bài tập lớn môn hệ thu thập đề tài “Điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nhiệt mô phỏng bằng Wincc

Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

MỤC LỤC

Trang 1


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay sản phẩm công nghiệp đang đóng một vai trò quan trọng
trong nền kinh tế quốc dân.Đặc biệt là những thành tựu khoa học kỹ thuật lại
đang phát triển mạnh mẽ và được áp dụng phổ biến, rộng rãi vào lĩnh vực
công nghiệp.Nước ta đang trong thời kỳ quá độ lên chủ nghĩa xã hội vì vây
việc áp dụng những thành tựu khoa học của thế giới là mục tiêu công nhiệp
hóa và hiện đại hóa nước ta sớm đưa nước ta tiến lên chủ nghĩa xã hội.
Là sinh viên nghành điện,điện tử, sau những năm tháng học tập tại
trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội - Chúng em đã nhận thức được ngành
cơ điện tử là rất qua trọng và không thể thiếu cho bất kỳ môt lĩnh vực nào,
quốc gia nào.
Khi đươc giao bài tập lớn, xác định đây là công việc quan trọng để
nhằm đánh giá toàn bộ kiến thức mà mình đã tiếp thu, với đề tài “Điều khiển
và giám sát nhiệt độ lò nhiệt”.Đây là một đề tài khá phổ biến nhưng là một
sản phẩm của nghành điện.
Trong quá trình làm việc, với trình độ còn non trẻ về kiến thức và kinh
nghiệm thực tiễn nên chúng em không thể tránh được những sai sót. Do đó
chúng em rất mong muốn chỉ bảo thêm của các thầy và đóng góp của bạn bè
để chúng em hoàn thiện hơn.
Chúng em xin trân thành cảm ơn !

Trang 2


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Chương 1. Tổng quan xây
dựng HMI
1.1. Tiêu chí thiết kế HMI
1.1.1.

Khái niệm

HMI là viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao
tiếp giữa người thi hành, thiết kế và máy móc.Là hệ thống phần mềm hỗ trợ
con người theo dõi quá trình các biến của kỹ thuật ,trạng thái và các thông số
làm việc của các thiết bị trong hệ thống ,qua đó có thể thực hiện được các
thao tác vận hành và can thiệp từ xa tới hệ thống điều khiển phía dưới.
Biểu thị dữ liệu cho người vận hành và cho phép nhập lệnh điều khiển
qua nhiều dạng: hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, màn hình cảm ứng …
HMI có thể là màn hình GOT(Graphic Operation Terminal) của
Mitsubishi, màn hình NT của Omron, hoặc một PC chạy phần mềm SoftGOT
của Mitsubishi…
Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với
một máy móc thì đó là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng
hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI.
1.1.2. Vai trò của HMI
-Hiển thị quá trình :Quá trình được hiển thị trên thiết bị HMI.Màn hình trên
thiết bị HMI được cập nhật một cách năng động .Điều này được dựa trên các

sự chuyển tiếp quá trình .
-điều khiển vận hành cảu quá trình :người vận hành có thể điều khiển quá
trình bởi GUI.Ví dụ ,người vận hành có thể đặt trước các giá trị tham khảo
cho điều khiển hay khởi động một động cơ.
-Hiển thị các cảnh báo :các quá trình nghiêm trọng tự động hởi phát báo
động ,,ví dụ ,khi giá trị đặt được vượt quá.

