NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG MÁY SẤY TẦNG SÔI 10 TẤNGIỜ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
HỆ THỐNG MÁY SẤY TẦNG SÔI 10 TẤN/GIỜ

Họ và tên sinh viên: CAO XUÂN ƯỚC
HỒ MINH THỨC

Tháng 06 năm 2013

Ngành:

CƠ ĐIỆN TỬ

Niên khóa:

2009-2013


NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
HỆ THỐNG MÁY SẤY TẦNG SÔI 10 TẤN/GIỜ

TÁC GIẢ
CAO XUÂN ƯỚC – HỒ MINH THỨC

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
PGS.TS.NGUYỄN VĂN HÙNG
KS.NGUYỄN TRUNG TRỰC

Tháng 06 năm 2013

2


LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí
Minh và quý Thầy Cô trong khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã trang bị cho em những kiến
thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ chúng
em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Văn Hùng và anh
Nguyễn Trung Trực đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt
nghiệp.
Đặc biệt, em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian nhận xét và
góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã động
viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình hoàn
thành luận văn.
TPHCM, ngày tháng 06 năm 2013
Sinh viên thực hiện

CAO XUÂN ƯỚC
HỒ MINH THỨC

3

TÓM TẮT
Đề tài: “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống máy sấy tầng sôi 10 tấn/ giờ”
được thực hiện tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh và công ty
lương thực Vĩnh Long, xí nghiệp lương thực Trà Ôn ( xã Xuân Hiệp, Trà Ôn, Vĩnh
Long ), thời gian từ tháng 2 đến tháng 5 năm 2013.
Đề tài đã thực hiện và đạt được một số kết quả sau:
• Thiết kế mạch điều khiển và động lực cho hệ thống sấy tầng sôi 10 tấn/giờ
 Mạch điều khiển cấu trấu lò đốt.
 Mạch điều khiền gàu tải tầng sôi.
 Mạch điều khiển cấu liệu tầng sôi.
 Mạch điều khiển nhiệt độ lò đốt.
• Thiết kế chương trình giám sát, điều khiển máy sấy tầng sôi với chế độ tự động và
bằng tay
 Chương trình giám sát nhiệt độ lò đốt.
 Chương trình giám sát cấp liệu lò đốt và máy sấy tầng sôi.
• Lưu và chuyển dữ liệu qua internet.

4


MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HMI:.............................Human Machine Interface.
PLC: ............................Programmable Logic Controller.
LAD: ............................Ladder Logic.
STL: .............................Statement List.
FBD: ............................Function Block Diagram.

RS 232: ........................Recommended Standard 232.
RS 485: ........................Recommended Standard 485.

5


DANH SÁCH CÁC HÌNH

DANH SÁCH CÁC BẢNG

6


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Để bảo quản lúa sau khi thu hoạch được tốt thì khâu phơi sấy là khâu rất quan trọng.
Việc làm khô lúa đến độ ẩm phù hợp để hạn chế sự phát triển của các loài côn trùng,
nấm mốc và giảm các hoạt động sinh lý sinh hóa của hạt gây ra sự suy giảm chất
lượng của lúa trong quá trình lưu thông, tồn trữ và tiêu thụ. Dựa trên những yêu cầu
thực tế, lĩnh vực bảo quản và chế biến nông sản sau thu hoạch cần có thêm trang thiết
bị nhằm: nâng cao năng suất, giảm hao hụt sản lượng nông sản, nâng cao giá trị nông
sản sau thu hoạch, giảm nhân công lao động ...
Để giải quyết được vấn đề trên, việc nâng cao mức tự động hóa vào khâu sấy là rất
cần thiết. Hệ thống sấy sẽ được trang bị thêm các bộ tự động kiểm soát nhiệt độ, độ
ẩm, lưu lượng gió, kiểm soát nạp liệu, phân phối các tác nhân sấy hợp lý. Việc vận
hành hệ thống sấy tự động giúp chúng ta theo dõi giám sát quá trình hoạt động của hệ
thống; hệ thống sẽ tự điều chỉnh các thông số riêng, theo đúng yêu cầu của chế độ sấy.
Do vậy, đề tài “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống máy sấy tầng sôi 10 tấn/giờ”
đã được thực hiện với sự hướng dẫn của PGS.TS.Nguyễn Văn Hùng, KS.Nguyễn

