NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG MÁY SẤY TẦNG SÔI 10 TẤNGIỜ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
HỆ THỐNG MÁY SẤY TẦNG SÔI 10 TẤN/GIỜ

Họ và tên sinh viên: CAO XUÂNƯỚC
HỒ MINH THỨC
Ngành:

CƠĐIỆN TỬ

Niên khóa:

2009-2013

Tháng 06 năm 2013


NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
HỆ THỐNG MÁY SẤY TẦNG SÔI 10 TẤN/GIỜ

TÁC GIẢ
CAO XUÂNƯỚC – HỒ MINH THỨC

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:

PGS.TS.NGUYỄN VĂN HÙNG
KS.NGUYỄN TRUNG TRỰC

Tháng 06 năm 2013

i


LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí
Minh và quý Thầy Cô trong khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã trang bị cho em những kiến
thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ chúng
em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Văn Hùng và
anhNguyễn Trung Trực đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt
nghiệp.
Đặc biệt, em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian nhận xét và
góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã động
viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình hoàn
thành luận văn.
TPHCM, ngày tháng 06 năm 2013
Sinh viên thực hiện

CAO XUÂNƯỚC
HỒ MINH THỨC

ii

TÓM TẮT
Đề tài: “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống máy sấy tầng sôi 10 tấn/ giờ”
được thựchiện tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh và công ty
lương thực Vĩnh Long, xí nghiệp lương thực Trà Ôn ( xã Xuân Hiệp, Trà Ôn, Vĩnh
Long ), thời gian từ tháng 2 đến tháng 5 năm 2013.
Đề tài đã thực hiện và đạt được một số kết quả sau:
 Thiết kế mạch điều khiển và động lực cho hệ thống sấy tầng sôi 10 tấn/giờ
 Mạch điều khiển cấu trấu lò đốt.
 Mạch điều khiền gàu tải tầng sôi.
 Mạch điều khiển cấu liệu tầng sôi.
 Mạch điều khiển nhiệt độ lò đốt.
 Thiết kế chương trình giám sát, điều khiển máy sấy tầng sôi với chế độ tự động và
bằng tay
 Chương trình giám sát nhiệt độ lò đốt.
 Chương trình giám sát cấp liệu lò đốt và máy sấy tầng sôi.
 Lưu và chuyển dữ liệu qua internet.

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii 
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii 
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv 
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... vii 
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................... viii 
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................................x 
Chương 1  MỞ ĐẦU........................................................................................................1 
1.1  Đặt Vấn Đề................................................................................................................1 

1.2  Mục đích ...................................................................................................................1 
Chương 2  TỔNG QUAN ................................................................................................2 
2.1  Lý thuyết về máy sấy tầng sôi và điều khiển lò đốt. .................................................2 
2.1.1  Nguyên lý hoạt động máy sấy tầng sôi. ................................................................2 
2.1.2  Ưu và nhược điểm của sấy tầng sôi. .....................................................................3 
2.1.3  Điều khiển nhiệt độ lò đốt. ...................................................................................3 
2.2  Các thiết bị đóng cắt và điều khiển. ..........................................................................4 
2.2.1  Aptomat. ...............................................................................................................4 
2.2.1.1  Phân loại. ............................................................................................................4 
2.2.1.2  Thông số kỹ thuật. ..............................................................................................5 
2.2.2  Công tắc tơ. ...........................................................................................................5 
2.2.2.1  Phân loại. ............................................................................................................6 
2.2.2.2  Thông số kỹ thuật. ..............................................................................................6 
2.2.3  Rơ le nhiệt.............................................................................................................7 
2.2.4  Rơ le thời gian. .....................................................................................................8 
2.2.5  Rơ le bán dẫn SSR. ...............................................................................................9 
2.2.6  Biến tần. ................................................................................................................9 
2.2.6.1  Định nghĩa. .........................................................................................................9 
2.2.6.2  Nguyên lý cơ bản làm việc. ..............................................................................10 
2.3  Tổng quan về PLC S7 200 và module EM235 . .....................................................10 
iv


2.3.1  Hình dáng PLC S7 200. ......................................................................................11 
2.3.2  PLC S7-200. .......................................................................................................11 
2.4  Giới thiệu Module EM235. .....................................................................................13 
2.4.1  Giới thiệu chung. ................................................................................................13 
2.4.2  Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong
công nghiệp....................................................................................................................14 
2.5  Giới thiệu về cảm biến PT 100. ..............................................................................17 