Trang 3


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

-Lqu trữ các giá trị và cảnh báo quá trình :hệ thống HMI có thể ghi lại các
cảnh báo và giá trị quá trình .Tính năng này cho phép bạn lqu trữ các dãy quá
trình và lấy ra các dữ liệu của sản xuất từ trước.
-Ghi chép các cảnh báo và các giá trị quá trình :HMI có thể đưa ra các báo
cáo giá trị quá trình và các cảnh báo .Tính năng này cho phép bạn in ra các
dữ liệu sản xuất ở cuối ca là việc.
-quản lí thông số máy móc và quá trình : Hệ thống HMI có thể lqu trữ các
thông số của các quá trình và máy móc dưới dạng công thức.
1.1.3. Nguyên tắc thiết kế giao diện người máy
a, Yêu cầu chung
•

Đơn giản, dễ sử dụng (easy-to-use)

•

Bền vững, khó gây lỗi (robustness)

•

Tính thông tin cao (informativeness)

•

Nhất quán (consistency)

•

Đẹp, nhã nhặn (good-looking, elegant)

b, Các phương pháp giao tiếp
•

Đưa lệnh trực tiếp

•

Lựa chọn lệnh từ menu

•

Giao tiếp qua hộp thoại

c, Thiết kế cấu trúc màn hình
Yêu cầu cấu trúc các màn hình
•

Gần với các máy móc, thiết bị, công nghệ thực

•

Khoa học, kết hợp hợp lý phương pháp sử dụng chuyển cấp hoặc lựa
chọn nhanh
Phân cấp màn hình

•

Tổng quan hệ thống (system overview),
Trang 4


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý
•

hệ thống con (subsystem overview)

•

Tổng quan nhóm (group overview)

•

Hiển thị nhóm (group display)

•

Hiển thị chi tiết (details display)

•

Hình ảnh hệ thống, hình ảnh phạm vi/công đoạn/máy móc dưới dạng lqu
đồ công nghệ (process diagram) hoặc hình ảnh dây chuyền sản xuất

•

Đồ thị (trends): Đồ thị thời gian thực, đồ thị quá khứ

•

Cửa sổ báo động (alarm windows)

d, Nguyên tắc thiết kế
 Màu sắc

Trước khi quyết định đặt các nút lên màn hình, bạn cần hiểu rõ về màu
sắc cho từng loại nút. Màu sắc là công cụ hữu ích giúp vận hành viên tăng
khả năng quan sát đối với các dữ liệu quan trọng. Nếu sử dụng màu quá nhạt
đối với các nút biểu tượng cho trường hợp khẩn cấp, sẽ không thu hút được
sự chú ý của vận hành viên. Còn nếu sử dụng màu sắc sặc sỡ cho nhiều loại
nút sẽ gây ra tình trạng lộn xộn hoặc quá tải thông tin.
Thông thường, màu cho các nút trên màn hình thường là 3 màu: đỏ,
xanh và xanh da trời hoặc màu thứ sinh (do hai màu cơ bản trộn vào tạo ra).

Vòng tròn màu sắc: Mục đích của vòng tròn màu sắc là để diễn tả mối
quan hệ giữa các màu. Ví dụ tạo độ sáng cho màu bằng cách kết hợp màu thứ
sinh với màu đối diện trong vòng màu sắc.

Trang 5


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Trang 6


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Thị giác của chúng ta rất nhạy cảm với các màu gốc như đỏ, xanh và
xanh sáng, còn các màu xanh còn lại ít nhạy cảm hơn. Đó là lý do tại sao
những đường kẻ mảnh màu xanh lại khó quan sát. Nên tránh dùng màu xanh
cho các nút/ biểu tượng nhỏ, nhưng nó lại rất tốt nếu sử dụng làm màu nền.
Điều quan trọng trong quá trình chọn màu là làm sao phối hợp giữa màu
trạng thái của nhà máy và màu trạng thái cảnh báo. Một số quy chuẩn màu sử
dụng trong thiết kế HMI:
Đỏ = Dừng lại, cấm, nguy hiểm
Vàng = Cẩn thận
Xanh lá cây = An toàn
Xanh đậm = Hành đồng bắt buộc
Mọi giao diện hiển thị cần phải đảm bảo được thiết kế sao cho các nút
hiển thị về an toàn có mức độ rõ nét cao, và màu này không được sử dụng
quá nhiều cho các nút khác. Tránh tình trạng sử dụng cả khối màu gốc lớn
(như màu đỏ) vì nó sẽ gây ra tình trạng lqu màu lâu trên võng mạc, dẫn đến
việc khó cảm nhận các màu khác trên màn hình. Bạn có thể thử kiểm tra hiện
tượng này bằng cách nhìn vào một vùng màu đỏ lớn, ngay sau đó chuyển