Trung Trực nhằm góp phần nâng cao mức tự động hóa vào quá trình vận hành máy sấy
tầng sôi.
1.2 Mục đích
Đề tài “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống máy sấy tầng sôi 10 tấn/giờ” được
thực hiện với mục đích góp phần đưa điều khiển tự động vào quá trình vận hành hệ
thống máy sấy tầng sôi để nâng cao năng suất sấy, nâng cao chất lượng sản phẩm, làm
cho hệ thống hoạt động một cách liên tục, giảm nhân công lao động…
Đề tài được thực hiện với mục tiêu cụ thể sau:
• Thiết kế mạch điều khiển và động lực cho hệ thống sấy tầng sôi 10 tấn/giờ.
• Thiết kế chương trình giám sát và điều khiển máy sấy tầng sôi với chế độ tự động
và bằng tay.
• Lưu và chuyển dữ liệu qua internet.
7


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Lý thuyết về máy sấy tầng sôi và điều khiển lò đốt
2.1.1 Nguyên lý hoạt động máy sấy tầng sôi

Hình 2.1 Hình ảnh về máy sấy tầng sôi
Chú thích:

1 Quạt

4 Buồng sấy

2 Luồng khí nóng.

5 Ống dẫn bụi và không khí

3 Thùng chứa hạt.

6 Cyclon lắng bụi

Bộ phận chính của thiết bị sấy tầng sôi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy có
đặt một ghi lò dẫn luồng khí từ lò đốt. Phía dưới buồng sấy là một tấm thép có đục
nhiều lỗ thích hợp hoặc lưới thép để tác nhân sấy đi qua nhưng hạt không lọt xuống.
Tác nhận sấy(TNS)có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật
liệu. Với tốc độ đủ lớn tác nhân sấy nâng các hạt lúa lên và làm cho lớp hạt lúa xáo
trộn, quá trình sôi này là quá trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy
và vật liệu sấy. Các lớp vật liệu khô hơn, nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang
sôi và ở mức độ hạt khô nào đó thì nó sẽ được đưa ra ngoài qua đường tháo liệu và
được gàu tải đưa đi.
8



−
−
−

Thiếp bị chính trong máy sấy tầng sôi:
Lò đốt : sử dụng lò đốt trấu.
Quạt: quạt ly tâm, thổi khí nóng từ lò vào buồng sấy tạo sự sôi và sấy hạt.
Buồng sấy: dạng hình hộp có sàn sấy hình chữ nhật, lúa từ phễu được trục cuốn đẩy
liên tục vào buồng sấy, lúa “sôi lên” và đi dọc sàn sấy nhờ sức đẩy của khí sấy rồi
được tháo ra ở cuối sàn bằng trục tháo hạt. Không khí sấy thoát ra khỏi lớp hạt qua
cyclon để lóng tạp chất.
2.1.2 Ưu và nhược điểm của sấy tầng sôi


−
−
−
−
−
−

−
−
−

Ưu điểm:
Năng suất sấy cao.
Vật liệu sấy khô đều.
Có thể tiến hành sấy liên tục.
Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản.
Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy.
Có thể điều chỉnh thời gian sấy.
Nhược điểm:
Trở lực lớp sôi lớn.
Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi.
Yêu cầu cỡ hạt nhỏ tương đối đồng đều.
2.1.3 Điều khiển nhiệt độ lò đốt
Nhiệt độ là đại lượng vật lý hiện diện khắp mọi nơi và trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt
là trong công nghiệp vì mỗi sản phẩm, thiết bị hay điều kiện làm việc cần những nhiệt
độ khác nhau. Muốn có được nhiệt độ phù hợp cần phải có một hệ thống điều khiển.
Tùy theo tính chất, yêu cầu của quá trình mà nó đòi hỏi các phương pháp điều khiển
thích hợp.

Hệ thống điều khiển nhiệt độ có thể phân làm hai loại: Hệ thống điều khiển hồi tiếp
(feedback control system) và hệ thống điều khiển tuần tự (sequence control system).

