Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển hệ thống cấp nước nóng cho tòa nhà bằng PLC s7 1200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
CẤP NƯỚC NÓNG CHO TÒA NHÀ BẰNG PLC S7-1200

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Hữu Nghĩa
ThS. Nguyễn Văn Định
Sinh viên thực hiện:

Trần Văn Nam

Mã số sinh viên:

56130169

Khánh Hòa – 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
CẤP NƯỚC NÓNG CHO TÒA NHÀ BẰNG PLC S7-1200

GVHD: TS. Nguyễn Hữu Nghĩa
ThS. Nguyễn Văn Định
SVTH: Trần Văn Nam
MSSV: 56130169

Khánh Hòa, tháng 7/2018
i


MỤC LỤC
TRANG BÌA PHỤ ...........................................................................................................i
MỤC LỤC .................................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................vi
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................... 2
1.1 Đặt vấn đề .............................................................................................................. 2
1.2 Nhiệm vụ của đề tài................................................................................................ 2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................... 2
1.4 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 3
1.5 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ........................................................................................... 4
2.1 Tổng quan về PLC S7-1200 ................................................................................... 4
2.1.1. Sơ lược về PLC S7-1200 ................................................................................ 4
2.1.2. So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác[8] ......................................... 5
2.1.3. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200[2] ....................................................... 6
2.1.4. Phần mềm STEP 7 Professional ..................................................................... 9
2.1.5. Một số lệnh cơ bản trong PLC ...................................................................... 10
2.2 Tổng quan về hệ thống cấp nước nóng[3] ........................................................... 13
2.2.1. Khái niệm chung về hệ thống cấp nước nóng .............................................. 13

2.2.2. Mạng lưới cấp nước nóng ............................................................................. 23
2.2.3. Quản lý hệ thống cấp nước nóng .................................................................. 25
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC
NÓNG
................................................................................................................... 28
3.1 Hệ thống cung cấp nước nóng tòa nhà ................................................................. 28
3.1.1. Các thiết bị chính của hệ thống..................................................................... 28
3.1.2. Hoạt động của hệ thống: ............................................................................... 28
3.1.3. Yêu cầu điều khiển hệ thống cung cấp nước nóng ....................................... 29
3.2 Ứng dụng PLC vào điều khiển hệ thống cung cấp nước nóng ............................ 30
3.2.1. Chọn module PLC ........................................................................................ 30
3.2.2. Viết chương trình điều khiển PLC S7-1200 ................................................. 32
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ................ 43
4.1 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển cấp nước nóng dùng PLC S7-1200 ......... 43
ii


4.1.1. Sơ đồ bố trí thiết bị điều khiển ..................................................................... 43
4.1.2. Mạch điện điều khiển.................................................................................... 44
4.1.3. Chức năng các thiết bị trong sơ đồ ............................................................... 44
4.2 Dụng cụ cần thiết để lắp đặt mô hình................................................................... 47
4.3 Lắp đặt mô hình ................................................................................................... 48
4.3.1. Rơle điều chỉnh áp suất ................................................................................. 49
4.3.2. Bình đun nước nóng ..................................................................................... 49
4.3.3. Các thiết bị khác ........................................................................................... 50
4.4 Chạy thử mô hình, kiểm tra và sửa lỗi ................................................................. 52
4.4.1. Chạy thử ........................................................................................................ 52
4.4.2. Kiểm tra, sửa lỗi............................................................................................ 58
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 60
5.1 Kết luận ................................................................................................................ 60

5.2 Kiến nghị .............................................................................................................. 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 61

