PLC_đo,điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên đường ống với dài đo : 0÷10 ls.

Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9
Mục Lục

Lời nói đầu........................................................................................................................2
Chương 1 : Cơ sở lý thuyết
1.1 – Mục đích đề tài .......................................................................................................3
1.2 – Phương pháp đo.......................................................................................................3
1.3 – Tìm hiểu về PLC.....................................................................................................7
1.3.1 – Khái quát về PLC S7 1200...................................................................................7
1.3.2 – Các modul mở rộng..............................................................................................18
Chương 2 : Thiết kế hệ thống
2.1 – Lựa chọn thiết bị và giới hạn các tham số..............................................................20
2.2 – Xây dụng sơ đồ khối................................................................................................32
2.3 – Xây dựng thuật toán................................................................................................33
2.4 – Xây dựng phần mềm...............................................................................................36
Chương 3: Kết quả đề tài
3.1 – Kết quả lý thuyết.....................................................................................................41
3.2 – Kết luận....................................................................................................................45

Nhóm 8

Page 1


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9
LỜI NÓI ĐẦU

Trong ngành công nghiệp hiện đại , kĩ thuật tự động đóng vai trò quyết định trong sản xuất
sản phẩm tiêu dùng. Nếu năng suất tăng cao và sức lao động giảm thì giá thành sản phẩm sẽ
khá thấp. Để làm được một hệ thống tự động thì PLC là một thành phần không thể thiếu . 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 thời hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch 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, Allen-Bradley, Mitsubishi
Electric, General Electric, Omron, Honeywell ...
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc
xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương
trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển
dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình
công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở
rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào
so với sử dụng các bộ dây nối hay rơle.
Trong đề tài, chúng em đã sử dụng PLC vào đo , điều khiển và cảnh báo lưu lượng trên
đường ống với dài đo : [0÷10] l/s.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa điện, đặc biệt là
cô Nguyễn Thu Hà.
Sinh viên thực hiện
Nhóm 8

Nhóm 8

Page 2

Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

Chương 1 : Cơ sở lý thuyết
1.1 Mục đích của đề tài

Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường được sử dụng trong khu công
nghiệp, khu dân cư, các chung cư, khách sạn và tòa nhà cao tầng, hệ thống phân phối
nước sạch trong mạng lưới cấp nước sinh hoạt, các trạm cấp nước nông thông… Các trạm
bơm nước phổ biến hiện nay đều được thiết kế theo phương pháp truyền thống với đặc điểm
là các bơm được khởi động trực tiếp sao/ tam giác và tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc
độ định mức. Phương pháp này có nhược điểm chính là tổn hao điện năng lớn và khó kiểm
soát được lưu lượng trong đường ống.
Trên cơ sở những kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, dựa vào những tính
năng ưu việt của PLC và biến tần. Em xin được lựa chọn đề tài “đo, điều khiển và cảnh báo
lưu lượng trên đường ống” với những chức năng cơ bản giống với một hệ thống biến tần .
1.2 Phương pháp đo

Lưu lượng chất lưu là lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang của ống trong một
đơn vị thời gian. Tuỳ theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích hoặc khối
lượng) người ta phân biệt:
- Lưu lượng thể tích (Q) tính bằng m3/s, m3/giờ ...
- Lưu lượng khối (G) tính bằng kg/s, kg/giờ ...
Lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian Δt = t2 - t1 xác định bởi biểu thức:
Qtb =

hoặc Gtb =

Trong đó ΔV, Δm là thể tích và khối lượng chất lưu chảy qua ống trong thời khoảng gian
khảo sát.
Lưu lượng tức thời xác định theo công thức:
Q=

hoặc

G=

Để đo lưu lượng người ta dùng các lưu lượng kế. Tuỳ thuộc vào tính chất chất lưu, yêu cầu
công nghệ, người ta sử dụng các lưu lượng kế khác nhau. Nguyên lý hoạt động của các lưu
lượng kế dựa trên cơ sở:
-

Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ trong một khoảng thời gian xác định Δt.

-

Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ khi lưu lượng là hàm của vận tốc.

