Nguyên lý: sự phân cực của các chất bán dẫn tuyến tính với nhiệt độ môi

trường.
1.2.2. Phương pháp đo không tiếp xúc.
- Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế)
+ cấu tạo: làm từ mạch điện tử, quang học.
+ ưu điểm: dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với
môi trường đo.
+ khuyết điểm: độ chính xác không cao, đắt tiền.
+ thường dùng: làm các thiết bị đo cho lò nung.
+ dải đo: -54oF đến 1000oF
+ nguyên lý: đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
1.3.
Tìm hiểu về loại PLC S7-200
1.3.1. Khái quát về loại PLC S7-200.
PLC (viết tắt của programble logic controller) là thiết bị điều khiển logic
lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các
thuật toán điều khiển logic thong qua một ngôn ngữ lập trình. Như vậy với
chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể
dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thong tin với môi trường
bên ngoài (PLC khác hoặc máy tính). S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả
trình của Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc kiểu module và các module mở
rộng. các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau. Toàn bộ
nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp

dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu trữ
chương trình và dữ liệu. dòng PLC S7-200 có 2 loại là 21X (loại cũ) và 22X
(loại mới), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa. họ 21X có các đời sau:
210, 212, 214, 215-2DP,216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP,
226, 226XM.
• Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X:

Các thông số

CPU 221

CPU222 CPU224 CPU22

5

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Bộ nhớ chương trình (bytes)
Bộ nhớ dữ liệu (bytes)
Thời gian lưu trữ dữ liệu sau khi
mất nguồn (giờ)
Số cổng vào/ra logic
Số module mở rộng
Đầu ra xung (DC) at 20kHz
Chế độ ngắt, xử lý ngắt

Bộ điều chỉnh tương tự
Số timer
Độ phân giải 1ms/10ms/100ms
Số bộ đếm (tiến-lùi)

KHOA ĐIỆN

4096
2048
50

4096
2048
50

8192
5120
190

6
8192
5120
190

6/4
0
2
có
1
256

2/8/246
256

8/6
2
2
có
1
256
2/8/246
256

14/10
7
2
có
2
256
2/8/246
256

24/16
7
2
có
2
256
2/8/246
256

1.3.2. Cấu trúc phần cứng của S7-200.
1. Hình dáng và cấu trúc bên ngoài.
a. Các đầu vào/ra số:
- Đầu vào (Ix.x): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor… với điện áp tiêu
-

chuẩn 24VDC.
Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp
24VDC/220VAC (tùy theo CPU).

- Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC (tùy theo loại CPU).
b. Đèn trạng thái.
- Đèn RUN (màu xanh): chỉ báo PLC ở chế độ làm việc và thực hiện
-

chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình.
Đèn STOP (màu vàng): chỉ báo PLC đang ở chế độ dừng và không thực

-

hiện chương trình, các đầu ra đều ở trạng thái “OFF”.
Đèn SF/DIAG (màu đỏ): chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng

hoặc hệ điều hành.
- Đèn Ix.x (màu xanh): chỉ báo trạng thái của đầu vào số (ON/OFF).
- Đèn Qx.x (màu xanh): chỉ báo trạng thái của đầu ra số (ON/OFF).
c. Cổng truyền thông.
- Cổng truyền thông nối tiếp RS485:giao tiếp với PC,PG,mạng biến tần,…
- Cổng cho module mở rộng: kết nối với module mở rộng.
d. Vít chỉnh tương tự.

Mỗi PLC đều có từ 1 đến 2 vít chỉnh tương tự có thể xoay được 2700 để
thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương trình.
2. Cấu trúc phần cứng.
Cấu trúc phần cứng của 1 PLC gồm có các module sau:
- Mudule nguồn
- Module đầu vào
- Module đầu ra
- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
- Module bộ nhớ
6

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-

KHOA ĐIỆN

Module quản lý phối ghép vào ra
Khối ngõ vào
Bộ nguồn

Đơn vị xử lý trung tâm

Quản lý ghép nối

Bộ nhớ

Khối ngõ ra

Mô hình tổng quát của 1 PLC
1.3.3. Cấu trúc bộ nhớ.