sang nhìn vào bức tường màu trắng, bạn sẽ thấy bức tường đó là màu xanh.
Ngoài ra, khi thiết kế cũng phải chú ý rằng cứ 12 người lại có 1 người
có vấn đề về màu sắc. Như vậy, khi thiết kế không nên chỉ dựa vào màu sắc
để hiển thị trạng thái nhà máy.
Màu đen trắng cung cấp độ tương phản cho các text, nhưng chúng lại
không phù hợp làm nền cho nhiều loại màu khác. Một số màu phù hợp làm
nền như xám, nâu và xanh. Chúng tạo độ tương phản tốt cho những màu sử
dụng cho các nút/biểu tượng như đỏ, vàng, xanh da trời, đỏ tươi và trắng.

Trang 7


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Có thể sử dụng màu nền khác nhau nhằm tạo hiệu ứng để dễ phân biệt
các nhóm màn hình. Chẳng hạn như màu xám sáng sử dụng cho nhà máy
chính, màu nâu sáng cho khu vực tank, và màu xanh sáng cho nhà máy nước.
Tóm lại cách chọn màu sắc :
•

Chỉ dùng màu sắc khi thật cần thiết

•

Nền: màu tối, ví dụ xám sẫm hoặc xanh lam đậm

•

Máy móc, thiết bị: Sử dụng hình phẳng, màu và độ sáng khác ít so với

nền, cố gắng tránh 3D, tránh các mẫu hoa văn

•

Hình tĩnh (đường ống, máy móc): tránh các màu tươi, chói

•

Tín hiệu trạng thái, hình động: Chọn các màu tươi, chói
 Giá trị dữ liệu và text

Có lẽ các đoạn text thường là nhân tố gây phàn nàn nhiều nhất vì nó
khó đọc. Điều này thật tệ vì text chính là cách truyền tải thông tin hiệu quả
nhất tới vận hành viên.
Có hàng trăm loại font, nhưng chỉ có một vài trong đó phù hợp. Nên
chọn loại font thông dụng mà nhiều máy tính đều hỗ trợ như Arial, Helvetica,
System… Nếu bạn đang thiết kế HMI trên hệ điều hành Windows và sử dụng
font không thông dụng thì khi bạn copy kết quả thiết kế từ máy này sang
máy khác có thể sẽ xảy ra hiện tượng lỗi font không mong muốn. Do vậy,
không nên dùng những loại font thông dụng.
Sau việc chọn font là đến chọn cỡ chữ. Đối với HMI, vận hành viên
phải đọc được thông tin dù có cách đó vài mét. Font Arial với cỡ 16 là phù
hợp nhất cho những loại chữ thông thường. Đối với tiêu đề nên tăng lên 2 cỡ.
Một điều cần chú ý là nên sử dụng 1 loại font đồng nhất và không nên sử
dụng quá 3 cỡ font. Trong trường hợp cần miêu tả chi tiết ứng dụng bằng
text, nên sử dụng pop-up.
Trang 8


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu

GVHD: Tống Thị Lý

Tránh sử dụng quá nhiều chữ in hoa vì nó có thể gây khó đọc và nhức
mắt, đặc biệt là sử dụng gạch chân. Chữ in hoa chỉ nên sử dụng cho tiêu đề
lớn. Còn các đoạn text chỉ nên dùng chữ thường.
Đối với giá trị dữ liệu text thì nên nhóm text, và đặc biệt là giá trị dữ
liệu vào cùng khu vực trên màn hình. Nếu đặt giá trị dữ liệu tùy tiện cạnh các
ảnh/biểu tượng sẽ gây khó quan sát. Nếu bạn muốn người sử dụng so sánh
dữ liệu, thì nên nhóm chúng vào một bảng. Nếu bạn có nhiều bảng có loại dữ
liệu giống nhau ví dụ như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, thì bạn bố trí chúng sao
cho dễ tìm kiếm và theo dõi.
Tóm lại cách chọn chữ viết :
•

