Nghiên cứu ứng dụng PLC s7 1200 để điều khiển lò hơi công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

VÕ SỸ PHƯƠNG NAM

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN
LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt)

Nha Trang, 6– 2017


1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

VÕ SỸ PHƯƠNG NAM

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN
LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt)
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
1. TS. Nguyễn Hữu Nghĩa
2. Ths. Nguyễn Văn Định

Nha Trang, 6 – 2017


2

MỤC LỤC

TRANG BÌA PHỤ ...........................................................................................................1
MỤC LỤC ........................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH .........................................................................................................6
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................8
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................. 10
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 10
1.2. Nhiệm vụ của đề tài ................................................................................................ 11
1.3. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 11
1.4. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................. 11
1.5. Nội dung nghiên cứu............................................................................................... 11
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ......................................................................................... 12
2.1. TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP .................................................... 12
2.1.1. Khái niệm về lò hơi .......................................................................................... 12
2.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển lò hơi........................................................ 13
2.1.3. Phân loại lò hơi ................................................................................................. 16
2.1.3.1. Theo mục đích sử dụng ............................................................................ 16
2.1.3.2. Theo chiều chuyển động tương đối giữa sản phẩm cháy và nước
trong lò ..................................................................................................................... 18
2.1.3.3. Theo sản lượng hơi (D) ............................................................................. 18


3

2.1.3.4. Theo áp suất hơi (P) .................................................................................. 18
2.1.3.5. Theo chế độ chuyển động của nước trong lò hơi .................................. 18
2.1.3.6. Dựa theo cách đốt nhiên liệu ................................................................... 19
2.1.4. Một số ứng dụng của lò hơi ............................................................................ 19
2.2. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 ........................................................................... 20
2.2.1. Sơ lược về PLC S7-1200.................................................................................. 20
2.2.1.1. PLC là gì ..................................................................................................... 20
2.2.1.2. Giới thiệu về họ PLC S7-1200 của hãng SIEMENS ............................ 20
2.2.2. So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác .......................................... 21
2.2.2.1. PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay .............................................. 21
2.2.2.2. PLC với máy tính ...................................................................................... 22
2.2.2.3. PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer) .......................... 22
2.2.2.4. Lợi ích của việc sử dụng PLC ................................................................. 23
2.2.3. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200 ......................................................... 23
2.2.3.1. Module CPU ............................................................................................... 25
2.2.3.2. Các module mở rộng ................................................................................. 26
2.2.4. Phần mềm STEP 7 Professional .................................................................... 26
2.2.4.1. Chức năng của phần mềm STEP 7 ......................................................... 26
2.2.4.2. Ngôn ngữ lập trình .................................................................................... 27
2.2.5. Một số lệnh cơ bản trong PLC ....................................................................... 27
2.2.5.1. Lệnh về bit logic ........................................................................................ 27
2.2.5.2. Lệnh Timer ................................................................................................. 29


4

2.2.5.3. Lệnh Counter ............................................................................................. 32
2.3. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI ....................... 34
2.3.1. Điều khiển mức nước ....................................................................................... 34

2.3.1.1. Dạng điều khiển bật/tắt (ON/OFF) ........................................................ 34
2.3.1.2. Bộ điều khiển mức dạng điều chỉnh ....................................................... 36
2.3.2. Điều khiển áp suất hơi sinh ra ....................................................................... 37
2.3.3. Điều khiển quá trình cháy .............................................................................. 41
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI ....................................... 45
3.1. Nguyên lý cấu tạo của lò hơi ống lò - ống lửa ..................................................... 45
3.2. Nguyên lý làm việc của lò hơi ống lò - ống lửa ................................................... 46
3.3. Yêu cầu điều khiển tự động hóa cho lò hơi ống lò - ống lửa ............................ 47
3.3.1. Điều khiển mức nước trong lò........................................................................ 47
3.3.2. Điều khiển áp suất hơi sinh ra ....................................................................... 49
3.4. Ứng dụng của PLC vào điều khiển lò hơi ........................................................... 50
3.4.1. Chọn module PLC............................................................................................ 50
3.4.2. Lập trình chương trình điều khiển PLC S7-1200 ....................................... 54
3.4.2.1. .. Các bước để viết một chương trình điều khiển trên phần mềm STEP
7.................................................................................................................................. 54
3.4.2.2. Viết chương trình để lập trình điều khiển hệ thống ............................ 58
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ....... 64
4.1. Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển lò hơi dùng PLC S7-1200 ................... 64
4.1.1. Sơ đồ bố trí thiết bị điều khiển....................................................................... 64