2.6  Giao thức Modbus RTU..........................................................................................18 
2.7  Giới thiệu tổng quan về Autobase...........................................................................20 
2.7.1  Giới thiệu ............................................................................................................20 
2.7.2  Cấu hình Autobase..............................................................................................20 
2.7.2.1  Animation Editor . ............................................................................................20 
2.7.2.2  Autobase ...........................................................................................................20 
2.7.2.3  Autobase Studio. ..............................................................................................20 
2.7.2.4  Bitmap Editor. ..................................................................................................20 
2.7.2.5  Communication Server . ...................................................................................21 
2.7.2.6  Language tool. ..................................................................................................21 
2.7.2.7  Line Printer Manager........................................................................................21 
2.7.2.8  Network Client . ...............................................................................................21 
2.7.2.9  Network server . ...............................................................................................21 
2.7.2.10 OPC client. .......................................................................................................21 
2.7.2.11 Project Manager. ..............................................................................................21 
2.7.2.12 Running Server . ...............................................................................................22 
2.7.2.13 SMS Manager . .................................................................................................22 
2.7.2.14 Watchdog. .........................................................................................................22 
Chương 3  NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................23 
3.1  Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài ....................................................................23 
3.1.1  Địa điểm .............................................................................................................23 
3.1.2  Thời gian .............................................................................................................23 
3.2  Nội dung và phương pháp nghiên cứu ....................................................................23 
3.2.1  Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................23 
v


3.2.2  Phương pháp nghiên cứu. ...................................................................................23 
3.3  Thiếp bị khảo nghiệm. ............................................................................................24 
Chương 4  KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. ....................................................................25 

4.1  Khảo sát hệ thống máy sấy tầng sôi tại công ty lương thực Vĩnh Long. ................25 
4.1.1  Nguyên lý hoạt động...........................................................................................25 
4.1.2  Gàu tải tầng sôi. ..................................................................................................26 
4.1.3  Bộ phận cấp liệu tầng sôi :..................................................................................27 
4.1.4  Buồng sấy tầng sôi ..............................................................................................28 
4.1.5  Tháo liệu tầng sôi ...............................................................................................29 
4.1.6  Bộ phận cấp trấu lò đốt .......................................................................................29 
4.1.7  Quạt lò đốt ..........................................................................................................30 
4.1.8  Buồng đốt ...........................................................................................................30 
4.1.9  Vít lấy tro lò đốt..................................................................................................31 
4.1.10  Quạt tầng sôi. ......................................................................................................31 
4.2  Thiết kế bộ phận điều khiển tự động máy sấy tầng sôi...........................................32 
4.2.1  Sơ đồ khối. ..........................................................................................................32 
4.2.2  Thiết kế mạch và tính toán thiết bị. ....................................................................33 
4.2.2.1  Thiết kế mạch. ..................................................................................................33 
4.2.2.2  Tính toán lựa chọn thiết bị cho tủ điều khiển. ..................................................35 
4.2.3  Giải thuật điều khiển...........................................................................................40 
4.2.4  Thiết kế bộ phận điều khiển. ..............................................................................42 
4.2.5  Xây dụng chương trình mô phỏng trên Autobase và PLC S7 200. ....................47 
4.3  Kết quả khảo nghiệm. .............................................................................................52 
4.3.1  Khảo nghiệm chương trình đọc nhiệt độ và truyền dữ liệu. ...............................52 
4.3.2  Khảo nghiệm chương trình điều khiển nhiệt độ. ................................................53 
Chương 5  KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ..........................................................................62 
5.1  Kết luận. ..................................................................................................................62 
5.2  Đề nghị. ...................................................................................................................62 

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HMI: ............................. Human Machine Interface.
PLC: .............................. Programmable Logic Controller.
LAD: ............................. Ladder Logic.
STL: .............................. Statement List.
FBD: ............................. Function Block Diagram.
RS 232: ........................ Recommended Standard 232.
RS 485: ........................ Recommended Standard 485.