Hạn chế số font chữ, kiểu chữ, chênh lệch độ lớn

•

Chân phương, tránh các hiệu ứng đặc biệt (3D, lượn sóng, đường
viền,...)
 Các hình ảnh động

Một yếu tố quan trọng của HMI là dữ liệu nhà máy động. Có 2 loại dữ
liệu động cơ bản: dữ liệu trạng thái nhà máy và cảnh báo.
Cảnh báo. Trạng thái cảnh cáo của toàn bộ nhà máy nên luôn để hiện thị
trường trực trên màn hình và nên có chỉ dẫn đơn giản tới nội dung chi tiết
của cảnh báo. Màu của các biểu tượng cảnh báo dựa theo quy chuẩn:
Đỏ = Dừng lại, cấm, nguy hiểm
Vàng = Cẩn thận
Xanh lá cây = An toàn

Xanh đậm = Hành đồng bắt buộc
Vì cứ 12 người lại có 1 người có vấn đề về cảm nhận màu sắc, vậy để
phòng tránh không nên chỉ sử dụng màu để hiển thị cảnh báo mà nên kết hợp
với hình ảnh, hoặc trong trường hợp quan trọng ta kết hợp với cả âm thanh.
Trang 9


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Hiển thị cảnh báo bằng hình ảnh gồm thay đổi kích cỡ nút/biểu tượng,
thay đổi vị trí hiển thị, xuất hiện text hoặc vật nếu có cảnh báo. Hiển thị âm
thanh là phương pháp rất hữu ích, đặc biệt nếu hệ thống được trang bị những
âm vực cao thấp khác nhau. Âm vực truyền tải mức độ khẩn cấp của các
trường hợp cảnh báo.
Dù chọn hình thức thể hiện cảnh báo nào đi nữa thì các biểu tượng này
cần được đặt những nơi dễ quan sát nhất. Một vị trí đề nghị đó là trên đầu
màn hình.
Điều hướng và điều khiển
Điều hướng
Để giám sát các màn hình, vận hành viên phải chuyển từ trang này sang
trang khác dễ dàng và nhanh chóng. Với sự phổ biến của Microsoft
Windows, thiết bị điều khiển chính cho vận hành viên là chuột và bàn phím.
Bên cạnh đó, màn hình cảm ứng đang được ưa chuộng.
Dù đó là công cụ nào đi nữa thì các “điểm nóng” trên màn hình cũng
phải rõ ràng và đủ lớn để có thể kích chuột dễ dàng. Có hai cách thường
được dùng để hiển thị “điểm nóng”, đó là sử dụng nút và hình ảnh. Với cách
sử dụng hình ảnh, khi vận hành viên “di chuột” qua khu vực hình ảnh, thì nó
sẽ hiện ra một màn hình chi tiết.
Sự điều hướng giữa các màn hình nên được thiết kế đơn giản, rõ ràng và

thuận tiện. Có thể thiết kế theo kiểu cấu trúc hình cây. Giữa các bước chuyển
tiếp nên đặt nút “next step” ở phía dưới bên phải màn hình. Tất cả các trang
trong màn hình nên bố trí nút “Overview” — tương đương nút “Trang chủ”
trong các trình duyệt web. Nút này nên đặt vị trí dễ quan sát và tại cùng một
vị trí ở các trang khác nhau.
Nếu có thể, nên nhóm các nút điều hướng lại để vận hành viên thuận
tiện trong thao tác, không phải di chuột nhiều. Nếu người sử dụng có nhu cầu
Trang 10


