ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN:Điều khiển áp suất và cảnh báo áp suất trong đường ống trong dải 0÷5 bar

Bộ công thương
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN ĐO LƯỜNG ĐIỀU
KHIỂN
Số : 11
Họ và tên SV :Đỗ Văn Thắng
Đinh Khắc Hảo
Dương Văn Nam
Lê Thị Như
Khóa
:10

Nhóm : 4
Lớp :Điện 5
Khoa : Điện,điện tử
NỘI DUNG

Đề tài: Điều khiển áp suất và cảnh báo áp suất trong đường ống trong dải [0÷5 bar]
PHẦN BÁO CÁO
Chương 1: Cơ sở lý thuyết ( < 20 trang)

1.1 Yêu cầu công nghệ.
1.2 Tìm hiểu về bộ điều khiển (Loại PLC, VĐK… mà mình lựa chọn)
1.3 Tìm hiểu về HMI (WinCC, OPC, Visual Basic, C++…) (nếu có)
Chương 2: Thiết kế thệ thống
2.1 Lựa chọn thiết bị (Các thiết bị, liên quan đến đại lượng đo và cơ cấu chấp hành
mà đề tài thực hiện)

2.2 Xây dụng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây
2.3 Xây dựng thuật toán
2.4 Xây dựng phần mềm
2.5 Thiết kế giao diện HMI nếu có
Chương 3: Kết quả đề tài
3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết
3.2 Kết quả thực nghiệm (Chạy mô hình thực nếu có)
Kết luận
Phụ lục
Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề
TRƯỞNG BỘ MÔN

Ngày hoàn thành
Giáo viên hướng dẫn


GVHD: Phạm Văn Hùng

Mục Lục
Chương 1. Cơ sở lý thuyết.........................................................................................4
1.1. Đặt vấn đề...............................................................................................................4
1.2. Lý do chọn đề tài.....................................................................................................4
1.3. công nghệ trong thực tiễn ứng dụng hệ thống điều áp suất trên đường ống............4
1.3.1.

Phương thức điều khiển bơm.............................................................4

1.3.2.

Mô tả hoạt động của hệ thống ...........................................................5

1.4. Tìm hiểu về bộ điều khiển.......................................................................................5
1.4.1.

Khái quát về PLC S7 200...................................................................6

1.4.2.

Ưu nhược điểm PLC..........................................................................6

1.4.3.

Cấu tạo: Bộ PLC gồm các phần sau...................................................7

1.4.4.

Nguyên tắc thực hiện chương trình:...................................................8

1.4.5.

Sơ đồ đấu chân của PLC S7-200.......................................................9

1.4.6.

Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY.......................11

Chương 2. Thiết kế hệ thống...................................................................................12
2.1. Lựa chọn thiết bị...................................................................................................12
2.1.1.

Module analog EM 235....................................................................12

2.1.2.

Tìm hiểu biến tần.............................................................................19

2.1.3.

Cảm biến đo áp suất.........................................................................24

2.1.4.

Màn hình TD 200.............................................................................26

2.1.5.

Chọn động cơ...................................................................................27

2.2. Xây dựng sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ đấu dây.......................................................28
2.2.1.

Sơ đồ khối hệ thống.........................................................................28

Sơ đồ mạch động lực.......................................................................................29
2.2.2.

Sơ đồ đấu đây của cảm biến với EM 235:........................................30

2.2.3.

Sơ đồ đấu dây...................................................................................31

2.3. Xây dựng thuật toán..............................................................................................32
2.3.1.

Lưu đồ thuật toán.............................................................................32

2.3.2.

Bảng định địa chỉ.............................................................................36

2.4. Xây dựng phần mềm.............................................................................................37
2.4.1.

Chương trình chính..........................................................................37

2


GVHD: Phạm Văn Hùng

2.4.2.

Chương trình con.............................................................................40

2.4.3.

