Ứng dụng PLC S71200 của SIEMENS thực hiện bài toán đo, điều khiển, cảnh báo nhiệt độ trong lò giới hạn trong dải 0150 0 C

MỞ ĐẦU
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả
trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản,
chỉ có chức năng đóng mở ON/OFF thông thường cho đến các ứng dụng cho các lĩnh vực
phức tạp, đòi hỏi chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Các
lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm :
Hoá học và dầu khí : định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn,
cân đong trong ngành hoá…
Chế tạo máy và sản xuất : tự động hoá trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp
đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…
Bột giấy, giấy, xử lý giấy : Điều khiển máy băm, quá trình ủ bọt, quá trình cán,gia
nhiệt…
Thuỷ tinh và phim ảnh : quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các
khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy.
Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá : đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá
trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây…) cân đong, đóng gói, hoà trộn…
Kim loại : Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra chất
lượng.
Năng lượng : điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin, …)
các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ).
Sau đây chúng em xin trình bày về đề tài“ ứng dụng PLC đo, cảnh báo và điều khiển
nhiệt độ trong lò” với dải đo (0-150oC).


CHƯƠNG I:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I. Giới thiệu đề tài
Nhiệt độ là một trong những đại lượng vật lý, nó có mặt ở khắp mọi 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, điều khiển nhiệt độ trở thành một trong những mục
tiêu hàng đầu của ngành Điều Khiển Tự Động. Việc đo và kiểm soát nhiệt độ tốt quyết
định rất nhiều đến chất lượng của sản phẩm trong các ngành công nghiệp thực phẩm,
luyện kim, xi măng, gốm sứ, công nghệ chế tạo động cơ đốt trong.
Nhiệm vụ của đề tài:
-

Ứng dụng PLC S7-1200 của SIEMENS thực hiện bài toán đo, điều khiển, cảnh
báo nhiệt độ trong lò giới hạn trong dải 0-1500C
Phân tích nguyên lý vận hành của hệ thống.
Trình bày về phương pháp đo nhiệt độ lò.
Xây dựng thuật toán đo nhiệt độ và phương pháp điều khiển tăng nhiệt độ lò.
Phương pháp giao tiếp giữa PLC S7-1200 với các ngoại vi trong hệ thống?
Viết trương trình điều khiển, chạy mô phỏng hệ thống.

II. Phương pháp đo.
Ta có thể chia quá trình đi nhiệt độ ra làm 3 khâu chính:
1) Khâu chuyển đổi:
Khâu chuyển đổi nhiệt độ thường dựa trên những biến đổi mang tính chất
đặc trưng của vật liệu khi chịu sự tác động của nhiệt độ.
Có các đặc trưng như sau:
+ Sự biến đổi điện trở.
+ Sức điện động sinh ra do sự chênh lệch nhiệt độ ở các mối nối của các kim
loại khác nhau.
+ Sự biến đổi thể tích, áp suất.
+ Sự thay đổi cường độ bức xạ của vật thể khi bị đốt nóng.
Đối với chuyển đổi nhiệt điện, người ta thường dựa vào hai tính chất đầu tiên
để chế tạo ra các cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở kim loại hay bán dẫn, các cảm biến
nhiệt độ dưới dạng các linh kiện bán dẫn như: Diode, transitor, các IC chuyên
dụng.

2) Khâu xứ lý:
Các thông số về điện sau khi được chuyển đổi từ nhiệt sẽ được xử lý trước
khi đưa đến khâu chỉ thị. Các bộ phận ở khâu xử lý gồm có: phần hiệu chỉnh,
khuếch đại, biến đổi ADC (analog – digital – converter)… Ngoài ra còn có thể có
các mạch điện trở bổ sung như: mạch bù sai số, mạch phối hợp tổng trở…
3) Khâu chỉ thị:


Sử dụng IC giải mã, IC số chuyên dùng trong biến đổi. Vì vậy cho phép ta sử
dụng khâu chỉ thị số dễ dàng trên màn hình LCD, Led 7 thanh hay TD200 của PLC
S7-200.
III. Khái quát về PLC
1) PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị điều khiển lập trình được hay khả
trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một
ngôn ngữ lập trình.
Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện, các sự
kiện này được đưa vào PLC (ngõ vào). PLC sử dụng bộ nhớ lập trình để lưu trữ
các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán đi điều khiển máy và quá trình.
Sơ đồ khối PLC:

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển
bằng relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn những yêu cầu sau:
+
+
+
+
+

Sử dụng một thiết bị điều khiển cơ bản cho 1 hệ thống điều khiển.
Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển với ngôn ngữ lập trình dễ học.