Bộ nhớ của PLC S7-200 được chia thành 4 vùng cơ bản và hầu hết có
thể đọc ghi được chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt (SM) chỉ có thể truy cập để đọc.
Bảng tính năng các vùng nhớ của S7-200
Tên gọi

Chức năng

Đọc/ghi

Vùng chương trình
ở EEPROM
Vùng tham số ở
EEPROM
Vùng dữ liệu ở
EEPROM

Lưu trữ các lệnh
của CT
Lưu trữ thông số

Có

Thông tin sau khi
mất nguồn
Không mất

Có

Không mất

Lưu trữ kết quả
phép tính, hằng số,
tạo các bộ đệm
Các Timer,
Counter, các cổng
vào/ra

Có

Chỉ một phần

Có

Mất dữ liệu

Vùng đối tượng

a. Vùng nhớ chương trình.

Vùng nhớ chương trình gồm 3 khối chính:
- OB1: chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét
-

trong mỗi vòng quét.
SUBROUTIN: chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có

biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi

-

có lệnh gọi từ chương trình chính.
INTERRUPT: miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và
có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kì một khối chương trình nào

khác.chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra.
b. Vùng nhớ dữ liệu.

7

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

Vùng nhớ dữ liệu là vùng nhớ động. Nó có thể truy cập theo từng bit,
từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word). vùng dữ liệu được
chia thành những vùng sau:
- V: vùng nhớ biến
- I: vùng đệm đầu vào
- Q: vùng đệm đầu ra
- M: vùng nhớ cho các bit nội
- SM: vùng nhớ đặc biệt theo bit

Cách thức truy cập địa chỉ của vùng nhớ dữ liệu:
• Cách truy cập:
- Truy cập theo bit: tên miền ( ) địa chỉ byte ( ).( ) chỉ số bit
Ví dụ: V10.4 chỉ bit 4 của byte 10 thuộc miền nhớ V.
- Truy cập theo byte: tên miền ( ) B ( ) địa chỉ byte trong miền.
Ví dụ: VB155 chỉ byte 15 trong miền nhớ V.
- Truy cập theo từ (word): tên miền ( ) W ( ) địa chỉ byte cao của từ.
Ví dụ: VW150: miền V--150 – địa chỉ byte cao---151 – địa chỉ byte thấp.
- Truy cập theo từ kép (D.Word): tên miền ( ) D ( ) địa chỉ byte cao nhất
Ví dụ: VD150: miền V; 150 – địa chỉ byte cao nhất; 151,152,153 – địa
-

chỉ các byte tiệp theo.
Truy cập qua con trỏ:
Mỗi con trỏ gồm 4 byte, được định nghĩa ở vùng V hoặc là các thanh ghi

AC1, AC2, AC3.
Con trỏ chứa địa chỉ byte:
Con trỏ
địa chỉ cần truy cập
VD100
=&VW150
AC1
=&VB150
AC1
=&VD150
c. Vùng đối tượng
Vùng đối tượng dùng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình gồm:
Các giá trị tức tời; giá trị đặt của bộ đếm, timer.
Mô tả

Timer
(đọc/ghi)
Bộ đếm
(counter)
(đọc/ghi)
Bộ đệm cổng
vào tương tự
(chỉ đọc)
Bộ đệm cổng
ra tương tự
(chỉ ghi)
Thanh ghi
Accumalator