Lập trình TD200...............................................................................41

Chương 3. Kết quả đề tài.........................................................................................45
3.1. Kết luận nội dung đề tài........................................................................................45
3.2. Các hạn chế...........................................................................................................45
3.3. Biện pháp khắc phục.............................................................................................45

3


GVHD: Phạm Văn Hùng
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến
của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc
điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần
thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn.
Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến
nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong những sản
phẩm tiên tiến của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ tự
động hóa là việc điều khiển, giá sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa
rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao
Đồ án là một bài tập vô cùng quan trọng trong hành trang của mỗi sinh viên.
Nó cũng như đánh dấu 1 bước trưởng thành mới của mỗi chúng em. Để hoàn thành
được bài đồ án môn này cho phép nhóm chúng em xin được bày tỏ lòng biết ơn đến
các thầy cô giáo trong Khoa Điện- Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã
truyền thụ những kiến thức vô cùng quý báu và bổ ích trong thời gian đã qua.
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài“ Ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh
báo áp suất trên đường ống với giải đo:[0 ÷ 5]bar” của chúng em cũng xin được
bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy: Phạm Văn Hùng- Bộ Môn Đo Lường Và
Điều Khiển- Khoa Điên- Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội. Thầy đã luôn

tận tình giúp đỡ chỉ bảo, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm
trong suốt thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn !

4


GVHD: Phạm Văn Hùng
Chương 1. Cơ sở lý thuyết
1.1. Đặt vấn đề
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở
lên nhanh ,nhạy ,dễ dàng và tin cậy hơn .Nó có khả năng thay thế hoàn toàn cho các
phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay,khả năng điều khiển thiết bị dễ
dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản ,giải quyết các
vấn đề toán học và công nghệ.
Biến tần (Inverter,Variable Speed Drive-VSD) là thiết bị dùng để điều khiển tốc độ
động cơ dựa trên sự thay đổi tần số làm việc .Trên thế giới hiện nay ,biến tần được
áp dụng rộng rãi trong công nghiệp .Ngoài ý nghĩa về mặt điều khiển ,nó còn có
nhiều chức năng khác như khởi động mềm ,hãm ,đảo chiều ,điều khiển thông
minh…Trong đa số trường hợp ,việc sử dụng biến tần được ứng dụng nhiều cho các
động cơ có yêu cầu về thay đổi tốc độ như :bơm ,quạt, băng tải ,thang máy……
1.2. Lý do chọn đề tài
Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường được sử dụng trong khu
công nghiệp ,khu dân cư ,các chung cư ,khách sạn và tòa nhà cao tầng ,hệ thống
phân phối nước sạch trong mạng lưới cấp nước sinh hoạt ,các trạm cấp nước nông
thôn…. Các trạm bơm nước phổ biến hiện nay đều được thiết kế theo phương pháp
truyền thống với đặc điểm là các bơm được khởi động trực tiếp sao/tam giác và tất
cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định mức.Phương pháp này khó kiểm soát
được áp suất trong đường ống nước.
Khi ở thời gian cao điểm :Lượng nước đầu ra cần sử dụng nhiều hệ thống mặc dù

chạy 100% tải nhưng vẫn sẽ không đủ nước cung cấp cho Nhà máy-Thiếu
nước.Nếu muốn bổ sung thêm nước người vận hành phải tự Đóng bằng tay thêm
bơm khác vào hệ thống ,việc này có rất nhiều hạn chế vì việc sử dụng nước đầu ra
không cố định và thay đổi liên tục.
Khi ở thời gian thấp điểm:lượng nước đầu ra sử dụng ít nhưng bơm vẫn chạy 100%
công suất –gây lãng phí.
Vì vậy việc nghiên cứu ,ứng dụng PLC và biến tần để đo ,cảnh báo và điều khiển
áp suất trên đường ống cho hệ thống là cần thiết và đáp ứng nhu cầu ngày càng
tang của xã hội .
1.3. công nghệ trong thực tiễn ứng dụng hệ thống điều áp suất trên đường ống
1.3.1.