iii


DANH MỤC HÌNH
Hình 2-1. Phần cứng CPU S7-1200 ................................................................................ 7
Hình 2-2. Hệ thống đun nước nóng bằng cột đun ......................................................... 16
Hình 2-3. Hệ thống đun nước nóng bằng nồi đun ......................................................... 17
Hình 2-4. Đun nước nóng bằng nồi hơi và thiết bị đun nước nóng loại dung tích ....... 17
Hình 2-5. Đun nước nóng bằng nồi hơi với thiết bị đun loại lưu tốc ............................ 19
Hình 2-6. Đun nước nóng bằng thiết bị đun dùng hơi nước ......................................... 20
Hình 2-7. Đun nước nóng bằng thiết bị đun loại lưu tốc, với nguồn truyền nhiệt là mạng
lưới cấp nhiệt thành phố ................................................................................................ 20
Hình 2-8. Thiết bị sản xuất nước nóng bằng năng lượng mặt trời ................................ 21
Hình 2-9. Bình nước nóng năng lượng mặt trời đối lưu cưỡng bức.............................. 22
Hình 2-10. Sơ đồ bố trí đường ống dẫn nhiệt ................................................................ 24
Hình 3-1. Hệ thống cung cấp nước nóng tòa nhà .......................................................... 29
Hình 3-2. PLC S7-1200 và sơ đồ chân đấu ................................................................... 30
Hình 3-3. Cấu tạo mặt trước của module ...................................................................... 31
Hình 3-4. Sơ đồ các chân đấu nối của module .............................................................. 32
Hình 3-5. Điều khiển bơm cấp nước (chạy/dừng) ......................................................... 38
Hình 3-6. Điều khiển bơm cấp nước nóng (chạy/dừng) ................................................ 39
Hình 3-7. Đóng/mở van cấp hơi .................................................................................... 39
Hình 3-8. Báo sự cố hụt nước trong bình đun ............................................................... 40
Hình 3-9. Báo sự cố mức nước cực cao trong bình đun ................................................ 41
Hình 3-10. Tắt chuông báo sự cố .................................................................................. 41
Hình 3-11. Bật công tắc về chế độ OFF ........................................................................ 42
Hình 4-1. Sơ đồ bố trí thiết bị điều khiển hệ thống cấp nước nóng tòa nhà bằng PLC S71200 ............................................................................................................................... 43

Hình 4-2. Mạch điện điều khiển .................................................................................... 44
iv


Hình 4-3. Kìm điện ........................................................................................................ 47
Hình 4-4. Máy khoan cầm tay ....................................................................................... 48
Hình 4-5. Tua vít ........................................................................................................... 48
Hình 4-6. Mô hình hoàn thiện ....................................................................................... 49
Hình 4-7. Rơle điều chỉnh áp suất ................................................................................. 49
Hình 4-8. Bình đun nước nóng ...................................................................................... 50
Hình 4-9. Bật CB cấp nguồn ......................................................................................... 53
Hình 4-10. Bật công tắc hệ thống .................................................................................. 53
Hình 4-11. Hệ thống báo sự cố khi mức nước dưới mức cực thấp ............................... 54
Hình 4-12. Contactor bơm nước lạnh hoạt động ........................................................... 54
Hình 4-13. Contactor bơm nước lạnh ngừng................................................................. 55
Hình 4-14. Hệ thống báo sự cố khi mức nước ở vị trí cực cao ..................................... 56
Hình 4-15. Mở van cấp hơi vào bình đun ...................................................................... 56
Hình 4-16. Đóng van cấp hơi ........................................................................................ 57
Hình 4-17. Bơm nước nóng 1 hoạt động ....................................................................... 57
Hình 4-18. Bơm nước nóng 2 hoạt động ....................................................................... 58
Hình 4-19. Ngừng bơm nước nóng 1 và 2..................................................................... 58

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1. Bảng thông số và kiểu dữ liệu của bộ Timer ................................................ 12
Bảng 2-2. Bảng giá trị Time .......................................................................................... 13
Bảng 3-1. Khai báo đầu vào/ra PLC .............................................................................. 37
Bảng 4-1. Các thiết bị khác trong mô hình .................................................................... 50

Bảng 4-2. Các lỗi trong quá trình lắp đặt và chạy thử ................................................... 58

vi


LỜI CẢM ƠN
Trải qua bốn năm học tập tại trường Đại học Nha Trang, dưới sự chỉ bảo và dạy
dỗ tận tình của các Thầy, Cô trong Khoa cũng như Thầy, Cô trong trường đã giúp tôi
tích lũy được nhiều kiến thức nền tảng quý giá, đến nay tôi đang ở trong giai đoạn cuối
của chương trình đào tạo tại trường và thực hiện đồ án tốt nghiệp đại học.
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng quý giá từ
Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí, cùng sự chỉ bảo, sẵn sàng giúp đỡ của các Thầy, Cô trong
bộ môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lời biết ơn sâu sắc tới Thầy TS. Nguyễn Hữu
Nghĩa và Thầy ThS. Nguyễn Văn Định đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, đã tạo
mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, do còn hạn chế về kiến thức cũng như
kỹ năng thực tế nên đồ án còn nhiều thiếu sót. Tôi kính mong Thầy, Cô và bạn bè có
những ý kiến đóng góp quý báu để kiến thức trong lĩnh vực được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, tôi xin kính chúc quý Thầy, Cô trong Khoa Cơ khí thật dồi dào sức khỏe,
niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh tốt đẹp của mình và truyền đạt kiến thức cho thế
hệ mai sau.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 7 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Trần Văn Nam