Gọn nhẹ, dễ bảo quản sửa chữa, tạo được hệ thông linh hoạt, hiệu quả.
Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
Giao tiếp với các thiết bị thông minh khác: máy tính, nối mạng, các Modul
mở rộng.
+ Giá thành rẻ, đặc biệt với hệ thống điều khiển phức tạp.
2) Phần cứng
Sơ đồ khối:


Các bộ phận chủ yếu cà chức năng của chúng:
+ Bộ xử lý (CPU):
• Khối CPU là loại khối có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông… và có thể còn có một vài
cổng ra số. Các cổng vào ra số có trên CPU được gọi là cổng vào/ra
on board
• Khối CPU điều hành hoạt động của toàn bộ hệ thống
• Bộ số học và logic(ALLL): xử lý số học và logic. Các thanh ghi: lưu
trữ số liệu trong các quá trình thực hiện chương trình.
• Bộ điều khiển tuần tự và định thời gian:
 Biên dịch các tín hiệu.
 Thực hiện các hành động điều khiển theo chương trình.
 Truyền các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị xuất.
+ Các kênh truyền (các bus)
• Hệ thống bus dùng để truyền các tín hiệu hệ thống gồm nhiều tín
hiệu song song
• Date Bus:
 Thường là 8 bit, mỗi dây truyền 1 bit dạng số nhị phân.
 Dùng để truyền tải dữ liệu.
• Address Bus:
 Tải địa chỉ vị trí nhớ trong bộ nhớ rôgnj 8 bit hoặc 16 bit.

 Dùng để truyền tải địa chỉ đến các Modul khác nhau.
• Control Bus: truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến các bộ phận.
• Bus hệ thống: trao đổi thông tin giữa các cổng nhập/xuất và thiết bị
nhập/xuất.
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời
gian hạn chế. Hệ thống Bus sẽ có nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa các
CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó CPU được cung cấp một xung clock có


tần số từ 1 ÷ 8 MHz. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và
cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.
+ Bộ nhớ:
• Bộ nhớ chỉ đọc (ROM): dùng để nạp hệ điều hành riêng cho từng
loại PLC
• Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM): dành cho chương trình người sử
dụng và dành cho dữ liệu.
• Bộ nhớ chỉ đọc, có thể xóa và lập trình được (EPROM): cho chương
trình người sử dụng.
+ Bộ nguồn: cung cấp nguồn 1 chiều ổn định 5V cho CPU.
+ Các hoạt động xử lý bên trong PLC:
Xử lý chương trình: khi một chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC,
các lệnh sẽ được trọn một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ. PLC có bộ
đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, và các chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ
được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một thực hiện theo 3
giai đoạn:
• Giai đoạn 1: bộ xử lý đọc đầu vào trạng thái phần chương trình phục
vụ công việc này có sẵn trong PLC được gọi là hệ điều hành.
• Giai đoạn 2: bộ xử lý sẽ đọc xử lý tuần tự từng lệnh một trong
chương trình. Bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiều các đầu vào. Thực hiện các
phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạnh thái của các đầu

ra.
• Giai đoạn 3: bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mở cho các đầu ra tại
các Modul đầu ra.
Xử lý xuất nhập: xử lý I/O trong PLC.
IV. PLC SIEMENS S7-1200.
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 S71200
-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 thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc
RS232.
-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 11 của Siemens.
-Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã
bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI


2.Các module trong hệ PLC S7-1200
2.1. Giới thiệu về các module CPU
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ

chương trình khác nhau….
PLC S7-1200 có các loại sau:

Sign board của PLC SIMATIC S7-1200
Sign board: SB1223 DC/DC
-Digital inputs / outputs
-DI 2 x 24 VDC 0.5A
-DO 2x24 VDC 0.5A
Sign boards : SB1232AQ


