ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN ĐO LƯỜNG ĐIỀU KIỂN

n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

Lời nói đầu
Nớc ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá để
từng bớc bắt kịp sự phát triển trong khu vực Đông Nam á và thế giới về
mọi mặt kinh tế xã hội. Công nghiệp sản xuất hàng hoá đóng vai trò
quan trọng trong việc phát triển kinh tế. Việc tự động hoá là sự lựa
chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất
lợng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trờng.
Cùng với sự phát triển của các ngành sản xuất khác, ngành gốm,
sứ cũng phát triển mạnh, các mặt hàng đa dạng về chủng loại, mầu
sắc hoa văn phong phú.
Các trang thiết bị máy móc phục vụ trong công nghiệp ở nớc ta
đa số còn lạc hậu song do nhu cầu sản xuất số máy này vẫn đợc khai
thác. Với nguồn đầu t mới hạn hẹp do đó bên cạnh việc mua sắm
những trang thiết bị mới, hiện đại cần phải cải tạo nâng cấp các hệ
thống thiết bị máy móc cũ để đáp ứng cho nhu cầu sản xuất. Việc
nâng cấp các hệ thống này nhằm nâng cao mức độ tự động hoá,
tăng năng suất trong sản xuất. Bớc thực hiện việc cải tạo nâng cấp
một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ thống điều khiển cũ
sử dụng rơle bằng một thiết bị điều khiển có thể lập trình đợc là
PLC nhằm làm cho mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động
chính xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổi
chơng trình điều khiển khi có yêu cầu. PLC là một thiết bị điều
khiển công nghiệp mới đã và đang đợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam.
Vấn đề tự động hoá trong công nghiệp để giảm bớt lao động
chân tay và nâng cao năng suất lao động, là một trong những đề
tài đợc các bạn sinh viên, các thầy cô ở những trờng kỹ thuật quan
tâm và nghiên cứu nhiều nhất. Việc khảo sát sử dụng phần mềm lập

trình cho PLC họ SIMATIC S7 để điều khiển nhiệt độ lò nung gốm,
sứ là nội dung của tập đồ án mà chỳng em thiết kế.

1


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

CHNG I : C S Lí THUYT
giới thiệu về lò Nung
1.1.Yờu cu cụng ngh
1.1.1Cấu tạo hệ thống lò nung công nghiệp.
Lò lung công nghiệp là loại lò dùng nhiên liệu khí gas, kích thớc và
khối lợng lớn. Cấu tạo của lò gồm 3 bộ phận chính :
+ Vỏ lò ( phần cơ khí).
+ Lớp bảo ôn.
+ Hệ thống đờng ống dẫn khí và đầu đốt.
Kích thớc khuôn khổ của lò:
Dài x rộng x cao = a x b x h = 59 x 1,2 x 2 (m).
trong đó:
a- Chiều dài của lò.
b- Chiều rộng của lò.
h- Chiều cao của lò.
Nhiệt độ nung: Tmax=13000C , Tmin= 3000C.
Thời gian nung của lò có thể liên tục nhiều giờ mà vẫn đảm bảo độ
an toàn lao động cũng nh các chỉ số an toàn nói chung của một lò
nung.
Phần vỏ lò làm bằng thép có kích thớc và khối lợng lớn nhất bao

quanh toàn bộ lò, do làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp
suất lớn, nên trong lòng của lò đợc bọc một lớp bảo ôn. Lớp bảo ôn này
bao gồm gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh, đây là một loại vật liệu hoá
học chịu đợc nhiệt độ cao, khi làm việc ngọn lửa từ các đầu đốt sẽ
phun vào lòng lò lúc đố nhiệt độ trong lòng lò rất cao (trên 1300 0C).
Lớp bảo ôn còn có tác dụng giữ nhiệt độ của lò luôn ổn định không
bị thoát nhiệt ra vỏ lò, chiều dầy của lớp bảo ôn là d=300 (mm).

2


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

Về cơ bản vỏ lò nung công nghiệp đợc cấu tạo bởi 4 phần chính là:
Thân lò(1), buồng điều hoà (2), ống khói (3), hệ thống đờng ống dẫn
khí và nhiên liệu(4).

1.1.2. Cấu tạo cụm thân lò TL-01-00-00.
Thân lò là cụm chi tiết chính dùng để lắp toàn bộ các cụm chi tiết
khác nh: buồng điều hoà, ống khói, toàn bộ đờng ống dẫn khí và
nhiên liệu. Chính vì vậy cụm thân lò sẽ chịu nhiệt độ cao và tải
trọng lớn nhất, trên hình 1.1 sẽ giới thiệu về cụm thân lò.

600

1300

600 600

700

2400

600 600 600 600

575

600 600 600

600 600 600 600 600

2000

875

300

2700

6600

Hình 1.1- Cụm thân lò.

