ỨNG DỤNG PLCS7_200 ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ DẢI 0 - 1200

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................................3
1.1. Mục đích đề tài.......................................................................................................................3
1.2. Phương pháp đo.................................................................................................................... 3
1.2.1. Phương pháp đo tiếp xúc................................................................................................3
1.2.2. Phương pháp đo không tiếp xúc..................................................................................5
1.3. Tìm hiểu về PLC ( loại S7-200 ).....................................................................................6
1.3.1. Khái quát về PLC S7-200.................................................................................................6
1.3.2. Các module, đối tượng mở rộng...............................................................................15
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.........................................................................22
2.1. Lựa chọn thiết bị và giới hạn tham số......................................................................22
2.1.1. Bộ điều khiển trung tâm..............................................................................................22
2.1.2. mạch khuếch đại không đảo.....................................................................................24
2.1.3. Van điều chỉnh (nhiệt độ) SPV..................................................................................24
2.1.4. Thiết bị giao tiếp máy tính..........................................................................................25
2.1.5. Van điều chỉnh (nhiệt độ) SPV.......................................................................26
2.2. Xây dựng sơ đồ khối,sơ đồ đấu dây...........................................................................27
2.2.1. Sơ đồ khối.......................................................................................................................... 27
2.2.2. sơ đồ đấu dây................................................................................................................... 28
2.3 Xây dưng thuật toán...........................................................................................................30
2.4 Xây dựng phần mềm..........................................................................................................31
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI...................................................................................34
3.1 Kết quả lý thuyết.................................................................................................................34
3.2 Kết quả thực nghiệm – hạn chế và giải pháp khắc phục..................................34
1


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên
tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại
hơn.

Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các
đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ… là những yếu tố
rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao
hơn.
Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay, thì vi ệc ứng dụng
thiết bị logic khả trình PLC để tự động hóa quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu
tăng năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang là
một vấn đề cấp thiết và có tính thời sự cao.
Trong quá trình tiến hành làm báo cáo thực tập, bản thân em đã c ố g ắng
tham khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế , nhưng do thời gian và kinh nghi ệm còn
hạn chế nên bản báo cáo không thể tránh khỏi những thi ếu sót. Do đó, em r ất
mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quí báu c ủa các
thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo c ủa giáo viên
hướng dẫn NGUYỄN THU HÀ đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được
đồ án này!

2


CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Mục đích của đề tài.
Hiện nay các nghành công nghiệp đã và đang ứng dụng tự động hóa vào các quá
trình sản xuất nhằm tạo ra năng suất cao, hạ giá thành sảm phẩm, giảm sức lao động
của con người. Việc ứng dụng PLC vào điều khiển quá trình công nghệ đã làm cho
công việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở lên đơn giản và đem lại hiệu quả cao.
Bên cạnh đó vấn đề tiết kiệm năng lượng trong quá trình s ử dụng công ngh ệ
cũng là vấn đề cần quan tâm khi nước ta hiện nay đang thi ếu đi ện và các nhà
máy xí nghiệp cần áp dụng thiết bị và công nghệ vào quá trình đi ều khi ển đ ể
giảm được lượng tiêu thụ điện và chi phí sản xuất.

Hiểu được tầm quan trọng của việc đó và dựa trên cơ sở những kiến thức

được trang bị trên ghế nhà trường nên nhóm chúng em đã chọn đề tài:
” Ứng dụng PLC S7-200 đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ trong lò
với giải đo [ 0 – 1200 ]°C “
1.2 Phương pháp đo.
Với đại lượng nhiệt chúng ta có các phương pháp đo tiếp xúc và không
tiếp xúc:
1.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc.
1.2.1.1. Cặp nhiệt điện trở :
- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
-

Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).

-

Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.

-

Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.

-

Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…

-

Tầm đo: Từ -100 °C đến 1400 °C

3


Hình 1.1: cấu tạo của thermocouples
Cấu tạo: gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng
( đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( đầu chuẩn ). Khi có s ự chênh l ệch
nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức đi ện động V tại đầu
lạnh
 Lưu ý :
-

không nên nối thêm dây, cọng dây của cảm biến nên để thông thoáng và cu ối
cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị.