- Ngõ ra analog
-AO 1 x 12bit
-+/- 10VDC, 0 – 20mA
Cards ứng dụng:
-CPU tín hiệu để thích ứng với các ứng dụng
-Thêm điểm của kỹ thuật số I/O hoặc tương tự với CPU như các yêu cầu ứng dụng
-Kích thước của CPU sẽ không thay đổi
Module xuất nhập tín hiệu số

Module xuất nhập tín hiệu tương tự

V. Sử dụng module Analog.
1) Giới thiệu chung về module analog.


a) Khái niệm

Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua
việc xử lý các tín hiệu số.

b) 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.
c) 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.
d) Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn
trong công nghiệp.
- Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc
dòng điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín
hiệu không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì
vậy người ta cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này
về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu
đo hay cảm biến.
- Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín
hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công
nghiệp.Có 2 loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện.
+ Điện áp : 0 – 10V, 0-5V,

±

5V…

+ Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA,

±

10mA.
- Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì
vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về
chuẩn công nghiệp.
- Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm
biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết
đo và chuyển đổi đo ( bộ transducer).


Module analog
Thiết bị cảm biến
0 – 10V
Thiết bị chuyển đổi
Đầu đo
Tín hiệu vào không điện

4-20 mA

Tín hiệu ra tương tự
0 – 10 V ; 4 – 20 mA

Analog Input
( A/D)
Các con số

Analog Output
( D/A)
Các con số

2) Giới thiệu về module analog EM 235
- EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các

bộ chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong).

a) Các thành phần của module analog EM235.


Thành phần

VI. 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

Sơ đồ khối đầu vào Analog.

Sơ đồ khối đầu ra Analog


b)
+
+
+

Định dạng dữ liệu
Dữ liệu đầu vào:
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
0

1

0

0

0

Module 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
15
Dữ liệu 12 bit

LSB
4

3

2

1

0

0

0

0

0

Module 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

LSB
14

0

4

Dữ liệu 11 bit

3

2

1

0

0

0

0

0

÷

Module 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,
module Analog output của S7-200 không hỗ trợ.

±

10mA,): Kiểu này các

MSB

LSB

15

4

Dữ liệu 12 bit

-

3
0

2
0

1
0

0
0

Bảng tổng hợp :
Định dạng dữ liệu
Kiểu tín hiệu đối xứng (
10V,

±

Giá trị chuyển đổi
- 32000 đến +32000

±

10mA,)

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

÷

c) Cách nối dây
- Đầu vào tương tự:
+ Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp:

0 đến +32000


RA
+
-

A+

Điện áp

A-

+ Với thiết bị đo tín hiệu đầu ra dòng điện:

RA
A+

4-20
mA

A-

PS
PS

M

Hoặc :

RA
A+

+

A-

-

Đầu ra tương tự:

4-20
mA

L+
M

MO

-

VO

Tải điện áp

IO

Tải dòng điện

Cấp nguồn cho module:

M

Nguồn
24 VDC

L+

Tổng quát cách nối dây:

d) 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:


On

Off

Sau đây là bảng cấu hình :
Dải không đối xứng

Dải đầu vào
đơn cực

Độ phân giải

SW1

SW2 SW3 SW4

SW
5

ON

OFF OFF ON

OFF ON

0 – 50 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF ON

0 – 100 mV

25 uV

ON

OFF OFF OFF

ON

ON

0 – 500 mV

125 uV

OFF

ON

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 ON

0 – 10 V

2.5 mV

OFF ON

OFF OFF

OFF OFF

SW6

Dải đối xứng

Dải đầu vào
lưỡng cực

Độ phân giải

SW1

SW2 SW3 SW4

SW
5

ON

OFF OFF ON

OFF OFF

± 25 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF OFF

± 50 mV

25 uV

OFF

OFF ON

OFF OFF

± 100 mV

50 uV

ON

OFF OFF OFF

ON

OFF

± 250 mV

125 uV

OFF

ON

ON

OFF

± 500 mV

250 uV

OFF

OFF ON

ON

OFF

± 1V

500 uV

ON

OFF OFF OFF

OFF OFF

± 2.5 V

1.25 mV

OFF

ON

OFF OFF

±5V

2.5 mV

OFF

OFF ON

OFF OFF

± 10 V

5 mV

OFF ON

ON

OFF OFF
OFF

OFF OFF
OFF

SW6


e) 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 o đến một

trong những đầu vào.
- Đọc giá trị nhận trong CPU.
- Căn cứ vào giá trị hãy chỉnh OFFSET để đưa giá trị về 0(căn chỉnh đến
0) hoặc giá trị 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 được giá trị là 32760 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) Một số ứng dụng
Viết chương trình con tính toán giá trị điện áp đo từ chiết áp.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
I. Lựa chọn thiết bị.
1) Cảm biến nhiệt độ
- Là dụng cụ chuyển đổi đại lượng nhiệt thành các đại lượng vật lí khác, như