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Hình ảnh về máy sấy tầng sôi ..........................................................................2 
Hình 2.2 Aptomat khối ...................................................................................................4 
Hình 2.3 công tắc tơ ........................................................................................................6 
Hình 2.4 Rơ le nhiệt ........................................................................................................7 
Hình 2.5 Rơ le thời gian..................................................................................................8 
Hình 2.6 Rơ le bán dẫn SSR ...........................................................................................9 
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý SSR loại xoay chiều và một chiều. .......................................9 
Hình 2.8 Biến tần của hãng LS .....................................................................................10 
Hình 2.9 Nguyên lý làm việc của biến tần....................................................................10 
Hình 2.10 PLC S7 200 CPU 222. .................................................................................11 
Hình 2.11 Vòng quét của chương trình PLC ................................................................12 
Hình 2.12 Chế độ hoạt động của PLC S7 200 ..............................................................13 
Hình 2.13Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến .............................................15 
Hình 2.14 Cách kết nối Module EM 235 ......................................................................15 
Hình 2.15Cài đặt tầm họat động cho Module EM 235 .................................................16 
Hình 2.16 Chọn độ phân giản cho Module EM 235 .....................................................16 
Hình 2.17Mạch ngõ vào của Module EM235 ..............................................................17 
Hình 2.18 Định dạng dữ liệu vào cho Module EM 235 ...............................................17 

Hình 2.19 Cảm biến nhiệt độ PT 100 ...........................................................................18 
Hình 3.1Máy đo ẩm độ KETT F-511 ...........................................................................24 
Hình 3.2 Đồng hồ nhiệt Standard ST-8811. .................................................................24 
Hình 4.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống sấy tầng sôi tại công ty lương thực Vĩnh Long. ..25 
Hình 4.4Hình gàu tài tầng sôi .......................................................................................26 
Hình 4.2 Hình ảnh lúa đang sôi trong quá trình sấy. ....................................................26 
Hình 4.3 Hình ảnh buồng sấy tầng sôi. .........................................................................26 
Hình 4.5Cấp liệu tầng sôi .............................................................................................27 
Hình 4.6Buồng sấy tầng sôi ..........................................................................................28 
Hình 4.7Tháo lúa tầng sôi .............................................................................................29 
Hình 4.8Bộ phận cấp trấu tầng sôi ................................................................................29 
viii


Hình 4.9Quạt lò đốt ......................................................................................................30 
Hình 4.10Buồng lò đốt..................................................................................................30 
Hình 4.11Vít cào tro lò đốt. ..........................................................................................31 
Hình 4.12 Quạt tầng sôi. ...............................................................................................31 
Hình 4.13Sơ đồ khối chương trình hệ thống máy sấy tầng sôi.....................................32 
Hình 4.14 Mạch động lực của động cơ vít tải và quạt lò đốt........................................33 
Hình 4.15 Mạch điều khiển động cơ vít tải và quạt lò đốt ...........................................33 
Hình 4.16 Mạch điều khiển quạt tầng sôi .....................................................................34 
Hình 4.17 Mạch động lực quạt tầng sôi ........................................................................34 
Hình 4.18 Mạch động lực hệ thống sấy tầng sôi ..........................................................35 
Hình 4.19 Mạch điều khiển hệ thống sấy tầng sôi ........................................................35 
Hình 4.20 Giải thuật điều khiển nhiệt độ lò đốt. ..........................................................40 
Hình 4.21 Giải thuật điều khiển vít tải trấu ..................................................................41 
Hình 4.22 Bố trí cảm biến trên thùng chứa trấu. ..........................................................41 
Hình 4.23 Giải thuật điều khiển gàu tải lúa. .................................................................42 
Hình 4.24 Bố trí cảm biến trên thùng chứa lúa.............................................................42 