Kích thớc khuôn khổ của cụm thân lò là: a x b x h = 59 x 1,2 x 2
(m).
trong đó:
a- Chiều dài thân lò.
b- Chiều rộng thân lò.

h- Chiều cao thân lò.
Thân lò có dạng hình khối rỗng, xung quanh là các thành vách,
trong đó phần chịu lực là phần khung chế tạo bằng thép định hình

3


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

dạng hộp H50x50x3, sau đó đợc bọc bằng thép tấm dầy T=2mm. Cụm
thân lò làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, nên toàn bộ trong
lòng cụm thân lò đợc xây gạch chịu lửa và bọc bông thuỷ tinh chịu
nhiệt (gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh còn gọi là lớp bảo ôn), lớp bảo ôn
này có chiều dầy d= 300 mm.
Do cụm thân lò có khối lợng và kích thớc lớn, gồm nhiều cụm chi
tiết, mỗi cụm này khi chế tạo lại đòi hỏi những quy trình công nghệ
khác nhau. Về mặt công nghệ chế tạo máy, ta có thể chia cụm thân
lò thành 6 cụm chi tiết sau đây:
Cụm thành lò phải -TL-01-01-00.
Cụm thành lò trái -TL-01-02-00.
Cụm nóc lò-TL-01-03-00.
Cụm lng lò-TL-01-04-00.
Cụm xe lò-TL-01-05-00.
Cụm cửa lò-TL01-06-00.

575

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

6600

5950

600

600

600

600

2

2400

600

600

700

600

300

875
150

600

1300

Cụm thành lò phải.

Hình 1.2- Cụm thành lò phải.

Thành lò phải có cấu tạo đơn giản bao gồm khung thép định
hình dạng hộp H50x50x3, sau đó bọc tôn, cấu tạo cụm thành lò phải
là một mặt phẳng dới chân có ghế đẩu (kết cấu cụm chi tiết có dạng
hình ghế đẩu) nhô ra làm bệ, sau này xây gạch chịu lửa. Trên thành
lò phải có 9 mặt bích dùng để lắp đầu đốt trong đó có 4 mặt bích
120 ở trên và 5 mặt bích 140 ở dới, ngoài ra để theo dõi sự hoạt
động của các đầu đốt trên thành phải có 9 ống thăm 32. Khi các
đầu đốt hoạt động, ngời công nhân đứng bên thành lò phải sẽ quan

4


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

sát đợc đầu đốt bên thành lò trái và ngợc lại, khi đứng bên thành trái sẽ
quan sát đợc các đầu đốt bên thành lò phải. Trên hình 1.2.a.b.c dới

R

260

215

117

5

R

141

10

đây là các mặt bích và ống thăm.

215

4

4
260

a. Mặt bích to 140

b. Mặt bích nhỏ 120

1x45

75

60

1x45

c. ống thăm 32
Hình 1.2- Mặt bích và ống thăm.

Nh vậy trong cụm thành lò phải gồm có 9 chi tiết.

Cụm thành lò trái .
Thành lò trái có cấu tạo giống thành lò phải chỉ khác nhau ở vị trí
các đầu đốt và ống thăm, nh đã giới thiệu về công dụng của ống thăm
ở trên. Theo đó thì tâm đầu đốt bên thành lò phải sẽ trùng tâm ống

5


n CML - K
thăm bên thành lò trái và ngợc lại, trên hình 1.3 dới đây sẽ giới thiệu

1300

thành lò trái.

600

600

600

600

600

600
6600

600

600

600

600

600

600

600

875

300
2

600

600

150

575

600

700

2
600

5950

Hình 1.3- Cụm thành lò trái.

Nh vây cụm này có 6 chi tiết, thành lò phải và cụm thành lò trái là
hai cụm chi tiết có nhiệm vụ để lắp các mặt bích của đầu đốt và
ống thăm, đây cũng là cơ sở để bọc lớp bảo ôn chịu nhiệt sau này.

Cụm nóc lò.
Nóc lò hay còn gọi là trần lò, đóng vai trò là miền giới hạn giữa
thân lò và buồng điều hoà. Nóc lò đợc làm bằng khung hộp sau đó
lắp thép lới, phần thép lới làm bằng tôn đột lỗ để buộc bông thuỷ
tinh. Trên hình 1.4 dới đây là cụm nóc lò. Cụm này gồm có ba chi tiết
đó là:

TL-01-03-01

TL-01-03-03
6600

1000
850

900

1000

2700

TL-01-03-02

Hình 1.4- Nóc lò.

6


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

Cụm lng lò .
Lng lò có cấu tạo giống hai thành lò nhng chỉ là phần bọc kín thân
lò chứ không có chi tiết nào khác. Cũng giống với hai thành lò, kết cấu
cụm lng lò gồm khung hộp H50x50x3, sau đó bọc thép tấm. Trong
cụm lng lò có ghế đẩu nhô ra để làm cơ sở xây lớp bảo ôn sau này.
Toàn bộ cụm lng lò đợc giới thiệu trên hình 1.5.

2300

2

1050

300

750
150

650

2600

Hình 1.5- Cụm lng lò.