điện, áp suất…Cảm biến nhiệt độ có khả năng nhận biết được tín hiệu nhiệt
độ một cách chính xác và chuển đổi thành tín hiệu đo lường.
Cụ thể, bài tập lớn này chúng em sử dụng cặp nhiệt điện. Đây là dụng cụ đo
nhiệt độ rộng rãi trong công nghiệp.
- Cơ sở chế tạo cặp nhiệt điện dựa trên các nguyên lý sau
+
Hiệu ứng thomson: qua 1 dây dẫn cd dòng điện I và hiệu nhiệt
trên dây là T1-T2 thì sẽ có một sự hấp thụ to
+
Hiệu ứng Seebeck: trong 1 dây dẫn bất kỳ, khi có sự chênh lệch
nhiệt độ tại một điểm thì ngay tại điểm đó xuất hiện một suất điện
động.
+
Hiệu ứng Pentier: Khi dòng điện đi qua một mối nối của 2 dây
dẫn thì tại vị trí mối nối sẽ có sự hấp thị hay tỏa to
-


Nguyên tắc, cấu tạo của cặp nhiệt độ đựa theo cơ sở thực nghiệm

Khi nung nóng một dây dẫn kim loại hay một đoạn dây, tại đó tập chung
điện tử tự do và có khuynh hướng khuếch tán từ nơi tập chung nhiều đến nơi
tập chung ít. Có nghĩa từ đầu nóng(+) sang đầu nguội(-) (hiệu ứng Seebeck)
ở đoạn dây suất diện động thomson thụ thuộc vào bản chất của dây kim loại.
- Cấu tạo: Cặp nhiệt điện được chế tạo bằng 2 sợi kim loại khác nhau, và có ít
nhất là 2 mối nối. Một đầu được giữ ở nhiệt độ chuẩn gọi là đầu ra, đầu còn
lại tiếp xúc với đối tượng đo. Cặp nhiệt điện có cực âm và cực dương(đánh
dấu màu) Tùy theo vật liệu chế tạo, cặp nhiệt điện được chia thành các loại
sau.
+ Loại S: kết hợp giữa sắt và constantan, trong đó sắt là cực dương,
constantan là cực âm. Hệ số seebeck là 51µV/oc ở 20oC
+ Loại T: kết hợp giữa đồng với constantan, đồng là cực dương,
constantan là cực âm. Hệ số seebeck(s) là 40µV/oC ở 20oC
+ Loại E: kết hợp giữa Chromel(+) và constantan(-). S=62µV/oC ở 20 oC
+ Loại S,R,B: dùng hợp kim platinum và rhodirum, có S=7µV/ oC ở
20oC
- Cách sử dụng:
-

+ Cặp nhiệt điện cần có vỏ bảo vệ chống tác nhân bề ngoài. Đặt ở nơi thích
hợp vì nhiệt không phân bố đều.

-

-

-

+ Vị trí lắp đặt, tránh có từ trường, điện trường mạnh(trong bài có sử dụng
hệ thống quạt gây nhiễu)

+ Để cặp nhiệt thẳng đứng đề phòng ống bảo vệ biến dạng do nhiệt độ cao.
Quan biểu đồ ở trên, ta sử dụng cặp nhiệt độ K để phù hợp với bài tập lớn.
Có dải đo từ 0 đến 150 oC, và dải điện áp từ 0-55mV
Ta có công thức tính U=S(Td-Tq)
S: Độ nhạy cảm của cảm biến. S=40 µV/oC ở 20 oC
Td: Nhiệt độ cần đo
Tq:Nhiệt độ môi trường
Do tín hiệu của cảm biến phụ thuộc vào giá trị đo và nhiệt độ môi trường
nân cần có biện pháp khử giá trị môi trường.
Mặt khác, do điện áp thay đổi một lượng rất nhỏ khi nhiệt độ thiết bị thay
đổi từ 0 oC -150 oC nên nó phải được đưa qua một bộ khuếch đại điện áp
trước khi đưa vào ngõ vào analog của PLC.
Cụ thể, ta sử dụng mạch đơn giản để khuếch đại điện áp nó phụ thuộc vào
gia trị của 2 điện trở R1,R2.

