GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG PLC S7200 VÀ WINCC THỬ NGHIỆM TRÊN MÁY SẤY BƠM NHIỆT

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG PLC S7-200
VÀ WINCC THỬ NGHIỆM TRÊN MÁY SẤY BƠM NHIỆT

Sinh viên thực hiên

NGUYỄN THÀNH TÍN

Khóa luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư nghành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn
1. TS.Nguyễn Văn Hùng
2. KS.Nguyễn Đăng Khoa
i
 


LỜI CẢM TẠ

Trước tiên, tôi xin gởi lời tri ân sâu sắc nhất đến Cha Mẹ người đã sinh ra tôi và là người
Thầy đầu tiên đã nuôi dưỡng, cho tôi tri thức để tôi đạt được thành quả ngày hôm nay.
Trong suốt quá trình học tập rèn luyện tại trường tôi luôn nhận được sự quan tâm,
giúp đỡ hướng dẫn và chỉ dạy tận tình của quí Thầy cô. Thông qua khoá luận này tôi cũng
xin kính lời cảm ơn sâu sắc đến:


Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí và Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM.



T.S Nguyễn Văn Hùng là giảng viên hướng dẫn đề tài đã tận tình giúp đỡ theo sát tôi

trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.


Các anh tại Trung Tâm Năng Lượng đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực

hiện đề tài.


Tất cả các Thầy Cô bộ môn đã hết lòng truyền dạy các kiến thức cho tôi.
Cuối lời, tôi kính dâng lên quý Thầy Cô, các anh và các bạn lời chúc sức khoẻ,

thành công và lời cảm ơn chân thành nhất.
Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Tín

ii
 


TÓM TẮT

Đề tài “giám sát và điều khiển nhiệt độ ứng dụng PLC S7 200 và Wincc thử nghiệm trên
máy sấy bơm nhiệt” được tiến hành tại bộ môn cơ điện tử
Kết quả thu được:
Thiết kế chế tạo bộ phận điều khiển tự động gồm các yếu tố: nhiệt độ được điều
khiển tự động bằng PLC theo phương pháp điều khiển PID, mô hình giám sát trên Wincc
và tốc độ gió được điều khiển thông qua biến tần

Kết quả khảo nghiệm toàn bộ hệ thống hoạt động tương đối ổn định,nhiệt độ được
điều khiển ở 42°C, sản phẩm sấy đã đạt được yêu cầu

iii
 


MỤC LỤC

TÓM TẮT ..................................................................................................................... iii 
MỤC LỤC .....................................................................................................................iv 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...........................................................................................vi 
DANH SÁCH CÁC BẢNG ....................................................................................... viii 
Chương 1 

MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1 

1.1.  Đặt vấn đề : ..........................................................................................................1 
1.2.  Mục đích đề tài: ..................................................................................................2 
Chương 2 

TỔNG QUAN ..........................................................................................3 

2.1.  Tổng quan về máy sấy bơm nhiệt: .....................................................................3 
2.1.1.  Cấu tạo: .............................................................................................................3 
2.1.2.  Nguyên tắc hoạt đông: .....................................................................................3 
2.2.  Tổng quan về PLC S7-200: ............................................................................4 
2.2.1.  Giới thiệu PLC: ................................................................................................. 4 
2.2.2.  Câú trúc, nguyên lý hoạt động của PLC: ....................................................... 6 
2.2.2.1.  Cấu trúc: ........................................................................................................6 

2.2.2.2.  Nguyên lý hoạt động của PLC .....................................................................7 
2.3.  Giới thiệu Module Analog EM235 của PLC S7-200: .....................................10 
2.3.1.  Cấu trúc Module Analog EM235:................................................................10 
2.3.2.  Các thông số của module Analog EM235: ...................................................11 
2.3.3.  Một số thông số cần phải biết khi tính toán thiêt kế:..................................13 
2.4.  Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở PT100:......................................................15 
2.4.1.  Nguyên lý, cấu tạo: .........................................................................................15 
2.4.2.  Tính toán hoạt động: ......................................................................................17 
2.5.  Giới thiệu phần mềm Wincc6.0:.......................................................................19 
Chương 3 