1

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Ngành nhiệt lạnh ra đời từ rất lâu khi con người bắt đầu biết cách điều khiển nhiệt
độ không khí theo mục đích sử dụng của mình. Sau nhiều thời gian nghiên cứu và tìm
hiểu thì con người đã tìm ra một hệ thống có thể điều khiển nhiệt độ của không khí để
phục vụ các sinh hoạt của mình như: bảo quản thực phẩm, làm mát không gian sinh hoạt.
Trong những năm gần đây, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã được ứng dụng rất mạnh mẽ
trong các ngành như: sinh học, hóa chất, công nghiệp dệt, thuốc lá, rượu, bia, điện tử,
tin học, y tế, thực phẩm, chế biến và bảo quản thủy sản. Hơn nữa, ngành nhiệt lạnh còn
được ứng dụng nhiều ở lĩnh vực cần nguồn nhiệt nóng như: ngành nhiệt điện, công nghệ
thực phẩm, dệt, công nghiệp sản xuất, nhà hàng, khách sạn, khu nghỉ mát...
Bên cạnh đó, yếu tố tự động hóa các thiết bị cũng dần được cải thiện. Chúng ngày
càng ăn sâu vào các quá trình điều khiển hệ thống một cách tự động và linh hoạt hơn,
nhằm giúp quá trình vận hành của con người ngày càng đơn giản hơn. Vì thế, nhằm đơn
giản hóa, tự động hóa cho các quá trình điều khiển bằng tay vào các máy, thiết bị lạnh
ta thay thế thành điều khiển tự động bằng lập trình PLC.
Qua đó, sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của
Thầy, Cô trong bộ môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh trường Đại học Nha Trang, nên tôi được
giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển hệ thống cấp nước
nóng cho tòa nhà bằng PLC S7-1200” với sự trợ giúp của Thầy TS. Nguyễn Hữu
Nghĩa và Thầy ThS. Nguyễn Văn Định.
1.2 Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống cung cấp nước nóng.
- Thiết kế mô hình thiết bị điều khiển thực tế.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
- Lập trình điều khiển mức nước trong bình đun nước nóng.
- Lập trình điều khiển cấp nước nóng đi đến nơi sử dụng.
- Lập trình điều khiển nhiệt độ bình đun nước nóng.
- Thử nghiệm điều khiển trên mô hình thực tế.

2


1.4 Đối tượng nghiên cứu
- Bộ lập trình PLC S7-1200, phần mềm STEP 7.
- Hệ thống cung cấp nước nóng tòa nhà.
1.5 Nội dung nghiên cứu
- Mở đầu.
- Tổng quan.
- Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển hệ thống cung cấp nước nóng.
- Thiết kế, lắp đặt mô hình thiết bị điều khiển.
- Kết luận và kiến nghị.

3


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về PLC S7-1200
2.1.1. Sơ lược về PLC S7-1200
2.1.1.1. Khái niệm PLC[6]
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được (khả
trình) mà tuỳ vào người sử dụng nó có thể thực hiện một loạt hay trình tự các sự kiện,
các sự kiện này được kích thích bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào) tác
động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được
đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị bên ngoài hay
còn gọi là các thiết bị vật lý (các thiết bị được gắn vào ngõ ra của PLC).
Như vậy, chúng ta có thể hiểu rằng, PLC là một bộ “điều khiển logic theo chương
trình”, ta chỉ cần thay đổi chương trình cài đặt trong PLC là PLC có thể thực hiện được
các chức năng khác nhau, điều khiển trong những môi trường khác nhau. Là một hệ

mang tính vượt trội so với các thiết bị hiện tại nó mang tính chính xác cao và đạt hiệu
quả công việc cao.
2.1.1.2. Giới thiệu về PLC S7-1200 của hãng SIEMENS[7]
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200.
So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm
cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.
- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các
đầu vào/ra (DI/DO).
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình
điều khiển:
+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.
+ Tính năng “know - how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài
ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.