2) Bộ khuếch đại không đảo.

Vout=VIN(1+)
Tính toán các đại lượng cần đo.


Điện áp tại đầu ra của cảm biến tại 150 oC là:
40.10-6(150-20)=5,2.10-3(v)
Điện áp đầu vào là 10 oC của cảm biến có giá trị là:
40.10-6(20-10)=4.10-4(V)
Ta có: Công thức đầu ra của mạch khuếch đại.
Vout=VIN(1+)
3) Sử dụng moldun Analog EM235 với dải đo đầu vào đơn cực 0-10V

SW1

OFF

SW2
ON

SW3
OFF

SW4
OFF

SW5
OFF

SW6
ON

Bật các Switch như trên bảng qua moldun Analog EM235

0-10V
Đầu đo

Bộ khuếch
đại

Tín hiệu tương tự

Analog input

Analog Output

0 ÷ 32760

Tương ứng với giá trị nhiệt độ là 150oC. Ta chọn giá trị điện áp là 9V(vì có thể
nhiệt độ còn tăng do van vỡ hay nhiều vấn đề khác)
»9=5,2.10-3(1+) » » chọn R1=22,5KΩ, R2=15Ω
» Voutmin=4.10-4(1+)=0.6V
» Đầu ra số tại 0.6V là:
1965.6 ≈ 1966
9V tương đương với 29484.


Trong dải đo từ 0÷150oC
Do nhiệt độ ổn định của hệ thống là 120oC. Ta chọn khoảng dao động từ
120
o
o
C÷150 C, đây là dải ổn định nhiệt độ của lò. Tương tự với cách tính trên ta có:
ở 120 oC → Vout=40.10-6(120-20)(1+)=6(V)
» Tín hiệu output của analog là 19656
19656≤Tổnđịnh ≤29484

II. Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán.
1) Sơ đồ khối.
Cảm biến

Lò nhiệt

VAN

Nhiên
liệu

Bộ khuếch đại

Module
Analog

PLC điều khiển

Chương trình

• Nhiên liệu được đưa vào lò luyện qua van, dưới sự điều khiển của PLC.

Cảm biến nhận tín hiệu nhiệt độ từ lò nhiệt và tín hiệu ra là điện áp. Điện
áp được đưa qua mạch khuếch đại và là đầu vào của module analog


EM235. PLC nhận tín hiệu rồi so sánh “nhiệt độ ” với giá trị và đứa ra
quyết định đóng mở van.
• Chương trình được lập trình sẵn trên PLC, phần mềm STEP7-Microu rồi
download vào PLC để thực hiện chương trình. Có thể thông qua hệ thống
SCADA để điều khiển, giám sát hệ thống như trạng thái PLC, trạng thái
của lò…
• Sử dụng van điện từ để đóng cắt nhiên liệu đưa vào lò. Được sử dụng
điều khiển ON-OFF. Khi nhiệt độ lò lớn hơn giá trị đặt, bộ nhiệt sẽ tắt lò,
ngược lại khi nhiệt độ trong lò nhỏ hơn giá trị “Min” đặt thì bộ nhiệt
được bật lên với công suất cực đại.
• Cảm biến, mạch khuếch đại, module Analog đã giới thiệu ở phần trên,
2) Sơ đồ thuật toán.

PC-PLC
BEGIN

Mã hóa các nút
lệnh truyền dữ liệu

Kiểm tra kiều dữ liệu

PLC nhận tín hiệu
xử lý chương trình
• Thuật toán điều khiển.

Kết thúc


Điều khiển lò đóng hay mở dựa vào chương trình đã lập sẵn.