Hình 4.25 Kết nối các thiết bị qua giao thức Modbus RTU. ........................................43 
Hình 4.26 Giao diện phần mền SKWorkshop Touch Screen. ......................................47 
Hình 4.27 Màn hình điều khiển nhiệt độ lò đốt ............................................................47 
Hình 4.28 Màn hình điều khiển quạt tầng sôi và vít tải ................................................47 
Hình 4.29 Giao diện điền khiển lò sấy tầng sôi. ...........................................................48 
Hình 4.30 Giao diện cài đặt các thông số cho chế độ tự động. ....................................48 
Hình 4.31 Giao diện xem và gửi dữ liệu.......................................................................49 
Hình 4.32 Sơ đồ đấu dây cảm biến PT 100. .................................................................49 
Hình 4.33 Mạch chuyển đổi RS232 sang RS485. ........................................................50 
Hình 4.34 Đồ thị so sánh nhiệt độ đo bằng PT 100 với Standard ST-8811. ................52 
Hình 4.35 Đồ thị khảo nghiệm chương trình điều khiển nhiệt độ lò đốt lần 1. ............54 
Hình 4.36 Đồ thị khảo nghiệm chương trình điều khiển nhiệt độ lò đốt lần 2. ...........55 
Hình 4.37 Đồ thị khảo nghiệm chương trình điều khiển nhiệt độ lò đốt lần 3. ............59 
Hình 4.38 Đồ thị khảo nghiệm ẩm độ lúa vào ra trong máy sấy tầng sôi. ...................60 
ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Các ngõ vào ra của PLC S7-200....................................................................11 
Bảng 2.2 Các mã chức năng..........................................................................................19 
Bảng 4.1 Bảng thông số của động cơ............................................................................36 
Bảng 4.2 Bảng quy định địa chỉ truyền thông Modbus RTU .......................................43 
Bảng 4.3 Bảng quy định vùng nhớ trên SAMKOON HMI. .........................................45 
Bảng 4.4 Bảng quy định vùng nhớ trên PLC PLC Master K120. ................................46 
Bảng 4.5 Quy định địa chỉ trên PLC và Autobase. .......................................................51 
Bảng 4.6 Khảo nhiệm chương trình đọc nhiệt độ. ........................................................52 
Bảng 4.7 Khảo nghiệm chương trỉnh điều khiển nhiệt độ lò đốt lần 1. ........................53 
Bảng 4.8 Bảng khảo nghiệm chương trỉnh điều khiển nhiệt độ lò đốt lần 2. ...............54 
Bảng 4.9 Khảo nghiệm chương trỉnh điều khiển nhiệt độ lò đốt lần 3. ........................56 
Bảng 4.10 Khảo nghiệm ẩm độ lúa vào ra trong máy sấy tầng sôi...............................59 

x


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Để bảo quảnlúa sau khi thu hoạch được tốt thì khâu phơi sấy là khâu rất quan trọng.
Việc làm khô lúa đến độ ẩm phù hợp để hạn chế sự phát triển của các loài côn trùng,
nấm mốc và giảm các hoạt động sinh lý sinh hóa của hạt gây ra sự suy giảm chất
lượng của lúa trong quá trình lưu thông, tồn trữ và tiêu thụ.Dựa trên những yêu cầu
thực tế, lĩnh vực bảo quản và chế biến nông sản sau thu hoạch cần có thêm trang thiết
bị nhằm: nâng cao năng suất, giảm hao hụt sản lượng nông sản, nâng cao giá trị nông
sản sau thu hoạch, giảm nhân công lao động...
Để giải quyết được vấn đề trên, việc nâng cao mức tự động hóa vào khâu sấy là rất
cần thiết. Hệ thống sấy sẽ được trang bị thêm các bộ tự động kiểm soát nhiệt độ, độ
ẩm, lưu lượng gió, kiểm soát nạp liệu, phân phối các tác nhân sấy hợp lý. Việc vận
hành hệ thống sấy tự động giúp chúng ta theo dõi giám sát quá trình hoạt động của hệ
thống; hệ thống sẽ tự điều chỉnh các thông số riêng, theo đúng yêu cầu của chế độ sấy.
Do vậy, đề tài “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống máy sấy tầng sôi 10 tấn/giờ”
đã được thực hiện với sự hướng dẫn của PGS.TS.Nguyễn Văn Hùng, KS.Nguyễn
Trung Trực nhằm góp phần nâng cao mức tự động hóa vào quá trình vận hành máy sấy
tầng sôi.
1.2 Mục đích
Đề tài “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống máy sấy tầng sôi 10 tấn/giờ” được
thực hiện với mục đích góp phần đưa điều khiển tự động vào quá trình vận hành hệ
thống máy sấy tầng sôi để nâng cao năng suất sấy, nâng cao chất lượng sản phẩm, làm
cho hệ thống hoạt động một cách liên tục, giảm nhân công lao động…
Đề tài được thực hiện với mục tiêu cụ thể sau:
 Thiết kế mạch điều khiển và động lực cho hệ thống sấy tầng sôi 10 tấn/giờ.