5

4.1.2. Chức năng thiết bị trong sơ đồ....................................................................... 65
4.2. Dụng cụ cần thiết để lắp đặt mô hình .................................................................. 68
4.3. Lắp đặt mô hình ...................................................................................................... 70
4.3.1. Ống thủy ............................................................................................................ 71
4.3.2. Rơle điều chỉnh áp suất ................................................................................... 72
4.3.3. Một số thiết bị khác ......................................................................................... 73
4.4. Vận hành thử, kiểm tra và sửa lỗi ........................................................................ 75

4.4.1. Chạy thử mô hình ............................................................................................ 75
4.4.2. Kiểm tra và sửa lỗi ........................................................................................... 81
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 83
5.1. Kết luận .................................................................................................................... 83
5.2. Kiến nghị .................................................................................................................. 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 85


6

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1. Khái niệm lò hơi..............................................................................................13
Hình 2.2. Lò hơi ống lò ...................................................................................................14
Hình 2.3. Lò hơi ống lò ống lửa......................................................................................14
Hình 2.4. Lò hơi ống nước chữ D...................................................................................15
Hình 2.5. Lò hơi nhà máy nhiệt điện ..............................................................................16
Hình 2.6. Lò hơi dùng trong công nghiệp ......................................................................17
Hình 2.7. Lò hơi tàu thủy ................................................................................................17
Hình 2.8. Phần cứng CPU S7-1200 ................................................................................24
Hình 2.9. Các cảm biến mức nước dạng đầu dò ............................................................35
Hình 2.10. Các cảm biến mức nước dạng phao ............................................................36
Hình 2.11. Sơ đồ điều khiển mức nước lò hơi dạng điều chỉnh ...................................37
Hình 2.12. Lắp đặt công tắc áp suất trên bao hơi của lò hơi.........................................38
Hình 2.13. Hệ thống điều khiển lò hơi ...........................................................................40
Hình 2.14. Bộ lập trình ngọn lửa đảm bảo an toàn ........................................................42
Hình 2.15. Trình tự điều khiển quá trình cháy của lò hơi đốt khí ................................44
Hình 3.1. Cấu tạo của lò hơi ống lò ống lửa ..................................................................45
Hình 3.2. Lò hơi ống lò - ống lửa ...................................................................................46
Hình 3.3. Sơ đồ điều khiển mức nước trong lò hơi .......................................................48

Hình 3.4. Sơ đồ điều khiển áp suất hơi sinh ra của lò hơi.............................................49