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................21 

3.1.  Nội dung nghiên cứu: ........................................................................................21 
iv
 


3.2.  Phương pháp nghiên cứu: .................................................................................21 
3.3.  Phương tiện thực hiện: ......................................................................................21 
3.3.1.  Thiết bị phần cứng: ........................................................................................21 
3.3.2.  Thiết bị điều khiển: ........................................................................................21 
3.4.  Phương pháp nghiên cứu: .................................................................................22 
3.4.1.  Phương pháp lý thuyết: .................................................................................22 
3.4.2.  Phương pháp điều khiển PID:.......................................................................22 
Chương 4 

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..............................................................26 

4.1.  Cấu tạo bộ phận điều khiển tư động cho máy sấy bơm nhiệt: ......................26 

4.1.1.  Yêu cầu thiết kế bộ phận điều khiển: ...........................................................26 
4.1.2.  Cấu tạo bộ phận điều khiển :.........................................................................26 
4.1.3.  Sơ đồ kết nối cảm biến PT100 với module EM235: ....................................28 
4.2.  Phương pháp điều khiển On-Off: ....................................................................29 
4.3.  Phương pháp điều khiển PID: ..........................................................................32 
4.3.1.  Sơ đồ giải thuật của điều khiển PID: ............................................................32 
4.3.2.  Lập trình PID trên PLC S7-200: ..................................................................33 
4.3.3.  Điều khiển đầu ra cho PLC: ..........................................................................34 
4.4.  Kết quả giám sát điều khiển trên Wincc: ........................................................35 
4.5.  Kết quả khảo nghiểm: .......................................................................................38 
4.5.1.  Quy trình thực hiện:.......................................................................................38 
4.5.2.  Điều khiển On-Off:.........................................................................................38 
4.5.3.  Phương pháp điều khiển PID:.......................................................................40 
4.6.  Nhận xét chung: .................................................................................................41 
Chương 5 

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................42 

5.1.  Kết luận: .............................................................................................................42 
5.2.  Đề nghị: ...............................................................................................................42 
TÀI TIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
v
 


DANH SÁCH CÁC HÌNH 
Hinh 2-1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy sấy đa năng ................................................. 3 
Hình 2-2 Mô hình tổng quát của một PLC S7-200 .............................................................. 6 
Hình 2-3 Cấu trúc Module Analog EM235 ....................................................................... 10 

Hình 2-4 Sơ đồ khối các ngõ vào ra của EM235 .............................................................. 11 
Hình 2-5 Dữ liệu chuyển đổi ADC trên module analog EM235....................................... 14 
Hình 2-6 Nguyên lý cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở PT100 ............................................. 16 
Hình 2-7 Nguyên lý đo cảm biến nhiệt điện trở PT100 .................................................... 16 
Hình 2-8 Đồ thị đường đặc tính của nhiệt điện trở pt100 ................................................. 17 
Hình 2-9 Đồ thị bù giá trị nhiệt tương ứng cho từng đoạn của cảm biến PT100 .............. 18 
Hình 3-1 Biểu đồ nhiệt độ tính toán rời rạc theo thời gian ............................................... 23 
Hình 4-1 Sơ đồ cấu tạo bộ phận điều khiển ....................................................................... 27 
Hình 4-2 Sơ đồ kết nối cảm biến và modul EM235 ........................................................... 28 
Hình 4-3 Giải thuật điều khiển nhiệt độ kiểu On-Off ........................................................ 29 
Hình 4-4 Sơ đồ điều khiển kiểu On-Off ............................................................................. 30 
Hình 4-6 Lệnh vòng lặp PID .............................................................................................. 33 
Hình 4-7 Sơ đồ điều khiển Thyristor .................................................................................. 34 
Hình 4-8 Giao diện trên PC Acess ..................................................................................... 35 
Hình 4-9 Giao diện điều khiển nhiệt độ trên Wincc........................................................... 36 
Hình 4-10 Biểu đồ nhiệt độ sấy .......................................................................................... 37 
vi
 