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

chuyển đổi giữa các trang liên tục trong quá trình sử dụng, nên đặt các nút
như “Next page” ở cùng một vị trí giúp họ dễ dàng click hơn mà không phải
di chuột nhiều.
Điều khiển
Đối với các nút điều khiển, nên có pop-up như kiểu “Khởi động bơm
cấp liêu — OK or Cancel” nhằm tránh sai sót vô tình, và giúp những nhân
viên mới tiếp cận hệ thống mà không lo sợ gây thiệt hại hay hỏng hóc cho
nhà máy.
Tóm lại cách chọn hiển thị hình ảnh động :
•

Hỗ trợ phân biệt trạng thái, ví dụ nhấp nháy

•

Nhất quán trong tất cả các màn hình

•

Các số nên chỉnh căn phải, các biến liên quan trực tiếp để gần nhau và
cùng cách biểu diễn

•

Biểu diễn các đơn vị vật lý với giá trị số và đơn vị, không dùng %

1.2. Giới thiệu một số HMI mẫu
-Hệ thống bơm nước và đóng nắp chai tự động:

Trang 11


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

-hệ thống điều khiển phân loại đóng gói sản phẩm

-hệ thống giám sát và điều khiển đèn giao thông

Trang 12


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

1.3. Các bước thiết kế HMI trên Wincc

Bước 1: khởi động
 Từ Window chọn Start  Simatic  Window Control Center. Cửa sổ

WinCC Explorer hiện ra.

Trang 13


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Bước 2: Tạo dự án mới (New Project)
 Chọn File  New hoặc click vào biểu tượng New để tạo mới Project.

Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện với bốn lựa chọn:
Single_User Project: Project đơn một người dùng.
Multi_User Project: Project nhiều người dùng hay cùng một Project mà
nhiều máy tính khác nhau sử dụng. Các máy tính này phải có quyền qu
tiên ngang nhau (đều ở cấp độ Server).
Muti_Client Project: nhiều người sử dụng (ở cấp độ Client) có thể truy
cập cùng một cơ sở dữ liệu của một project (ở cấp độ Server).
Open an Existing project: mở một project đã có sẵn.

Tuỳ theo ứng dụng mà bạn có thể có lựa chọn khác nhau. Ơ đây ta chọn
Single-User Project và click chọn OK.
Tiếp theo sẽ gặp hộp thoại Creat a new project, ta được yêu cầu nhập tên
project và đường dẫn nơi lqu trữ project. Project vừa tạo có tên với phần mở
rộng “.mcp” (master control program).
Bước 3: Kết nối với PLC
-

Để tạo một Driver từ Navigation Window của WinCC Explorer ta right_click
vào Tag Management chọn Add New Driver…

Trang 14


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

-

Cửa sổ Add new driver hiện lên, ta chọn loại Driver tương thích. Với việc giao
tiếp họ PLC SIMATIC S7 300/400 chọn kênh “SIMATIC S7 protocol
Suite.CHN”.

-

Sau khi chọn kênh Driver xong, double_click vào kênh Driver vừa tạo và tuỳ
theo cấu hình mạng đang sử dụng ta chọn loại giao tiếp tương thích. Giả sử mạng
PROFIBUS chẳng hạn, ta right_click vào và chọn “New Driver Connection…”

Trang 15


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Bước 4:Tạo tag group
Tag group dùng để nhóm các tag thành từng nhóm tag tốt hơn.

*
-

Cách tạo một tag group:
Right_click vào Driver Connection vừa tạo và chọn “New Group…”

-Trong cửa sổ Properties of tag group ta đặt tên cho tuỳ ý cho nhóm tag group

cần tạo, và click chọn OK

Bước 5: Tạo tag:
-

Right_click vào tag group vừa tạo và chọn “New Tag…”

Trang 16


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Bước 6:.Tạo picture:
 Từ Navigation Window của WinCC Explorer, right_click vào Graphics

Designer và chọn New Picture.