4


- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD,
LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal V13 của Siemens.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal V13 vì phần mềm này
đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
2.1.2. So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác[8]
2.1.2.1. PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay
Việc phát triển hệ thống điều khiển bằng lập trình đã dần dần thay thế từng bước
hệ thống điều khiển bằng Relay trong các quá trình sản xuất. Khi thiết kế một hệ thống
điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn các hệ thống, hệ thống điều
khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng Relay do các

nguyên nhân sau:
- Thay đổi trình tự điều khiển một cách linh động.
- Có độ tin cậy cao.
- Khoảng không lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm diện tích.
- Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra cao.
- Sự chọn lựa dữ liệu một cách thuận lợi, dễ dàng.
- Dễ dàng thay đổi cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có nhu
cầu mở rộng sản xuất.
Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã
nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng
vượt trội hơn hệ thống điều khiển cổ điển (Relay, Contactor,…). Hệ thống điều khiển
này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tương lai do không phải đổi, bỏ hệ
thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi
chương trình cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới.
2.1.2.2. PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer)
Đối với một PC, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC,
sự khác biệt có thể biết được như sau:
- Máy tính không có các cổng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng
thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp.

5


- Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải là dạng hình thang, máy tính ngoài
việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các
phần mềm khác, làm "chậm" đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển.
Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dễ dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng
như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của
PLC.
2.1.2.3. Lợi ích của việc sử dụng PLC

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các
tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp. Kích thước của PLC
hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của
PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong
điều khiển hệ thống.
Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống diều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với sơ
đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra…), mà không phải thay đổi
kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi
thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển đổi hệ điều
khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ
thống được điều khiển linh hoạt hơn.
Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng
không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác. Điều này
càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp
đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác.
Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ
giao diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng
hóc (trouble shoding) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc
sửa chữa thuận lợi hơn.
2.1.3. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200[2]
PLC S7-1200 được thiết kế theo kiểu module. Các module này sử dụng cho nhiều
ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc
thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống. Số các module
6


được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng, song tối thiểu bao giờ cũng có một
module chính là module CPU (Hình 2-1). Các module còn lại là những module truyền
và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài, các module chức năng chuyên
dụng… Chúng được gọi chung là các module mở rộng.

Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet
(Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC
và các màn hình HMI. Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều
khiển được nhanh chóng, đơn giản.
Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các màn
hình HMI mới dùng cho PLC S7-1200 cũng được giới thiệu. Tất cả cùng tạo ra một giải
pháp tích hợp, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ (Micro Automation).
 Bộ phận kết nối nguồn
 Các bộ phận kết nối nối dây của
người dùng có thể tháo được (phía sau
các nắp che). Khe cắm thẻ nhớ nằm
dưới cửa phía trên.
 Các led trạng thái dành cho I/O tích
hợp.
 Bộ phận kết nối Profinet (phía dưới
của CPU).
Hình 2-1. Phần cứng CPU S7-1200
2.1.3.1. Module CPU
Đây là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ
đếm, cổng truyền thông... và có thể có các cổng vào/ra số. Các cổng vào ra tích hợp trên
CPU gọi là cổng ra vào onboard.
S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C. Mỗi loại CPU có đặc điểm
và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng của khách hàng.



Dưới đây là tóm tắt các tính năng nổi bật của SIMATIC S7-1200[9]:
Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
7

- Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC.
- Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở.
- Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo.
- Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s.
- Hỗ trợ 16 kết nối Ethernet.
- TCP/IP, ISO on TCP và S7 protocol.


Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:

- 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường,
trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz.
- 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo
(servo drive).
- Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều
khiển nhiệt độ...
- 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto tune functionality).


Thiết kế linh hoạt:

- Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp
phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà không thay đổi kích thước hệ điều
khiển.
- Mỗi CPU có thể kết nối 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra.
- Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU.
- 3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông:
module RS232 hay RS485.
- Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng

dụng hay khi cập nhật firmware.
- Chẩn đoán lỗi online/offline.