 Thiết kế chương trình giám sát và điều khiển máy sấy tầng sôi với chế độ tự động
và bằng tay.
 Lưu và chuyển dữ liệu qua internet.
1


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Lý thuyết về máy sấy tầng sôi và điều khiển lò đốt
2.1.1 Nguyên lý hoạt động máy sấy tầng sôi

Hình 0.1 Hình ảnh về máy sấy tầng sôi
Chú thích:

1 Quạt

4 Buồng sấy

2 Luồng khí nóng.

5 Ống dẫn bụi và không khí

3 Thùng chứa hạt.

6 Cyclon lắng bụi

Bộ phận chính của thiết bị sấy tầng sôi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy có
đặt một ghi lò dẫn luồng khí từ lò đốt. Phía dưới buồng sấy là một tấm thép có đục
nhiều lỗ thích hợp hoặc lưới thép để tác nhân sấy đi qua nhưng hạt không lọt xuống.
Tác nhận sấy(TNS)có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật

liệu. Với tốc độ đủ lớn tác nhân sấy nâng các hạt lúa lên và làm cho lớp hạt lúa xáo
trộn, quá trình sôinày là quá trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy và
vật liệu sấy. Các lớp vật liệu khô hơn, nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi
và ở mức độ hạt khô nào đó thì nó sẽ được đưa ra ngoài qua đường tháo liệu và được
gàu tải đưa đi.
2


 Thiếp bị chính trong máy sấy tầng sôi:
 Lò đốt : sử dụng lò đốt trấu.
 Quạt: quạt ly tâm, thổi khí nóng từ lò vào buồng sấy tạo sự sôi và sấy hạt.
 Buồng sấy: dạng hình hộp có sàn sấy hình chữ nhật, lúa từ phễu được trục cuốn đẩy
liên tục vào buồng sấy, lúa “sôi lên” và đi dọc sàn sấy nhờ sức đẩy của khí sấy rồi
được tháo ra ở cuối sàn bằng trục tháo hạt. Không khí sấy thoát ra khỏi lớp hạt qua
cyclon để lóng tạp chất.
2.1.2 Ưuvà nhược điểm của sấy tầng sôi
 Ưuđiểm:
 Năng suất sấy cao.
 Vật liệu sấy khô đều.
 Có thể tiến hành sấy liên tục.
 Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản.
 Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy.
 Có thể điều chỉnh thời gian sấy.
 Nhược điểm:
 Trở lực lớp sôi lớn.
 Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi.
 Yêu cầu cỡ hạt nhỏ tương đối đồng đều.
2.1.3 Điều khiển nhiệt độ lò đốt
Nhiệt độ là đại lượng vật lý hiện diện khắp mọi nơi và trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt
là trong công nghiệp vì mỗi sản phẩm, thiết bị hay điều kiện làm việc cần những nhiệt

độ khác nhau. Muốn có được nhiệt độ phù hợp cần phải có một hệ thống điều
khiển.Tùy theo tính chất,yêu cầu của quá trình mà nó đòi hỏi các phương pháp điều
khiển thích hợp.
Hệ thống điều khiển nhiệt độ có thể phân làm hai loại: Hệ thống điều khiển hồi tiếp
(feedback control system) và hệ thống điều khiển tuần tự (sequence control system).
 Điều khiển hồi tiếp thường được xác định và giám sát kết quả điều khiển, so
sánh nó với yêu cầu thực thi và tự động điều chỉnh đúng.

3


 Điều khiển tuần tự thực hiện từng bước điều khiển tùy theo hoạt động điều
khiển trước khi xác định tuần tự.
2.2 Các thiết bị đóng cắt vàđiều khiển
2.2.1 Aptomat.
Là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhưng có thể tự động ngắt
mạchđiện khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch.

Hình 0.2 Aptomat khối
2.2.1.1Phân loại
 Theo cơ cấu tác động (tự ngắt) người ta chia ra 3 loại sau:
 Áp tô mát nhiệt: tác động từ cơ cấu điện nhiệt, như vậy thời gian tác động sẽ rất
chậm. Loại này thường dùng để bảo vệ quá tải.
 Áp tô mát điện từ: tác động nhờ cơ cấu điện từ, như vậy thời gian tác động sẽ rất
nhanh. Loại này thườngdùng để bảo vệ ngắn mạch.
 Áp tô mát điện từ nhiệt.
 Theo kết cấu người ta chia ra các loại sau:
 Áp tô mát 1 cực.
 Áp tô mát 2 cực.
 Áp tô mát 3 cực.