1.1.2.Cụm xe lò.
Xe lò đóng vai trò là đáy lò, sở dĩ nh vậy vì trong điều kiện nhiệt độ
cao 13000C ngời công nhân không thể trực tiếp vào lòng lò mà phải gián
tiếp thông qua xe lò. Điều này cũng tiết kiệm đợc nhiên liệu đốt cho lò, vì
bỏ qua đợc công đoạn đợi cho lò nguội để chuyển sang mẻ nung mới. Tức là
đáy lò sẽ đợc chế tạo rời. Trên hình 1.6 dới đây sẽ giới thiệu về xe lò.
1
1780

2

50

3
4
866

5

1000

7


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

Hình 1.6- Xe lò. 1- gạch chịu nửa 2- khung xe lò
3- cùm bánh xe 4- bánh xe 5- trục bánh xe

Cấu tạo xe lò gồm phần khung làm bằng thép định hình chữ U
100x46x5 (mm) sau đó bọc thép tấm dày l=2mm, xe lò chạy trên
thanh ray nhờ bánh xe (3) (trên bản vẽ chung). Gồm có 3 xe, mỗi xe có
bốn bánh. Kích thớc khuôn khổ của mỗi xe là: dài x rộng x cao = a x b
x h = 2000 x 1780 x 257 (mm).
Xe lò đợc xây gạch chịu lửa khít với hai bên thành lò, đảm bảo
hơi nóng sẽ không thoát ra ngoài đợc. Khi lò không hoạt động, xe lò đợc đa ra ngoài, đến khi hoạt động, sản phẩm đợc xếp đầy lên xe và
đa vào lò.

1.1.3.Cụm cửa lò .
Cửa lò có rất nhiều loại, và nhiều mẫu thiết kế nhng về cơ bản cửa
lò phải đảm bảo điều kiện:
+Đóng mở dễ dàng và thuận tiện.
+ Đủ cứng vững và kín.
+Không bị biến dạng dới tác dụng của nhiệt độ cao.

Có thể nói lò nung công nghiệp giới thiệu trên đây là loại lò hiện
đại và mang tính tự động hoá cao, trên cơ sở đó ta có thể chọn phơng án để chế tạo loại cửa tự động. Tuy nhiên vì thời gian có hạn,
trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp em xin chọn bản thiết kế cửa nh
trên hình 1.7. Đây là bản thiết kế cửa lò đã đợc chọn để lập quy
trình công nghệ gia công trong cụm thân lò.

8


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

2700

850

950

4

3

450

1

300

450

560

2300

560

2

Hình 1.7- Cụm cửa lò. 1- vô năng khoá cửa 2- tay nắm cửa
3- khung cửa 4- bản lề cửa.

1.1.4. Cụm ống khói .

3000

16

Cụm ống khói đợc giới thiệu trên hình 1.8.

1200

Hình 1.8- Cụm ống khói

ống khói có kích thớc lớn nhất, chiều dài L=12000 mm nối từ buồng
điều hoà lên trên không. Do nhiệt độ làm việc của ống khói cao
(13000C) lại không thể xây gạch chịu lửa nên ống khói đợc làm bằng

9

n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

INOX. ống khói hình tròn 1000, trên đỉnh ống khói có phần nón để
che ma không cho nớc từ ngoài theo đờng ống vào trong lò.

1.1.5. Cụm đờng ống.
Cụm đờng ống làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất
lớn, do đó toàn bộ đờng ống đợc làm bằng INOX.
Các thông số kỹ thuật của hệ thống đờng ống :
ống gió to: a x b = 5210 x 90 .
ống gió nhỏ: a x b = 4042 x 76 .
ống gas to: a x b = 5360 x 34 .
ống gas nhỏ: a x b = 4504 x 21 .
ống tăng áp: 90 .
ống nguồn: a x b = 2170 x 280 .
ống gió nguồn: 280 .
Trong đó:
a - Chiều dài của ống ( mm) .
b - Chiều rộng của ống ( mm) .

1.1.6. S cu trỳc lũ.

1

1

1

1

2

2

1

2

3
5

4

4

2

2

6
2

10


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

2

8
7

9

10

1
Chú thích:
1:

Động cơ.

2:

Quạt.

3:

Đồng hồ báo áp lực GAS.

4:

Đồng hồ báo áp lực gió.

5:

Hệ thống ống dẫn.

6:

Xe nguyên liệu.

7:

Tờng lò.

8:

Buồng đốt.

9:

Van.

10: Đèn báo.

1.2. Các trang thiết bị chính của lò nung sứ.
Hệ thống lò nung là hệ thống gồm nhiều thiết bị nhằm tạo ra
sản phẩm. Hệ thống gồm các phần chính sau:
-

Các ống dẫn gas và gió.

-

Buồng đốt.

-

Buồng làm nguội.

-

Buồng ôxi hoá khử.

-

Máy đẩy thuỷ lực.

-

Bộ phận cấp gas, gió trong các quá trình cháy trong lò.

Ngoài ra còn có các thiết bị phụ trợ khác :
-

Bộ phận tích khí thải.

-

Bộ phận tích khí đầu vòi.

-

Các van khí.

-

Các quạt gió.

-

Các bộ phận truyền động và các động cơ khác.

1.3. Hệ thống cấp gas và gió.
1.3.1. Cung cấp gas.
11


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

- Dùng LPG tạo nhiệt độ lò.
- áp lực đầu vào của lò hệ thống điều khiển gas 1,0 1,2 bar.
Các phụ tùng và thiết bị sau đợc đặt trong hệ thống điều khiển
gas của lò:
-

Van ngắt chính ở đầu vào của gas.

-

Lọc gas.

-

áp kế (0 4 bar, cung cấp áp lực).

-

Đo lu lợng.

-

Màng chắn điều khiển áp lực gas cùng với van ngắt an toàn
hợp nhất.

-

Van ngắt an toàn.

-

p kế ( 0 250 mbar, áp lực ngợc lại để cung cấp cho lò).

-

Công tắc áp lực gas tối thiểu.

