Ứng dụng PLC s7 1200 để điều khiển và giám sát lò nấu mía đường

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU
KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT BÃ MÍA

GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ
SVTH: Nguyễn Minh Hải
MSSV: 16431009

Tp. Hồ Chí Minh - 12/2017


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ
ĐỐT BÃ MÍA
GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ
SVTH: Nguyễn Minh Hải 16341009

Tp. Hồ Chí Minh – 07/2018
i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o----

Tp. HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Phan Ngọc Nhân

MSSV: 16341017

Nguyễn Minh Hải

MSSV: 16341009

Chuyên ngành:

CNKT Điện tử Truyền Thông

Mã ngành:

41

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy (CT)

Mã hệ:

3

Khóa:

2016

Lớp:

163410A

I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

LÒ ĐỐT BÃ MÍA.

II. NHIỆM VỤ

1. Các số liệu ban đầu:
-

Nhóm tiến hành tìm hiểu các mô hình lò đốt trên mạng. Sau quá trình tìm hiểu
nhóm đã tích lũy được các kinh nghiệm trong quá trình thực hiện.

-

Tiến hành tìm hiểu qui trình vận hành lò đốt bã mía của các nhà máy.

-

Tìm hiểu các loại cảm biến, thiết bị và phương pháp nguyên lý để có thể lựa
chọn ra các thiết bị phù hợp để dùng trong mô hình.

2. Nội dung thực hiện:
-

Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal V14.

-

Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến tần.

-

Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt.

-

Thiết kế và thi công khối cảm biến nhiệt độ.

-

Thiết kế và thi công hệ thống quạt thổi và băng tải.

-

Kết nối PLC với biến tần.

-

Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình.
ii


-

Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên máy tính bằng phần mềm WinCC
trong TIA Portal V14.

-

Viết chương trình PLC cho hệ thống.

-

Chạy thử nghiệm mô hình lò đốt.

-

Cân chỉnh lại hệ thống.

-

Viết sách luận văn.

-

Báo cáo đề tài tốt nhiệp.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

20/03/2018

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

10/07/2018

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

ThS. Trần Văn Sỹ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o----

Tp. HCM, ngày 20 tháng 03 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Phan Ngọc Nhân
Lớp: 163410A

MSSV: 16341017

Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Hải
Lớp: 163410A

MSSV: 16341009

Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT

BÃ MÍA.

Tuần/ngày
Tuần 1

Nội dung

Xác nhận
GVHD

Gặp GVHD phổ biến đề tài.

(12/03 – 18/03)
Tuần 2

Viết đề cương Đồ án tốt nghiệp.

(19/03 – 25/03)
Tuần 3

Tìm hiểu qui trình lò đốt.

(26/03 – 01/04)
Tuần 4
(02/04 – 08/04)
Tuần 5

Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA
Portal V14
Tìm hiểu về module truyền thông RS485

(09/04 – 15/04)
Tuần 6
(16/04 – 22/04)
Tuần 7, 8
(23/04 – 06/05)
Tuần 9, 10

Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến
tần.
Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt, khối
cảm biến nhiệt độ.
Lắp ráp hoàn thiện mô hình.

(07/05 – 20/05) Lập trình PLC cho toàn hệ thống.
iv


Tuần 11, 12
(21/05 – 03/06)
Tuần 13

Chạy thử demo chương trình.
Cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống và chương trình.
Viết báo cáo chương 1, chương 2.

(04/06 – 10/06)
Tuần 14

Viết báo cáo chương 3, chương 4.

(11/06 – 17/06)
Tuần 15

Viết báo cáo chương 5, chương 6. Kiểm tra lỗi

(18/06 – 24/06) và hoàn thiện quyển báo cáo.
Tuần 16

Viết Slide báo cáo.

(25/06 – 01/07) Quay video cho mô hình.

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v


LỜI CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và
đề tài trước đó. Không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2018
Sinh viên thực hiện 1

PHAN NGỌC NHÂN

Sinh viên thực hiện 2

NGUYỄN MINH HẢI

vi


LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình được học tập ở trường cùng với những kiến thức được các thầy cô
giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã
được các thầy cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm
ơn tới tất cả các thầy, cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung,
đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung cấp cho
Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể thực hiện
được đồ án này.
Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Văn Sỹ, trong suốt thời gian
nhóm em thực hiện đề tài, thầy đã hướng dẫn tận tình và hỗ trợ cho nhóm các thiết bị
cần thiết để nhóm thực hiện đề tài tốt hơn và đưa ra hướng đi giải quyết đúng cho nhóm
mỗi khi gặp khó khăn. Cảm ơn thầy đã chia sẻ những kinh nghiệm quý báu giúp nhóm
thực hiện tốt đề tài.
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới hạn
nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những ý
kiến đóng góp quý báu từ thầy cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được hoàn
thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện 1