 Theo điện áp sử dụng người ta chia ra các loại sau:
 Áp tô mát 1 pha (có 1 hoặc 2 cực).
 Áp tô mát 3 pha (có ba cực).
 Theo công dụng người ta chia ra các loại sau:
 Áp tô mát dòng cực đại.
 Áp tô mát điện áp thấp.
 Áp tô mát chống giật.
4


 Áp tô mát đa năng.
2.2.1.2Thông số kỹ thuật
Khi lựa chọn áp tô mát ta cần chú ý các thông số kỹ thuật sau:
 Dòng điện định mức của áp tô mát Idm(A). Đây là dòng điện lớn nhất cho phép áp tô
mát làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị tác động (không bị ngắt). Dòng điện
này không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải.
 Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của áp tô mát Inm (A). Đây là dòng điện nhỏ nhất (tác
động trong thời gian rất ngắn) đủ để làm cho ap tô mát tự ngắt. Chỉ những áp tô mát có
kết cấu ngắt kiểu điện từ mới có thông số này. Đối với áp tô mát loại này khi chọn để
đóng ngắt động cơ thì dòng điện này không được chọn nhỏ hơn dòng khởi động động
cơ (Inm>Ikđ).
 Dòng điện bảo vệ quá tải của áp tô mát Iqt (A): dòng điện này có thể điều chỉnh
được nhờ các vít điều chỉnh đặt bên trong áp tô mát. Thông thường nhà chế tạo đã
chỉnh định sẵn và gắn keo, trong một số trường hợp ta có thể hiệu chỉnh lại theo giá trị
sau: Iqt=(1,1÷1,2).Itt.
 Điện áp làm việc của áp tô mát: (điện áp định mức của áp tô mát). Điện áp này được
chọn phụ thuộc vào điện áp áp của lưới điện mà áp tô mát sử dụng. Về nguyên lý điện
áp này không nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện mà áp tô mát sử dụng.
2.2.2 Công tắc tơ
Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện động lực bằng tay (qua

bộ nút nhấn) hoặc tự động. Công tắc tơ có thể dùng cho các mạch động lực có điện áp
lên tới 500V, dòng điện định mức đến 600A.
Trong mạch điện công nghiệp công nghiệp công tắc tơ thường được dùng đóng cắt
động cơ điện với tần số đóng cắt lớn, có thể lên tới 1800 lần trong một giờ. Công tắc tơ
làm việc với điện áp cho phép trong khoảng (±10÷20%Udm).

5


Hình 0.3 công tắc tơ
2.2.2.1Phân loại
 Theo số cực người ta chia thành các loại sau:
 Công tắc tơ 1 cực.
 Công tắc tơ 2 cực.
 Công tắc tơ 3 pha.
 Theo điện áp làm việc của công tác tơ:
 Công tắc tơ 1 chiều DC.
 Công tắc tơ xoay chiều AC.
 Theo kết cấu của công tắc tơ:
 Công tắc tơ kiểu kín (thường được dùng ở môi trường có ở độ ẩm cao ).
 Công tắc tơ kiểu hở.
 Theo công dụng:
 Công tắc tơ đơn ( sử dụng để điều khiển động cơ quay một chiều ).
 Công tắc tơ kép, loại này gồm 2 công tắc tơ gắn liền nhau và có liên động cơ khí
với nhau ( chuyên dùng để điều khiển động cơ xoay 2 chiều ).
2.2.2.2Thông số kỹ thuật
 Dòng điện định mức trên công tắc tơ (A). Đây là dòng điện lớn nhất cho phép công
tắc tơ làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị hư hỏng. Đối với mỗi công tắc tơ
thì dòng điện này phụ thuộc vào điện áp làm việc của công tắc tơ (lưu ý là điện áp làm
việc của tiếp điểm chứ không phải điện áp của cuộn hút). Về nguyên tắc khi chọn công

tắc tơ thì dòng điện định mức của công tắc tơ không được nhỏ hơn dòng điện tính toán
(Itt) của phụ tải. Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của công tắc tơ quyết định.Để tiết
kiệm người ta thường chọn Idm= (1,2÷1,5).Itt