Hình 4-11 Bảng giá trị nhiệt độ .......................................................................................... 37 
Hình 4-12 Quy trình sấy khảo nghiệm ............................................................................... 38 
Hình 4-13 Đồ thị nhiệt độ buồng sấy của điều khiển On-Off ............................................ 39 
Hình 4-14 Đồ thị độ giảm ẩm của điều khiển On-Off........................................................ 39 
Hình 4-15 Đồ thị nhiệt độ buồng sấy của điều khiển PID ................................................. 40 
Hình 4-16 Đồ thị độ giảm ẩm của điều khiển PID ............................................................. 40 
 
 

vii

 


DANH SÁCH CÁC BẢNG
 

Bảng 2-1 Các công tắc định cấu hình cho mudule Analog EM235…..............................13
Bảng 2-2 Chế độ công tắc cho module analog EM235………………..............................25
Bảng 3-1 Đặc trưng của các bộ điều khiển P,I,D………………………………………...19
Bảng 4-1 Số liệu khảo nghiệm của điều khiển On-Off…………………………………..38
Bảng 4-2 Số liệu nhiệt độ: điều khiển nhiệt độ sấy 42°C……………………………….39

viii
 


 
 
 

Chương 1
1.1.

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề :
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông

nghiệp. Trong công nghiệp chế biến nông lâm, hải sản kỹ thuật sấy đóng vai trò đặc biệt
quan trọng. Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới với gần 80% dân số làm nghề nông

nên các loại nông sản thực phẩm đa dạng, phong phú và có sản lượng rất lớn. Vì vậy,
nghiên cứu phát triển công nghệ sấy các loại nông sản thực phẩm có thể coi là nhiệm vụ
chiến lược trong sự nghiệp phát triển kinh tế. Công nghệ sấy phát triển tạo ra các sản
phẩm có giá trị và chất lượng cao. Một trong những công nghệ sấy đang được nhiều nước
trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng quan tâm nghiên cứu là sấy bằng bơm nhiệt
nén.
Sấy bằng bơm nhiệt có nhiều ưu điểm như: quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ
thấp, hiệu suất sử dụng năng lượng cao do cả nhiệt hiện và nhiệt ẩn của chất bay hơi đều
được thu hồi, quá trình sấy hoàn toàn độc lập với điều kiện bên ngoài... nên sản phẩm sấy
thu được có chất lượng cao, hình thức đẹp và giá thành vừa phải.
Cụ thể, sản phẩm sấy quả gấc đem lại hiệu quả kinh tế cao gần đây. Theo nghiên
cứu của nhóm các nhà khoa học gồm GS.TS.BS. Bùi Minh Đức, PGS.TS.BS. Nguyễn
Công Khẩn - Viện dinh dưỡng Bộ y tế và ThS.BS. Bùi Minh Thu - Viện quân y 354,
trong các loại rau quả cận nhiệt đới, chỉ có quả gấc Momordica cochinchinensis (Lour)
Spreng, họ Cucurbitaceae, được xem là có màu đỏ của lycopen và màu vàng của bêta
caroten với hàm lượng cao gấp nhiều lần các thực phẩm đang được sử dụng phổ biến trên
thế giới. Thành phần màng đỏ của hạt quả gấc chín gồm có (g%): nước 77, protein 2,1,
lipid 7,9, glucid 10,5, xơ 1,8 và muối khoáng 0,7, bêta caroten 0,046, lycopen 0,038.
1
 


Khi sấy khô 60 - 700C, có thành phần (g%): nước 7,1, protein 9, glucid 40,4, lipid
27,8, xơ 12,1 và muối khoáng 3,6; thành phần vi lượng (mg%): carotenoid (tổng số) 356,
bêta caroten trên 26,5, alpha tocopherol 490,5, lycopen 304. Đã có nhiều công trình
nghiên cứu trong nước và quốc tế công nhận chứng minh giá trị của quả gấc. Các kết quả
này cũng đã được công bố tại nhiều hội nghị khoa học trong và ngoài nước. Qua phân tích
cho thấy, quả gấc của Việt Nam được xem là thực phẩm duy nhất chứa khá đầy đủ thành
phần các chất chống oxy hóa với hàm lượng đặc biệt cao. Vì thế tại nhiều hội nghị quốc tế
thực phẩm các báo cáo tham dự và giới thiệu về thành phần dinh dưỡng, giá trị sinh học