-

Công tắc áp lực gas tối đa.

Trong hệ thống điều khiển gas, lắp đặt một màng chắn chỉnh
áp lực gas để giảm áp lực cung cấp (khoảng 1bar) giảm áp lực ra 30

70 bar. Điều chỉnh áp lực gas có van ngắt an toàn để tác động lại áp
lực (tối đa 100 mbar) và áp lực gió quá thấp (tối thiểu 10 bar) và để
ngắt nguồn gas chính.
Các van cơ giới ngắt an toàn dùng để cắt nguồn cấp gas vào lò
khi áp lực gas quá cao hoặc quá thấp, việc ngắt này đợc điều chỉnh
bởi hai công tắc áp lực gas.
Hệ thống an toàn đợc nối với các van cơ giới này. Trớc khi điều
khiển gas, hệ thống số lợng gas đợc đo băng một lu kế. Việc ghi lại và
chỉ dẫn đợc thực hiện bằng một chơng trình điều khiển của máy
tính.
Gas đợc điều chỉnh tới một hằng số áp lực cung cấp để dẫn tới
đờng ống phân bố gas chính. Từ đây đợc cấp vào các ống gas của
các nhóm vòi đốt.
ở phía cuối đờng ống phân bố chính đợc lắp một đờng ống loại
không khí trên nóc lò cùng với một van.

1.3.2. cung cấp khí đốt.
Đối với khí đốt dùng khí sạch, các thiết bị sau đợc lắp trong đờng cung cấp khí đốt:
-

Lọc khí.

12


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

-

Hai quạt khí đốt (một hoạt động, một cho dự trữ).

-

Các van tiết lu điều chỉnh bằng tay trớc và sau khi khởi động
quạt.

-

Mô tơ van tiết lu để điều chỉnh áp lực.

-

Đo môi trờng chuyền cho điều khiển áp lực.

-

Công tắc áp lực (áp lực tối thiểu).

áp lực của quạt khí đốt đợc điều khiển tự động cung cấp khí
ảnh hởng đến đờng ống cung cấp gas chính. Từ đó đợc cấp vào các
ống khí của vòi đốt.

1.4. Các nhóm vòi đốt.
- Nhóm vòi đốt 1:
+Vùng trớc nhiệt: 3 vòi đốt trái và phải với điều khiển đốt tự
động.
+Vùng ôxi hoá: 4 vòi đốt trái và phải.
- Nhóm vòi đốt 2: vùng khử, 6 vòi đốt trái và phải.

- Nhóm vòi đốt 3: vùng nung đầu, 4 vòi đốt trái và phải.
- Nhóm vòi đốt 4: vùng nung cuối, 4 vòi đốt trái và phải.
+ Các đờng ống cấp khí đốt của các nhóm vòi đốt.
Bên cạnh đờng ống dẫn khí chính các thiết bị sau đợc đặt trong
mỗi ống cấp khí cho các vòi đốt .
- Nắp điều khiển khí (van).
- áp kế .
Điều khiển tỉ lệ của các nhóm ảnh hởng đến van điều khiển
gas tơng ứng.

1.5.Khí thải.
Khí thải đợc các máy phân tích khí liên tục lấy mẫu và hàm lơng
ôxy, các bon đợc theo dõi đảm bảo đủ ôxy trong lò và buồng phân
huỷ cho nhiên liệu cháy hoàn toàn. Mức ôxy quá thấp hoặc quá cao
trong cả hai nơi này thì phải điều chỉnh lu lợng gió bằng các van của
quạt gió. Khí thải từ buồng ôxy hoá cũng đợc phân tích thành phần
các bon liên tục vì mức các bon quá cao sẽ ảnh hởng đến quá trình
tạo sứ.

13


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

1.6. Quy trình nung gốm, sứ.
* Đặc điểm gốm sứ.
Gốm sứ là một mặt hàng đòi hỏi về mẫu mã cũng nh tính mỹ
thuật cao, nhiệt độ nung gốm lại rất cao (trên 1000 0C) nhng lại dễ vỡ

và sinh ra khuyết tật trong quá trình nung. Sự thay đỗi nhiệt độ đột
ngột và cũng sẽ dẫn tới hậu quả là gốm bị nứt, vỡ hay sinh ra khuyết
tật. Do đó thời gian nung một mẻ gỗm mất rất nhiều thời gian .
-

Các thao tác cơ bản của quy trình nung gỗm, sứ.

+ Thao tác 1:
Gốm đợc xếp lên xe lò theo từng lớp một, mỗi lớp sẽ đợc kê
bằng một tấm đệm làm bằng Fe 2O3 tấm đệm này chịu đợc
nhiệt độ trên 2000C. Gốm đợc xếp đúng vị trí sao cho khi xe
đẩy xếp khít vào lò gốm không tiếp súc trực tiếp với ngọn lửa
từ đầu đốt. Nếu không tuân thủ nguyên tắc này sản phẩm sẽ
không đợc nung đều.
+ Thao tác 2:
Để quá trình nung gốm không bị gián đoạn vì những lý do
kỹ thuật, bao giờ cũng có thao tác chạy thử, tức là cho các đầu
đốt hoạt động, sau đó nhìn qua ống thăm kiểm tra xem có
đầu đốt nào không cháy. Nếu phát hiện thấy có những sự cố nói
trên phải ngắt cầu dao, đóng van khí để sửa chữa.
+ Thao tác 3:
Sau khi đã kiểm tra xong cho lò hoạt động và điều chỉnh
nhiệt cho nhiệt độ lò ở 5500C, giữ nhiệt độ này trong 3h. Để
gốm đợc khô đều, sau đó nâng tiếp nhiệt độ lên 1120 0C và
giữ trong 3h, quá trình thay đổi nhiệt độ và giữ nhiệt độ nh
vậy đợc duy trì tới khi gốm đợc nung xong. Quá trình tính từ khi
gốm đã chín nhiệt độ lò cũng đợc duy trì và giảm theo từng
thang nhiệt độ.
+ Thao tác 4:

Trong quá trình đợi gốm chín ngời công nhân

phải xếp gốm vào xe lò khác để khi mẻ gốm trong lò đã chính ta
sẽ tiến hành ngay vào nung mẻ khác. Làm nh vậy sẽ tiết kiệm đợc
thời gian nung và nhiệt độ hao tổn.

1.2. GIớI THIệU Về Bộ ĐIềU KHIểN LậP TRìNH PLC
14


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

1.2.1 Các bộ điều khiển bằng chơng trình.
1.2.2 Giới thiệu chung về PLC.
PLC là bộ điều khiển lập trình đợc.
Trong cạnh tranh công nghiệp thì hiệu quả sản xuất nói chung là
chìa khoá của sự thành công. Hiệu quả của sản xuất bao chùm những
lĩnh vực nh:
-

Tốc độ sản xuất của một sản phẩm của thiết bị dây chuyền
phải nhanh.

-

Giá nhân công và vật liệu phải hạ.

-

Chất lợng sản phẩm phải đáp ứng đợc yêu cầu của ngời tiêu
dùng và sản phẩm phế phẩm là ít nhất.

-

Thời gian chết của máy móc là ít nhất.

-

Máy móc sản xuất phải có giá rẻ.

Hầu hết các bộ điều khiển bằng chơng trình đều đáp ứng đợc
các yêu cầu trên ngày càng nâng cao hiệu quả sản xuất.
Bộ điều khiển bằng chơng trình ngày càng đa dạng và phong
phú nh các thiết bị điều khiển số, các robốt công nghiệp, máy tính,
PLC ... vv.
Các bộ điều khiển bằng chơng trình ngày nay đã hầu hết thay
thế cho các phần tử điều khiển nh: trục cam, công tắc khống chế
hình tang trống, rơle điện từ... thay thế vào đó là các vi mạch có
chất lợng cao, đáp ứng đợc yêu cầu đặt ra trong các môi trờng khác
nhau và các yêu cầu mà các phần tử khác không có đợc.

1.2.3 Nhiệm vụ đặt ra cho các bộ điều khiển bằng chơng
trình.
* Điều khiển chuyên gia, giám sát.
- Thay thế cho điều khiển bằng rơle.
- Thời gian đếm.
- Thay thế cho các panel điều khiển bằng mạch in.
- Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá

trình.
* Điều khiển dẫy:
- Các phép toán số học.
- Cung cấp thông tin.
- Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất...).

15


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

- Điều khiển các thiết bị chấp hành.
* Điều khiển liên tục:
- Điều hành các quá trình, báo đông.
- Phát hiện lỗi và xử lí.
- Ghép nối với các máy tính thông qua cổng RS232.
- Mạng tự động hoá xí nghiệp .
- Mạng cục bộ.
- Mạng mở rộng.

1.2.4. Lợi thế của việc dùng PLC trong tự động hoá.
- Thời gian lắp đặt các công trình ngắn hơn so với các thiết bị
có linh kiện rời.
- Dễ dàng thay đổi chơng trình mà không gây tổn thất về tài
chính.
- Có thể tính đợc chính xác giá thành.
- Cần ít thời gian hớng dẫn sử dụng.
- Dễ dàng thay đổi cấu trúc nhờ phần mềm.

- ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.
- Dễ bảo trì các thiết bị vào ra, giúp xử lí sự cố một cách dễ
dàng và nhanh gọn.
- Độ tin cậy cao.
- Chuẩn hoá đợc các phần cứng điều khiển.
- Thích ứng các môi trờng khắc nhiệt nh : nhiệt độ, độ ẩm,
điện áp dao động, tiếng ồn... mà các phần tử khác không thích
nghi đợc.

1.2.5. Cấu trúc của các bộ điều khiển bằng chơng
trình.
Cấu trúc chung của các bộ điều khiển bằng chơng trình
hiện nay đã thay thế hầu hết các bộ điều khiển chơng trình
cũ, việc thay đôi đợc minh hoạ nh bảng dới đây.
Các phần tử đầu Bộ điều khiển

Phần tử chấp hành

vào
Nút ấn

Động cơ

Công

Rơle
tắc

hành Cuộn dây

Trục lăn

trình

Cuộn dây chốt

Bộ sấy

Bánh xe

Đồng hồ

Đèn báo

16


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

Công tắc mức

Bộ điều khiển chơng trình hiện nay:
Các phần tử đầu Bộ điều khiển bằng ch- Phần tử chấp hành
vào
Nút ấn