PHAN NGỌC NHÂN

Sinh viên thực hiện 2

NGUYỄN MINH HẢI

vii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................. iv
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... vi
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... vii
MỤC LỤC ............................................................................................................... viii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ.................................................................................................. xii
TÓM TẮT ................................................................................................................. xv
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU .........................................................................................................2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...............................................................................2
1.4 GIỚI HẠN ..........................................................................................................3
1.5 BỐ CỤC .............................................................................................................3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................5
2.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT BÃ MÍA ...................................................5
2.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành ..........................................................................5
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt ...........................................................5
2.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ................................................................6
2.2.1 Phân loại .......................................................................................................7
2.2.2 Các thông số bộ điều khiển PID ....................................................................8
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ............................................................................. 10
2.3.1 Bộ xử lý trung tâm PLC S7-1200 ................................................................ 10
a. Tổng quan về PLC S7-1200 ........................................................................ 10
b. Cấu tạo PLC S7-1200 .................................................................................. 11

viii


c. Các moudle mở rộng PLC S7-1200 ............................................................. 13
d. Module truyền thông ................................................................................... 14
e. Nguyên lý hoạt động PLC S7 – 1200 ........................................................... 15
f. Lập trình PLC S7-1200 ............................................................................... 16
2.3.2 Biến Tần SIEMENS MICROMASTER 420................................................ 16
2.3.3 Dây nhiệt điện trở (thermistor) ....................................................................24
2.3.4 SOLID STATE RELAY (SSR) ...................................................................26
2.3.5 Cảm biến nhiệt độ ....................................................................................... 27
a. Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector - RTD) ................................ 28
b. Cặp nhiệt điện (Thermocouple) ...................................................................29
c. Cảm biến nhiệt bán dẫn ............................................................................... 30
d. Điện trở oxit kim loại (Thermistor).............................................................. 30
2.3.6 Nút nhấn .....................................................................................................31
2.3.7 Động cơ 3 pha ............................................................................................. 32
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................34
3.1 GIỚI THIỆU.....................................................................................................34
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................... 35
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống........................................................................ 35
3.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống .....................................................................36
a. Thiết kế khối nguồn ..................................................................................... 36
b. Thiết kế khối cảm biến ................................................................................. 37
c. Khối xử lý trung tâm .................................................................................... 38
d. Khối nút nhấn, đèn báo ................................................................................ 39
e. Khối điều khiển động cơ .............................................................................. 40
f. Khối điều kiển SSR ...................................................................................... 42
g. Khối băng tải và quạt thổi ............................................................................ 43
h. Khối dây điện trở nhiệt mayso .....................................................................44

ix


3.2.3 Thiết kế sơ đồ đi dây tủ điện .......................................................................45
a. Sơ đồ kết nối phần cứng PLC với ngõ vào ra................................................ 45
b. Sơ đồ kết nối Module RS485 với biến tần MM420 và động cơ 3 pha ........... 46
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG........................................................................ 47
4.1 GIỚI THIỆU......................................................................................................47
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................... 47
4.2.1 Thi công lắp ráp phần cơ khí.......................................................................47
4.2.2 Phần băng tải và lò đốt ............................................................................... 49
4.2.3 Thi công lắp ráp phần tủ điện ......................................................................53
4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG................................................................................. 56
4.3.1 Lưu đồ giản thuật ........................................................................................ 56
a. Thuật toán điều khiển biến tần .....................................................................56
b. Thuật toán điều khiển chương trình chính .................................................... 57
4.3.2 Lập trình cho PLC S7-1200......................................................................... 58
a. Giới thiệu phần mềm lập trình .....................................................................58
b. Cách cài đặt phần mềm................................................................................ 58
c. Cách tạo một Project ................................................................................... 58
4.3.3 Giao thức USS cho biến tần MM420 (Universal serial interface) ................ 60
a. Hàm điều khiển cổng USS_PORT ............................................................... 63
b. Hàm USS_DRIVE....................................................................................... 63
c. Hàm USS_RPM .......................................................................................... 65
d. Hàm USS_WPM ......................................................................................... 66
4.3.4 Thiết lập các tham số cho biến tần ............................................................... 67
a. Thiết lập thông số động cơ .......................................................................... 67
b. Thiết lập thông số biến tần phục vụ cho chế độ truyền thông USS ............... 68
4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 69
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ.................................................... 70

x


5.1 THIẾT BỊ ......................................................................................................... 70
5.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC..................................................................................... 70
5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ..............................................................�y 3mm
-R
11

-

-

-100 ~ 1400 C.

-

lo

C
khoan m
Khoan
c
B

ên

ò
– Y SINH

50


B
ò

ào h

ên

Khoang
qu

ên l
Ki

toàn b

ò

ên m

bàn.

Hình 4.4: Mô hình lò

B ng 4.3: Các lo
Lo

i trên th

ng hi n nay

T
< 50 kg

t

Ph
V

ên công

ho

ùng ch

và l
25 ÷ 125 kg V

ên v

chu

B

– Y SINH

àl

51


50 ÷ 250 kg V
trên kho
30 ÷ 500 kg V

ên các v

nguyên công v
-

C
B

ùng các y

àm vi

tiêp mang v

Tr
B

à gi

C
khoan m i m
Khoan m
khoan phù h

và m
Ti
thi

ành khoan b

ào

ào không có xoay nh
ài và chi

ành c

thành vòng tròn, ki

g.