-

Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm và d ương ) do v ậy c ần chú ý kí hi ệu
để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng

1.2.1.2. Nhiệt kế bán dẫn.
- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.
- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
- Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn
giản.
- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền.
- Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thi ết bị đo, bảo vệ các
mạch điện tử.
- Tầm đo: -50 <150 D.C.

4


Hình 1.2: nhiệt kế bán dẫn
Ta dễ dàng bắt gặp các loại này dưới dạng diode tương tự Pt100, các loại IC
như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra
điện áp thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có trong mạch.
 Lưu ý :
-

Cảm biến nhiệt bán dẫn kém bền, không chịu nhi ệt độ cao, n ếu v ượt
ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến.

-

Loại này kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: Độ ẩm cao, hóa ch ất
có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh.

1.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc.
1.2.2.1. Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế).
-

Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học.

-

Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.

-

Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc v ới môi
trường đo.

-

Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền.

-

Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung.

-

Tầm đo: Từ -54°F đến 1000 °F.

-

Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế ) là loại thiết bị chuyên dụng dùng đ ể đo nhi ệt đ ộ
của những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúc
được ( lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến).
5


-

Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc.
 Lưu ý khi sử dụng:

- Hỏa kế có các tầm đo khác nhau, tuy nhiên đa số hỏa kế đo ở kho ảng nhi ệt
độ cao. Và vì đặc điểm không tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo nên mức đ ộ

chính xác của hỏa kế không cao, chịu nhi ều ảnh hưởng của môi tr ường xung
quanh .

1.3 Tìm hiểu về loại PLC S7-200:
1.3.1 Khái quát về PLC S7 200.

- PLC (Programmable Logic Controller): Bộ điều khiển lập trình, PLC
được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công
nghiệp và thương mại. S7-200 là thiết bị của hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu
modul có các modul mở rộng.
- 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
chương trình và dữ liệu(Catridge )
- Dòng PLC S7-200 có hai họ 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
- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển
chuổi sự kiện.
- PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có
tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển
khối dữ liệu, khối truyền thông,…
- PLC có những ưu điểm:
+ Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động,
nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy.
+ Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp.
+ Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển.
+ PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi.
+ Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.
6

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật series 22x

1.3.1.1 Cấu trúc của s7-200:
1. Hình dáng và cấu trúc của PLC:

Hình 1.3. Hình ảnh chung của S7_200

7




Cấu trúc Phần cứng của PLC

Hình 1.4: cấu trúc phần cứng của PLC
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm
(CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O)
- Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng được kết nối
vào.
- CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ
hoặc quá trình.
- Vùng nhớ.
- Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự. Các ngõ vào
dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ
ra dùng để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình.
- Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để
nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện
truyền thông giữa các trạm trong mạng.
- Các loại module chức năng (FM: Function Module): Ví dụ các module

điều khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ…
 Mô tả các đèn báo trên S7-200:
- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.
- RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc
và thực hiện chương trình nạp ở trong máy.
- STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng,
không thực hiện chương trình hiện có.
8


- Ix.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng vào Ix.x. Đèn
sáng tương ứng mức logic là 1.
Qx.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng ra Qx.x. Đèn
sáng tương ứng mức logic là 1.
 Cổng truyền thông:
Chân 1: nối đất.
Chân 2: nối nguồn 24VDC.
Chân 3: truyền và nhận dữ liệu.
Chân 4: không sử dụng.
Chân 5: đất
Chân 6: nối nguồn 5VDC
thông

Hình 1.5: Hình ảnh cổng truyền

Chân 7: nối nguồn 24VDC.
Chân 8: truyền và nhận dữ liệu.
Chân 9: không sử dụng.
 Cấu trúc bên trong:

9


Hình 1.4: cấu trúc bên trong PLC
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm (CPU:
Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O)
Trong đó:
- Thiết bị đầu vào gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như nút nhấn,
cảm biến, công tắc hành trình…
- Input, Output: các cổng nối phía đầu vào ra của PLC hay các Module mở
rộng.
- Cơ cấu chấp hành gồm các thiết bị điều khiển như: chuông, đèn,
contactor, động cơ, van khí nén, heater, máy bơm, led hiển thị…
- Chương trình điều khiển: định ra quy luật thay đổi tín hiệu Output đầu ra
theo tín hiệu Input đầu vào như mong muốn. Các chương trình điều khiển
được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dụng cầm tay ( Hand –
Hold programmer PG) hoặc chạy bằng phần mềm điều khiển trên máy
tính sau đó được nạp vào PLC thông qua cáp kết nối PLC với máy tính
( hay PG).
- Khối điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit) gồm ba phần:
Bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp.
- Có nhiều loại bộ nhớ để người sử dụng lựa chọn theo mục đích hay yêu
cầu sử dụng
- ROM ( Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc không nhớ, dùng lưu trữ
chương trình cố định, không thay đổi thường dùng cho nhà sản xuất PLC.
- RAM ( Random Access Memory) : bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để
lưu dữ liệu và chương trình cho người sử dụng.
- EPROM: ROM lập trình có thể xóa được.
- EEPROM (miền nhớ ngoài): Electrically EPROM.
 Vùng nhớ chương trình:

Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và
INTERRUPT.
- OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn đ ược quét
trong mỗi vòng quét.
- SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có bi ến
hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được th ực hi ện khi có l ệnh
gọi từ chương trình chính.
10


- INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và
có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác. Chương
trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra.
1.3.1.2. Ngôn ngữ lập trình.
Có 3 dạng ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là:

- Phương pháp hình thang ( Ladder Logic ) viết tắt là LAD.
- Phương pháp liệt kê lệnh ( Statemnt List ) viết tắt là STL.
- Phương pháp theo dạng dữ liệu hình khối( Data Block) viết tắt là DB.
Nếu chương trình dược viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra
một chương trình theo kiểu STL tương ứng. Nhưng ngược lại không phải một
chương trình nào được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển được sang LAD.
Ở trong đồ án em sử dụng phương pháp hình thang(LAD).
LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ. Những thành ph ần cơ bản
dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng đi ều khi ển b ằng
rơle.Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng đ ể bi ểu di ễn l ệnh logic
như sau.
Tiếp điểm: Là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le, các ti ếp
điểm đó có thể là thường mở

hoặc thường đóng

Cuộn dây (coil): Là biểu tượng mô tả các rơ le được mắc theo chi ều dòng
điện cung cấp cho rơ le.
Hộp (box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có
dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu di ễn bằng h ộp là
các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học..
Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thi ện, đi từ
đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây
nóng, cấp (đường nguồn bên phải thường không được thể hiện khi dùng chương
trình tiện dụng STEP7-Mcro/Dos hoặcMicro/Win).

11


1.3.1.3. Mở rộng cổng vào ra:
Các PLC họ S7-200 đều có thể mở rộng thêm các đầu vào/ra và các chức
năng nâng cao khác bằng cách ghép nối thêm các module m ở r ộng v ề phía bên
phải của PLC tạo thành một móc xích các module. Địa ch ỉ của các v ị trí các
module được xác định bằng kiểu vào ra và vị trí của các module trong móc xích,
bao gồm các module có cùng kiểu.
Các module mở rộng số hay tương tự đ ều chiếm chỗ trong bộ đệm tương
ứng với số đầu vào ra của module.
Ví dụ cách đặt địa chỉ module mở rộng của CPU224:
1.3.1.4. Giao diện làm việc:
Sau khi đã cài đặt phần mềm STEP7-MICROWIN và vào chương trình làm
việc, giao diện làm việc sẽ được thể hiện như sau:
Navigation
Bar