thực phẩm chức năng cùng sản phẩm chế biến từ quả gấc, bột màng đỏ hạt gấc, mứt gấc,
bánh kem xốp, sữa chua, kẹo gấc... đã được nhiều đại biểu quốc tế quan tâm.
Vì thế, với điều kiện thuận lợi của nước ta, máy sấy gấc là rất mới ,cần thiết và có
ý nghĩa quan trọng cho việc phát triển kinh tế,đặc biệt là kinh tế nông nghiêp.Do đó, với
mong muốn ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế,được sự cho phép của ban chủ nhiệm
Khoa Cơ khí -Công nghệ và dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Tiến sĩ Nguyễn Văn
Hùng thực hiện đề tài : Giám sát và điều khiển nhiệt độ ứng dụng PLC S7 200 và Wincc
thử nghiệm trên máy Sấy gấc.
1.2. Mục đích đề tài:
Nghiên cứu điều khiển tự động các thông số làm việc cua máy sấy bơm nhiệt nhằm
nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Điều khiển tự động nhiệt độ bằng Plc s7-200 nhằm điều khiển chính xác phù hợp
với môi trường làm việc của máy sấy.
Điều khiển nhiêt độ thông qua chương trình điều khiển PID giúp cho hệ thống đáp
ứng tối ưu, ổn định nhất.
Giám sát và điều khiển trên máy tính thông qua Wincc có thể là cơ sở giao tiếp
nhiều trạm của hệ thống truyền thông trong công nghiệp hiện nay.

2
 


 
 
 

Chương 2
2.1.

TỔNG QUAN

Tổng quan về máy sấy bơm nhiệt:

2.1.1. Cấu tạo:

Hinh 2-1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy sấy đa năng
01: Buồng sấy; 02: Đèn hồng ngoại; 03 :Lưới tản gió;04: Bộ phận cấp nhiệt phụ; 05:Van;
06, 10: Dàn ngưng ; 07: Van tiết lưu;08: Dàn bay hơi; 09: Khay nước dàn bay hơi ; 11:
Quạt;12: Van điện từ; 13: Máy nén; 14: Quạt giải nhiệt; 15: Van lấy gió tươi; 16: Van hồi
lưu;17: Van xả khí sấy
2.1.2. Nguyên tắc hoạt đông:
- Sấy nhiệt độ cao (phương pháp sấy thông thường): Các van 12, 15, 17 mở; van
05, 16 đóng. Tác nhân sấy (không khí) được quạt lấy từ môi trường dẫn qua van 12 qua
bộ phận cấp nhiệt phụ 4 và vào buồng sấy. Không khí thoát được thải hoàn toàn ra ngoài.
3
 


- Sấy bơm nhiệt: Các van 12, 15, 17 đóng; van 05, 16 mở. Tác nhân sấy từ buồng
sấy với ẩm độ cao được quạt đưa vào buồng hút ẩm. Tại dàn lạnh, tác nhấn sấy với nhiệt
độ và ẩm độ cao được làm lạnh đẳng ẩm đến trạng thái bão hòa. Không khí tiếp tục được
làm lạnh, một phần hơi nước trong không khí ngưng tụ lại trên bề mặt dàn lạnh và đi
xuống khay nước, vào ống thoát ẩm ra ngoài. Không khí ra khỏi dàn lạnh với ẩm độ và
nhiệt độ thấp được gia nhiệt đẳng ẩm một phần tại dàn ngưng sau đó tiếp tục được gia
nhiệt đẳng ẩm tại buồng nhiệt đến nhiệt độ sấy yêu cầu. Không khí với nhiệt độ cao, ẩm
độ rất thấp được đưa vào buồng sấy để thực hiện quá trình sấy. Tại buồng sấy, do vật liệu
sấy có ẩm độ cao nên áp suất hơi nước trong vật liệu sấy lớn hơn áp suất hơi nước trong
tác nhân sấy. Nhờ có sự chênh áp này mà quá trình sấy được thực hiện nhưng ở nhiệt độ
thấp hơn so với phương pháp sấy sử dụng nhiệt thông thường. Tác nhân sấy sau khi ra
khỏi buồng sấy với nhiệt độ và ẩm độ cao được quạt đưa vào buồng lạnh tiếp tục thực

hiện quá trình làm lạnh và giảm ẩm. Chu trình thực hiện cho đến khi sản phẩm đạt được
ẩm độ theo yêu cầu.
2.2.