ơng trình
PLC

Động cơ

Công tắc hành Mạch phần mềm

Trục lăn

trình

Bộ sấy

Giản đồ thang

Bánh xe

Đèn báo

Công tắc mức

Cấu trúc của PLC: PLC gồm có 4 thành phần cơ bản.
OUTPUT

INPUT DEVICES

INPU
T
AREA

CPU

OUPUT
AREA

MEMORY
AREA

POWE
R
Hình 1.2.5- Cấu trúc của
PLC

1. Input area: Các tín hiệu nhận vào từ các thiết bị đầu vào bên
ngoài sẽ đợc lu trong vùng nhớ này.
2. Output area: Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ đợc lu tạm trong
vùng nhớ này. Các mạch điện tử trong PLC sẽ xử lí lệnh và đa
ra tính hiệu điều khiển thiết bị ngoài.
3. Bộ xử lí trung tâm CPU: là nơi xử lí mọi hoạt động của PLC,
bao gồm việc thực hiện chơng trình.
4. Bộ nhớ Memory: Là nơi lu chơng trình điều khiển và các
trạng thái nhớ trung gian trong quá trình thực hiện.
-

Mạch đầu vào (Input Unit).

17


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

Là các mạch điện tử phối ghép chuyển giữa tín hiệu đầu
vào sử dụng bên trong PLC. Kết quả của việc xử lí sẽ đợc lu ở
vùng nhớ input area. Mạch đầu vào đợc cách ly về điện với các
mạch bên trong của PLC nhờ các điốt quang. Bởi vậy h hỏng mạch
đầu vào sẽ không ảnh hởng đến hoạt động của CPU.
-

Mạch đầu ra ( Output Unit).
Mạch điện tử đầu ra sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên

trong PLC thành các tín hiệu điều khiển nh đóng mở rơle.
Tuỳ theo dung lợng và tốc độ xử lí của PLC mà các hãng chế
tạo phân ra 3 loại PLC chính.
PLC loại nhỏ.
PLC loại trung bình.
PLC loại lớn.
+ Các PLC loại nhỏ có dung lợng quản lí tối đa là 64 I/O. Cấu
trúc thành một khối gồm 4 phần (xử lí trung tâm, nguồn, đầu
ra, đầu vào) nó thờng đợc ứng dụng trong điều khiển một máy
sản xuất hoặc dây chuyền sản xuất cỡ nhỏ.
+ Các PLC loại trung bình thờng có dung lợng quản lí 192
I/O. Nó có cấu trúc thành từng khối riêng biệt (khối nguồn, khối xử
lí trung tâm, khối đầu vào và ra). PLC loại trung bình đợc sử
dụng cho một dây chuyền sản xuất cỡ nhỏ, hoặc một công đoạn
của một dây chuyền sản xuất cỡ lớn.
+ Các PLC loại lớn có dung lợng quản lí tối đa là 1024 I/O. Có
nhiều loại khối vào ra đặc biệt, nó quản lí cho dây chuyền sản
xuất lớn có nhiều công đoạn khác nhau.
* Các vấn đề chính khi xử dụng PLC.

1. Đầu vào:
- Số lợng đầu vào: thông thờng một bộ PLC có số lợng đầu
vào xác định.
- Các loại đầu vào: đầu vào của PLC là đầu vào tín hiệu
một chiều.
2. Đầu ra:
- Số lợng đầu ra đợc xác định, nh đầu ra của PLC hãng
Simen (có 8 đầu ra từ 1000 1007).
3. Bộ nhớ:

18


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

- RAM: bộ nhớ có thể ghi vào hoặc đọc.
- Memory: bộ nhớ có thể lặp lại bằng chơng trình bằng
thiết bị chuẩn CTR.
4. Ngoại vi:
- Thiết bị lập trình bằng tay.
- Bộ lập trình PROM EPROM.
5. Thời gian quét:
Thời gian quét là thời gian mà quá trình các đầu đọc
vào qua xử lí các chơng trình định trớc, sau đó đa ra
tín hiệu đầu ra. Thời gian quét thực hiện liên tục và tuần
tự các lệnh điều khiển của chơng trình để đa tín hiệu
ra.
Các yếu tố ảnh hởng đến thời gian quét: thời gian quét cần

thiết cho một lần quét thay đổi tử 3 30 ms. Thời gian quét cần
thiết phụ thuộc vào độ dài của chơng trình điều khiển.
Khối đầu vào ra của PLC.
Khối đầu vào ra của PLC có nhiều loại khác nhau.
1. Khối vào/ ra logic: bao gồm khối vao/ra rơle, tranristor NPN, PNP.
2. Khối vào/ra tơng tự: bao gồm các tín hiệu vào/ra điện áp chuẩn
0 10V, dòng điện chuẩn từ 4 20mA.
3. Các khối vào/ra đặc biệt: Có rất nhiều loại vào/ra đặc biệt nh :
-

Khố vào/ra điều khiển nhiệt độ.

-

Khối vào/ra cho sensor với các bộ khuếch đại.

-

Khối vào/ra xung.

4. Các lệnh cơ bản trong lập trình PLC.
* Các phím lệnh:
FUN:

Các lệnh ứng dụng đặc biệt gọi là lện chức năng, có

thể đa đợc
vào khi đóng điện .
LD:

Nhập các điểm vào chơng trình và cho ta ý nghĩa của

điểm phân
nhánh.
OR:

Cho phép các điểm đợc nối vào mạch để hình thành

nối song
song.