Nhóm 8

Page 3


Đại học Công nghiệp Hà Nội
-

Điện 1 - K9

Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng là hàm phụ thuộc độ
giảm áp.
Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện hoặc nhờ bộ chuyển đổi điện thích hợp.
Các phương pháp đo lưu lượng

1. Đo lưu tốc kế cánh quạt
2. Đo lưu tốc kế kiểu cảm ứng
3. Đo bằng tần số dòng xoáy
4. Đo bằng sóng siêu âm
5. Đo bằng cảm ứng điện từ
6. Đo độ giảm áp suất
7. Đo theo nguyên lý gia nhiệt

Ở đề tài này, chúng em sử dụng phương pháp đo cảm ứng điện từ
a) Cấu tạo: Gồm có :

E – Điện áp cảm ứng
B – Từ trường
D – Khoảng cách giữa 2 điện cực
V – Vận tốc dòng chảy

Nhóm 8

Page 4


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

Hình 1 – cảm biến đo lưu lượng chất lỏng

b)Nguyên lý hoạt động của cảm biến lưu lượng điện từ
Cảm biến lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday và được dùng
để đo dòng chảy của chất lỏng có tính dẫn điện. Hai cuộn dây điện từ để tạo ra từ
trường (B) đủ mạnh cắt ngang mặt ống dẫn chất lỏng (hình 1).
Theo định luật Faraday,
khi chất lỏng chảy qua đường ống sẽ sinh ra một điện áp cảm ứng. Điện áp này được
lấy ra bởi hai điện cực đặt ngang đường ống. Tốc độ của dòng chảy tỷ lệ trực tiếp với
biên độ điện áp cảm ứng đo được.
Cuộn dây tạo ra từ trường B có thể được kích hoạt bằng nguồn AC hoặc DC. Khi kích
hoạt bằng nguồn AC - 50Hz, cuộn dây sẽ được kích thích bằng tín hiệu xoay chiều. Điều
này có thuận lợi là dòng tiêu thụ nhỏ hơn so với việc kích hoạt bằng nguồn DC. Tuy
nhiên phương pháp kích hoạt bằng nguồn AC nhạy cảm với nhiễu. Do đó, nó có thể gây
Nhóm 8

Page 5


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

ra sai số tín hiệu đo. Hơn nữa, sự trôi lệch điểm “không” thường là vấn đề lớn đối với
hệ đo được cấp nguồn AC và không thể căn chỉnh được. Bởi vậy, phương pháp kích
hoạt bằng nguồn xung DC cho cuộn dây từ trường là giải pháp mang lại hiệu quả cao.
Nó giúp giảm dòng tiêu thụ và giảm nhẹ các vấn đề bất lợi gặp phải với nguồn AC.
Đối với hệ thống lắp đặt cảm biến lưu lượng điện từ cần lưu ý đến các điểm sau:
-

chỉ có thể đo chất lỏng có khả năng dẫn điện;
sự chọn lựa các điện cực thay đổi tùy thuộc vào độ dẫn điện, cấu tạo đường ống và cách
lắp đặt;
không có tổn hao trong hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dải đo lưu lượng thấp;
rất thích hợp đo lưu lượng chất lỏng ăn mòn, dơ bẩn, đặc sệt như xi măng, thạch cao,...
vì cảm biến đo loại này không có các bộ phận lắp đặt phía trong ống dẫn;
độ chính xác cao, sai số ±1% dải chỉ thị lưu lượng;
giá thành cao hơn.

Nhóm 8

Page 6


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

1.3 Tìm hiểu về PLC S7 - 1200
1.3.1 Khái quát PLC S7 – 1200

a) Tìm hiểu chung
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm SIMATIC S7-1200 dùng để thay thế dần cho
SIMATIC S7-200. SIMATIC S7-1200 có những tính năng nổi trội như sau:
- SIMATIC S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic khả trình (PLC) có thể
kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa, phù hợp với các ứng dụng tự động hóa ở quy mô
vừa và nhỏ. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có
những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với SIMATIC S7-1200.
- Hết sức đơn giản trong cài đặt, lập trình và vận hành. Có thể sử dụng cho các
nhiệm vụ điều khiển đơn giản và phức tạp.