Instruction
Tree

Cross
Reference

Data
Block

Status
Chart

Symbol
Table

12


Hình 1.7: cửa sổ làm việc S7-200

- Navigation Bar: Thể hiện các khối và các l ệnh làm vi ệc được t ạo s ẵn
trong phần mềm. Để sử dụng các khối này ta chỉ cần kích vào nút bi ểu tượng
tương ứng với khối cần dùng.
- Instruction Tree: Thể hiện tất cả các khối và lệnh s ử dụng trong ch ương
trình dưới dạng cây Cross Reference, Data Block, Status Chart, Symbol Table sẽ
được trình bày chi tiết ở phần sau.
- Program Editor: Đây là vùng chính để thực hiện chương trình b ằng cách
đưa các lệnh vào trong vùng và sắp xếp chúng theo cách thức của người dùng để
13

tạo ra một chương trình. thư mục. Muốn làm việc với lệnh nào chỉ vi ệc Click đúp
chuột vào vị trí đó để chọn thiết bị làm việc.
- Menu bar và Toolbar: Là các thanh công cụ giúp th ực hi ện nhanh các l ệnh
và chức năng sử dụng trong chương trình.
1.3.1.5. Chọn CPU
-

Thiết bị điều khiển lập trình (PLC – Programable logic controler) là thiết

bị điều khiển đặc biệt dự trên bộ vi xử lý, sử dụng bọ nhớ lập trình được để lưu giữ các
lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển các quá trình có thể mô tả
thiết bị như sau:
Chương trình
Tín hiệu

PLC

ngõ vào

Tín hiệu

ngõ ra
Hình 1.8: sơ đồ bộ điều khiển

Chọn CPU 224 (S7-200) của siemens.
 Đặc tính kỹ thuật:
+ Nguồn cung cấp :220VAC
+ Ngõ vào là 14 DI DC
+ Ngõ ra là : 10 DC Relay

+ Bộ nhớ chương trình :12KB
+ Bộ nhớ dữ liệu :8KB
+ Profibus DP extenduble: 8
+ Điều khiển PID :có
+ Phần mềm: step 7 Micro / Win
+ Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân : 0,37ms

14


+ Bit memory / Counter / Timer: 256/ 256 /256
+ Bộ đếm tốc độ cao : 6 x 60 Khz
+ bộ đếm lên / xuống : có
+ Ngắt phần cứng : 4
+ Số đầu vào / ra số cực đại vào ( lắp thêm Môdul Analog mở rộng) : AI/AO
/MAX: 28/ 7 / 35 hoặc 0/ 14/ 14 .
+ IP 20
+ Kích thước rộng x cao x sâu: 120 x 80 x62
-

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

1.3.2 Các module, đối tượng mở rộng

15


Hình 1.9: Hình ảnh module analog EM235
 Thông tin sản phẩm:

Thành phần
4 đầu vào tương
tự được kí hiệu
bởi các chữ cái
A,B,C,D

Mô tả
A+ , A- , RA

Các đầu nối của đầu vào A

B+ , B- , RB

Các đầu nối của đầu vào B

C+ , C- , RC

Các đầu nối của đầu vào C

D+ , D- , RD

Các đầu nối của đầu vào D

1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO)

Các đầu nối của đầu ra

Gain

Chỉnh hệ số khuếch đại

Offset

Chỉnh trôi điểm không

Switch cấu hình

Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân
giải
Bảng 1.2: thông số của EM235

1.3.2.1. 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.
1.3.2.2. 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.
16


1.3.2.3. Analog output
Cũng là một phần của modul analog thực chất nó là bộ biến đổi tương tự
(D/A) nó chuyển đổi tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra dùng
để điều khiển các thiết bị với giải đo tương tự chẳng hạn như điều khiển van mở
góc 0 đến 100% hay điều khiển tốc độ biến tần 0 – 50hz.
1.3.2.4. các loại module mở rộng
 Module đầu vào số: EM221, có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp
24VDC/120- 230VAC
 Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC.

 Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu
ra 24VDC /RELAY/230VAC

 Module vào/ ra tương tự: EM231, EM232, EM235
1.3.2.5. Giới thiệu chung về analog EM235
- EM 235 là một modul tượng tự gồm 4 AI và 1 AO 12 bít có tich hợp các
bộ chuyển đổi A/D D/A ở bên trong.
- Các thành phần của modul analog EM235.
1.3.2.6. Định dạng dữ liệu:
 Dữ liệu đầu vào:
- Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…)
- Định dạng dữ liệu:
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA):
MSB

LSB

15 14
0

Dữ liệu 12 bit

3

2
0

1
0

0
0

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dòng)
thành giá trị số từ 032760.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,):
MSB

LSB
17


15

4

Dữ liệu 12 bit

3
0

2
0

1
0

0
0

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp,
dòng) thành giá trị số từ -3276032760.
 Dữ liệu đầu ra:
- Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…)
- Định dạng dữ liệu:
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA):
MSB
15
0

LSB
14

4

Dữ liệu 12 bit

3
0

2
0

1
0

0
0

Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 032760 thành tín hiệu
điện áp đầu ra 010V.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,): Kiểu này các module
Analog output của S7-200 không hỗ trợ.
MSB
15
Dữ liệu 12 bit

LSB
4

3
0

2
0

1
0

0
0

3, Bảng tổng hợp :
Định dạng dữ liệu
Kiểu tín hiệu đối xứng (10V, 10mA,)
Tín hiệu không đối xứng (010V, 420mA)

Giá trị chuyển đổi
- 32760 đến +32760

1 đến +32760

1.3.2.6 Cách nối dây:
 1, Đầu vào tương tự:
- Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp:
18


RA
+

A+

- Điện áp

A-

- Với thiết bị đo tín hiệu đầu ra dòng điện:

RA
4-20
mA

A+

PS

A-

PS

M

Hoặc :

RA
+

A+
A-

4-20
mA

-

L+
M

Hình 1.10: Sơ đồ đầu vào dòng điện

 Đầu ra tương tự:

19


MO
VO

Tải điện áp

IO

Tải dòng điện

 Cấp nguồn cho Module:

M

Nguồn
24 VDC

L+

Hình 1.11: Sơ đồ cấp nguồn cho module EM235

 Tổng quát cách nối dây:

Hình 1.12: Sơ đồ tổng quát cách nối dây

20


1.3.2.7 Cài đặt dải tín hiệu vào:
Module EM 235 cho phép cài đặt dải tín hiệu và độ phân giải của đầu vào bằng
switch:

Dải không đối xứng

Dải đầu vào

Độ phân giải

SW1

SW2 SW3 SW4

SW
5

SW6

ON

OFF

OFF

ON

OFF ON

0 – 50 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF

ON

OFF ON

0 – 100 mV

25 uV

ON

OFF

OFF

OFF

ON

ON

0 – 500 mV

125 uV

OFF

ON

OFF

OFF

ON

ON

0–1V

250 uV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF ON

0–5V

1.25 mV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF ON

0 – 20 mA

5 uA

OFF

ON

OFF

OFF

OFF ON

0 – 10 V

2.5 mV

Dải đầu vào

Độ phân giải

Dải đối xứng
SW1

SW2 SW3 SW4

SW
5

SW6

ON

OFF

OFF

ON

OFF OFF

± 25 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF

ON

OFF OFF

± 50 mV

25 uV

OFF

OFF

ON

ON

OFF OFF

± 100 mV

50 uV

ON

OFF

OFF

OFF

ON

OFF

± 250 mV

125 uV

OFF

ON

OFF

OFF

ON

OFF

± 500 mV

250 uV

OFF

OFF

ON

OFF

ON

OFF

± 1V

500 uV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF OFF

± 2.5 V

1.25 mV

OFF

ON

OFF

OFF

OFF OFF

±5V

2.5 mV

OFF

OFF

ON

OFF

OFF OFF

± 10 V

5 mV

Bảng 1.3: Bảng cấu hình của EM235

21


1.3.2.8. Trình tự thiết lập và căn chỉnh cho module analog .
 Căn chỉnh đầu vào cho module analog:
- Hãy tắt nguồn cung cấp cho module.
- Gạt switch để chọn dải đo đầu vào.
- Bật nguồn cho CPU và module. Để module ổn định trong vòng 15 phút.
- Sử dụng các bộ truyền, nguồn áp, hoặc nguồn dòng, cấp giá trị 0 đến một

trong những đầu vào.
- Đọc giá trị nhận được trong CPU.
- Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh OFFSET để đưa giá trị về 0 (căn chỉnh
điểm không) , hoặc giá trị số cần thiết kế.
- Sau đó nối một trong những đầu vào với giá trị lớn nhất của dải đo.
- Đọc giá trị nhận được trong CPU.
- Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh GAIN để đọc được giá trị là 32760, hoặc
giá trị số cần thiết kế.
- Lặp lại các bước chỉnh OFFSET và GAIN nếu cần thiết.