19


n CML - K
AND:

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

Cho phép các điểm đợc ghép nối với nhau để hình

thành mạch
nối tiếp.
OUT

Các lệnh ra.

TIM:

Bộ nhớ thời gian - đó là các bộ trễ thời gian.

HR:

Thiết lập rơle lu trữ .

TR:

Thiết lập các rơle tạm thời .

SET :

Chỉ thị vận hành của bộ ghi dịch.

SHIFT:

Dùng cho các chức năng thay đổi bàn phím.

END:

Dùng để kết thúc một chơng trình.

* Các lệnh phần mềm.
Trong đồ án này chỉ giới thiệu các lệnh cơ bản ứng dụng trong
phần mềm điều khiển PLC cho mô hình.
+ Bộ định thời gian: TIM
Lệnh TIM dùng để đặt thời gian giống nh mạch rơle thời gian.
Thời gian đặt đợc từ 0000 999,9.

Đồ thị thời gian
Vào

Ra thờng mở

Tđặt

Ra thờng đóng
Hình 1.2.6- Giản đồ ON/OFF của bộ định thời gian TIM.

+ Rơle chốt KEEP (11):
Lệnh keep dùng làm chốt, nó duy trì trạng thái on/of của một bit
cho đến khi một trong 2 đầu vào của nó tác động đặt hoặc hồi
phục nó. Nếu chức năng keep đợc dùng với rơ le HR thì trạng thái của
đầu ra chốt vẫn đợc giữ lại ngay cả khi mất nguồn.
+ DIFU (13) và DIFD (14) :
DIFU và DIFD kích thích đầu ra lên on sau mỗi lần quét.
DIFU cho đầu ra của nó lên on khi nó phát hiện ra sự chuyển từ
of sang on ở đầu vào tín hiệu của nó.

20


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

DIFD cho đầu ra của nó lên ON khi nó phát hiện ra sự chuyển từ
ON sang OFF ở đầu vào tín hiệu của nó.
INPUT
DIFU
DIFD
Hình 1.2.7- Giản đồ on/off của lệnh DIFU và DUFD.

Phần mềm STEP7
2.2. Chc nng ca phn mm STEP 7.
- Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PCL thuộc họ Simatic S7300/400
- Xây dựng cấu hình mạng gồm trạm PLC S7-300/400 cũng nh
thủ tục truyền thông giữa chúng.
- Soạn thảo và cài đặt chơng trình điều khiển cho một hoặc
nhiều trạm.
- Quan sát viêc thực hiện chơng trình điều khiển trong một trạm
PLC và gỡ rối chơng trình.
- Ngoài ra Step 7 cũng có cả một th viện đầy đủ với các chuẩn
hữu ích, phần trợ giúp online rất mạnh có khả năng trả lời mọi
câu hỏi của ngời sử dụng về cách sử dụng Step 7, về cú pháp
trong lập trình về xây dựng cấu hình cứng của một trạm, của
một mạng gồm nhiều trạm PLC...

2.2.1 Cỏc bc thc hin vit mt chng trỡnh iu khin.
Bc 1 : vo Simatic manager / file / new (v một Project mi )
hoc vo file / open (Với trờng hợp một Project có sn ).
Bc 2 : vo Insert / Station / Simatic 300 Hardware.
Bc 3 : Kích úp vo Hardware Simatic 300 (1 ).
+Rack Rail
+Chn ngun PS thích hp
+Chn CPU
+Chn SM: DI ; DO ; DI/DO ; AI ; AO ; AI/ AO .

2.2.2 H lnh ca phn mm step7.
Ngôn ng lit kê lnh, ký hiu l STL ( Statement list ). Đây l dạng
ngôn ng lp trình thông thng ca máy tính. Một chơng trình đợc

21


n CML - K

iu khin nhit lũ nung gm s dựng PLC S7 -300

gộp bởi nhiều câu lnh theo mt thuật toán nht định, mỗi lnh
chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung, PLC S7-300 có ngôn ngữ
lập trình cơ bản sau:
-

Tên lệnh + toán hạng.

-

Ngôn ngữ hình thang, ký hiu l LAD (Ladder logic). Đây l
dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những ngời quen thiết kế
mạch điều khiển logic.

-

Ngôn ngữ hình khối, ký hiệu l FBD ( Funtion Block Diagram).
Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho ngời có thói quen
thiết kế mch điều khiển số.

+ Ladder Diagram LAD.

+ Statement List STL
A

I

0.0

A

I

0.1

A

I

0.2

A

I

0.3

=

Q

O

4.1

+ Function Block Diagram.
I0.0

&
I0.1
I0.2
I0.3

&

>=1

= Q4.1

22


Đồ Án CMĐL - ĐK

Điều khiển nhiệt độ lò nung gốm sứ dùng PLC S7 -300

Hình 2.2. Các kiểu ngôn ngữ lập trình trong STEP7.

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang d¹ng STL nhưng ngược
lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD. Phần sau sẽ giới
thiệu các lệnh cơ bản của ngôn ngữ STL.