6


 Điện áp định mức của công tắc tơ (V). Đây là điện áp cách điện an toàn giữa các bộ
phận tiếp điện với vỏ của công tắc tơ. Điện áp này không được chọn nhỏ hơn điện áp
cực đại của lưới điện.
 Điện áp định mức của cuộn hút (V). Điện áp này được chọn phải phù hợp với điện
áp của mạch điều khiển.
 Tuổi thọ của công tắc tơ: được tính bằng số lần đóng cắt (tính trung bình) kể từ khi
dùng tới khi hỏng. Tuổi thọ được chia thành 2 loại : tuổi thọ về điện và tuổi thọ cơ khí.
Kinh nghiệm cho thấy tuổi thọ về điện thấp hơn tuổi thọ cơ khí.
 Tần số đóng cắt lớn nhất cho phép: thường được tính bằng số lần đóng (cắt) lớn
nhất cho phép trong 1 giờ.
 Môi trường làm việc của công tắc tơ: nếu môi trường làm việc của công tắc tơ khô
ráo thì ta có thể lựa chọn công tắc tơ loại hở hoặc nữa hở. Còn nếu môi trường làm
việc của công tắc tơ có độ ẩm cao (ví dụ trong trạm bơm nước) thì ta phải chọn công
tắc tơ loại kín để an toàn cho người vận hành và bảo vệ cho cuộn dây khỏi bị ẩm ướt
dẫn đến chạm chập.
 Số lượng các cặp tiếp điểm chính, phụ: tùy vào phụ tải (1 pha hay 3 pha)và sự liên
động của công tắc tơ với các thiết bị khác trong hệ thống.
2.2.3 Rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng, cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt
của các thanh kim loại. Trong mạch điện công nghiệp nó thường được dùng để bảo vệ
quá tải cho các động cơ điện, khí đó rơ le nhiệt được lắp kèm với công tắc tơ và
thường gọi là khởi động từ.

Hình 0.4 Rơ le nhiệt
Các thông số kỹ thuật và cách chọn rơ le nhiệt:
Dòng điện định mức (Idm): đây là dòng điện lớn nhất mà rơ le nhiệt có thể làm việc
được trong thời gian lâu dài (A).
7


Dòng tác động (dòng ngắt mạch) là dòng điện lớn nhất trước khi rơ le tác động để
các tiếp điểm chuyển trạng thái (tiếp điểm đang đóng sẽ chuyển sang trạng thái ngắt
hoặc ngược lại).
Để bảo vệ động cơ điện thì dòng tác động được điều chỉnh như sau:
Iđc=(1,1÷ 1,2) .I đm
2.2.4 Rơ le thời gian
Rơ le thời gian được dùng nhiều trong các mạch tự động điều khiển. Nó có tác dụng
làm trễ quá trình đóng, mở các tiếp điểm sau một thời gian chỉ định nào đó.Thông
thường rơ le thời gian không tác động (tức là đóng hoặc cắt) trực tiếp trên mạch động
lực mà nó tác động gián tiếp qua mạch điều khiển, vì vậy dòng định mức của các tiếp
điểm trên rơ le thời gian là không lớn, thường chỉ cỡ vài am-pe. Bộ phận chính của rơ
le thời gian là cơ cấu tác động trễ và hệ thống tiếp điểm.

Hình 0.5 Rơ le thời gian
Phân loại:
 Theo thời điểm trễ người ta chia thành 3 loại:
 Trễ vào thời điểm cuộn hút được đóng điện (ON DELAY).
 Trễ vào thời điểm cuộn hút mất điện (OFF DELAY).
 Trễ vào cả 2 thời điểm trên (ON/OFF DELAY).
 Theo cơ cấu tác động trễ người ta chia thành các loại sau:
 Rơ le thời gian kiểu con lắc.
 Rơ le thời gian khí nén.
 Ro le thời gian điện từ.

 Rơ le thời gian điện tử.

8


2.2.5 Rơ le bán dẫn SSR

Hình 0.6 Rơ le bán dẫn SSR
SSR dùng để khuếch đại tín hiệu,từ tín hiệu điều khiển sang cơ cấu chấp hành.
 Thông số kĩ thuật:
 Tín hiệu điều khiển từ 3-32 VDC.
 Điện áp hoạt động: 24-380 VAC.
 Dòng tải tối đa: 10A.
 Thời gian đáp ứng: ON < 10ms, OFF < 10ms.
 SSR được phân ra làm hai loại là AC SSR và DC SSR:

Hình 0.7Sơ đồ nguyên lý SSR loại xoay chiều và một chiều.
Nguyên lý hoạt động: SSR gồm hai chân số 1 và 2 điều khiển tín hiệu được điều
khiển từ mạch điều khiển (PLC hoặc vi điều khiển hoặc mạch số). Và hai chân số 3 và
4 thì được mắc với tải. Khi hai chân số 1 và 2 dẫn thì chân số 3 và 4 dẫn cho phép tải
hoạt động.
2.2.6 Biến tần
2.2.6.1Định nghĩa
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay
chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.