 Chú ý :
- Phải chắc chắn nguồn cung cấp cho cảm biến phải được loại bỏ nhiễu và
phải ổn định.
- Dây dẫn tín hiệu phải có lớp bảo vệ chống nhiễu.
- Các đầu vào analog không sử dụng phải được nối ngắn mạch (ví dụ A+
nối với A-)

22


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 lựa chọn thiết bị và giới hạn các tham số
2.1.1Chọn cảm biến
Dựa vào ưu nhược điểm của các loại cảm biến nhiệt độ đã nêu ở trên, cùng với dữ liệu
của đầu bài ta sử dụng Cặp nhiệt điện trở (thermocouples) để đo nhiệt độ trong lò.
Đây là dụng cụ đo nhiệt độ rộng rãi trong công nghiệp.


Cấu tạo: cặp nhiệt điện được cấu tạo bằng 2 sợi kim loại khác nhau, và

cosits nhất là 2 mối nối. một đầu được giữ ở nhiệt đọ chuẩn gọi là đầu ra đầu con lại
tiếp xúc với đối tượng đo. Cặp nhiệt 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 51V/0C ở 200C


Loại T: kết hơp giữa đồng với constantan, đồng là cực dương

Hệ số seebeck là 40V/0C ở 200C


Loại K: kết hợp giữa chromel (+) và alumel (-)

Hệ số seebeck là 40V/0C ở 200C


Loại E: kết hợp giữa chromel (+) và constantan (-)

Hệ số seebeck là 62V/0C ở 200C


Loại S,R,B: dùng hợp kim platinum và chodinum, có

Hệ số seebeck là 7V/0C ở 200C


Nguyên tắc hoạt động của cặp nhiệt điện dựa theo 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
khuynh 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 ( Hình 2.1)

23


Hình 2.1: biểu đồ nhiệt độ theo điện áp của các loại thermocouples
 Ứng với dải đo từ 0 đến 1200 0C ta sử dụng cặp nhiệt kế K với tầm đo từ 0 đến
14000C
Ta có công thức:
U= S(Td - Ta)
S: độ nhạy của cảm biến S=40V/0C ở nhiệt độ môi trường là 200C.
Td: nhiệt đọ cần đo.
Ta: nhiệt độ môi trường.
Do tín hiệu của cảm biến phụ thuộc vào giá trị đo và nhiệt độ môi trường nên
cần có biện pháp khử giá trị môi trường.
Ngoài ra khi khi sử dụng cần lưu ý:
 Cặp nhiệt điện cần có vỏ bảo vệ, chống 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 đề phòng ống bảo vệ bị biến dạng do nhiệt độ cao.

24

Mặt khác, do điện áp thay đổi 1 lượng rất nhỏ khi nhiệt độ thiết bị thay đổi từ
0-12000 nên nó phải được đưa qua 1 bộ khuếch đại điện áp trước khi đưa vào ngõ vào
analog của PLC
2.1.2 Mạch khuếch đại không đảo
Hình 2.2: mạch khuếch đại điện áp

Vout= Vin ( 1 + )
 Điện áp tại đầu ra của cảm biến tại 1200 0C là:
U =4010-6 (1200 - 20) = 4.4210-2
 Điện áp đầu ra của khối khuếch đại là 10V
=> Vout= Vin ( 1 + ) =>=
Vậy chọn R1=50K, R2=250
2.1.3. moldun mở rộng EM235
+ Có 4 ngõ vào là AIW0, AIW2, AIW4, AIW6 và một ngõ ra. Ngõ vào và ngõ
ra có thể thể hiện là điện áp hoặc dòng điện.
Với đầu vào là từ 0V đến 10V ta bật các Switch như trên bảng trong moldun
analog EM235 như sau:

SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

25