- Đa ứng dụng, có thể sử dụng như là một hệ thống đơn lẻ hoặc trong một mạng với
hệ thống phân phối.
- Có thể tận dụng các thiết bị cũ để tiết kiệm chi phí.
- Có tính năng thời gian thực hết sức mạnh mẽ. Dễ dàng cho việc ứng dụng thời
gian thực cho hệ thống.
- S7-1200 bao gồm một bộ vi xử lý (microprocessor), một nguồn cung cấp được tích
hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
- S7-1200 tích hợp sẵn cổng truyền thông PROFINET:
+ Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC.
+ Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở.
+Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo.
+Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s.
+Hỗ trợ 16 kết nối ethernet.
+TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol.
- Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
+ 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo
lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz
+2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo
(servo drive)
+Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều
khiển nhiệt độ...

Nhóm 8

Page 7


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

+16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (autotune functionality.
b) Cấu tạo PLC S7 - 1200
1, Bộ phận kết nối nguồn
2, Các bộ phận kết nối nối dây của
người dùng có thể tháo được (phía sau các
nắp che)
3, Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía
trên
4, Các LED trạng thái dành cho I/O tích
hợp
5, Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên
của CPU).

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp
cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
c) Phần mềm điều khiển và lập trình
Phần mềm dùng để điều khiển và lập trình cho Simatic S7-1200 là TIA Portal. TIA
Portal (The Totally Integrated Automation Portal) là phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần
mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện. Phần mềm tích hợp các sản
phẩm SIMATIC khác nhau trong một phần mềm ứng dụng ví dụ Simatic Step 7 V13 để lập
trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC V13 để cấu hình các màn hình HMI và chạy
Scada trên máy tính, giúp tăng năng suất và hiệu quả làm việc.

Nhóm 8

Page 8


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

Hình 1.4: Phần mềm TIA Portal
TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẽ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống
nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng. Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền
thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ. Hướng ứng dụng, các khái niệm
về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, các tính năng online là những đặc
điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal.
TIA Portal cung cấp một hệ thống kĩ thuật mới thông minh và trực quan hơn, với các
giao diện trực quan, dễ nhìn, tính năng “kéo- thả” đơn giản, thuận tiện cho việc lập trình.
Hai phần mềm quan trọng nhất trong TIA Portal là Simatic Step 7

và Simatic

WinCC( phiên bản mới nhất dành cho S7-1200 là TIA Portal v13) .
d) Ứng dụng PLC S7 – 1200
SIMATIC S7-1200 là bộ điều khiển dùng trong các nhiệm vụ điều khiển vòng hở và vòng
kín. Nó kết hợp mức độ tự động hóa tối đa với giá thành thấp nhất.
Với hiệu năng sử dụng cao, phạm vi sử dụng của S7-1200 trải rộng từ việc thay thế các
mạch rơ-le và contactor đơn giản đến các mạch điều khiển tự động hóa phức tạp trong mạng
hoặc giữa các thiết bị phân tán. Các ứng dụng phổ biến của nó ví dụ như sau: Đóng gói bao bì;
Trạm trộn xi măng và vữa; Quạt thông gió cho các nhà máy, xí nghiệp; Hệ thống bôi trơn tập
Nhóm 8