9


Hình 0.8 Biến tần của hãng LS

2.2.6.2 Nguyên lý cơ bản làm việc
Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn
1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ
điện. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3
pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor
lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ
tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch
xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn
thất trên lõi sắt động cơ.

Hình 0.9 Nguyên lý làm việc của biến tần.
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện
bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ
xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống.Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp
rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày
nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác
nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống tự động.
2.3 Tổng quan về PLC S7 200 và module EM235
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
10


vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được
đếm.
2.3.1 Hình dáng PLC S7 200
PLC S7_200 được thể hiện ở hình 2.10:

Hình 0.10 PLC S7 200 CPU 222.
2.3.2 PLC S7-200.
a. Số ngõ vào ra.
Bảng 0.1 Các ngõ vào ra của PLC S7-200.
PLC

Nguồn cấp cho PLC

Ngõ vào

Ngõ ra

Module mở
rộng

221 DC/DC/DC

20.4 – 28.8 VDC

6 DC

4 DC

221 AC/DC/Relay

85 – 264 VAC

6 DC

4 Relay

None

47 – 63 Hz
222 DC/DC/DC

20.4 – 28.8 VDC

8 DC

6 DC

222 AC/DC/Relay

85 – 264 VAC

8 DC

6 Relay

2

47 – 63 Hz
224 DC/DC/DC

20.4 – 28.8 VDC

14 DC

10 DC

224 AC/DC/Relay

85 – 264 VAC

14 DC

10 Relay

7

47 – 63 Hz
226 DC/DC/DC

20.4 – 28.8 VDC

24 DC

16 DC

226 AC/DC/Relay

85 – 264 VAC

24 DC

15 Relay

7

47 – 63 Hz
b. Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ của S7_200 được chia làm 4 vùng chính:
 Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu các lệnh chương trình.
11


 Vùng tham số: là miền lưu trữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm,…
 Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm các
kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền
thông …
 Vùng đối tượng: Timer, counter, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra được đặt
trong vùng nhớ này.
c. Cổng truyền thông
PLC sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 để phục vụ cho việc ghép nối với
các thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.
Ghép nối với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp PC/PPI với bộ chuyển đổi
RS232/RS485 hoặc thông qua cổng USB.
d. Ngôn ngữ lập trình
 LAD (Ladder Logic): lập trình theo phương pháp hình thang.
 STL (Statement List): lập trình theo phương pháp liệt kê lệnh.
 FBD (Function Block Diagram): lập trình theo phương pháp khối chức năng.
e. Vòng quét chương trình
CPU thực hiện 1 vòng quét như sau:

Hình 0.11 Vòng quét của chương trình PLC

12

f. Chế độ hoạt của PLC S7 200

Hình 0.12 Chế độ hoạt động của PLC S7 200
 RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC sẽ chuyển từ RUN
sang STOP khi chương trình gặp sự cố.
 STOP: cưỡng bức PLC dừng công việc đang thực hiện và chuyển sang chế độ Stop.
Ở chế độ STOP PLC cho phép ta hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp 1 chương trình
mới.
 TERM: cho phép thiết bị lập trình tự quyết định chế độ làm việc của PLC ở RUN
hay STOP.
2.4 Giới thiệu Module EM235
2.4.1 Giới thiệu chung
Trước hết chúng hãy so sánh việc cộng hai tín hiệu tương tự (analog) với việc cộng
hai tín hiệu số (digital), công việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số phát triển như
hiện nay.
Hay ta lấy một ví dụ đơn giản như sau : Ta cần điều khiển nhiệt độ của một lò nung
sao cho đạt được chất lượng nào đó. Làm thế nào để đo nhiệt độ về và xử lý nhiệt độ
đó như thế nào trong bài toán điều khiển.
Một trong những công cụ được sử dụng là module analog.
 Khái niệm về module analog.
Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý
các tín hiệu số.
 Analog input
Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu tương tự ở
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.
13




Analog output
Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một bộ biến

đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu
ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng hạn như điều khiển van
mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz.
2.4.2 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn
trong công nghiệp
Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng
điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện
như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì vậy người ta cần phải có
một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu
dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến.
Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu ra
của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loại chuẩn
phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện.
Điện áp : 0 – 10V, 0-5V,  5V…
Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA,  10mA.
Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì vậy
người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp.
Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến
hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyển
đổi đo ( bộ transducer).

14