CPU221
T0 to T255

CPU222
T0 to T255

CPU224
T0 to T255

CPU226
T0 to T255

C0 to C255

C0 to C255

C0 to C255

C0 to C255

--

AIW0 to
AIW30

AIW0 to
AIW62

AIW0 to
AIW62

--

AQW0 to
AQW30

AQW0 to
AQW62

AQW0 to
AQW62

AC0 to AC3

AC0 to AC3

AC0 to AC3

AC0 to AC3

8

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

(đọc/ghi)
Bộ đếm tốc
độ cao

HC0, HC3,
HC4, HC5

KHOA ĐIỆN

HC0, HC3,
HC4, HC5

HC0, HC5

HC0, HC5

1.3.4. Ngôn ngữ lập trình.

Có 3 dạng ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là:
- Phương pháp hình thang (LAD)
- Phương pháp liệt kê lệnh (STL)
- Phương pháp theo dạng dữ liệu hình khối (DB)
Trong đồ án chúng em sử dụng phương pháp hình thang (LAD).
LAD là 1 ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa. Những thành phần cơ bản
dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng
rơle. Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh
logic như sau:
+ Tiếp điểm thường mở: | |
+ Tiếp điểm thường đóng: | |
+ Cuộn dây rơ le: ( )
+ Hộp (box): là biểu tượng mô tả cá hàm khác nhau, nó làm việc khi có
dòng điện chạy đến hộp. những dạng hàm thường được biểu diễn bằng
hộp là các bộ thời gian (timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học.
+ mạng LAD: là các đường nối các phần tử thnahf 1 mạch hoàn thiện, đi
từ đường nguồn bên trái sang dường nguồn bên phải. đường nguồn bên
trái là dây nóng, cấp (đường nguồn bên phải thường không thực được thể
hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEP7-Micro/Dos hoặc Micro/win).
• Các tập lệnh cơ bản trong S7-200.
a. Lệnh về bit
|NOT| Trạng thái đảo bit
| P|
lấy sườn lên
| N|
lấy sườn xuống
(S)
Set bit
(R)

Reset bit
b. Các lệnh vào/ra
Kí hiệu trên
LAD
n
| |
n
| |
n
| ( )

Mô tả

Toán hạng

Tiếp điểm thường mở
Sẽ đóng khi n = 1
Tiếp điểm thường
đóng sẽ mở khi n = 1
Cuộn dây đầu ra ở
trạng thái kích thích
khi có dòng điều
khiển đi qua

n: I, Q, M, SM, T,
C, V (bit)

9

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

c. Các lệnh đại số logic với toán hạng 1 bit
•

•

Lệnh AND:
n1
| |

n2
| |

n: X,Y, M, S, C, T

Lệnh OR:
n1
| |
n: X,Y, M, S, C, T
n2
| |
d. Các lệnh điều khiển Timer
Timer là bộ tạo thời gian trễ giữ tín hiêụ vào và tín hiệu ra, nên gọi là

khâu trễ;

•
-

Có loại timer:
Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (ON-Delay Timer) – kí hiệu: TON
Timer tạo thời gian trễ có nhớ (retentive ON-Delay Timer) – kí hiệu:

TONR
• Các loại timer
Lệnh loại Timer
Độ phân giải
TON
1ms
10ms

TONR

Giá trị cực đại
32,767s
327,67s

100ms

3276,7s

1ms
10ms

32,767
327,67

100ms

3276,7

CPU224
T32, T96
T33 to T36
T97 to T100
T37 to T63
T101 to T255
T0, T64
T1 to T4
T65 to T68
T5 to T31
T69 to T95

•
-

Tính chất của Timer:
Có cổng vào với tín hiệu vào logic kí hiệu là x(t).
Giá trị đếm tức thời của Timer: là khoảng thời gian trễ kể từ khi T được

-

kích và nhớ trong thanh ghi T-word dài 2 byte.
Giá trị đặt trước (kí hiệu: PT): luôn so sánh với giá trị đếm tức thời.