 Điều khiển hồi tiếp thường được xác định và giám sát kết quả điều khiển, so sánh nó
với yêu cầu thực thi và tự động điều chỉnh đúng.
 Điều khiển tuần tự thực hiện từng bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước
khi xác định tuần tự.

9


2.2 Các thiết bị đóng cắt và điều khiển
2.2.1 Aptomat.
Là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhưng có thể tự động ngắt
mạch điện khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch.

Hình 2.2 Aptomat khối
2.2.1.1 Phân loại
 Theo cơ cấu tác động (tự ngắt) người ta chia ra 3 loại sau:
− Áp tô mát nhiệt: tác động từ cơ cấu điện nhiệt, như vậy thời gian tác động sẽ rất chậm.
Loại này thường dùng để bảo vệ quá tải.
− Áp tô mát điện từ: tác động nhờ cơ cấu điện từ, như vậy thời gian tác động sẽ rất
−

−
−
−

−
−


−
−
−
−

nhanh. Loại này thường dùng để bảo vệ ngắn mạch.
Áp tô mát điện từ nhiệt.
Theo kết cấu người ta chia ra các loại sau:
Áp tô mát 1 cực.
Áp tô mát 2 cực.
Áp tô mát 3 cực.
Theo điện áp sử dụng người ta chia ra các loại sau:
Áp tô mát 1 pha (có 1 hoặc 2 cực).
Áp tô mát 3 pha (có ba cực).
Theo công dụng người ta chia ra các loại sau:
Áp tô mát dòng cực đại.
Áp tô mát điện áp thấp.
Áp tô mát chống giật.
Áp tô mát đa năng.
2.2.1.2 Thông số kỹ thuật
Khi lựa chọn áp tô mát ta cần chú ý các thông số kỹ thuật sau:

− Dòng điện định mức của áp tô mát I dm (A). Đây là dòng điện lớn nhất cho phép áp tô
mát làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị tác động (không bị ngắt). Dòng điện
này không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải.

10

− Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của áp tô mát I nm (A). Đây là dòng điện nhỏ nhất (tác
động trong thời gian rất ngắn) đủ để làm cho ap tô mát tự ngắt. Chỉ những áp tô mát
có kết cấu ngắt kiểu điện từ mới có thông số này. Đối với áp tô mát loại này khi chọn
để đóng ngắt động cơ thì dòng điện này không được chọn nhỏ hơn dòng khởi động
động cơ (Inm>Ikđ).
− Dòng điện bảo vệ quá tải của áp tô mát I qt (A): dòng điện này có thể điều chỉnh được
nhờ các vít điều chỉnh đặt bên trong áp tô mát. Thông thường nhà chế tạo đã chỉnh
định sẵn và gắn keo, trong một số trường hợp ta có thể hiệu chỉnh lại theo giá trị sau:
Iqt=(1,1÷1,2).Itt.
− Điện áp làm việc của áp tô mát: (điện áp định mức của áp tô mát). Điện áp này được
chọn phụ thuộc vào điện áp áp của lưới điện mà áp tô mát sử dụng. Về nguyên lý điện
áp này không nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện mà áp tô mát sử dụng.
2.2.2 Công tắc tơ
Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện động lực bằng tay (qua
bộ nút nhấn) hoặc tự động. Công tắc tơ có thể dùng cho các mạch động lực có điện áp
lên tới 500V, dòng điện định mức đến 600A.
Trong mạch điện công nghiệp công nghiệp công tắc tơ thường được dùng đóng cắt
động cơ điện với tần số đóng cắt lớn, có thể lên tới 1800 lần trong một giờ. Công tắc tơ
làm việc với điện áp cho phép trong khoảng (±10÷20%Udm).