8


2.1.3.2. Các module mở rộng
Các module mở rộng tín hiệu vào/ra được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU.
Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog, giúp linh hoạt trong sử dụng
S7-1200. Tính đa dạng của các module tín hiệu vào/ra sẽ được tiếp tục phát triển.
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để
mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền
thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
2.1.4. Phần mềm STEP 7 Professional
2.1.4.1. Chức năng của phần mềm STEP 7
- Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-200/300/1200.
- Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-200/300/1200 cũng như thủ tục
truyền thông giữa chúng.
- Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm.
- Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối
chương trình.
Ngoài ra Step 7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần
trợ giúp Online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của người sử dụng về cách sử
dụng Step 7, về cú pháp lệnh trong lập trình về xây dựng cấu hình cứng của một trạm,
của một mạng gồm nhiều trạm PLC…
2.1.4.2. Ngôn ngữ lập trình[1]
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối
tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-1200 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là:
- Ngôn ngữ “hình thang” – LAD (Ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa thích
hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic.

- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh” - STL (Statement list). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình
thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một
thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “Tên lệnh” +
“Toán hạng”.
9


- Ngôn ngữ “hình khối” – FBD (Function block diagram). Đây cũng là ngôn ngữ đồ
họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. Ngôn ngữ STL bao hàm
cả ngôn ngữ LAD và FBD, từ LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL nhưng
ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD.
2.1.5. Một số lệnh cơ bản trong PLC
2.1.5.1. Lệnh về bit logic
a) Tiếp điểm thường mở
Khi I 0.0  0 công tắc ở trạng thái mở, dòng điện không thể chạy qua tiếp điểm.
Khi I 0.0  1 công tắc đóng lại, dòng điện có thể chạy qua tiếp điểm.

b) Tiếp điểm thường đóng
Nếu I 0.0  0 công tắc đóng và có dòng điện chạy qua.
Nếu I 0.0  1 công tắc ở trạng thái mở, dòng điện không thể chạy qua tiếp điểm.

c) Ngõ ra (cuộn coil)
Ngõ ra trong thực tế thường là cuộn dây contactor, bóng đèn, thiết bị ta cần điều
khiển…
- Nếu trạng thái tín hiệu tại chân I 0.0  0 thì ngõ ra Q0.0  0
- Nếu trạng thái tín hiệu tại chân I 0.0  1 thì Ngõ ra Q0.0  1

d) Lệnh NOT
Kết quả thu được bằng đảo giá trị của kích thích đầu vào.
10

- Nếu I 0.0  1 thì Q0.0  0
- Nếu I 0.0  0 thì Q0.0  1

e) Reset Coil (R)
Gán giá trị 0 cho Q 0.0 :
- Nếu I 0.0  1 thì trạng thái tín hiệu ở đầu ra Q 0.0 sẽ được reset về 0.
- Nếu I 0.0  0 trạng thái tín hiệu tại Q 0.0 sẽ không thay đổi.

f) Set Coil (S)
Gán giá trị 1 cho Q 0.0 :
- Nếu I 0.0  1 thì trạng thái tín hiệu ở đầu ra Q 0.0 sẽ được set lên 1.
- Nếu I 0.0  0 trạng thái tín hiệu tại Q 0.0 sẽ không thay đổi.

2.1.5.2. Lệnh Timer
Sử dụng các lệnh định thì để tạo ra các trì hoãn thời gian được lập trình.
- TP: bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước.
- TON: ngõ ra Q của bộ định thì ra ON – delay được đặt lên ON sau một trì hoãn
thời gian đặt trước.
- TOF: ngõ ra Q của bộ định thì OFF – delay được đặt lại về OFF sau một trì hoãn
thời gian đặt trước.