7

Hình 3.5. PLC S7-1200 và sơ đồ chân đấu ....................................................................51
Hình 3.6. Cấu tạo mặt trước của module .......................................................................52
Hình 3.7. Sơ đồ các chân đấu nối của module ...............................................................53
Hình 3.8. Quá trình điều khiển bơm nước (chạy/dừng) ................................................59
Hình 3.9. Quá trình điều khiển béc đốt cho lò hơi (chạy/ngừng) .................................60
Hình 3.10. Quá trình báo sự cố hụt nước trong lò .........................................................61
Hình 3.11. Quá trình báo sự cố mức nước cao trong lò ................................................62
Hình 3.12. Quá trình Reset hệ thống báo động sự cố ....................................................63
Hình 4.1. Sơ đồ bố trí thiết bị điều khiển lò hơi công nghiệp bằng PLC S7-1200......64
Hình 4.2. Máy khoan cầm tay .........................................................................................68
Hình 4.3. Tua vít ..............................................................................................................69
Hình 4.4. Kềm tuốt dây điện ...........................................................................................69
Hình 4.5. Mô hình điều khiển mức nước và áp suất của lò hơi. ...................................70
Hình 4.6: Bình nước lắp đặt các cảm biến mức nước ...................................................71
Hình 4.7. Rơle áp suất kép ..............................................................................................72
Hình 4.8. Bật CB lên chế độ ON ....................................................................................75
Hình 4.9. Bật công tắc qua chế độ ON ...........................................................................76
Hình 4.10. Hệ thống báo động khi thiếu nước trong bình (lò) .....................................76
Hình 4.11. Contactor bơm nước chạy ............................................................................77
Hình 4.12. Contactor bơm nước dừng khi đã đạt ..........................................................78
Hình 4.13. Hệ thống báo động khi mức nước cao .........................................................79
Hình 4.14. Contactor béc đốt ngừng khi đủ áp suất ......................................................80
Hình 4.15. Contactor béc đốt chạy khi chưa đủ áp suất ................................................81

8

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng thông số và kiểu dữ liệu của bộ Timer ................................................31
Bảng 2.2: Bảng giá trị TIME ..........................................................................................31
Bảng 2.3: Bảng thông số và kiểu dữ liệu của bộ Counter .............................................33
Bảng 3.1. Khai báo đầu vào/ra PLC ...............................................................................58
Bảng 4.1. Các thiết bị trong mô hình .............................................................................73
Bảng 4.2. Bảng lỗi, nguyên nhân và cách khắc phục ....................................................82


9

LỜI CẢM ƠN

Sau bốn năm học tại trường Đại học Nha Trang, đến nay tôi đang ở trong giai
đoạn cuối của chương trình đào tạo tại trường và thực hiện đồ án tốt nghiệp đại học.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ
nhiệm Khoa Cơ Khí cùng toàn thể các Thầy, Cô giáo đã tham gia giảng dạy tôi trong
suốt bốn năm qua.
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng quý giá từ
Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí, cùng sự chỉ bảo, sẵn sàng giúp đỡ của các Thầy Cô trong
bộ môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh.
Cảm ơn các Thầy Cô trong bộ môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh đã hỗ trợ kinh phí để
giúp đỡ tôi thực hiện đồ án tốt nghiệp và hoàn thiện mô hình.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lời biết ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Hữu Nghĩa
và thầy Nguyễn Văn Định đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, đã tạo mọi điều kiện
tốt nhất cho tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Cha, Mẹ, các Anh Chị, và tất cả những người bạn đã

giúp tôi suốt chặng đường học tập cũng như suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp, đã cho
tôi động lực để hoàn thành khóa học và đề tài tốt nghiệp của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Nha Trang, tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Võ Sỹ Phương Nam


10

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ngành nhiệt lạnh ra đời từ rất lâu khi con người bắt đầu biết cách điều khiển nhiệt
độ không khí theo mục đích sử dụng của mình. Sau nhiều thời gian nghiên cứu và tìm
hiểu thì con người đã tìm ra một hệ thống có thể điều khiển nhiệt độ của không khí để
phục vụ các sinh hoạt của mình như: bảo quản thực phẩm, làm mát không gian sinh
hoạt. Trong những năm gần qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã được ứng dụng rất
mạnh mẽ trong các ngành như: sinh học, hóa chất, công nghiệp dệt, thuốc lá, rượu, bia,
điện tử, tin học, y tế, thực phẩm, chế biến và bảo vệ thủy sản. Ngành nhiệt lạnh rất đa
dạng, ngoài những ngành nêu trên đa số sử dụng nguồn nhiệt lạnh để ứng dụng thì vẫn
có một số ngành sử dụng nguồn nhiệt nóng để đưa vào sử dụng như: ngành nhiệt điện,
công nghệ thực phẩm, dệt, công nghiệp sản xuất, dịch vụ... Vì thế, không chỉ phát triển
các thiết bị làm lạnh mà các thiết bị làm nóng, lò hơi cũng phát triển mạnh mẽ song
song.
Bên cạnh đó, yếu tố tự động hóa các thiết bị cũng được dần cải thiện. Chúng ngày
càng ăn sâu vào các quá trình điều khiển hệ thống một cách tự động và linh hoạt hơn,
nhằm giúp quá trình vận hành của con người ngày càng đơn giản hơn. Vì thế, nhằm
đơn giản hóa, tự động hóa cho các quá trình điều khiển bằng tay (cơ) váo lò hơi nói
riêng và các máy, thiết bị lạnh nói chung, ta thay thế thành điều khiển tự động bằng lập
trình PLC.