Page 9


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

trung; Máy gia công gỗ; Điều khiển cửa tự động; Hệ thống nâng thủy lực; Hệ thống băng tải;
Công nghiệp thực phẩm; Phòng thí nghiệm; Các ứng dụng điều biến; Lắp ráp thiết bị điện;
Giám sát, bảo vệ hệ thống điều khiển; Điều khiển hệ thống ánh sáng; Điều khiển hệ thống bơm;
Hệ thống phòng cháy; Hệ thống điều khiển an ninh/vào ra; Hệ thống điều khiển gia nhiệt/làm
mát; Điều khiển nhiệt độ phòng.
Ngoài ra, S7 – 1200 có các ứng dụng mới như:
- Điều khiển từ xa thông qua mạng Profinet, Internet, ModBus, qua hệ thống mạng không
dây.
-PLC kết nối với PLC thông qua Internet và mạng nội bộ. Có thể truyền thông thông qua
mạng Ethernet công nghiệp nhưng khoảng cách tối đa là 100m.
- Điều khiển, truy cập vào S7-1200 từ xa thông qua Internet và web server: Có thể truy cập
vào PLC thông qua trình duyệt Web, tuy nhiên PLC trong trường hợp này cần đặt 1 IP tĩnh để
có thể kết nối.
Đặc biệt S7-1200 cung cấp các giải pháp để điều khiển từ xa qua mạng Ethernet, Profinet,
qua hệ thống mạng không dây. Ngoài ra còn các ứng dụng như giao tiếp với Wincc xuất dự liệu
Excel, truyền thông mạng Profibus với PLC, biến tần Siemens, truyền thông Profinet giữa PLC
với PLC,…
Khả năng mở rộng: S7-1200 hỗ trợ tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra(SM) và 3
module truyền thông.
e) Khả năng làm việc
- Simatic S7-1200 có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, có thể thực hiện
hầu hết các công việc mà các PLC có thể đảm nhiệm với năng suất và hiệu quả cao.
- Với việc tích hợpPROFINET, hỗ trợ truyền thông tiêu chuẩn truyền thông Ethernet và
dựa trên TCP/IP, S7-1200 có khả năng kết nối rất mạnh và linh hoạt với các thiết bị khác như

Nhóm 8

Page 10

Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

kết nối với máy tính cá nhân PC, kết nối với HMI, kết nối với PLC khác, khả năng điều khiển
PLC từ xa thông qua mạng truyền thông, mạng không dây được tăng cường.
- Thông qua mạng internet hoặc mạng cục bộ, ta có thể điều khiển và giám sát S7-1200 từ
khoảng cách xa, thậm chí với Webserver, ta có thể kết nối với S7-1200 thông qua các trang
web, các thiết bị di động, hết sức thuận lợi cho việc điều khiển, giám sát, vận hành hệ thống từ
xa.
S7-1200 có thể làm việc ở những môi trường làm việc nguy hiểm, độc hại cho con người,
những môi trường khắc nghiệt như nhà máy luyện thép, …
f) Các tiếp điểm Ladder (LAD)
Bảng A. 1. Các tiếp điểm thường mở và thường đóng
L

SCL

Mô tả

AD
IF in THEN

Tiếp điểm thường hở và tiếp điểm thường
đóng: Ta có thể kết nối các tiếp điểm với nhau và
Statement tạo ra mạch logic kết nối. Nếu bit ngõ vào mà ta
;
chỉ rõ sử dụng bộ nhớ danh định I (ngõ vào) hay

Q (ngõ ra) thì giá trị bit sẽ được đọc từ một thanh
ELSE
ghi bộ đệm. Các tín hiệu tiếp điểm vật lý trong
xử lý điều khiển được nối đến các đầu cực cổng
Statement vào trên PLC. CPU quét các tín hiệu ngõ vào
;
được kết nối và cập nhật liên tục các giá trị tương
ứng trong thanh ghi bộ đệm ngõ vào.
END_IF;
Ta có thể đọc tức thời một ngõ vào vật lý
IF NOT (in) bằng cách sử dụng “:P” theo sau tag cổng vào (ví
THEN
dụ: “Motor_Start:P” hoặc “%I3.4:P”). Đối với
việc đọc tức thời, các giá trị dữ liệu bit được đọc
Statement một cách trực tiếp từ ngõ vào vật lý thay vì từ bộ
;
đệm. Việc đọc tức thời thì không cập nhật dữ
liệu từ bộ đệm.
ELSE
Statement
;
END_IF;

Nhóm 8

Page 11


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

Bảng A. 2. Các kiểu dữ liệu cho các tham số(tiếp điểm NO và NC)
Các tham số

Kiểu dữ liệu

Mô tả

IN

Bool

Gán bởi bit

•
•
•
•

Tiếp điểm thường mở sẽ đóng (ON) khi giá trị bit được gán là 1.
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng (ON) khi giá trị bit được gán là 0.
Các tiếp điểm được kết nối nối tiếp sẽ tạo nên mạch logic AND.
Các tiếp điểm được kết nối song song sẽ tạo nên mạch logic OR.

