bài tập lớn plc: Ứng dụng PLC của Siemens đo, điều khiển và cảnh báo áp suất trên đường ống nước với giải đo:0 ÷ 5bar

GVHD: Tống Thị Lý
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
Số : ……01……
Họ và tên HS-SV :

Lớp :

Nhóm :
Khoá : ……………………K10………………………… Khoa : ……Điện
Giáo viên hướng dẫn: Tống Thị Lý
NỘI DUNG
Đề tài: Ứng dụng PLC của Siemens đo, điều khiển và cảnh báo áp suất trên đường
ống nước với giải đo:[0 ÷ 5]bar
PHẦN THUYẾT MINH
Yêu cầu về bố cục nội dung:
1: Phân tích yêu cầu công nghệ
-

Khảo sát và chọn công nghệ trong thực tiễn ứng dụng hệ thống điều áp
suất trên đường ống

-

Tính chọn các thiết bị trên mô hình đã chọn (cấu tạo, nguyên lý, sơ đồ

chân..)

-

Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý mạch lực, mạch cách ly

-

Xác định chu trình cần điều khiển
2: Vẽ

-

Xác định các biến cần điều khiển

-

Lập bảng địa chỉ

-

Vẽ sơ đồ đấu dây
3: Thiết lập lưu đồ sơ đồ ghép nối hệ thống với PLC thuật toán
4: Viết chương trình điều khiển trên PLC
Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề
Trëng BỘ MÔN

Ngày hoàn thành
Gi¸o viªn híng dÉn

1


GVHD: Tống Thị Lý

Mục lục

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
Bài tập lớn môn PLC 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 cô: TỐNG THỊ LÝ- Bộ Môn Đo

Lường Và Điều Khiển- Khoa Điên- Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Cô 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 !

2


GVHD: Tống Thị Lý

Chương 1. Tổng Quan
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……
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 .
3
ống

công nghệ trong thực tiễn ứng dụng hệ thống điều áp suất trên đường

3


GVHD: Tống Thị Lý

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 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)
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 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.
4

Hệ thống điều khiển áp suất
1 Yêu cầu công nghệ

4


GVHD: Tống Thị Lý

Hệ thống sẽ tự động giám sát áp suất nước trên đường ống mạng và điều khiển
ngược lại để đảm bảo giữ đúng áp suất theo yêu cầu. PLC sẽ điều khiển áp suất
nước trên đường ống mạng theo đồ thị phụ tải ngày, tức là hệ thống sẽ điều
khiển áp suất theo thời gian thực. Hệ thống điều khiển tự động này một số chức
năng chính sau:
- Đo lường: Do đầu đo áp suất đo lường và chuyển đổi để đưa về CPU của
PLC
- Xử lý thông tin: Bộ điều khiển trung tâm sẽ đảm nhiệm vấn đề này.
- Điều khiển: PLC sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu.
- Giám sát: PLC sẽ kết đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động.
- Hệ thống có thể chuyển đổi qua lại giữa các motor bơm chạy với biến tần
nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ bơm, phục vụ bảo trì bảo dưỡng mà
không làm gián đoạn sản xuất.

Đồng thời để cho phép mở rộng và phát triển phụ tải sau này, hệ thống có thể sử
dụng cùng lúc hai bơm nếu cần. Bơm thứ hai sẽ đươc tự động đóng chạy trực
tiếp thông qua công tắc tơ như là một bơm nền và bơm có biến tần sẽ chạy điều
chỉnh đỉnh cho phù hợp với phụ tải.
2 Phương pháp đo áp suất
a Khái niệm:
Áp suất là đại lượng có giá trị bằng tỉ số giữa lực tác dụng vuông góc lên một
mặt với diện tích của nó.
Côngthức:
P: áp suất
F: lực tác dụng
S: tiết diện
Đối với các chất lỏng, khí hoặc hơi ( gọi chung là chất lưu), áp suất là một
thông số quan trọng xác định trạng thái nhiệt động học của chúng
Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm
bảo an toàn thiết bị, cũng như giúp cho việc kiểm tra và điều khiển hoạt động
của máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu.
Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị áp suất là Pascal: 1 Pascal là áp suất tạo
bởi một lực có độ lớn bằng 1N phân bố đồng đều trên một diện tích 1m2 theo
hướng pháp tuyến
b Các phương pháp đo áp suất
Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu là áp suất tĩnh. Do vậy,
đo áp suất chất lưu thực chất là xác định lực tác dụng lên một diện tích thành
bình.
Đối với chất lưu không chuyển động chứa trong một ống hở đặt thẳng đứng,
áp suất tĩnh tại một điểm M cách bề mặt tự do một khoảng h được xác định theo
công thức:

5

GVHD: Tống Thị Lý

p = p0 + ρgh
Trong đó: p0 là áp suất khí quyển
ρ: khối lượng riêng của chất lưu
g: gia tốc trọng trường.
Để đo áp suất tĩnh có thể tiến hành bằng các cách sau:
- Đo áp suất chất lưu lấy qua một lỗ được khoan trên thành bình nhờ cảm
biến thích hợp.
- Đo trực tiếp biến dạng của thành bình do áp suất gây nên.
Trong cách đo thứ nhất, phải sử dụng một cảm biến đặt sát thành bình. Trong
trường hợp này, áp suất cần đo được cân bằng với áp suất thủy tĩnh do cột chất
lỏng mẫu tạo nên hoặc tác động lên một vật trung gian có phần tử nhạy cảm với
lực do áp suất gây ra. Khi sử dụng vật trung gian để đo áp suất, cảm biến thường
trang bị thêm bộ phận chuyển đổi điện.
Trong cách đo thứ hai, người ta gắn lên thành bình các cảm biến đo ứng suất
để đo biến dạng của thành bình.
Đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu (p) là tổng áp suất tĩnh (p t) và
áp suất động (pđ):
p = pt + pđ
Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên khi chất lỏng không chuyển
động. Áp suất động do chất lưu chuyển động gây nên và có giá trị tỷ lệ với bình
phương vận tốc chất lưu :
Trong đó là khối lượng riêng chất lưu
Khi dòng chảy va đập vuông góc với một mặt phẳng, áp suất động chuyển
thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng là áp suất tổng. Do vậy áp
suất động được đo thông qua chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh. Thông
thường việc đo hiệu áp suất (p - pt) thực hiện nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ra
của một ống Pitot (như hình vẽ bên dưới), trong đó cảm biến (1) đo áp suất tổng,

cảm biến (2) đo áp suất tĩnh

6


GVHD: Tống Thị Lý

Hình 1: cảm biến áp suất

Hình 2: Đo áp suất động bằng ống pitol
Có thể đo áp suất động bằng cách đặt áp suất tổng lên mặt trước và áp suất
tĩnh lên mặt sau của một màng đo, như vậy tín hiệu do cảm biến cung cấp chính
là chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh

1, màng đo
2, phần tử áp điện
Hình 3: Đo áp suất động bằng màng
c Phương pháp đo lựa chọn cho hệ thống
Do chất lưu trong ống luôn chuyển động khi bơm nên ta dùng phương pháp đo
áp suất đối với chất lưu động.

7


GVHD: Tống Thị Lý

Chương 2. Thiết kế hệ thống
5

Chọn thiết bị

1Biến tần MM440
a Tổng quan về biến tần
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 moomen
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.

8


GVHD: Tống Thị Lý

Hình 4: 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 5: 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 lưu. Sau đó điện áp một chiều DC
Link lại được nghịch lưu 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 áp một chiều sau chỉnh lưu và cung cấp cho phần nghịch
lưu. Điện áp trên tụ không điều khiển được và phụ thuộc vào điện áp đỉnh của
nguồn xoay chiều cung cấp.

9


GVHD: Tống Thị Lý

Điện áp một chiều được chuyển thành điện áp xoay chiều sử dụng phương pháp
điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM). Dạng sóng mong
muốn được tạo lên bởi sự đóng cắt ở đầu ra của các transistors. MM440 sử dụng
các IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) ở mạch nghịch lưu, 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 ,moodul 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.
Các đặc tính làm việc:
Điều khiển dòng từ thông(FCC) để cải thiện tác động và điều khiển động cơ
động.
Giới hạn dòng điện nhanh (FCL) để làm việc với phần cơ khí dừng tự do.
Kết hợp hãm dùng dòng điện DC.
Hãm kết hợp để cải thiện việc hãm động cơ.
Với chương trình điều khiển thời gian khởi động /dừng động cơ mềm
Các đặc tính bảo vệ
Bảo vệ cho cả biến tần và động cơ.
Bảo vệ quá áp và áp thấp.
10

GVHD: Tống Thị Lý

Bảo vệ quá nhiệt biến tần.
Bảo vệ lỗi nối đất.
Bảo vệ ngắn mạch.
Bảo vệ nhiệt động cơ theo phương thức I2 t
d Sơ đồ đấu dây của biến tần

11


GVHD: Tống Thị Lý

Hình 6: Sơ đồ đấu dây của biến tần MM440
e các đầu dây điều khiển

12


GVHD: Tống Thị Lý

2 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.