Qua đó, sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình
của thầy cô trong bộ môn Công nghệ kỹ thuật Nhiệt – Lạnh trường ĐH Nha Trang, nên
tôi được giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển lò
hơi công nghiệp” với sự trợ giúp của GVHD TS. Nguyễn Hữu Nghĩa và Th.s Nguyễn
Văn Định.


11

1.2. Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển lò hơi công nghiệp.
- Thiết kế mô hình thiết bị điều khiển thực tế.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
- Lập trình điều khiển tự động cấp nước cho lò hơi.
- Lập trình điều khiển tự động quá trình đốt của lò hơi.
- Thử nghiệm điều khiển trên mô hình thực tế.
1.4. Đối tượng nghiên cứu
- Lò hơi ống lò ống lửa nằm ngang, đốt dầu DO, có trang bị chỗ gắn các cảm biến
mức nước, cảm biến áp suất.
- Bộ lập trình PLC S7-1200, phần mềm STEP 7.
1.5. Nội dung nghiên cứu
1. Mở đầu.
2. Tổng quan về lò hơi công nghiệp, PLC S7-1200 và hệ thống điều khiển lò hơi.
3. Ứng dụng PLC điều khiển cho lò hơi công nghiệp.
4. Thiết kế, lắp đặt mô hình thiết bị điều khiển.
5. Kết luận và kiến nghị.


12

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

2.1. TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

2.1.1. Khái niệm về lò hơi
Lò hơi là thiết bị mà trong đó diễn ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng
tỏa ra trong quá trình cháy được truyền cho nước trong lò hơi để biến thành hơi nước
→ biến hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng dòng hơi.


13

Hình 2.1. Khái niệm lò hơi
2.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển lò hơi
- Lò hơi bắt đầu được sử dụng vào thế kỉ XVIII. Lúc đầu, lò hơi ra đời sớm nhất có
hình dạng đơn giản như nồi nấu thông thường. Theo thời gian, hình dạng và công năng
của chúng thay đổi với xu hướng tăng công suất và hiệu suất nhiệt, lắp đặt và vận hành
đơn giản, phù hợp với điều kiện thực tế. Lò hơi có nhiều định nghĩa đã được sử dụng
để mô tả nó. Lò hơi có thể được mô tả như là một thiết bị dùng để sinh ra hơi nước nhờ
nhiệt lượng của nhiên liệu đốt cháy. Lò hơi dùng để chuyển đổi năng lượng hóa học
của nhiên liệu thành năng lượng nhiệt của hơi hoặc năng lượng nhiệt của khí nóng
chuyển thành năng lượng của hơi mà không có quá trình cháy xảy ra. Lò hơi cũng được
xem là một bình giữ áp, sản sinh ra hơi với áp suất làm việc trên 2bar. Do vậy, một lò
hơi không nhất thiết phải có một bộ đốt. Một thiết bị gia nhiệt nước trong một bình
chứa hở hoặc có dung tích nhỏ thì không gọi là một lò hơi.
- Lò hơi được cải tiến mạnh mẽ cả về hình thức, kết cấu và sản lượng hơi. Ngày
càng được cải tiến dần theo nhu cầu sử dụng và quy mô ngày càng mở rộng. Các tiêu
chuẩn được đặt ra nhằm cải tiến, phát triển lò hơi:
+ Nâng cao hiệu suất của lò hơi.
+ Tăng sản lượng hơi, nâng cao thông số hơi (t,p).