1. Các hộp lệnh AND, OR và XOR trong FBD

Trong lập trình FBD, tiếp điểm trong các mạng của LAD thì được biểu diễn bằng các
hộp mạng AND (&), OR (>=1) và XOR (x) nơi mà ta phải chỉ rõ giá trị bit cho các cổng vào và
ra của hộp. Ta cũng có thể kết nối tới các hộp logic khác và tạo ra mạch logic kết nối của mình.

Sau khi đặt hộp trong mạng, ta có thể kéo công cụ “Insert binary input” từ thanh công cụ
“Favorites” hoặc cây lệnh và sau đó thả chúng lên cạnh cổng vào hộp để thêm nhiều cổng vào
hơn. Chúng ta cũng có thể right-click trên các kết nối cổng vào của hộp và chọn “Insert input”.
Các cổng vào và ra của hộp có thể được kết nối với một hộp logic khác, hoặc ta có thể
nhập vào một địa chỉ bit hoặc biểu tượng tên bit cho cổng vào đã ngắt kết nối. Khi mà hộp lệnh
được thực thi, trạng thái hiện tại của cổng vào được áp dụng tới hộp logic nhị phân “and”, và
nếu “true” thì cổng ra của hộp sẽ là “true”.

Bảng A. 3. Các hộp lệnh AND, OR và XOR
FBD

SCL1
out := in1
AND

Nhóm 8

Mô tả
Tất cả các ngõ vào của hộp AND phải
là “TRUE” để ngõ ra là “TRUE”.

Page 12


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

in2;
out := in1

Bất kỳ ngõ vào nào của hộp OR phải là
“TRUE” để ngõ ra là “TRUE”.

OR
in2;
out := in1

Một số lẻ các ngõ vào của hộp XOR
phải là “TRUE” để ngõ ra là “TRUE”.

XOR
in2;

1

Đối

với SCL: Ta phải gán kết quả hoạt động cho một biến được sử dụng cho các lệnh khác.

Bảng A. 4. Các kiểu dữ liệu cho các tham sốhộp lệnh AND, OR và XOR
Tham số

Kiểu dữ liệu

Mô tả

IN1, IN2

Bool

Input bit

a. Bộ đảo logic NOT

Bảng A. 5. Bộ đảo logic NOT
LAD

FBD

S

Mô tả

CL
N
OT

Nhóm 8

Đối với lập trình FBD, ta có thể kéo
công cụ “Negate binary input” từ thanh
công cụ “Favorites” hoặc cây lệnh và sau
đó thả chúng lên một cổng vào hoặc
cổng ra để xây dựng một logic đảo trên
hộp kết nối.

Page 13

Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9
Tiếp điểm NOT (LAD) sẽ đảo trạng
thái logic của dòng tín hiệu cổng vào như
sau:
•

Nếu không có tín hiệu tác động
tiếp điểm NOT thì sẽ có dòng
công suất ở cổng ra.

•

Nếu có tín hiệu tác động tiếp điểm
NOT thì sẽ không có dòng công
suất ở cổng ra.

2. Ngõ ra cuộn dây và hộp lệnh gán

Lệnh ngõ ra cuộn dây sẽ ghi một giá trị vào bit ngõ ra. Nếu như bit ngõ ra được chỉ rõ
nằm trong bộ nhớ danh định Q thì sau đó CPU sẽ biến bit ngõ ra trong thanh ghi bộ đệm về on
hoặc off, thiết lặp bit được gán thành trạng thái dòng tín hiệu. Các ngõ ra tín hiệu cho việc điều
khiển cơ cấu tác động được kết nối đến các đầu cực ngõ ra trên PLC. Trong chế độ RUN, hệ
thống CPU sẽ quét các tín hiệu cổng vào, sau đó xử lý trạng thái cổng vào theo chương trình
logic của bạn và cho ra đáp ứng bằng giá trị mới của trạng thái cổng ra chứa trong thanh ghi bộ
đệm cổng ra. Sau mỗi chu kỳ chương trình được thực thi, CPU chuyển đáp ứng mới của trạng
thái cổng ra trong thanh ghi bộ đệm đến các đầu cực cổng ra.