Bit trạng thái đầu ra (kí hiệu: T-bit): chỉ thị trạng thái đầu ra và nội dung

-

của T-bit phụ thuộc vào kết quả so sánh PT với giá trị tức thời.
Khi tại cửa vào có x(t) =1: giá trị đếm tức thời tăng lien tục đến giá trị

•

cực đại; khi giá trị đếm tức thời = PT, T-bit = 1.
Cú pháp khai báo sử dụng Timer trong LAD:
10

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LAD

KHOA ĐIỆN

Mô tả
- Txx: số hiệu của timer;
- khi tại IN có 1, bắt đầu đếm;
- khi giá trị tức thời >= PT ->
T (bit) = 1
- reset: cấp 0 đến IN

Cấp 1 đến R

Toán hạng
Txx (Word)
CPU224: 32
96
PT: VW, T, C, IW,
QW, (Word) SMW,
AC, AIW, hằng số.

- Txx: số hiệu của timer
- khi tại IN có 1, bắt đầu đếm;
- khi giá trị tức thời >= PT ->
T (bit) = 1
- Reset: cấp 1 đến R

Txx (Word)
CPU224: 0
64
PT: VW, T, C, IW,
QW, (Word) SMW,
AC, AIW, hằng số.

e. Các lệnh dịch chuyển nội dung ô nhớ.

LAD

Mô tả

Toán hạng

-Sao nội dung
1 byte.
OUT = IN

- IN (byte): VB, IB, QB,
MB, SMB, AC, *VD, *AC,
Const.
-OUT (byte): SMB, AC,
*VD, *AC

-Sao nội dung
1 từ đơn.
OUT = IN

-IN (từ đơn): VW, T, C, IW,
QW, MW, SMW, AIW, AC,
*VD, *AC,Const.
-OUT (từ đơn): VW, T, C,
IW, QW, SMW, AIW, AC,
*VD, *AC
IN (từ kép): VD, ID, QD,
MD, SMD, HC, AC, *VD,
*AC, Const, &VB, &IB,
&QB, &MB, &T, &C.
-OUT (từ kép): VD, ID, QD,
MD, SMD, AC, *VD, *AC

-Sao nội dung
1 từ kép.

OUT = IN

f.

Các lệnh so sánh.
11

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LAD

KHOA ĐIỆN

Mô tả
Kiểu dữ liệu
Lệnh so sánh 2 giá trị IN1 và
IN2.
- n: là B (kiểu
Trạng thái tiếp điểm đóng
dữ liệu so sánh
khi lệnh so sánh IN1 = IN2
là byte).
- n: là I (kiểu dữ
Lệnh so sánh 2 giá trị IN1 và liệu so sánh là
IN2.

word).
Trạng thái tiếp điểm đóng
- n: là D (kiểu
khi lệnh so sánh IN1 <> IN2 dữ liệu so sánh
là từ kép).
Lệnh so sánh 2 giá trị IN1 và
IN2.
Trạng thái tiếp điểm đóng
khi lệnh so sánh IN1 < IN2
Lệnh so sánh 2 giá trị IN1 và
IN2.
Trạng thái tiếp điểm đóng
khi lệnh so sánh IN1 <= IN2
Lệnh so sánh 2 giá trị IN1 và
IN2.
Trạng thái tiếp điểm đóng
khi lệnh so sánh IN1 > IN2
Lệnh so sánh 2 giá trị IN1 và
IN2.
Trạng thái tiếp điểm đóng
khi lệnh so sánh IN1 >= IN2

g. Lệnh cộng.

LAD

Mô tả
- lệnh cộng 2 số
nguyên: IN1, IN2
(16 bit).

OUT = IN1 + IN2

Toán hạng
-IN1, IN2: VW, T, C, IW,
QW, SMW, MW, AC,
AIW, *VD, *AC, const.
-OUT: VW, T, C, IW,
QW, SMW, AC, AIW,
*VD, *AC,

12

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

- lệnh cộng 2 số
thực : IN1, IN2
(32 bit).
OUT = IN1 + IN2

1.4.