11


- TONR: ngõ ra Q của bộ định thì có khả năng nhớ ON – delay được đặt lên ON sau
một trì hoãn thời gian đặt trước. Thời gian trôi qua được tích lũy qua nhiều giai đoạn
định thì cho đến khi ngõ vào R được sử dụng để đặt lại thời gian trôi qua.
- RT: đặt lại một bộ định thì bằng cách xóa dữ liệu thời gian được lưu trữ trong khối

dữ liệu tức thời của bộ định thì xác định.
Mỗi bộ định thì sử dụng một cấu trúc được lưu trữ trong một khối dữ liệu nhằm
duy trì dữ liệu định thì. Ta gán giá trị khối dữ liệu khi lệnh định thì được đặt trong
chương trình soạn thảo.
Khi ta đặt các lệnh định thì trong một khối hàm, ta có thể lựa chọn tùy chọn khối
dữ liệu Multi – instance, các tên cấu trúc định thì có thể khác nhau với những cấu trúc
dữ liệu riêng biệt, nhưng dữ liệu định thì chứa trong một khối dữ liệu đơn và không cần
một khối dữ liệu riêng biệt cho mỗi bộ định thì. Điều này làm giảm thời gian xử lý và
nơi lưu trữ cần thiết cho việc xử lý các bộ định thì.
Các bộ định thì TP, TON và TOFF có các thông số ngõ
vào và ngõ ra giống nhau.
Bộ định thì TONR có thông số ngõ vào đặt lại được
thêm vào R. Tạo ra một “Timer name” riêng chỉ định
Data Block định thì và miêu tả mục đích của bộ định
thì này trong chu trình.

Lệnh RT đặt lại dữ liệu định thì cho bộ định thì được
chỉ định.
Bảng 2-1. Bảng thông số và kiểu dữ liệu của bộ Timer
Thông số

Kiểu dữ liệu

Miêu tả

IN

Bool

Ngõ vào bộ định thì cho phép

R

Bool

Đặt lại thời gian trôi qua của TONR về 0

12


PT

Bool

Ngõ vào giá trị thời gian đặt trước

Q

Bool

Ngõ ra bộ định thì

ET

Time

Ngõ ra giá trị thời gian trôi qua

Khối dữ liệu định thì

DB

Chỉ ra bộ định thì nào để đặt lại với lệnh RT

- Các giá trị TIME:
Các giá trị PT (preset time – thời gian đặt trước) và ET (eslapsed time – thời gian
đã trôi qua) được lưu trữ trong bộ nhớ như các số nguyên double có dấu, tượng trưng
cho những mili giây thời gian. Dữ liệu TIME sử dụng bộ định danh T# và có thể được
nhập vào như một đơn vị thời gian thuần túy “T#200ms” hay như các đơn vị thời gian
phức hợp “T#2s_200ms” được thể hiện ở Bảng 2.2.
Bảng 2-2. Bảng giá trị Time
Kiểu dữ liệu

Kích cỡ

Phạm vi số hợp lệ
Từ T#-24d_20h_31m_23s_648ms

TIME

32 bit

đến T#24d_20h_31m_23s_647ms
-2.147.483.648 ms đến + 2.147.483.647 ms



Lưu ý: vùng giá trị âm của kiểu dữ liệu TIME được thể hiện ở trên không thể được

sử dụng với các lệnh định thì. Các giá trị PT (thời gian đặt trước) âm được đặt về 0 khi

lệnh định thì được thực thi. ET (thời gian trôi qua) luôn luôn có giá trị dương.
2.2 Tổng quan về hệ thống cấp nước nóng[3]
2.2.1. Khái niệm chung về hệ thống cấp nước nóng
2.2.1.1. Khái niệm
Nước nóng dùng trong các nhà để rửa, tắm, chuẩn bị nấu ăn; trong các nhà như
nhà tắm, nhà ăn, nhà giặt là và cho sản xuất. Để nâng cao đời sống, văn hóa và tiện nghi
cho người tiêu dùng, phục vụ cho sản xuất, việc xây dựng hệ thống cấp nước nóng yêu
cầu ngày càng nhiều.

13


Nhiệm vụ của hệ thống cấp nước nóng là cung cấp nước nóng tới mọi thiết bị vệ
sinh hay máy móc sản xuất.
Hệ thống gồm các bộ phận sau:
- Trạm chuẩn bị nước nóng: gồm nồi đun nước nóng hoặc thiết bị đun nước nóng
hoặc cả hai loại.
- Các thiết bị, dụng cụ dùng nước nóng: vòi trộn nước nóng và lạnh, hương sen có
vòi trộn, van, khóa, van xả khí tự động, thiết bị tự động điều chỉnh nhiệt độ, bình ngưng
tụ nước, van giảm áp…
- Mạng lưới đường ống: gồm ống phân phối nước nóng, ống tuần hoàn, ống dẫn
nhiệt, ống ngưng tụ…
Ngoài ra, khi cần thiết có thể thêm một số công trình khác nữa như: két nước nóng,
bơm tuần hoàn…
2.2.1.2. Phân loại
a) Theo phạm vi phục vụ
- Hệ thống cấp nước nóng cục bộ (cho từng ngôi nhà hoặc từng công trình) loại này
hiện nay khá phổ biến.
- Hệ thống cấp nước nóng tập trung cấp cho từng nhóm nhà, tiểu khu, bệnh viện
hoặc trường học…