Bảng A. 6. Ngõ ra cuộn dây (LAD) và ngõ ra hộp lệnh gán (FBD)

LAD

FBD

SCL
out

Mô tả
:=

expression>;

Nhóm 8

Page 14

Trong lập trình FBD, các
cuộn dây LAD thì được chuyển
vào trong hộp lệnh gán (= and /=)


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

out := NOT
expression>;

nơi mà ta chỉ rõ một địa chỉ bit
cho cổng ra hộp. Các cổng vào và
cổng ra hộp có thể được kết nối
tới các hộp logic khác hoặc ta có
thể nhập vào một địa chỉ bit.
Ta có thể ghi tức thời một
ngõ ra vật lý bằng cách sử dụng
“:P” theo sau tag cổng ra (ví dụ:
“Motor_On:P” hoặc “%Q3.4:P”).
Đối với việc ghi tức thời, các giá
trị dữ liệu bit được ghi tới bộ đệm
cổng ra và ghi trực tiếp tới cổng
ra vật lý.

Bảng A. 7. Các kiểu dữ liệu cho các tham số (ngõ ra cuộn dây)
Tham số

Kiểu dữ liệu

Mô tả

OUT

Bool

Được gán bit

•

Nếu như có dòng công suất qua ngõ ra dạng cuộn dây hoặc một hộp “=” FBD

được kích hoạt thì Output sẽ có giá trị là 1.

•

Nếu như không có dòng công suất qua cuộn dây hoặc hộp lệnh gán “=” FBD
không được kích thì Output sẽ có giá trị là 0.

•

Nếu như có dòng công suất qua ngõ ra đảo dạng cuộn dây một hộp “=” FBD thì
Output sẽ có giá trị là 1.

•

Nếu như có dòng công suất qua ngõ ra đảo dạng cuộn dây một hộp “=” FBD thì
Output sẽ có giá trị là 0.

3. Các lệnh định tỷ lệ và chuẩn hóa

Bảng A. 8. Các lệnh SCALE_X và NORM_X

Nhóm 8

Page 15


Đại học Công nghiệp Hà Nội
LAD/
FBD

Điện 1 - K9

SCL
out :=
SCALE_X(
min,:=_undef_in

Mô tả
Định mức tỷ lệ tham số thực VALUE
được chuẩn hóa, với (0.0 <= VALUE <= 1.0)
trong kiểu dữ liệu và miền giá trị được xác
định bởi các tham số MIN và MAX:
OUT = VALUE (MAX – MIN) + MIN

_
value:=_real_in
_,
max:=undef_in_
);
out :=
NORM_X(
min:=_,undef_in
_

Chuẩn hóa tham số VALUE bên trong
miền giá trị được xác định bởi các tham số
MIN và MAX:
OUT = (VALUE – MIN) / (MAX –
MIN), với (0.0 <= OUT <= 1.0)

value:=_undef_i
n_,
max:=_undef_in
_);
Đối với LAD/FBD: Click vào “???” và chọn một kiểu dữ liệu từ danh sách thả.
Bảng A. 9. Các kiểu dữ liệu cho các tham sốlệnh SCALE_X và NORM_X
Tha
m số
MIN
VAL

Kiểu dữ liệu

Mô tả

SInt, Int, DInt, USInt, UInt, UDInt,
Giá trị cực tiểu ngõ
Real, LReal
vào của phạm vi
SCALE_X: Real, LReal

UE
Nhóm 8

Page 16

Giá trị ngõ vào để
định tỷ lệ hay chuẩn hóa

Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

NORM_X: SInt, Int, DInt, USInt, UInt,
UDInt, Real, LReal
MAX

SInt, Int, DInt, USInt, UInt, UDInt,
Giá trị cực đại ngõ
Real, LReal
vào của phạm vi