Phương thức điều khiển bơm

Đầu ra của PLC được nối với biến tần để điều khiển biến tần và từ đây biến tần điều
khiển tốc độ động cơ. Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh một cách

5


GVHD: Phạm Văn Hùng
linh hoạt lưu lượng và áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ. Với tín hiệu
từ cảm biến áp lực phản hồi về PLC, PLC sẽ so sánh giá trị truyền về này với giá trị
đặt để từ đó ra lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ của động cơ bằng cách thay
đổi tần số dòng điện đưa vào động cơ để đảm bảo áp suất nước trong đường ống là
ổn định.
+ Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển một bơm Một máy bơm chính
thông qua thiết bị biến tần, các máy bơm còn lại đóng mở trực tiếp bằng khởi động
mềm. Khi tín hiệu áp lực và lưu lượng trên mạng lưới hồi tiếp về PLC. Bộ vi xử lý
sẽ so sánh với giá trị cài đặt và điều khiển tốc độ máy bơm chính chạy với tốc độ

phù hợp. Khi mà bơm được điều khiển bằng biến tần hoạt động ở chế độ định mức
mà vẫn chưa đáp ứng được áp suất trên được ống thì PLC sẽ ra lệnh để đưa các máy
bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm duy trì được áp suất mong muốn
trong đường ống. Đến một lúc nào đó, khi mà áp suất trong đường ống đã đủ thì
PLC sẽ ngắt các bơm phụ ra dần dần tránh áp suất cao gây nguy hiểm cho đường
ống. Trong trường hợp ngắt tất cả các bơm mà áp suất vẫn còn cao thì PLC sẽ ra
lệnh cho biến tần để biến tần giảm dần tần số của động cơ để đưa áp suất trong
đường ống về gần bằng giá trị đặt nhanh nhất trong thời gian có thể. Tất cả những
việc này thì được theo dõi và giám sát bằng WinCC qua màn hình máy tính (hoặc
được điều khiển bằng tay)
1.3.2. Mô tả hoạt động của hệ thống (được điều khiển theo hình thức
biến tần điều khiển một bơm)
Trong hệ thống có 2 máy bơm: Một máy bơm 3 pha và một máy bơm 1 pha. Biến
tần MM440 sẽ điều khiển trực tiếp máy bơm 3 pha, máy bơm 1 pha sẽ bơm dự
phòng khi mà máy bơm 3 pha chạy hết công suất định mức mà áp suất vẫn chưa ổn
định ở giá trị setpoint. Máy bơm dự phòng này sẽ được điều khiển trực tiếp bằng
điện lưới 220V.
Khởi động hệ thống lên thì máy bơm 3 pha được điều khiển bằng biến tần sẽ điều
khiển động cơ chạy cho tới khi đạt được áp suất đặt. Khi áp suất trong đường ống
đã bằng áp suất đặt thì biến tần sẽ giữ ổn định tốc độ của máy bơm này. Trường hợp
tải thay đổi tức là áp suất thay đổi, tùy theo tải tăng hay giảm thì biến tần sẽ điều
khiển máy bơm chạy nhanh hay chậm. Khi tải tăng tức là áp suất giảm, lúc này
muốn ổn định áp suất thì biến tần sẽ điều khiển máy bơm chạy nhanh hơn (tức tăng
tần số của máy bơm 3 pha) cho tới khi đạt được áp suất đặt. Ngược lại, khi tải giảm
thì biến tần sẽ giảm tần số của máy bơm xuống cho tới khi đạt được áp suất đặt.
Nếu lúc tải giảm mạnh nhất (áp suất tăng lên cao) thì bơm dự phòng sẽ tự động
dừng chỉ còn bơm biến tần hoạt động. Hệ thống cứ hoạt động liên tục như vậy, áp
suất trong đường ống luôn luôn giữ ổn định tránh tình trạng áp suất tăng quá cao sẽ
gây vỡ đường ống cấp nước.

6


GVHD: Phạm Văn Hùng
1.4. Tìm hiểu về bộ điều khiển
1.4.1.