b) Theo phương pháp đun nóng nước
- Hệ thống đun nước trực tiếp bằng nồi đun nước nóng (loại này ta thường dùng).
- Hệ thống đun nước nóng gián tiếp qua thiết bị đun nước nóng.
c) Theo nhiên liệu cấp nhiệt
- Hệ thống cấp nước nóng đun bằng than, củi.
- Hệ thống cấp nước nóng đun bằng điện.
- Hệ thống cấp nước nóng đun bằng hơi nước.
- Hệ thống cấp nước nóng đun bằng hơi đốt.
- Hệ thống cấp nước nóng năng lượng mặt trời.

14


d) Theo cách nối với hệ thống cấp nước lạnh
- Hệ thống nối kín: nối trực tiếp với hệ thống cấp nước lạnh bên ngoài – dùng khi
áp lực mạng lưới nước lạnh dao động ít.
- Hệ thống nối hở: nước bên ngoài vào phải qua một két nước lạnh – dùng khi áp
lực mạng bên ngoài dao động lớn và không đảm bảo thường xuyên.
e) Theo phương pháp dự trữ nước
- Hệ thống có két nước nóng hở hoặc kín: sử dụng cho chế độ dùng nước nóng không
điều hòa khi nồi đun và thiết bị đun nước nóng làm việc điều hòa. Do đó cần có công
trình điều hòa, dự trữ nước nóng.
- Hệ thống tích trữ nước nóng ngay trong nồi đun: dùng khi yêu cầu sử dụng nước
ít. Bản thân nồi đun đóng vai trò một két nước kín.
- Hệ thống không dự trữ nước nóng: dùng khi chế độ dùng nước điều hòa kết hợp
với nước ấm hoặc khi có khả năng điều chỉnh lượng nhiệt một cách nhanh chóng (đun
bằng điện, hơi đốt).
f) Theo phương pháp tuần hoàn nước nóng (nước nóng không dùng đến, quay trở về
thiết bị đun hoặc nồi đun để đun lại)
- Hệ thống tuần hòa tự nhiên.

- Hệ thống tuần hoàn nhân tạo (có bơm tuần hoàn).
g) Theo cách bố trí đường ống chính
- Hệ thống có đường ống chính phía trên: tắm công cộng…
- Hệ thống có đường ống chính phía dưới: đa số các trường hợp bố trí kiểu này.
2.2.1.3. Sơ đồ hệ thống cấp nước nóng
a) Sơ đồ đun nước nóng bằng cột đun (Hình 2-2)
Sơ đồ này thường áp dụng cho các đối tượng dùng nước nóng nhỏ, ít người, có thể
dùng cho một vài chậu rửa, 3–5 buồng tắm. Dùng cho các nhà biệt thự.
Nhiên liệu đun: bằng than hoặc củi, nước được đun nóng do tiếp xúc với khói nóng
ở thành ống khói.

15


Hình 2-2. Hệ thống đun nước nóng bằng cột đun
1 – cột đun nước nóng; 2 – két nước nóng; 3 – két nước lạnh.
Sơ đồ này có thể biến đổi theo cách khác như sau:
- Không dùng két nước lạnh mà dùng trực tiếp từ mạng lưới nước lạnh bên ngoài
vào.
- Không dùng két nước nóng mà dùng ngay cột đun để dự trữ nước nóng (khi yêu
cầu nước nóng ít).
- Không dùng vòi trộn mà dùng nước nóng với nhiệt độ thích hợp từ két nước xuống.
Khi đó bố trí một đường nước lạnh vào két để hòa trộn nước nóng đến một nhiệt độ nhất
định và có thiết bị tự điều chỉnh nhiệt độ ở két.