OUT

SCALE_X: SInt, Int, DInt, USInt,
Giá trị ngõ ra đã được
UInt, UDInt, Real, LReal
định tỷ lệ hay được chuẩn
hóa
NORM_X: Real, LReal

Đối với SCALE_X: Các tham số MIN, MAX và OUT phải cùng một kiểu dữ liệu.
Đối với NORM_X: Các tham số MIN, VALUE và MAX phải cùng một kiểu dữ liệu

Lưu ý
Thông số VALUE trong lệnh SCALE_X nên được hạn chế trong khoảng (0,0<=
VALUE <= 1,0)
Nếu thông số VALUE nhỏ hơn 0,0 hay lớn hơn 1,0 thì:
•

Hoạt động chia tỷ lệ tuyến tính có thể sinh ra các giá trị OUT nhỏ hơn giá trị
thông số MIN, hay nằm trên giá trị thông số MAX. Đối với các giá trị OUT nằm
vừa trong phạm vi kiểu dữ liệu OUT. Sự thực thi SCALE_X đặt ENO = TRUE
trong các trường hợp này.

•

Có khả năng tạo ra các số được định tỷ lệ mà không nằm trong phạm vi của kiểu
dữ liệu OUT. Trong những trường hợp này, giá trị thông số OUT được đặt đến
một giá trị trung gian, bằng với phần có trọng số nhỏ nhất của số thực được tỷ lệ
ưu tiên cho sự chuyển đổi cuối cùng sang kiểu dữ liệu OUT. Sự thực thi
SCALE_X đặt ENO = FALSE trong trường hợp này.

Thông số VALUE trong NORM_X nên được hạn chế trong khoảng (MIN <=
VALUE <= MAX)
Nhóm 8

Page 17


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

Nếu thông số VALUE nhỏ hơn MIN hay lớn hơn MAX, sự hoạt động chia tỷ lệ tuyến
tính có thể tạo ra các giá trị OUT được chuẩn hóa nhỏ hơn 0 hay lớn hơn 1. Trong trường hợp
này sự thực thi NORM_X đặt ENO = FALSE.
Bảng A. 10. Các trạng thái ENOlệnh SCALE_X và NORM_X
E

Mô tả

Kết quả OUT

1

Không có lỗi

Kết quả hợp lệ

NO

0

Kết quả vượt quá
Kết quả trung gian: phần có trọng số nhỏ
phạm vi hợp lệ đối với nhất của một số thực ưu tiên cho sự chuyển
kiểu dữ liệu OUT
đổi sau cùng sang kiểu dữ liệu OUT.

0

Thông số MAX <=
SCALE_X: phần có trọng số nhỏ nhất của
MIN
số thực VALUE lấp đầy kích thước OUT.
NORM_X: VALUE trong kiểu dữ liệu
VALUE được kéo dài để lấp đầy một kích
thước Double Word.

0

Thông số VALUE là
+/– INF hay +/– NaN

VALUE được ghi ra OUT

1.3.2 Modul mở rộng
1) Modul Analog

Trước hết bạn hãy so sánh việc cộng hai tín hiệu tương tự (analog) với việc cộng hai tín
hiệu số (digital), công việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số phát triển như hiện nay?
Hay ta lấy một ví dụ đơn giản như sau : Ta cần điều khiển nhiệt độ của một lò nung sao cho
đạt được chất lượng nào đó. Làm thế nào để đo nhiệt độ về và xử lý nhiệt độ đó như thế nào
trong bài toán điều khiển?

Nhóm 8

Page 18


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

Một trong những công cụ được sử dụng là module analog.
-

Vậy Module analog là gì?

-

Các bạn đã biết được những gì về module analog ?

-

Bạn đã từng sử dụng chưa ?