Khái quát về PLC S7 200

- PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp
vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương
mại.
- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự
kiện
- PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp
thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu,
khối truyền thông,…
PLC của Siemens hiện có các loại sau: S7- 200, S7- 300, S7- 400.
Riêng S7- 200 có các loại CPU sau: CPU 210, CPU 214, CPU 221, CPU 222, CPU
224, CPU 226, …. Mới nhất có CPU 224 xp, CPU 226 xp có tích hợp analog.

Hình 1: Hình ảnh plc s7-200 CPU 224
1.4.2.

Ưu nhược điểm PLC

Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho
các hệ thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá
trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn. PLC
là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do

sau:

7


GVHD: Phạm Văn Hùng
-Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ
điều khiển rơ le để thực hiện cùng một chức năng.
- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy
tính thông thường.
-Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có khả
năng thay thế hàng trăm rơ le.
- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ các
vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và
nhiễu. Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.
- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có
thể giao tiếp với môi trường công nghiệp. Trong khi đó các PLC có thể giao diện
trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O.
- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang,
tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường.
- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóng
và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập
trình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng.
1.4.3.



Cấu tạo: Bộ PLC gồm các phần sau.

Hình 2: Hình ảnh cấu tạo của PlC

Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào.

8


GVHD: Phạm Văn Hùng


CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ

hoặc quá trình.

Vùng nhớ.


Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự. Các ngõ vào

dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để
điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình.

Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối
CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa
các trạm trong mạng.

Các loại module chức năng (FM: Function Module): Ví dụ các module điều
khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ…
1.4.4.

Nguyên tắc thực hiện chương trình:

-PLC thực hiện chương trình theo chu trình vòng lặp. Mõi vòng lặp được gọi là
vòng quét. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện tư lệnh đầu tiên và
kết thúc tại lệnh kết thúc (MEND).
Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm sau STEP7Micro/WIN.
Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính
(main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt.
Chương trình con là một bộ phận của chương trình chính, thực hiện mỗi khi
được gọi từ chương trình chính. Ưu điểm của chương trình con:
Giảm kích thước chương trình chính.
Thời gian quét giảm (nếu không thoả điều kiện thì sẽ không nhảy tới chương
trình con).
Dễ dàng sao chép qua các chương trình khác.
Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Chương trình
phục vụ ngắt được gọi khi có sự kiện ngắt xuất hiện. Sự kiện ngắt đã được
định nghĩa trước trong hệ thống.

9


GVHD: Phạm Văn Hùng

Hình 3: Vòng quyét của PLC
1.4.5.

Sơ đồ đấu chân của PLC S7-200

a, Nối nguồn cung cấp điện cho CPU:

Hình 4: Hình ảnh nối nguồn cung cấp điện cho CPU
-

-Xoay chiều: 85...264 VAC, f = 47...63 Hz
Một chiều: 20,4 ... 28,8 VDC
Để có thể nhận biết việc cấp nguồn cho CPU, khối vào, khối ra số ta căn cứ
vào các chữ số đi kèm theo CPU như sau:
CPU 2xx DC/DC/DC: Nguồn cấp cho CPU là DC, nguồn cho cổng vào là
DC, nguồn cấp cho cổng ra là DC.
CPU 2xx AC/DC/Relay: Nguồn cấp cho CPU là AC, nguồn cho cổng vào là
DC, cổng ra là Relay có thể cấp nguồn là DC hoặc AC.

b, Kết nối các đầu vào số với thiết bị ngoại vi:

10


GVHD: Phạm Văn Hùng

Hình 5: Hình ảnh kết nối các đầu vào số với các thiết bị ngoại vi
a. Nút nhấn và cảm biến có cổng ra là relay nối với cổng vào loại sinking.
b. Nút nhấn và cảm biến loại PNP nối với cổng vào loại sinking.
c. Nút nhấn và cảm biến loại NPN nối với cổng vào loại sourcing.
Sơ đồ nối dây CPU 214 DC/DC/DC với nguồn và thiết bị ngoại vi

Hình 6: Sơ đồ đấu dây CPU 214 DC/DC/DC
Sơ đồ nối dây CPU 224 AC/DC/rơle với nguồn và thiết bị ngoại vi:

11


GVHD: Phạm Văn Hùng

Hình 7: Sơ đồ đấu dây CPU 214 DC/DC/DC

1.4.6.

Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY

Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Thông tin:

-

Nguồn cấp: 85-264VAC. 47-63Hz

-

Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm

-

Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words

-

Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words

-

Bộ nhớ loại EEFROM

-

Có 14 cổng vào, 10 cổng ra.

-

Có thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul Analog.

-

Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs

-

Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và
sốn thực.

-

Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz

-

Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.

-

Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…

-

Đồng hồ thời gian thực.

12


GVHD: Phạm Văn Hùng
-

Chương trình được bảo vệ bằng Password.

-

Toàn bộ dung lƣợng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC
bị mất điện.

-

Xuất sứ: Siemens Germany

- CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc,
mức 0 là 0Vdc). 10 ngõ ra dạng relay.

Chương 2. Thiết kế hệ thống
2.1. Lựa chọn thiết bị
2.1.1. Module analog EM 235
a, Khái niệm về 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.
 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.

Hình 8: Hình ảnh module EM 235
Hình 9: hình ảnh sơ đồ chân module EM235

13


GVHD: Phạm Văn Hùng

b, Các thành phần của module analog EM235.

Thành phần

Mô tả

4 đầu vào tương tự A+ , A- , RA
được kí hiệu bởi các
B+ , B- , RB
chữ cái A,B,C,D
C+ , C- , RC

Các đầu nối của đầu vào A

D+ , D- , RD

Các đầu nối của đầu vào D

Các đầu nối của đầu vào B
Các đầu nối của đầu vào C

1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO)

Các đầu nối của đầu ra

Gain

Chỉnh hệ số khuếch đại

Offset

Chỉnh trôi điểm không

Switch cấu hình

Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân giải

c, Sơ đồ khối của đầu vào Analog

14

GVHD: Phạm Văn Hùng

Hình 10: Sơ đồ khối của đầu vào Analog
d, Sơ đồ khối đầu ra Analog

Hình 11: Sơ đồ khối đầu ra Analog
e, Định dạng dữ liệu
Dữ liệu đầu vào:
Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…)
Định dạng:
15


GVHD: Phạm Văn Hùng
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA):
MSB

LSB

15 14
0

3

2

Dữ liệu 12 bit

1
0

0
0

0

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dòng)
thành giá trị số từ 032000.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,):
MSB

LSB

15

4

3

Dữ liệu 12 bit

2
0

1
0

0
0

0

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp,
dòng) thành giá trị số từ -3200032000.
Dữ liệu đầu ra:
-

Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…)
Định dạng dữ liệu
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA):
MSB
15
0

LSB
14

4

3

Dữ liệu 11 bit

2
0

1
0

0

0

0

Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 032000 thành tín hiệu điện
áp đầu ra 010V.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,): Kiểu này các module
Analog output của S7-200 không hỗ trợ.
MSB
15
Dữ liệu 12 bit

LSB
4

3

2
0

1
0

0
0

0

f, Bảng tổng hợp :
Định dạng dữ liệu

Giá trị chuyển đổi

16


GVHD: Phạm Văn Hùng

Kiểu tín hiệu đối xứng (10V, 10mA,)
Tín hiệu không đối xứng (010V, 420mA)

- 32760 đến +32760
1 đến +32760

g, Cách nối dây
Đầu vào tương tự:
-

Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp:

-

Hình 12: Sơ đồ đầu vào điện áp
Với thiết bị đo tín hiệu đầu ra dòng điện:

Hình 13: Sơ đồ đầu vào dòng điện
Đầu ra tương tự:

Hình 14: Sơ đồ đâu ra tương tự
Cấp nguồn cho Module:

17


GVHD: Phạm Văn Hùng

Hình 15: Sơ đồ cấp nguồn cho module EM235
Tổng quát cách nối dây:

Hình 16: Sơ đồ tổng quát cách nối dây
h, Cài đặt dải tín hiệu vào
Module EM 235 cho phép cài đặt dải tín hiệu và độ phân giải của đầu vào bằng
switch:

Sau đây là bảng cấu hình :

Dải không đối xứng

Dải đầu vào

Độ phan giải

18


GVHD: Phạm Văn Hùng
SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

ON

OFF

OFF

ON

OFF

ON

0 – 50 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF

ON

OFF

ON

0 – 100 mV

25 uV

ON

OFF

OFF

OFF

ON

ON

0 – 500 mV

125 uV

OFF

ON

OFF

OFF

ON

ON

0–1V

250 uV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

0–5V

1.25 mV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

0 – 20 mA

5 uA

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

ON

0 – 10 V

2.5 mV

Dải đầu vào

Độ phân giải

Dải đối xứng
SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

ON

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

± 25 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF

ON

OFF

OFF

± 50 mV

25 uV

OFF

OFF

ON

ON

OFF

OFF

± 100 mV

50 uV

ON

OFF

OFF

OFF

ON

OFF

± 250 mV

125 uV

OFF

ON

OFF

OFF

ON

OFF

± 500 mV

250 uV

OFF

OFF

ON

OFF

ON

OFF

± 1V

500 uV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

± 2.5 V

1.25 mV

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

±5V

2.5 mV

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

± 10 V

5 mV

Trình tự thiết lập và căn chỉnh cho module analog .
Căn chỉnh đầu vào cho module analog
-

Hãy tắt nguồn cung cấp cho module

-

Gạt switch để chọn dải đo đầu vào

-

Bật nguồn cho CPU và module. Để module ổn định trong vòng 15 phút.

-

Sử dụng các bộ truyền, nguồn áp, hoặc nguồn dòng, cấp giá trị 0 đến một
trong những đầu vào.

-

Đọc giá trị nhận được trong CPU.

19


GVHD: Phạm Văn Hùng
-

Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh OFFSET để đưa giá trị về 0 (căn chỉnh điểm
không) , hoặc giá trị số cần thiết kế.

-

Sau đó nối một trong những đầu vào với giá trị lớn nhất của dải đo.

-

Đọc giá trị nhận được trong CPU.

-

Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh GAIN để đọc được giá trị là 32000, hoặc giá
trị số cần thiết kế.

-

Lặp lại các bước chỉnh OFFSET và GAIN nếu cần thiết.

Chú ý :
-

Phải chắc chắn nguồn cung cấp cho cảm biến phải được loại bỏ nhiễu và
phải ổn định.

-

Dây dẫn tín hiệu phải có lớp bảo vệ chống nhiễu.

-

Các đầu vào analog không sử dụng phải được nối ngắn mạch (ví dụ A+ nối
với A-)

2.1.2. Tìm hiểu biến tần
a, Tổng quan về biến tần MM440
Ngày nay ,việc tự động hóa trong công nghiệp và việc ổn định tốc độ động cơ đã
không còn là xa lạ gì với những người đang công tác trong lĩnh vực kỹ thuật.Biến
tần là một trong những thiết bị hỗ trợ đắc lực nhất trong việc ổn định tốc độ và thay
đổi tốc độ động cơ một cách dễ dàng nhất mà hầu hết các xí nghiệp đang xử
dụng .Trong phạm vi đề tài chỉ giới thiệu về họ biến tần được sử dụng là
MicroMaster 440.MM440 chính là họ biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến
tần tiêu chuẩn .Khả năng điều khiển vector cho tốc độ và momen hay khả năng điều
khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống
truyền động quan trọng như các hệ thống nâng chuyển ,các hệ thống định vị .Không
chỉ cí vậy ,một loạt khối logic sẵn có lập trình tự do cung cấp cho người sử dụng sự
linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt các thao tác một cách tự động
.MicroMaster 440 là bộ biến đổi tần số dùng điều khiển tốc độ động cơ 3 pha xoay
chiều .Có nhiều loại khác nhau từ 120W nguồn vào 1 pha đến 200KW nguồn vào ba

pha.Các biến tần dùng vi xử lí để điều khiển và dùng công nghệ transistor lưỡng cực
nửa cách ly.Điều này làm cho chúng đáng tin cậy và linh hoạt .Một phương pháp
điều chế độ rộng xung đặc biệt với tần số xung được chọn cho phép động cơ làm
việc êm .Biến tần có nhiều chức năng bảo vệ động cơ.