Tổng quan về PLC S7-200:

2.2.1. Giới thiệu PLC:
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 thì hay các sự kiện được đếm. Một
khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được
gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do
Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra”
chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.

4
 


Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng
Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :
 Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học .
 Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.
 Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp .
 Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp .
 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các môi
Modul mở rộng.
 Giá cả cá thể cạnh tranh được.

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic
thời gian .Tuy nhiên ,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dể
dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đã gây ra
sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp . Các tập lệnh nhanh chóng
đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh ghi dịch … sau đó là
các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ
PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn.
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 viêc 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 .

5
 


Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dể dàng mà không
cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay .Mô hình tổng quát PLC
xem hình dưới:

Hình 2-2 Mô hình tổng quát của một PLC S7-200
2.2.2. Câú trúc, nguyên lý hoạt động của PLC:
2.2.2.1.

Cấu trúc:

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :
- Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ

nhớ ngoài EPROM ).
- Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC .
- Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môt đơn vị lập trình bằng
tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa
đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách
tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được
kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC . Đối với các PLC lớn
thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình .
Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458,
6
 


2.2.2.2.

Nguyên lý hoạt động của PLC

 Đơn vị xử lý trung tâm:
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương
trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình , sẽ
đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để
thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển
được giữ trong bộ nhớ.
 Hệ thống bus
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu
song song :
- Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
- Data Bus

: Bus dùng để truyền dữ liệu.

- Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển
đồng bộ các hoạt động trong PLC .
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông
qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền
8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu môt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ chuyển
tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện
trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus
sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC .
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn
chế.
Hê thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O . Bên
cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 18 MHZ. Xung này quyết
Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 18 MHZ.
7
 


Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời,
đồng hồ của hệ thống.
 Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :
Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.
Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ
nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ .
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử
lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo . Với một

địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi
là quá trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả
năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như
RAM, EPROM đều được sử dụng .
RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội
dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất . Để tránh
tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng
dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và
kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ
thấp và tuổi thọ lớn .
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử
dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được . Nội dung của
EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đã được nhà sản xuất
nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ
dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi và xóa
EPROM.
8
 


Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đã
được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở
rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG (Programer) có
sẵn chổ ghi và xóa EPROM.
Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập
trình . Đĩa cứng hoăc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những
chương trình lớn trong một thời gian dài .
Kích thước bộ nhớ :
 Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo .

 Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000 ÷16000
dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM.
 Các ngỏ vào ra I / O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của PLC )
, các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) .
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý là 12/24VDC
hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O
được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động
nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản .
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng
hay ngắt mạch ở đầu ra .

9
 


2.3.

Giới thiệu Module Analog EM235 của PLC S7-200:

2.3.1. Cấu trúc Module Analog EM235:
Thể hiện như hình dưới:

Bộ đo
Điều chỉnh
Bộ đệm
Dữ
liệu

Chuyển đổi tương
tự sang số

Điều chỉnh bù áp

Bộ lọc đầu vào

Chọn ngõ vào
Hình 2-3 Cấu trúc Module Analog EM235

EM235 :modul mở rộng 4 ngõ vào 1 ngõ ra analog cho PLC S7-200

10
 


Sơ đồ các khối ngõ vào ra:
Tín hiệu nguồn dòng
Tín hiệu nguồn áp
Đầu vào không sử dụng

Cấp nguồn 24 VDC

Tín hiệu ra
Hình 2-4  Sơ đồ khối các ngõ vào ra của EM235

2.3.2. Các thông số của module Analog EM235:
Sử dụng cho S7-22x
Ngõ vào tương tự: 4 AI, DC +/- 10V
Ngõ ra tương tự: 1 AO, DC +/- 10V