-

Nguyên lý hoạt động chung của module analog là gì ?

a, Khái niêm về modul analog
Modul analog là một công cụ để sử lý tín hiệu tượng tự thông qua việc sử lý các tín hiệu
số
b, Analog input:
Thực chất đó là mộ bộ biến đổi tương tự số (A/D) nó chuyển tín hiệu tương tự từ đầu vào
thành các con số ở đầu ra dùng để kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiển chẳng hạn như đo
nhiệt độ .
c,Analog output
Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một bộ biến đổi số
- tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để
điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz.
d, Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong công
nghiệp.
Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện.
Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện như nhiệt độ,
độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì vậy người ta cần phải có một thiết bị trung gian để
chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là

các đầu đo hay cảm biến.

Nhóm 8

Page 19


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu ra của
module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loại chuẩn phổ biến là
chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện.

-

Điện áp : 0 – 10V, 0-5V,

5V…

-

Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA,

10mA.

Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì vậy người ta
cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp.

Nhóm 8

Page 20


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

Chương 2 : Thiết kế hệ thống
2.1 Lựa chọn thiết bị và giới hạn các tham số
2.1 Biến tần SIEMENS MM440

Hình 2.1: Biến tần Siemens MM440.
Các sản phẩm biến tần Siemens dòng Micromaster 440 (MM440). Micromaster 440 chính
là một họ biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu chuẩn. Khả năng điều khiển
vector cho tốc độ Moment hay khả năng điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ
chính xác tuyệt vời cho các hệ thống truyền động quan trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ
thống định vị. Không chỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho người
dùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách tự động.
2.1.1.1 Đặc điểm chính của biến tần SIEMENS MM440.
Micromaster 440 là loại biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu chuẩn. Khả
năng điều khiển vector ổn định tốc độ hay khả năng điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn
đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống truyền động quan trọng như các hệ nâng

Nhóm 8

Page 21

Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

chuyển, các hệ thống định vị. Không chỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do
cung cấp cho người dùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách
tự động.
2.1.1.2 Nét nổi bật của MICROMASTER 440:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt.
Điều khiển Vector vòng kín (Tốc độ/Moment).
Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROFIBUS, Device Net, CANopen.
bộ tham số trong 1 nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động khác nhau.
Định mức theo tải Moment không đổi hoặc Bơm, Quạt.
Dự trữ động năng để chống sụt áp.
Tích hợp sẵn bộ hãm dùng điện trở cho các biến tần đến 75kW.
tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động cơ hoặc lên máy.

Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay.
Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC / KTY.
Khối chức năng Logic tự do: AND, OR, định thời, đếm.
Moment không đổi khi qua tốc độ 0.
Kiểm soát Moment tải.

Nhóm 8

Page 22


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Điện 1 - K9

2.1.1.3 Thông số kỹ thuật:

Nhóm 8

Page 23


Điện áp vào và Công suất

(200V đến 240V 1 AC ± 10% 0,12 đến 3kW ) ;

Đại học Công nghiệp Hà Nội
1 -; K9
(200V đến 240V 3 AC ± 10% 0,12 đếnĐiện
45kW)

(80V đến 480V 3 AC ± 10% 0,37 đến 200kW)
Tần số điện vào

47 đến 63Hz

Tần số điện ra

0 đến 650Hz

Hệ số công suất

0.95

Hiệu suất chuyển đổi

96 đến 97%

Khả năng quá tải

Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 giây ở
mỗi 300 giây hay 2 x dòng định mức trong 3 giây ở
mỗi 300 giây

Dòng điện vào khởi động

Thấp hơn dòng điện vào định mức

Phương pháp điều khiển

Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f;

điều khiển dòng từ thông FCC, Vector, Moment

Tần số điều rộng xung

2kHz đến 16kHz (ở bước 2kHz)

(PWM)
Tần số cố định

15, tuỳ đặt

Dải tần số nhảy

4, tuỳ đặt

Độ phân giải điểm đặt

10 bit analog: 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng) :
0,01Hz digital

Các đầu vào số

6 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể
chuyển đổi PNP/NPN

Nhóm 8

Các đầu vào tương tự

Page 24

2 *0 tới 10V, 0 tới 20mA và —10 tới +10V


Đại học Công nghiệp Hà Nội

Nhóm 8

Điện 1 - K9

Page 25