20


GVHD: Phạm Văn Hùng

Hình 17:
biến tần MM440
Biến tần MicroMaster 440 với các thông số đặt mặc định của nhà sản xuất ,có thể
phù hợp với một số ứng dụng điều khiển động cơ đơn giản .Biến tần MicroMaster
440 cũng được dùng cho nhiều các ứng điều khiển động cơ cấp cao nhờ danh sách
cá thông số hỗn hợp của nó.
Biến tần MicroMaster 440 có thể dùng trong hai ứng dụng “Kết hợp và riêng lẻ” khi
tích hợp trong “hệ thống tự động hóa”.

b, Cấu tạo chung và nguyên tắc hoạt động
Sơ đồ nguyên lý của biến tần.

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý của biến tần MM440
Biến tần MM 440 thay đổi điện áp hay tốc độ cho động cơ xoay chiều bằng cách
chuyển đổi dòng điện xoay chiều cung cấp (AC Supply) thành dòng điện một chiều
trung gian (DC Link) sử dụng cầu chỉnh lƣu. Sau đó điện áp một chiều DC Link lại
đƣợc nghịch lƣu thành điện áp xoay chiều cung cấp cho động cơ với giá trị tần số
thay đổi. Nguồn cung cấp cho biến tần có thể sử dụng nguồn xoay chiều một pha
(cho công suất thấp), hay sử dụng nguồn xoay chiều ba pha. Phần điện áp một chiều
trung gian chính là điện áp trên các tụ điện, các tụ điện đóng vai trò san phẳng điện

21


GVHD: Phạm Văn Hùng
áp một chiều sau chỉnh lưu và cung cấp cho phần nghịch lưu. Điện áp trên tụ không
điều khiển đƣợc và phụ thuộc vào điện áp đỉnh của nguồn xoay chiều cung cấp.
Điện áp một chiều đƣợc chuyển thành điện áp xoay chiều sử dụng phƣơng pháp
điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM). Dạng sóng mong muốn
đƣợc tạo lên bởi sự đóng cắt ở đầu ra của các transistors. MM440 sử dụng các
IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) ở mạch nghịch lƣu, điện áp xoay chiều
mong muốn đựơc tạo ra bằng cách thay đổi tần số đóng cắt của các IGBTs. Điện áp
xoay chiều ở đầu ra là sự tổng hợp của hàng loạt các xung vuông với các giá trị
khác nhau ở đầu ra của các IGBTs, được thể hiện ở hình 3.

c, các tính chất của biến tần

Các đặc điểm chính
Dễ dùng lắp đặt,đặt thông số vận hành.
Thời gian tác động lắp đến các tín hiệu điều khiển nhanh.
Các thông số hỗn hợp cho phép thực hiện được nhiều ứng dụng .
Đầu nối cáp đơn giản .
Có các đầu ra rơ le.
Có các đầu ra tương tự(0-20mA).
6 cổng vào số cách ly NPN/PNP.
2 cổng vào tương tự .
AIN1:0-10V,0-20mA và -10-+10
AIN2:0-10V,0-20mA
2 đầu vào tương tự có thể dùng như cổng vào số 7 và 8.
Thiết kế các ,module với cấu hình cực kì linh hoạt.