14

+ Tuần hoàn nước trong lò hơi phải tốt.
+ Dễ lắp ráp và sửa chữa.
+ Nâng cao tính an toàn trong vận hành.
+ Giảm vốn đầu tư.
+ Tăng cường cơ giới hóa, tự động hóa.
- Lò hơi được cải tiến theo hai hướng chính:
+

Hướng I: tăng bề mặt trao đổi nhiệt vào bên trong lò.

Theo hướng này người ta chế tạo ra: lò hơi ống lò, lò hơi ống lửa, lò hơi ống lò
ống lửa.

Hình 2.2. Lò hơi ống lò

Hình 2.3. Lò hơi ống lò ống lửa

 Ưu điểm
- Là sự kết hợp của lò hơi ống lò và lò hơi ống lửa nên có ưu điểm nổi trội hơn.
- Tốc độ sinh hơi nhanh và hiệu quả hơn.
- Hiệu suất cháy cao do có hệ thống gió cưỡng bức.
- Hiệu suất nhiệt cao hơn so với loại lò hơi khác.
- Có kết cấu gọn nhẹ, dễ vận chuyển.


15

- Vận hành dễ dàng.
 Nhược điểm
- Do lắp thêm các ống lửa nên khó vệ sinh làm sạch cáu cặn xung quanh các ống lò
và ống lửa.
- Dễ đóng tro bụi ở bề mặt trong của các ống lò, ống lửa làm hạn chế quá trình
truyền nhiệt.
- Dễ bị xì ở các mép ống.
+

Hướng II: tăng bề mặt trao đổi nhiệt ra bên ngoài lò.

Theo hướng này người ta chế tạo ra: lò hơi ống nước.

Hình 2.4. Lò hơi ống nước chữ D


16

2.1.3. Phân loại lò hơi
2.1.3.1. Theo mục đích sử dụng
- Lò hơi nhà máy nhiệt điện: sử dụng sản lượng hơi rất lớn để làm quay tuabin hơi
trong nhà máy nhiệt điện. Hiện nay, đang ngày càng phổ biến và sử dụng rộng rãi.

Hình 2.5. Lò hơi nhà máy nhiệt điện
- Lò hơi công nghiệp: được sử dụng phổ biến trong các phân xưởng, nhà máy có
sử dụng sản lượng hơi vửa và lớn.


17

Hình 2.6. Lò hơi dùng trong công nghiệp
- Lò hơi tàu thủy: dùng trên các tàu thủy vừa và lớn để sinh hơi nhằm phục vụ sinh
hoạt trên tàu với sản lượng hơi nhỏ.

Hình 2.7. Lò hơi tàu thủy


18

2.1.3.2. Theo chiều chuyển động tương đối giữa sản phẩm cháy và nước trong lò
- Dạng lò hơi ống lửa: khói chuyển động trong các ống được bao phủ bởi nước bên
ngoài ống.
- Dạng lò hơi ống nước: nước chuyển động trong ống, khói chuyển động bên ngoài
ống.
2.1.3.3. Theo sản lượng hơi (D)
- Lò hơi nhỏ: D < 12 tấn/h.
- Lò hơi trung bình: 12 tấn/h < D < 110 tấn/h.
- Lò hơi lớn: D > 110 tấn/h.
- Lò hơi cực lớn: D > 600 tấn/h.
2.1.3.4. Theo áp suất hơi (P)
- Lò hơi hạ áp: P < 10 at.
- Lò hơi trung áp: 10 < P < 40 at.
- Lò hơi cao áp: 40 < P < 100 at.
- Lò hơi siêu cao áp: P > 100 at.
2.1.3.5. Theo chế độ chuyển động của nước trong lò hơi
- Lò hơi đối lưu tự nhiên: môi chất chuyển động đối lưu tự nhiên do sự chênh lệch
mật độ trong nội bộ môi chất mà không tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên.
- Lò hơi tuần hoàn tự nhiên: môi chất chuyển động theo vòng tuần hoàn khép kín
nhờ sự chênh lệch khối lượng riêng theo nhiệt độ của môi chất.

- Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức: môi chất tuần hoàn cưỡng bức dưới tác dụng của
bơm.
- Lò hơi đối lưu cưỡng bức: lò hơi trực lưu hoặc đơn lưu. Dưới tác dụng của bơm,
môi chất chỉ đi thẳng một chiều, nhật nhiệt biến hóa hơi và đưa đến nơi sử dụng mà
không tuần hoàn trở lại.


19

2.1.3.6. Dựa theo cách đốt nhiên liệu
- Lò hơi đốt theo lớp: nhiên liệu rắn (than, củi, bã mía,...) được xếp thành lớp trên
ghi để đốt.
+ Ghi cố định.
+ Ghi di động: lò ghi xích.
- Lò hơi đốt phun: có khả năng đốt nhiên liệu rắn, lỏng, khí nhờ có vòi phun nhiên
liệu. Nhiên liệu phải chuẩn bị trước (nhiên liệu rắn phải được nghiền mịn và sấy nóng).
- Lò hơi đốt đặc biệt:
+ Buồng lửa xoáy: nhiên liệu là than cám nguyên khai hoặc nghiền sơ bộ. Nhiên
liệu và không khí được đưa vào buồng lửa hình trụ theo chiều tiếp tuyến với tốc độ cao.
+ Buồng lửa tầng sôi: nhiên liệu rắn nguyên khai hoặc nghiền sơ bộ được đưa vào
lò, dưới tác động của gió tốc độ cao, hỗn hợp cháy lơ lửng.
2.1.4. Một số ứng dụng của lò hơi
- Ngành nhiệt điện: lò hơi sản xuất ra hơi quá nhiệt có thông số cao (áp suất, nhiệt
độ cao) để quay tuabin sản xuất điện năng.
- Ngành công nghệ thực phẩm:
+ Sản xuất đồ hộp (rau quả, sửa, thịt,...): lò hơi sử dụng để sản xuất ra hơi phục vụ
cho các quá trình : chần, hấp, nung nóng, cô đặc, rán, thanh trùng,...
+ Sản xuất rượu, bia, nước giải khát,...: lò hơi công nghiệp sản xuất hơi bão hòa
có áp suất thấp, sản lượng hơi nhỏ.
- Ngành dệt: hơi được sản xuất ra từ lò hơi để sử dụng cho các quá trình hồ sợi,

nhuộm, sấy,...
- Các ngành công nghiệp sản xuất: sử dụng lò hơi sản xuất hơi để phục vụ cho các
quá trình sản xuất giấy, cao su, chế biến gỗ,...
- Các ngành dịch vụ: lò hơi dùng để sản xuất hơi có áp suất và nhiệt độ thấp để sử
dụng vào sưởi ấm, tắm hơi.


20

2.2. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
2.2.1. Sơ lược về PLC S7-1200
2.2.1.1. PLC là gì
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được (khả
trình) mà tuỳ vào người sử dụng nó có thể thực hiện một loạt hay trình tự các sự kiện,
các sự kiện này được kích thích bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào)
tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện
được đếm. Khi một sự kiện được kích hoạt, thật sự là nó bật ON hay OFF thiết bị bên
ngoài hay còn gọi là các thết bị vật lý (các thiết bị được gắn vào ngõ ra của PLC). Như
vậy, chúng ta có thể hiểu rằng, PLC là một bộ “điều khiển logic theo chương trình”, ta
chỉ cần thay đổi chương trình cài đặt trong PLC là PLC có thể thực hiện được các chức
năng khác nhau, điều khiển trong những môi trường khác nhau. Là một hệ mang tính
vượt trội so với các thiết bị hiện tại nó mang tính chính xác cao và đạt hiệu quả công
việc cao.
2.2.1.2. Giới thiệu về họ PLC S7-1200 của hãng SIEMENS
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200.
So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát
nhiều ứng dụng tự động hóa. 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 S7-1200.
- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,

các đầu vào/ra (DI/DO).
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình
điều khiển:
+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.