13


GVHD: Tống Thị Lý

Hình 7: Module EM 235

Hình 8: Sơ đồ chân module EM235
b Các thành phần của module analog EM235.
Thành phần

Mô tả

4 đầu vào tương tự A+ , A- , RA
được kí hiệu bởi
B+ , B- , RB

các
chữ
cái
C+ , C- , RC
A,B,C,D

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

14


GVHD: Tống Thị Lý

c Sơ đồ khối của đầu vào Analog

Hình 9: Sơ đồ khối của đầu vào Analog
d Sơ đồ khối đầu ra Analog

Hình 10: Sơ đồ khối đầu ra Analog
e Định dạng dữ liệu
Dữ liệu đầu vào:

15


GVHD: Tống Thị Lý

Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…)
Định dạng:
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA):
MSB

LSB

15 14
0

3

Dữ liệu 12 bit

2

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 0 32000.
±

±

+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,):
MSB

LSB

15

4

Dữ liệu 12 bit

3
0

2

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 -32000 32000.
Dữ liệu đầu ra:
-

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

MSB
15
0

LSB
14

4

Dữ liệu 11 bit

3
0

2

1

0

0

0
0

÷

Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 0 32000 thành tín hiệu
÷

điện áp đầu ra 0 10V.
±

±

+ 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

LSB
4

3

2

1

0

16


GVHD: Tống Thị Lý

Dữ liệu 12 bit

0

0

0

0

f Bảng tổng hợp :
Định dạng dữ liệu

Giá trị chuyển đổi

±
±
Kiểu tín hiệu đối xứng ( 10V, 10mA,) - 32760 đến +32760

÷

Tín hiệu không đối xứng (0 10V, 4
20mA)

÷

1 đến +32760

g Cách nối dây
Đầu vào tương tự:
-

Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp:
RA

A+

+

-

Điện áp

A-

-

Với thiết bị đo tín hiệu đầu ra dòng điện:

Đầu ra tương tự:

17


GVHD: Tống Thị Lý

Cấp nguồn cho Module:

Tổng quát cách nối dây:

Hình 11: Sơ đồ tổng quát cách nối dây của Module EM235
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
SW1

SW2

SW3

Dải đầu vào
SW4

Độ
giải

phan

SW5 SW6

18


GVHD: Tống Thị Lý

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
giải

Dải đối xứng

phân

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

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

-

Hãy tắt nguồn cung cấp cho module

-

Gạt switch để chọn dải đo đầu vào

-

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

-

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

-

Đọc giá trị nhận được trong CPU.

-

Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh OFFSET để đưa giá trị về 0 (căn chỉnh
điểm không) , hoặc giá trị số cần thiết kế.
19


GVHD: Tống Thị Lý
-

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-)

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 …
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 …

20


GVHD: Tống Thị Lý

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

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.

Hình 12: Hình ảnh cảm biến áp suất
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.
Khi lớp màng bị biến dạng uốn cong, các áp điện trở sẽ thay đổi giá trị. Độ nhạy
và tầm đo của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào màng và kích thước, cấu trúc, vị
trí các áp điện trở trên màng.
c Tính toán thông tin đo ra từ cảm biến
Dải đo của cảm biến là 0 bar-5 bar tương đương với dải đầu ra của bộ chuyển
đổi là 4-20mA nên ta có đặc tính cảm biến như sau:
Osh

Tín hiệu đầu ra max

5 (bar)

21


GVHD: Tống Thị Lý

Osl
Tín hiệu đầu ra min
0 (bar)
Ish
Tín hiệu đầu vào max
32000
Isl
Tín hiệu đầu vào min
6400
Ov
Tín hiệu đầu ra cần xác định
Tín hiệu đầu ra của cảm biếm đc nối với EM235 với dải chuyển dổi là
0 – 32000 dùng kiểu integer lấy phần dương , nên ta có đặc tính analog như sau:
Ta có công thức chuyển đổi:

6

Sơ đồ khối hệ thống

22


GVHD: Tống Thị Lý

Hình 13: Sơ đồ khối hệ thống
7

sơ đồ mạch động lực

23


GVHD: Tống Thị Lý

Hình 14: Sơ đồ mạch lực

8

Sơ đồ đấu đây của cảm biến với EM 235:

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

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

0 – 20 mA

5 uA

24


GVHD: Tống Thị Lý

9

Sơ đồ đấu dây của plc với biến tần

Hình 15: Sơ đồ đấu dây PLC với biến tần
10

Phân tích yêu cầu công nghệ

25