Ưu điểm: kết cấu đơn giản dễ quản lý.



Nhược điểm: hiệu suất không cao:   40  50%

b) Sơ đồ đun nước nóng bằng nồi đun (Hình 2-3)
Trong sơ đồ này nước được đun nóng nhờ tiếp xúc với khói trong nồi đun: nhiên
liệu có thể là than củi, hơi đốt.
Sơ đồ này thường áp dụng cho các nhà tắm công cộng, các nhà sử dụng nước nóng
thường xuyên (khách sạn).


Ưu điểm: đơn giản, hiệu suất cao (nhất là khi dùng nồi đun cải tiến có bộ phận tiết

kiệm nhiệt).


Nhược điểm: không khống chế được nhiệt độ, thay đổi theo chế độ dùng nước và

phụ thuộc vào nhiên liệu, người quản lý…
16


Do đó sơ đồ này chỉ dùng thuận tiện cho các nhà dùng nước nóng thường xuyên.
Sơ đồ này có thể biến đổi theo cách khác như sau:
- Không nối với mạng nước lạnh bên ngoài mà có két nước lạnh.
- Dùng thêm mạng lưới ống nước lạnh và vòi trộn.
- Không dùng két nước nóng hở mà dự trữ nước nóng ngay trong nồi đun (coi như
két nước kín). Sơ đồ này sẽ tốn kim loại để chế tạo nồi đun nên ít dùng.

Hình 2-3. Hệ thống đun nước nóng bằng nồi đun
1 – nồi đun nước nóng; 2 – két nước nóng
c) Sơ đồ đun nước nóng bằng nồi hơi và thiết bị đun nước nóng loại dung tích (Hình

2-4)
Trong sơ đồ này nước được đun nóng gián tiếp bằng thiết bị đun nước nóng loại
dung tích nhờ hệ thống dẫn nhiệt (nước nóng hoặc hơi nước nóng) từ nồi hơi đến thiết
bị đun. Thiết bị đun nước nóng loại dung tích giống như một két nước nóng kín, hệ
thống dẫn nhiệt từ nồi hơi đến truyền qua thành ống làm cho nước nóng lên.

Hình 2-4. Đun nước nóng bằng nồi hơi và thiết bị đun nước nóng loại dung tích
17
tích


a) Đường ống chính phân phối nước

b) Đường ống chính phân phối nước

nóng phía trên

nóng phía dưới

1 – nồi đun

5 - ống đứng phân phối;

2 – thiết bị nước nóng loại dung tích;

6 - ống tuần hoàn;

3 – thùng điều chỉnh nước cho nồi đun;

7 - ống dẫn nhiệt.

4 - ống chính phân phối;
Nhiên liệu cung cấp cho nồi hơi có thể là than, hơi đốt…
Sơ đồ này có thể dùng cho các nhà dùng nước nóng nhiều và chế độ dùng nước
nóng không đều đặn (nhà gia đình, công cộng, nhà nhiều tầng) và chất lượng nước nguồn
xấu.


Ưu điểm: do thiết bị đun dùng nước tuần hoàn nên chất lượng nước đun tốt hơn, ít

đóng cặn, đỡ tốn nhiên liệu.


Nhược điểm: thiết bị phức tạp và quản lý khó hơn.
Sơ đồ có thể biến đổi theo cách khác nhau như sau:
- Có thể không dùng ống tuần hoàn. Khi nhà nhỏ, ống nhánh ngắn, dùng nước nóng

đều đặn liên tục.
- Có thể dùng thêm két nước lạnh.
d) Sơ đồ đun nước nóng bằng nồi đun (nồi hơi) với thiết bị đun nước nóng loại lưu tốc
(Hình 2-5)
Sơ đồ này giống như sơ đồ loại dung tích, nhưng dùng thiết bị đun nước nóng loại
lưu tốc. Loại này có khả năng cho lượng nước lớn trong một thời gian ngắn và thường
được dùng trong các nhà yêu cầu dùng nước nóng lớn, chế độ dùng nước nóng không
điều hòa (khách sạn, bể bơi, nhà tắm). Sơ đồ này có kích thước gọn nhẹ nhưng đòi hỏi
nồi đun có công suất lớn hơn so với cũng một lượng nước yêu cầu.

18