Chương 2. Thiết kế hệ
thống điều khiển quan sát
2.1. Xây dựng cấu trúc của hệ thống điều khiển
2.1.1. Phân tích đặc tính bài toán điều khiển giám sát nhiệt độ

Nhiệt độ là một đại lượng vật lý hiện diện khắp nơi và trong nhiều lĩnh
vực trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt .Nhiệt độ trở nên là mối quan
tâm hàng đầu cho các nhà thiết kế máy và điều khiển nhiệt độ trở thành một
trong những mục tiêu của ngành Điều khiển tự động .Trong nhiều lĩnh vực
của nền kinh tế ,vấn đề đo và kiểm soát nhiệt độ là một quá trình không thể
thiếu được ,nhất là trong công nghiệp.
Trang 17


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Đo nhiệt độ trong công nghiệp luôn gắn liền với quy trình công nghệ của
sản xuất ,việc đô và kiểm soát nhiệt độ quyết định rất nhiều đến chất lượng
của sản phẩm trong các ngành công nghiệp thực phẩm ,luyện kim ,xi
măng,gốm sứ ,công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong….
Do đặc thù của bài tập lớn nên việc hoàn thành sản phẩm và chạy thực tế
sẽ gặp nhiều khó khăn. Chúng em chọn phương án nghiên cứu dựa trên các tài
liệu và kiến thức trên mạng kết hợp với kiến thức học được của môn học để
hoàn thiện phần lý thuyết của bài tập lớn, kết hợp mô phỏng từng phần dựa
trên phần mềm mô phỏng trên máy tính.
Trong khuôn khổ đề tài ứng dụng PLC để đo, điều khiển và cảnh báo nhiệt độ
chúng ta cần giải quyết được những vấn đề sau:
-

Tìm hiểu chung về PLC và loại PLC được sử dụng
Tìm hiểu về các module mở rộng cho PLC được sử dụng trong đề tài
Tìm hiểu về các loại cảm biến Alalog dùng để đo nhiệt độ và loại được

sử dụng

- Xây dựng thuật toán điều khiển và chương trình điều khiển.
- Mô phỏng chạy trên Win cc

2.1.2. Xây dựng sơ đồ khối hệ thống

Khi có tín hiệu điều khiển từ bảng điều khiển, PLC tiến hành đọc s7 300
đọc tín hiệu alalog từ cảm biến để tính toán để tính ra giá trị nhiệt độ trong lò.

Trang 18


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

PLC sẽ so sánh giá trị đọc được với các giá trị định ngưỡng để xuất tín hiệu
điều khiển đèn cảnh báo và điều khiển burner tương ứng.
2.2. Cấp trường
2.2.1. Xác định yêu cầu công nghệ
Các chức năng chính của cấp trường là đo lường, truyền động và
chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế, đa số các thiết bị cảm
biến (sensor) hay cơ cấu chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng
cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy. Các
thiết bị thông minh cũng có thể đảm nhận việc xử lý thô thông tin, trước khi
đưa lên cấp điều khiển.
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo đại lượng vật lý không điện
thành các tín hiệu điện. Mà ở đây nhiệt độ là 1 tín hiệu không điện, qua cảm
biến nó sẽ trở thành 1 dạng tín hiệu khác (điện áp, điện trở…). Sau đó các bộ
phận xử lí trung tâm sẽ thu nhận dạng tín hiệu điện trở hay điện áp đó để xử
lí.

2.2.2. Tính chọn thiết bị và sơ đồ nối dây
Cảm biến nhiệt độ

Ngày nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ dựa trên
nhiều nguyên lý đo khác nhau; tìm được một loại cảm biến phù hợp với điều
kiện và yêu cầu là một điều không dễ dàng. Trong khuôn khổ bài tập lớn
chúng em sẽ giới thiệu sơ lược về một số loại cảm biến đo nhiệt độ và loại
cảm biến được chọn .
a, Đo nhiệt độ trực tiếp.
 Cặp nhiệt điện.
Trang 19