12 bit converter
Dải đầu vào/trở kháng đầu vào:
0 đến 50 mV; 0 đến 100 mV; 0 đến 500 mV; 0 đến 1V
0 đến 5 V; 0 đến 10 V; 0 đến 20 mA; +/- 25 mV; +/- 50 mV;
+/- 100 mV; +/- 200 mV; +/- 500 mV; +/- 1 V; +/- 2.5 V; +/-5 V; +/- 10V
12 bit converter
Thời gian biến đổi tương tự sang số: <250us
11
 


Số đầu ra: 1
Dải đầu ra:
- Dòng: 0 đến 20 mA
- Áp : -10 đến +10 V
Độ phân giải:
- Đầu ra áp: 12 bit
- Đầu ra dòng: 11 bit
Dải giá trị biến đổi:
- Tín hiệu đơn cực: 0 đến 32 000
- Tín hiệu hai cực: - 32000 đến + 32000
Công suất: 2W
Kích thước W x H x D: 120.5 x 80 x 62
Các công tắc chỉnh tín hiệu vào ra cho EM235: bật các công tắc trên module theo
các vị trí đã được ấn định tương ứng với từng dãy điện áp đầu và độ phân dải của tín hiệu
vào theo bảng dưới đây:
SW6: chọn điện áp và dòng vào có dấu hoặc không dấu; SW4, SW5: chọn hệ số
khuyếch đại; SW3,2,1: chọn hệ số suy giảm.
Lưu ý rằng: Ngõ vào +/-10V & ngõ vào 0-10V là 2 ngõ vào khác nhau, vì nó ảnh
hưởng đến cách mã hóa bên trong thanh ghi AIW. Vậy nên, tuỳ theo loại cảm biến, cho

ngõ ra là bao nhiêu, khi kết nối vào Module Analog, ta phải set cố định giá trị đó.

12
 


Bảng 2-1 Các công tắc định cấu hình cho mudule Analog EM235

2.3.3. Một số thông số cần phải biết khi tính toán thiêt kế:
Thông số ngõ vào: tùy cảm biến
Thông số ngõ ra: +/-10V, 0-20mA
Độ phân giải: 12bit/V
Định dạng ngõ ra có dấu: +/-32,000 (lưỡng cực Bipolar)
Định dạng ngõ ra không dấu: 0-32,000 (đơn cực Unipolar

 

13
 


Giá trị chuyển đổi ADC 12 bit của từ đơn đối với tín hiệu vào có/không có dấu:

 
Hình 2-5 Dữ liệu chuyển đổi ADC trên module analog EM235
Tuỳ thuộc vào số kênh sử dụng trên module analog EM235 tương ứng với địa chỉ
đầu vào (từ đơn) phải sử dụng trong quá strình lập trình: AWI0_cho channel 1,
AWI2_cho channel 2, AWI4_cho channel 3.
Module tiến hành đọc giá trị nhiệt điện trở được biến thành giá trị điện áp theo bậc.
Đầu đầu ra analog được sử dụng như hằng số của nguồn dòng. Dòng cung cấp cho Pt100

là 12.5 mA nguồn dòng.
Với mạch này đầu vào là tuyến tính của 5mV/1°C. Giá trị analog của đầu vào được
số hoá qua hệ thống biến đổi ADC và được đọc đều đặn theo chu kỳ. Từ giá trị này,
chương trình sẽ thực hiện tính toán và chuyển đổi theo công thức sau:
T[°C] = (Digital value - 0°C offset)/ 1°C value
Digital value: giá trị đầu vào analog đã được chuyển đổi. 0°C offset: giá trị số,
được đo ở 0°C; trong ví dụ này giá trị offset là 4000. 1°C value: giá trị tương ứng với
1°C, trong ví dụ này thì 1°C =16. Chương trình tính toán giá trị thập phân và ghi kết quả
vào biến.
VD: Ngõ ra cảm biến là 0-50mV. Vậy khi kết nối vào module analog, trên module
analog, ta có 6 cái SW. Ta phải gạt các SW này theo vị trí như trong bảng trên (gạt
lên:ON;gạt,xuống:OFF).