BEGIN

PLC điều khiển mở
van

Error
Kiểm tra lại cảm biến
và module analog hoặc
van

Nhận tín hiệu từ Module
AnalogEM23

Lỗi van không
đóng t0 vẫn
THA

PLC nhận và xử lý
tín hiệu thông qua
chương trình

Báo mức cao
Báo mức thấp

tăng

Lỗi hết nhiên liệu
hoặc hệ thống
van bị hỏng


Mở van với
công xuất cực
đại

TLA

Đóng van

Kết thúc chương trình

III. Phân tích yêu cầu công nghệ.

- Cấp điện vào hệ thống
- Giả sử lúc đầu nhiệt độ trong lò là là nhiệt đọ môi trường. ta ấn START hệ thống
bắt đầu hoạt đọng. đèn RUN sáng báo hệ thống đang hợt động. khi nhiệt độ trong
lò < 100 C, cảm biến nhiệt nhận tín hiệu đưa về PLC điều khiển van số 1 mở cực
đại 100%. Đòng thời đèn TLA ( báo mức thấp sáng). Khi nhiệt độ từ 130 0C mở van
số 2 đòng thời đóng van 1( van 2 có đường kính băng 50% van 1) khi nhiệt độ
trong lò lớn hơn 1500C đền đèn báo mức cao THA sáng. Đồng thời van đóng lại.
ngừng cung cấp nhiên liệu.
Khi 2 van cùng mở ( van bị hỏng) hoặc hết nhiên liệu đèn báo sự cố sẽ sáng.
XÁC ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG LẬP BẢNG ĐỊA CHỈ

STT Đầu vào

Địa chỉ

Chức năng

1

START

I0.0

Khởi đọng hệ thống

2

STOP

I0.1

Dừng hệ thống

STT Đầu ra

Đại chỉ

Chức năng


1

RUN

Q0.0

Đèn báo hộ thống bắt đầu làm việc

2

TLA

Q0.1

Đèn báo mức thấp, bé hơn 2000C

3

THA

Q0.2

Đèn báo mức cao, lớn hơn 12000C

4

V1

Q0.3

Van 1 mở

5

V2

Q0.4

Van 2 mở

6

E

Q0.5

Đèn báo sự cố

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN
Thông qua đề tài này chúng em đã thực hiện được một số nhiệm vụ sau.

1) Về tổng quan.
Hiểu rõ hơn về PLC cũng như cấu tạo, cách thức hoạt động và lập trình của
chúng.
Tìm hiểu được vai trò và ứng dụng của PLC trong thực tế.
Thấy được tính nhanh nhạy, dễ dàng điều khiển và thay đổi chương trình của
PLC mà không tốn nhận công trong sản xuất cũng như điều khiển. Thấy được
vai trò của tự động hoá trong quá trình sản xuất
2) Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
Được triển khai trên phần mềm mô phỏng của S7-200 các giá trị nhiệt độ được
đề cập trong thuật toán.
Tất cả đều được dựa trên lý thuyết và chưa có cơ sở thực hành, các giá trị,
thang đo đều có giá trị dễ dàng thay đổi trong phần chương trình PLC.
TỔNG KẾT

Thuận lợi: được sự chỉ dẫn tận tình, hướng dẫn chu đáo của cô giáo hướng dẫn,
nguồn tài liệu tham khảo rộng và phong phú.
Khó khăn: hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm thực tập. Do giá thành của linh
kiện không nhỏ nên chưa có mô phỏng thức tế.
Qua những thuận lợi và khó khă trên cùng thời gian xây dựng và hoàn thiện hệ
thống và hoạn thiện bài tập được giao đã cho chúng e nhưng kỹ năng quá giá
về môn học, đồng thời cũng cho chúng em cái nhìn tổng quan về môn học . bài
báo cáo tìm hiểu này góp phần cho sinh viên chúng e có cơ hội tiếp cận với
thực tế chuẩn bị hành trang và kiến thức cho nhưng năm tiếp theo.
Cuối cùng chúng em xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình cảu cô giáo
hướng dẫn đã giúp chúng em hoàn thành bài tập này. Do hạn chế về kiến thức
chưa tiết kiệm được thời gian chưa tận dung tối đa nguồn tài liệu đã có lên bài
tập sau khi hoàn thành còn nhiều sai sót mong cô giáo bổ sung giúp chúng em

hoàn thành bài tập này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!