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Cặp nhiệt điện được chế tạo dựa trên hiệu ứng nhiệt điện. Hiệu ứng nhiệt
điện, hay hiệu ứng Peltier-Seebeck, là sự chuyển nhiệt năng trực tiếp thành
điện năng và ngược lại, trên một số kết nối giữa hai vật dẫn điện khác nhau.
Kết nối này thường gọi là cặp nhiệt điện. Cụ thể, chênh lệch nhiệt độ giữa hai
bên kết nối sinh ra một hiệu điện thế giữa hai bên kết nối và ngược lại. Bằng
cách đo và tính toán hiệu điện thế này người ta sẽ tính ra được nhiệt độ của
vật cần đo.
 Nhiệt điện trở kim loại

Điện trở vật dẫn thay đổi theo nhiệt độ:

Trong đó:
l : chiều dài dây dẫn [m]
A : tiết diện dây dẫn [m2]

Ρ : điện trở suất [Ωm]
Như vậy điện trở của một dây dẫn kim loại sẽ thay đổi khi nhiệt độ của
nó thay đổi, sự thay đổi này gần như là tuyến tính, người ta sẽ dung mạch
điện để đo được sự thay đổi về điện trở này, từ đó tính được sự thay đổi tương
ứng về nhiệt độ vật cần đo.
b, Đo nhiệt độ gián tiếp.
 Nhiệt kế hồng ngoại.

Nhiệt kế hồng ngọai (IRT) cơ bản gồm có 4 thành phần:
-

Ống dẫn sóng (waveguide) để thu gom năng lượng phát ra từ bia

(target)
- Cảm biến có tác dụng chuyển đổi năng lượng sang tín hiệu điện
- Bộ điều chỉnh độ nhạy để phối hợp phép đo của thiết bị hồng ngọai
với chỉ số bức xạ của vật thể được đo.

Trang 20


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý
-

Một mạch cảm biến bù nhiệt để đảm bảo sự thay đổi nhiệt độ phía bên
trong thiết bị không bị truyền đến ngõ ra.

Bộ phận chính của nhiệt kế hồng ngoại là bộ cảm biến nhiệt điện. Với bộ cảm
biến này năng lượng của bức xạ hồng ngoại sẽ được hấp thụ và chuyển thành

tín hiệu điện. Tín hiệu điện này sẽ hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng theo
một tỉ lệ đã được qui đổi hoặc được đổi ra tính hiệu Analog để truyền về thiết
bị điều khiển (PLC, vi điều khiển…)
Trong đề tài này chúng em chọn Thermocouple- can nhiệt để đo trực
tiếp nhiệt độ trong lò .
Sơ đồ cấu tạo của cặp nhiệt điện:

2.2.3. Bơm nhiên liệu
Trong đề tài này chúng em động cơ Gespasa AG 100

Sử dụng động cơ bơm xăng, dầu chuyên dụng

Trang 21


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Công suất: 5HP
Điện áp:

380V

Tốc độ:1450(v/p)

2.2.4. Bảng biến điều khiển
Địa chỉ
AI0
Q0.0
Q0.1

Chức năng
Đầu vào tương tự nhận từ cảm biến
Điều khiển tốc độ động cơ ở mức thấp
Điều khiển tốc độ động cơ ở mức cao

2.3. Cấp điều khiển
Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các cảm biến,
xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả
xuống các cơ cấu chấp hành. Khi còn điều khiển thủ công, nhiệm vụ đó được

Trang 22


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

người đứng máy trực tiếp đảm nhiệm qua việc theo dõi các công cụ đo lường,
sử dụng kiến thức và kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết như
ấn nút đóng/mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay v.v... Trong một hệ thống
điều khiển tự động hiện đại, việc thực hiện thủ công những nhiệm vụ đó được
thay thế bằng máy tính.
2.3.1. Chọn thiết bị

a, Tổng quan về S7_300:
Dòng sản phẩm cao cấp ,được dùng cho những ứng dụng lớn với những
yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh,yêu cầu kết nối mạng,và có khả
năng mở rộng cho sau này. Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử
dụng có quyền chọn lựa.Đặc điểm nổi bật của S7_300 đó là ngôn ngữ lập
trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt như :