Tần số chuyển mạch cao làm giảm độ ồn của động cơ khi làm việc.
Những lựa chọn ngoài cho truyền thông với PC ,panel vận hành cơ bản (BOP),panel
điều khiển cấp cao (AOP) và module kết nối mạng profibus.

d, Sơ đồ đấu dây của biến tần

Hình 18: Hình ảnh sơ đồ đấu dây của biến tần MM440

22


GVHD: Phạm Văn Hùng

e, các đầu dây điều khiển
Đầu dây
1
2
3

Ký hiệu
ADC1+

Chức năng
Đầu nguồn ra +10V
Đầu nguồn ra 0V
Đầu vào tương tự số1(+)

23

GVHD: Phạm Văn Hùng
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

ADC1DIN1

DIN2
DIN3
DIN4
ADC2+
ADC2DAC1+
DAC1PTCA
PTCB
DIN5
DIN6
DOUT1/NC
DOUT1/NO
DOUT1/COM
DOUT2/NO
DOUT2/COM
DOUT3/NC
DOUT3/NO
DOUT3/COM
DAC2+
DAC2P+
N-

Đầu vào tương tự số 1(-)
Đầu vào số số 1
Đầu vào số số 2
Đầu vào số số 3
Đầu vào số số 4
Đầu ra cách ly +24V/max. 100 mA
Đầu vào tương tự số 2 (+)
Đầu vào tương tự số 2 (-)
Đầu ra tương tự số 1 (+)

Đầu ra tương tự số 1 (-)
Đâu dây nối cho PTC / KTY 84
Đâu dây nối cho PTC / KTY 84
Đầu vào số số 5
Đầu vào số số 6
Đầu ra số số 1/ tiếp điểm NC
Đầu ra số số 1/ tiếp điểm NO
Đầu ra số số 1/chân chung
Đầu ra số số 2/ tiếp điểm NO
Đầu ra số số 2/chân chung
Đầu ra số số 1/ tiếp điểm NC
Đầu ra số số 1/ tiếp điểm NO
Đầu ra số số 3/chân chung
Đầu ra tương tự số 2 (+)
Đầu ra tương tự số 2 (-)
Đầu ra cách ly 0 V/max. 100 mA
Cổng RS485
Cổng RS485

2.1.3. Cảm biến đo áp suất.
a, Nguyên lý hoạt động chung
Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện,
thường được dùng để đo áp suất hoặc dùng trong các ứng dụng có liên quan đến áp
suất. Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất cũng gần giống như các loại cảm biến
khác là cần nguồn tác động (nguồn áp suất, nguồn nhiệt,… nguồn cần đo của cảm
biến loại đó) tác động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị về vi xử lý, vi xử lý tín
hiệu rồi đưa tín hiệu ra.

Sơ đồ khối cảm biến áp suất
Áp suất: nguồn áp suất cần kiểm tra có thể là áp suất khí, hơi, chất lỏng …

24


GVHD: Phạm Văn Hùng
Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý. Tùy
thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang dạng tín hiệu
điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện … về khối xử lý.
Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý
để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp
suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA( tín hiệu thường được sử dụng nhất) , 0
~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC, 1 ~ 5 VDC …
Tùy vào từng loại cảm biến là cách thức hoạt động cũng khác nhau có đến hàng
chục loại cảm biến, có loại hoạt động dựa trên sự biến dạng vật liệu để làm sự thay
đổi điện trở, loại thì thay đổi điện dung, loại thì sử dụng vật liệu áp điện, … dạng
phổ biến là dạng áp điện trở và kiểu điện dung

b, Cảm biến Wise P115RMT1S04BCC

Hình 19: Hình ảnh cảm biến
Cảm biến áp suất Wise P115RMT1S04BCC ứng dụng đo áp suất nồi hơi, đường
ống dẫn khí, đường ống dẫn nước
Thông số kỹ thuật:
Dải đo: 0 ~ 5 bar.
Đặc tính đo: áp suất tương đối.
Đầu dò: thụt vào trong.
Tiêu chuẩn đầu dò: PT.
Ren: 1/4".
Thời gian hồi đáp: 1.5ms.
Tín hiệu ra: 4 ~ 20mA.

Nguồn: 12 ~ 24VDC.
Độ chính xác:0.5% FSO.
Nhiệt độ hoạt động: - 40 ~ 125 độ C.
Nguyên lý làm việc của cảm biến loại này dựa trên sự biến dạng của cấu trúc
màng
( khi có áp suất tác động đến) được chuyển thành tín hiệu điện nhờ cấy trên đó các
phần tử áp điện trở.

25