Ki
phù h

B

– Y SINH

52


Hình 4.5: Mô hình b

4.2.3

n

Hình 4.6:

B

i

thi công t

– Y SINH

n

53


B ng 4.4: Dach sách các thi t b trong t
STT

n

Tên linh ki

Thông s

1

-

-

2

-

-

3

- Relay

- Cu

4

- Bi

- Ngu

24VDC

- Công su
5

- PLC S7-1200 CPU 1214 - Ngu
DC/DC/DC

- Dòng 100mA

6

- Domino n

- 10A – 300V

7

-B

- Ngu

8

- SSR

- Input: 4-20mADC/0-10VDC
- Áp ho

9

- Qu

àm mát

-265V.

-660VAC

- Ngu
- Dòng 100mA

hi

B

– Y SINH

54


Hình 4.7:

n bên trong t

Hình 4.8: Linh ki n b trí bên trong t
B

– Y SINH

55


4.3 L

ÌNH H

4.3.1

gi n thu t

a. Thu

u khi n bi n t n

Thu
PLC khi b

ình

Hình 4.9. Công vi

à ki

truy

ên
i

sau m
thông, PLC s
tr

ì PLC s

ên d

m

c

ên ta ph

Hình 4.9:

B

Do m

gi n thu

– Y SINH

u khi n bi n t n

56


b. Thu

ình chính
ình này s

nút nh

n và giám sát qua WinCC, các

ên t

m

PLC S7-1200 s
Khi nh

“AUTO” và “MANUAL”.

“AUTO”, b

dây mayso. Nhi
t

qu

m
ì xung PWM s

Khi nh
qu

“MANUAL” thì h
ùy thu

ào giá tr

Hình 4.10:

B

à

ào c

àn hình

gi n thu t toàn b h th ng

– Y SINH

57


4.3.2 L p trình cho PLC S7-1200
a. Gi i thi u ph n m m l p trình

Portal thích h
l

ình t

à ph

ình, c

hình, tích h

àn di

c

b.

Ch

à ch

ào h
General

settings

Next
Nh
Ch
Ch

Next
ào ô ngôn ng English
ùng

Next

Ch
Nh

Next

à nh
Install

Next
ì quá trình cài

àn t

c. Cách t o m t Project
Sau khi hoàn t

ình cài

ên ta th
ên màn hình.

Ch
ti

ên vào và ch

ào Create
Ch

B

Create new project

Fist steps

ào ch

– Y SINH

Configure a device.

58


Xu

Devices & networks ch

Add new device sau

ên cho PLC và ch

CPU

1214 DC/DC/DC => 6ES7214-1AG31-0XB0.
Xu

ình. mu

chính Main(OB1)

ình ch

ình ta vào ch

ình

ình.

Hình 4.11:

Hình 4.12:
B

– Y SINH

59


T
-

Th

ên, t

Devices & Networks ch
-

Ch

Add new device.

PC Systems => SIMATIC HIM application => WinCC RT

Advanced.
-

Xu

ình. Sau
Screens.

Hình 4.13:

t k WinCC

4.3.3 Giao th c USS cho bi n t n MM420 (Universal serial interface)
Giao th

ên t
r

-t

tr

Tr
Tr

êu c
S

ên k

d

–
v
tr

– 1200 ho

à các tr

con trên h
B

– Y SINH

60


Higher – level
compurer “Master”

MICROMASTER
“Slave”

MICROMASTER
“Slave”

MICROMASTER
“Slave”

MICROMASTER
“Slave”

Hình 4.14: C u trúc m ng c a bi n t n MM420
Giao th

-

H

– 485 và k

chu

– 422.

-

Truy c

-

S

-

Truy

-

Ch

– Slave v
à 32 tr

ên m

ài b

àc
àm vi

PLC S7-1200 không có giao di
n

–

ày c

ên module CPU. Vì v

êm các module m

1200 có th

ìv

t

Hình 4.15: K t n i m ng gi a PLC và các bi n t n
B

– Y SINH

61

PLC S7-1200 cung c
theo giao th

ùng các l

ùng cho ch

ày n

USS v

b
-

USS_WPM: hàm ghi giá tr ên các tham s

Khi s

USS_DRV, USS_RPM, USS_WPM

vi

ình có th

ình và

các thi

òn riêng l

thông nên ph

USS_PORT có nhi
ình t

d

“Cyclic interrupt”.

Hình 4.16: L nh truy n thông v i giao th c USS

B

– Y SINH

62


a.

u khi n c ng USS_PORT

Hàm “USS_PORT”
th

ình, s

ình ph

“USS_PORT” cho m

ành l

ên
ên g

theo chu k
cho vi

“USS_PORT” t
à gi

“USS_DRIVE”. Các thông s

àng c

àm “USS_PORT”

sau:
-

BAUD: là t

-

USS_DB: d
trong ch

-

Error: Enable tr

i

Hình 4.17: Hàm USS_PORT

b. Hàm USS_DRIVE
à làm rõ
b
B

êu c

àm “USS_DRIVE”
– Y SINH

ình thi
63