-IN1,IN2: VD, ID, QD,
MD, SMD, AC, HC,

*VD, *AC, const.
-OUT: VD, ID, QD, MD,
SMD, AC, *VD, *AC.

Các module, đối tượng mở rộng
- Module đầu vào tương tự: EM231
+ Các thông số kĩ thuật

Module
Số đầu vào
Loại đầu vào
Dải điện áp

EM231
4
0-10V/0-20mA
0-10V, 0-5V
+/- 5V, +/- 2,5V

Độ phân giải
Kích thước (W × H × D)

12 Bit
71,2 × 80 × 62 mm

EM231
8
0-10V/0-20mA
0-10V, 0-5V, +/-5V,
+/- 2,5V (Ch 0-5)

0-10V, 0-5V, +/-5V
+/- 2,5V, 0-20mA (Ch 6-7)
12 Bit
71,2 × 80 × 62 mm

+ Cách kết nối ngõ vào ra

Hình 1.1: Cách kết nối ngõ vào ra
+ Switch chọn giá trị phân giải.

13

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

Hình 1.2: Switch chọn giá trị phân giải.

SW1
ON

SW1
OFF

Không đảo dấu

SW2
OFF
ON

SW3
ON
OFF

Đảo dấu
SW2
OFF
ON

SW3
ON
OFF

Giới hạn dãy
điện áp vào
0 to 10V
0 to 5V
0 to 20 mA
Giới hạn dãy
điện áp vào
15V
± 25V

Độ phân giải
2,5 mV
1,25 mV

5µA
Độ phân giải
2,5 mV
1,25 mV

Lưu ý: dòng điện ngõ vào: 0 đến 20 mA. Độ phân giải: 5µA hay từ
1,25mV đến 2,5mV. Giá trị ngõ vào: -32000 đến 32000 ( lưỡng cực ) hay
từ 0 đến 32000 ( đơn cực )
+ Mạch ngõ vào của Module EM 231
•

Hình 1.3: Mạch ngõ vào của Module EM 231
14

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-

KHOA ĐIỆN

Module vào ra tương tự: EM232

+ Các thông số kĩ thuật

Module
Số đầu vào

Loại đầu vào
Độ phân giải
Kích thước (W × H × D)

EM232

EM232

2
0-10V/0-20mA
12 Bit voltage
11 Bit current
46 × 80 × 52 mm

+ Các thông số chi tiết
VDC requirements
+5 VDC
+ 24 V
Number of outputs
Removable
Type
Signal range
Voltage output
Current output
Resolution, full-scale
Voltage
Current
Accuracy

4

0-10V/0-20mA
12 Bit voltage
11 Bit current
71,2 × 80 × 62 mm

20 mA
60 mA ( with outputs at 20 mA)
4
no
Voltage and output
± 10V
0 to 20 mA
-32000 to +32000
0 to +32000
± 0,5% at 25º C
± 2,0% 0º C to 55º C

Setting time
Voltage output
Current output
+ Cách kết nối ngõ ra

100 µS
2 mS

15

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

Hình 1.4: Cách kết nối ngõ ra
-

Module đầu ra tương tự: EM235

+ Các thông số kĩ thuật

Module
Số đầu vào
Loại đầu vào
Điện áp
Độ phân giải
Số đầu ra
Loại đầu ra
Độ phân giải

EM235
4
0-10V/0-20mA
0-10V/0-5V
12 Bit
1
0-10V/0-20mA
12 Bit voltage

11 Bit current
71,2 × 80 × 62 mm

Kích thước (W × H × D)
+ Cách kết nối ngõ vào ra

16

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

Hình 1.5 : Cách kết nối ngõ vào ra
+ Switch chọn độ phân giải:

Hình 1.6: Switch chọn độ phân giải
+ SW1,2,3: chọn hế số suy giảm.
+ SW4,5: chọn hệ số khuếch đại.
+ SW6: chọn điện áp dòng vào có dấu hoặc không dấu
Không đảo dấu
SW1
ON
OFF
ON
OFF

ON
ON
OFF
SW1
ON

SW2
OFF
ON
OFF
ON
OFF
OFF
ON
SW2
OFF

SW3
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

Giới hạn dãy
điện áp vào

Độ phân

giải

SW4
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

SW5
OFF
OFF
ON
ON
OFF
OFF
OFF

SW6
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON

0 to 50 mV

0 to 100 mV
0 to 500 mV
0 to 1 V
0 to 5 V
0 to 20 mA
0 to 10 V

12,5 µV
25 µV
125 µV
250 µV
1,25 mV
5 µA
2,5 mV

Đảo dấu
SW3
SW4
OFF
ON

SW5
OFF

SW6
OFF

±25 mV

12,5 µV

17

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

OFF
OFF
ON
OFF
OFF
ON
OFF
OFF

ON
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
ON
OFF

OFF
ON

OFF
OFF
ON
OFF
OFF
ON

ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

KHOA ĐIỆN

OFF
OFF
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF

OFF
OFF
OFF

OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

±50 mV
±100 mV
±250 mV
±500 mV
±1 V
±2,5 V
±5 V
±10 V

25 µV
50 µV
125 µV
250 µV
500 µV
1,25 mV
2,5 mV
5 mV

Lưu ý: Độ phân giải: 5µA hay từ 12,5 µV đến 5mV, giá trị ngõ vào
-32000 đến 32000 hay từ 0 đến 32000
+ Mạch ngõ vào của module EM 235
•

-

Hình 1.7: Mạch ngõ vào của module EM 235
Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như
module điều khiển vị trí, module truyền thông.

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Từ yêu cầu đề tài: Ứng dụng PLC đo,điều khển và cảnh báo nhiệt độ lò
với dải đo [0; 1200]. Xây dựng hệ thống theo các bước sau:
2.1.
Chọn thiết bị
2.1.1. Bộ điều khiển trung tâm:
- Thiết bị điều khiển lập trình ( PLC – Programable controller ) là thiết bị

điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lí, sử dụng bộ nhớ lập trình được để
18

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

lưu trữ các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển các
quá trình có thể mô tả các thiết bị như sau:

Chương trình
Tín hiệu

ngõ vào

PLC

Tín hiệu
ngõ ra

PLC
-

•

Trong đề tài này chúng em chọn PLC S7-200 loại CPU 224
AC/DC/RELAY của Siemens.

Hình 2.1:Hình ảnh của PLC S7-200 CPU-224
Đặc tính kĩ thuật:

+ Nguồn cung cấp: 220VAC
+ Ngõ vào là 14 DI DC
+ Ngõ ra là 10 DO Relay
+ Bộ nhớ chương trình: 12KB
+ Bộ nhớ dữ liệu: 8KB
+ Điều khiển PID: có
+ Phần mềm: Step7 Micro / Win
+ Thời gian xử lí 1024 lệnh nhị phân: 0,37ms
+ Bit memory / Counter / Timer: 256 /256 /256
+ Bộ đếm tốc độ cao: 6 × 60 Khz
+ Bộ đếm lên / xuống : có
19

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

+ Ngắt phần cứng : 4
+ Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị mất
điện.
+ Số đầu vào/ ra số/cực đại vào ( lắp thêm Module Analog mở rộng ) :
AI /AO /MAX: 28/7/35
+ IP 20
+ Kích thước rộng x cao x sâu : 120 x 80 x 62
•

Sơ đồ các cổng vào/ra của PLC:

Hình 2.2 : Sơ đồ các cổng vào/ra của PLC
-

Để có thể đo , điều khiển nhiệt độ trong lò cần lắp thêm Modul mở rộng

Modul Analog EM 235
Đặc tính của Modul Analog EM 235
+ Có 4 ngõ vào là AIW0 , AIW2, AIW4 ,AIW6 và một ngõ ra AQW0. Ngõ
vào và ngõ ra có thể thể hiện là điện áp hoặc dòng điện.