21

+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài
ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD,
LAD và SCL.Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal V13 của Siemens.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal V13 vì phần mềm này
đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
2.2.2. So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác
2.2.2.1. PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay
Việc phát triển hệ thống điều khiển bằng lập trình đã dần dần thay thế từng bước
hệ thống điều khiển bằng Relay trong các quá trình sản xuất. Khi thiết kế một hệ thống
điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn các hệ thống, hệ thống điều
khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng Relay do các
nguyên nhân sau:
Thay đổi trình tự điều khiển một cách linh động.
- Có độ tin cậy cao.
- Khoảng không lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm diện tích.
- Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra cao.
- Sự chọn lựa dữ liệu một cách thuận lợi, dễ dàng.
- Dễ dàng thay đổi cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có

nhu cầu mở rộng sản xuất.

Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã
nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng
vượt trội hơn hệ thống điều khiển cổ điển (Relay, Contactor,…). Hệ thống điều khiển
này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tương lai do không phải đổi, bỏ hệ


22

thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi
chương trình cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới.
2.2.2.2. PLC với máy tính
Cấu trúc giữa máy tính với PLC đều dựa trên bộ vi xử lý (CPU) để xử lý dữ liệu.
Tuy nhiên có một vài cấu trúc quan trọng cần phân biệt để thấy rõ sự khác biệt giữa
một PLC và một máy tính.
Không như máy tính, PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường
công nghiệp. Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical
Noise), vùng có từ truờng mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ môi trường cao …
Điều quan trọng thứ hai đó là: một PLC được thiết kế với phần cứng và phần mềm
sao cho dễ lắp đặt (đối với phần cứng) đồng thời về mặt chương trình cũng phải dễ
dàng để người sử dụng (kỹ sư, kỹ thuật viên) thao tác lập trình một cách nhanh chóng,
thuận lợi (ví dụ: lập trình bằng ngôn ngữ hình thang… ).
2.2.2.3. PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer)
Đối với một PC, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC,
sự khác biệt có thể biết được như sau:
- Máy tính không có các cổng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng

thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp.
- Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải là dạng hình thang, máy tính ngoài

việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các

phần mềm khác, làm "chậm" đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển.
Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dễ dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như
PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC.


23

2.2.2.4. Lợi ích của việc sử dụng PLC
Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được
các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp. Kích thước của
PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng
của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp
trong điều khiển hệ thống.
Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống diều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với
sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào / ra …), mà không phải thay
đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi
đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển đổi hệ điều
khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ
thống được điều khiển linh hoạt hơn.
Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng
không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác. Điều này
càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp
đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác.
Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ
giao diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các
hỏng hóc (trouble shoding) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho
việc sửa chữa thuận lợi hơn.
2.2.3. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200
PLC S7-1200 được thiết kế theo kiểu module. Các module này sử dụng cho nhiều
ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc

thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống. Số các module
được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng, song tối thiểu bao giờ cũng có một


24

module chính là module CPU. Các module còn lại là những module truyền và nhận tín
hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài, các module chức năng chuyên dụng… Chúng
được gọi chung là các module mở rộng.
Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet
(Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC
và các màn hình HMI. Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều
khiển được nhanh chóng, đơn giản.
Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các màn
hình HMI mới dùng cho PLC S7-1200 cũng được giới thiệu. Tất cả cùng tạo ra một
giải pháp tích hợp, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ (Micro Automation).

 Bộ phận kết nối nguồn
 Các bộ phận kết nối nối
dây của người dùng có thể
tháo được (phía sau các nắp
che). Khe cắm thẻ nhớ nằm
dưới cửa phía trên.
 Các led trạng thái dành
cho I/O tích hợp.


Bộ

phận

kết

nối

PROFINET (phía dưới của
CPU).
Hình 2.8. Phần cứng CPU S7-1200