2.2.3 Nhóm lệnh Lôgic tiếp điểm.
Toán hạng kiểu BOOL độ dài là một bits và có hai trạng thái là 0 và 1.

Khi thực hiện lệnh, CPU sẽ ghi nhận lại trạng thái của phép tính trung gian cũng
như kết quả của một thanh ghi đặc biệt 16 bits, được gọi là thanh ghi trạng thái ( status
word). Mặc dù thanh ghi trạng thái này có độ dài 16 bits nhưng chỉ sử dụng 9 bits với
cấu trúc như sau :

BR

CC1

CC0

OV

OS

OR

STA

RLO

FC

FC (fist check): FC=0 khi đấy lệnh logic tiếp điểm vừa được kết thúc.
RLO ( refult of logic operation): kết quả tức thời của phép tính logic vừa được thực
hiện.
STA ( status bit): bít trạng thái này luôn có giá trị logic của tiếp điểm được chỉ định
trong lệnh.
OR Ghi lại giá trị của phép tính logic ^ cuối cùng được thực hiện để phụ giúp cho
việc sử dụng phép tính ^ sau đó .

OS (Stored overfow bits): ghi lại giá trị bits bị tràn ra ngoài mảng ô nhớ .
OV ( overflow bit): bits báo kết quả phép tính bị tràn ra ngoài mảng ô nhớ.
CC0 và CC1 ( Condition code ): hai bits báo trạng thái của kết quả phép tính với số
nguyên, số thực, phép dịch chuyển hoặc phép tính logic trong ACCU .
BR ( Binary result bits): Bits trạng thái.

TT

Lệnh thực hiện

1

Lệnh bán giá trị logic của RLO tới = <TH>
ô nhớ có địa chỉ được chỉ thị trong
toán hạng.

Cú Pháp

Toàn hạng (TH)
Là địa chỉ bits I, Q , M , L ,
D.

23


Đồ Án CMĐL - ĐK

2

Điều khiển nhiệt độ lò nung gốm sứ dùng PLC S7 -300

Nếu FC =0: Gán giá trị logic của
toán hạng vào RLO, sau đó dựng
FC=1: RLO = <RLO> ^
<TH>

A <TH>

Là dữ liệu kiểu blood hoặc
địa chỉ bits I, Q, M, L , D,
T, C.

Nếu FC =0: lệnh sẽ gán giá trị
logic nghịch đảo toán hạng vào
RLO.

AN
<TH>

Là dữ liệu kiểu blood hoặc
địa chỉ bit I, Q, M, L , D,
T, C.

Nếu FC= 0: Lệnh sẽ gán giá logic
của toán hạng vào RLO.
Nếu FC =1: Lệnh sẽ thực hiện
phép tính giữa RLO với toán hạng
và ghi lại kết quả vào RLO.

N <TH>

Là dữ liệu kiểu blood hoặc
địa chỉ bits I, Q, M, L, D,
T, C.

Nếu FC =0: lệnh sẽ gán giá trị
logic nghịch đảo toán hạng vào
RLO.
Nếu FC =1: lệnh sẽ thực hiện
phép tính giữa RLO với toán hạng
và ghi lại kết quả vào RLO.

ON
<TH>

Là dữ liệu kiểu blood hoặc
địa chỉ bits I, Q, M, L, D,
T, C.

Nếu FC =0: lệnh sẽ gán giá trị
logic của biểu thức trong dấu
ngoặc sau nó vào RLO.
Nếu FC = 1: Lệnh sẽ thực hiện
phép tính ^ giữa RLO với giá trị

A<TH>

Không có hạng toán.

3

Nếu FC = 1: Lệnh sẽ thực hiện
phép tính ^ giữa RLO với giá trị
nghịch đảo của toán hạng và ghi
lại kết quả vào RLO.

4

5

6

24


Đồ Án CMĐL - ĐK

Điều khiển nhiệt độ lò nung gốm sứ dùng PLC S7 -300

logi của biểu thức trong dấu ngoặc
sau nó và ghi lại kết quả vào RLO.
Nếu FC =0: lệnh sẽ gán giá trị

AN<TH> Không có toán hạng.

logic của biểu thức trong dấu
7

8

9

10

ngoặc sau nó vào RLO.
Nếu FC=1: Lệnh sẽ thực hiện
phép tính ^ giữa RLO với giá trị
nghịch đảo logic của biểu thức sau
dấu ngoặc và ghi lại kết quả vào
RLO.
Nếu FC =0: lệnh sẽ gán giá trị
ON<TH> Không có toán hạng.
logic của biểu thức trong dấu
ngoặc sau nó vào RLO.
Nếu FC = 1: Lệnh sẽ thực hiện
phép tính v giữa RLO với giá trị
logic của biểu thức trong dấu
ngoặc sau nó và ghi lại kết quả
vào RLO.
Nếu FC= 0: lệnh sẽ gán giá trị
logic nghịch đảo của biểu thức
sau nó vào RLO.
Nếu FC = 1: Lệnh sẽ thực hiện
phép tính giữa RLO với giá trị
nghịch đảo của biểu thức trong
dấu ngoặc sau nó và ghi lại kết
quả vào RLO.

ON<TH> Không có toán hạng.

Nếu FC= 0: lệnh sẽ gán giá logic

X <TH>
của toán hạng vào RLO.
Nếu FC=1: Lệnh sẽ kiểm tra xem
nội dung của RLO và giá trị logic
của toán hạng có khác nhau không
. Trong trường hợp khác nhau thì
ghi 1 vào RLO, ngược lại thì ghi 0
.

Là dữ liệu kiểu blood hoặc
địa chỉ bits I, Q, M, L, D,
T, C.

25