•

20

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

Hình 2.3: Đặc tính của Modul Analog EM 235
+ Switch chọn độ phân giải

Hình 2.4: Switch chọn độ phân giải
+ Điện áp vào : từ 0 đến 10V chế độ đơn cực, từ -10 đến 10V chế độ lưỡng
cực.
• Thông số ngõ vào :
+ Dòng điện, điện áp ngõ vào : điện áp tối đa 30V độ phân giải 12bit, dòng
điện tối đa 30mA độ phân giải 12bit.
• Thông số ngõ ra :
+ Điện áp ra : từ -10 đến 10V phân giải 12 bits.
+ Dòng điện : từ 0 - 20mA độ phân giải 11 bits.
- Lưu ý : Độ phân giải : 5µA hay từ 12,5 µA đến 5 mA, giá trị ngõ vào
- 32000 đến 32000 hay từ 0 đến 32000.
+ Switch chọn điện áp hoặc dòng điện ngõ vào đối với module EM 235:
Không đảo dấu
SW1

SW2

SW3

SW4

Giới hạn dãy
điện áp vào
SW5

Độ phân
giải

SW6

21

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ON
OFF
ON
OFF
ON

ON
OFF
SW1
ON
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
ON
OFF
OFF

OFF
ON
OFF
ON
OFF
OFF
ON
SW2
OFF
ON
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
ON
OFF

OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

Đảo dấu
SW3
SW4
OFF
ON
OFF
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF

ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
OFF

KHOA ĐIỆN

OFF
OFF
ON
ON
OFF
OFF
OFF

ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON

0 to 50 mV
0 to 100 mV
0 to 500 mV

0 to 1 V
0 to 5 V
0 to 20 mA
0 to 10 V

12,5 µV
25 µV
125 µV
250 µV
1,25 mV
5 µA
2,5 mV

SW5
OFF
OFF
OFF
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF

SW6
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

OFF
OFF
OFF
OFF

±25 mV
±50 mV
±100 mV
±250 mV
±500 mV
±1 V
±2,5 V
±5 V
±10 V

12,5 µV
25 µV
50 µV
125 µV
250 µV
500 µV
1,25 mV
2,5 mV
5 mV

+ Switch chọn độ phân giải, độ lợi và độ suy giảm cho ngõ vào module
EM235:

+ Mạch dữ liệu ngõ vào :

22

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

Hình 2.5: Mạch dữ liệu ngõ vào
Tín hiệu tương tự được đưa vào vào các đầu vào A+, A-, B+, B-, C+, C-, sau
đó qua các bộ lọc nhiễu, qua bộ đệm, bộ suy giảm, bộ khuếch đại rồi đưa đến khối
chuyển đổi ADC, chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số 12 bit. 12 bit dữ liệu
này được đặt bên trong word ngõ vào analog của CPU như sau:
-

Định dạng đầu vào dữ liệu từ đơn của module EM235

+ Các bit dữ liệu được đặt bên trong word ngõ ra analog của CPU như sau:
23

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

2.1.2.

KHOA ĐIỆN

Thiết bị thu nhiệt độ trong lò
Là dụng cụ chuyển đổi đại lượng nhiệt thành các đại lượng vật lý khác

như điện, áp suất….. Cảm biến nhiệt độ có khả năng nhận biết được tín hiệu
nhiệt độ một cách chính xác và chuyển đổi thành tín hiệu đo lường.
Cụ thể bài tập lớn này chúng em sử dụng cặp nhiệt điện:
Đây là dụng cụ đo rộng rãi trong công nghiệp.