Hàm SCALE….. Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng
hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần. Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng
theo cấu trúc Modul,nghĩa là đối với S7-300 sẽ có những Modul tích hợp cho
những ứng dụng đặc biệt như Modul PID,Modul Đọc xung tốc độ cao….
b, Các Tín hiệu kết nối với PLC:
 Tín hiệu số: Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có

2 trị 0 hoặc1.
Đối với PLC Siemens :
Trang 23


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

Mức 0 : tương ứng với 0V hoặc hở mạch
Mức 1 : Tương ứng với 24V
Vd: Các tín hiệu từ nút nhấn ,từ các công tắc hành trình….. đều là những tín
hiệu số
 Tín hiệu tương tự : Là tín hiệu liên tục, từ 0-10V hay từ 4-20mA…. Vd:
Tín hiệu đọc từ Loadcell,từ cảm biến lqu lượng…
 Tín hiệu khác : Bao gồm các tín hiệu giao tiếp với máy tính ,với các thiết
bị ngoại vi khác bằng các giao thức khác nhau như giao thức
RS232,RS485,Modbus….
c, Các Modul của PLC S7_300:
Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần
lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu ra cũng như chủng
loại tín hiệu vào ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không
bị cứng hoá về cấu hình .Chúng được chia nhỏ thành các Modul.số các
Modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán ,song tối thiểu bao

giờ cũng có Modul chính là Modul CPU. Các Modul còn lại là những Modul
nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển ,các Modul chức năng chuyên
dụng như PID,điều khiển động cơ….. Chúng được gọi chung là Modul mở
rộng.Tất cả các Modul được gắn trên những thanh ray ( Rack).
 Modul CPU:

Modul CPU là loại Modul chứa vi xử lí,hệ điều hành ,bộ nhớ ,các bộ thời
gian,bộ đếm,cổng truyền thông (RS485)…. Và có thể còn có một vài cổng
vào ra số.Các cổng vào ra số trên CPU được gọi là cổng vào ra Onboard.
Trong họ PLC S7_300 có nhiều loại CPU khác nhau : CPU 312,CPU 314
,CPU 315….
Những Modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lí ,nhưng khác nhau về cổng
vào ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệttích hợp sẵn trong thư viện

Trang 24


Bài tập lớn môn: Hệ thu thập điều khiển và truyền số liệu
GVHD: Tống Thị Lý

của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào ra onboard này sẽ được
phân biệt với nhau tong tên gọi bằng tên cụm chữ cái IFM( viết tắt của
Intergrated Function Module ).Ví dụ Module CPU 312IFM,Modul314
IFM….
Ngoài ra còn có các loại module hai cổng truyền thông,trong đó cổng truyền
thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán .Các loại
module CPU được phân biệt với những loại CPU khác bằng thêm cụm từ DP
( Distrubited port)trong tên gọi. Ví dụ module CPU 315-DP
 Các Modul mở rộng:

Các Modul mở rộng được chia thành 5 loại chính:
- PS(Power Supply): Modul nguồn nuôi
- SM (Signal Module): Modul tín hiệu vào ra bao gồm:

DI (Digital Input) DO (Digital Output) DI/DO ( Digital In/Output) AI
(Analog Input)AO ( Analog Output)AI/AO ( Analog In/Output)
- IM ( Interface Module) : Modul ghép nối. Đây là loại Modul chuyên
dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các Modul mở rộng lại với nhau thành
từng một khối và được quản lí chung bởi một module CPU. Thông
thường các Modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ
gọi là Rack.
Trên mỗi một Rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng ( không
kể module CPU,module nguồn nuôi). Một module CPU có thể làm việc trực
tiếp với nhiều nhất 4 Rack,và các Rack này phải được nối với nhau bằng
Module IMIM360 :truyền

IM361:nhận.

- FM ( Function Module): Các Modul điều khiển riêng,như điều khiển
Servo,điều khiển PID……
- CP( Communication Module):Module truyền thông
Tín Hiệu: Thông thường có 2 tín hiệu
Trang 25