14
 


Tại đây, ta đã cố định giá trị cho nó. Khi đưa 1 cảm biến khác có ngõ vào +/25mV, mà không chỉnh lại SW thì nó sẽ chỉ giải mã từ 0-25mV thôi. Còn -25mV->0V sẽ
xem như = 0.
Cách đọc dữ liệu Analog:
+ Đơn cực: ngõ vào thay đổi 1 đơn vị, AIW thay đổi 8 đơn vị
+ Lưỡng cực: ngõ vào thay đổi 1 đơn vị, AIW thay đổi 16 đơn vị.
(cách trên là xét theo hệ thập phân)
VD: Nếu module analog được thiết lập đọc giá trị từ 0-50mV, độ phân giải 0.01V.Vậy:
+ 50mV ứng với 32,000
+ 49.99V ứng với 31,992 (mất đi 8 đơn vị)
Định dạng ngõ vào của EM235:
Đối với Unipolar: ta có 12bit dữ liệu, bit 15 (MSB) là bit dấu và có giá trị luôn luôn =0.
(giá trị này là thể hiện kết quả ngõ ra DƯƠNG). Đây là đơn cực, nên sẽ không có giá trị
âm.

Đối với Bipolar: ta cũng có 12bit dữ liệu, bit 15 (MSB) là bit dấu và có giá trị 0 hoặc 1
tùy theo dấu của đại lượng ngõ vào.
Định dạng dữ liệu ngõ ra:
Ngõ ra dòng: dùng 11 bit, và bit dấu luôn = 0. (ko có dòng đi ngược vào module)
Ngõ ra áp: dùng 12 bit (1 bit dấu, 11 bit dữ liệu)
2.4.

Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở PT100:

2.4.1. Nguyên lý, cấu tạo:
Thiết bị đo nhiệt độ Pt100 hay còn gọi là cảm biến nhiệt Pt có cấu tạo là một điện
trở nhiệt (điện trở thay đổi khi nhiệt độ thay đổi).Điện trở này là một dây kim loại có bọc
các đoạn sứ bao quanh toàn bộ dây kim loại.Phần bao bọc này lại được đặt trong một ống
bảo vệ(thermowell) thường có dạng hình tròn,chỉ đưa 2 đầu dây kim loại ra để kết nối với
thiết bị chuyển đổi.Phần ống bảo vệ sẽ được đặt ở nơi cần đo nhiệt độ,thông thường can
nhiệt Pt100 chỉ đo được nhiệt độ tối đa là 600 độ C.
15
 


Gồm 2 chất liệu khác nhau hàn dính vào 1 đầu,nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện đông thay
đổi.
Hai đầu dây kim loại để chừa ra ở phần ống bảo vệ được kết nối tới một thiết bị gọi là bộ
chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện phục vụ cho việc truyền tới phòng điều khiển
giám sát.Thiết bị chuyển đổi có cấu tạo chẳng qua là một cầu điện trở có một nhánh chính
là Pt100(có điện trở là 100 ôm ở 0 độ C)

 
Hình 2-6 Nguyên lý cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở PT100
Chi tiết về nguyên lý đo xem trong hình vẽ minh họa:

Hình 2-7  Nguyên lý đo cảm biến nhiệt điện trở PT100
16
 


 

2.4.2. Tính toán hoạt động:
Đo điện trở shunt của Pt100 sử dụng ở ví dụ này là phù hợp trong giới hạn nhiệt độ
từ -200°C÷100°C. Đường đặc tính của Pt100 xem bên dưới, nó không hoàn toàn tuyến
tính. Sai khác một ít so với đường thẳng, hầu hết sự sai lệch này đều nằm trong giới hạn.

Hình 2-8 Đồ thị đường đặc tính của nhiệt điện trở pt100
Nhiệt độ trong giới hạn từ -200°C ÷ -130°C và từ 0°C ÷ 100°C.Nhiệt độ đo được
ít hơn giá trị thực tế một ít và phải bù thêm.
Sự sai lệch về điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ , xem hình bên dưới. Trong trường
hợp này ta phân dãy nhiệt độ ra làm 30 đoạn, 10°C cho mỗi đoạn. Nhờ đó ta mới tìm
được giá trị độ lệch trung bình cho từng đoạn. Kết quả độ lẹch trong 30 đoạn này sẽ được
sử dụng trong suốt quá trình "tuyến tính hoá" của chương trình bằng cách bù giá trị nhiệt
độ tương ứng cho từng đoạn.

17