Hiệu ứng Thomson : qua 1 dây dẫn có dòng điện I và hiệu nhiệt


trên dây dẫn là T1 – T2 thì sẽ có 1 sự hấp thụ - tỏa nhiệt.
Hiệu ứng peltier : khi dòng điện đi qua 1 mối nối của 2 dây dẫn thì

tại vị trí mối nối sẽ có sự hấp thụ hay tỏa nhiệt.

Hiệu ứng seebeck : trong 1 dây dẫn bất kỳ khi có sự chênh lệch
nhiệt độ tại 1 điểm thì ngay tại điểm đó xuất hiện 1 xuất điện động.
Hiệu ứng nhiệt điện hay hiệu ứng Peltier – Seebeck , là sự chuyển
nhiệt năng trực tiếp thành điện năng và ngược lại trên 1 số kết nối vật
dẫn điện khác nhau. Kết nối này thường được gọi là cặp nhiệt điện.
Cụ thể,chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bên kết nối sinh ra 1 hiệu điện thế
giữa 2 bên kết nối và ngược lại. Hiêu ứng này là cơ sở cho 1 số ứng
dụng trong một số máy lạnh và máy phát điện, không có các bộ phận
chuyển động.


Nguyên tắc, cấu tạo của cặp nhiệt điện dựa trên cơ sở thực nghiệm.
Khi nung nóng 1 dây kim loại hay 1 đoạn dây, tại đó tập trung điện
tử tự do và có xu hướng khuếch đại từ nơi tập trung nhiều đến nơi
tập trung ít. Có nghĩa là từ đầu nóng (+) sang (-) ( hiệu ứng seebeck)
ở đoạn dây xuất hiện 1 suất điện động Thomson phụ thuộc vào bản

chất kim loại.

Cấu tạo: cặp nhiệt điện được cấu tạo bởi 2 sợi kim loại khác nhau,
và bao gồm 2 đầu, nhất là 2 mối nối, một đầu được giữ ở nhiệt độ
chuẩn gọi là đầu ra, đầu còn lại tiếp xúc với đối tượng đo.Cặp nhiệt
24

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6


ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

điện có cực âm và cực dương đánh dấu mầu đo tùy theo vật liệu chế
tạo, cặp nhiệt điện được phân loại thành các loại sau:
Loại J: kết hợp giữa sắt và constantan trong đó sắt là cực dương,

•

constantan là cực âm.

Hệ số seebeck là 52 µV/ ºC ở 20 ºC
•
Loại T : kết hợp giữa đồng với constantan trong đó đồng là cực
dương, constantan là cực âm.
Hệ số seebeck là 43 µV/ ºC ở 20 ºC
•
Loại K : kết hợp giữa chromel (+) (hợp kim Ni-Cr) và alumel (-)
(hợp kim Ni-Al).
Hệ số seebeck là 40 µV/ ºC ở 20 ºC
•
Loại E: kết hợp giữa chromel (+) (Hợp kim Cu-Ni) và constantan (-)
Hệ số seebeck là 68 µV/ ºC ở 20 ºC
•
Loại S,R,B : dùng hợp kip platinum và Rhodium
Hệ số seebeck là 10 µV/ ºC ở 20 ºC

Hình 2.6 : đường đặc tính của các loại cặp nhiệt điện

•

Cách sử dụng:
Cặp nhiệt điện cần có vỏ bảo vệ, tránh tác nhân bên ngoài. Đặt ở nơi

thích hợp vì nhiệt không phân bố đều.
• Vị trí lắp đặt: tránh những nơi có từ trường điện trường mạnh.
• Để cặp nhiệt thẳng đứng để phòng ống bảo vệ bị biến dạng do nhiệt độ
cao.
Dựa vào biểu đồ trên,ta sử dụng cặp nhiệt kế K để phù hợp với bài tập.
25

GVHD:NGUYỄN THU HÀ

LỚP ĐIỆN 5-K6