Hình 2.3 công tắc tơ
2.2.2.1 Phân loại

−
−
−

−
−

Theo số cực người ta chia thành các loại sau:
Công tắc tơ 1 cực.
Công tắc tơ 2 cực.
Công tắc tơ 3 pha.
Theo điện áp làm việc của công tác tơ:
Công tắc tơ 1 chiều DC.
Công tắc tơ xoay chiều AC.
11



−
−

−
−

Theo kết cấu của công tắc tơ:
Công tắc tơ kiểu kín ( thường được dùng ở môi trường có ở độ ẩm cao ).
Công tắc tơ kiểu hở.
Theo công dụng:
Công tắc tơ đơn ( sử dụng để điều khiển động cơ quay một chiều ).
Công tắc tơ kép, loại này gồm 2 công tắc tơ gắn liền nhau và có liên động cơ khí với
nhau ( chuyên dùng để điều khiển động cơ xoay 2 chiều ).
2.2.2.2 Thông số kỹ thuật

− Dòng điện định mức trên công tắc tơ (A). Đây là dòng điện lớn nhất cho phép công tắc
tơ làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị hư hỏng. Đối với mỗi công tắc tơ thì
dòng điện này phụ thuộc vào điện áp làm việc của công tắc tơ (lưu ý là điện áp làm
việc của tiếp điểm chứ không phải điện áp của cuộn hút). Về nguyên tắc khi chọn công

tắc tơ thì dòng điện định mức của công tắc tơ không được nhỏ hơn dòng điện tính toán
(Itt) của phụ tải. Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của công tắc tơ quyết định. Để
tiết kiệm người ta thường chọn Idm = (1,2÷1,5).Itt
− Điện áp định mức của công tắc tơ (V). Đây là điện áp cách điện an toàn giữa các bộ
phận tiếp điện với vỏ của công tắc tơ. Điện áp này không được chọn nhỏ hơn điện áp
cực đại của lưới điện.
− Điện áp định mức của cuộn hút (V). Điện áp này được chọn phải phù hợp với điện áp
của mạch điều khiển.
− Tuổi thọ của công tắc tơ: được tính bằng số lần đóng cắt (tính trung bình) kể từ khi
dùng tới khi hỏng. Tuổi thọ được chia thành 2 loại : tuổi thọ về điện và tuổi thọ cơ khí.
Kinh nghiệm cho thấy tuổi thọ về điện thấp hơn tuổi thọ cơ khí.
− Tần số đóng cắt lớn nhất cho phép: thường được tính bằng số lần đóng (cắt) lớn nhất
cho phép trong 1 giờ.
− Môi trường làm việc của công tắc tơ: nếu môi trường làm việc của công tắc tơ khô ráo
thì ta có thể lựa chọn công tắc tơ loại hở hoặc nữa hở. Còn nếu môi trường làm việc
của công tắc tơ có độ ẩm cao (ví dụ trong trạm bơm nước) thì ta phải chọn công tắc tơ
loại kín để an toàn cho người vận hành và bảo vệ cho cuộn dây khỏi bị ẩm ướt dẫn đến
chạm chập.
− Số lượng các cặp tiếp điểm chính, phụ: tùy vào phụ tải (1 pha hay 3 pha) và sự liên
động của công tắc tơ với các thiết bị khác trong hệ thống.

12


2.2.3 Rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng, cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt
của các thanh kim loại. Trong mạch điện công nghiệp nó thường được dùng để bảo vệ
quá tải cho các động cơ điện, khí đó rơ le nhiệt được lắp kèm với công tắc tơ và
thường gọi là khởi động từ.

Hình 2.4 Rơ le nhiệt
Các thông số kỹ thuật và cách chọn rơ le nhiệt:
Dòng điện định mức (Idm): đây là dòng điện lớn nhất mà rơ le nhiệt có thể làm việc
được trong thời gian lâu dài (A).
Dòng tác động (dòng ngắt mạch) là dòng điện lớn nhất trước khi rơ le tác động để
các tiếp điểm chuyển trạng thái (tiếp điểm đang đóng sẽ chuyển sang trạng thái ngắt
hoặc ngược lại ).
Để bảo vệ động cơ điện thì dòng tác động được điều chỉnh như sau:
Iđc=(1,1÷ 1,2) .I đm
2.2.4 Rơ le thời gian
Rơ le thời gian được dùng nhiều trong các mạch tự động điều khiển. Nó có tác dụng
làm trễ quá trình đóng, mở các tiếp điểm sau một thời gian chỉ định nào đó. Thông
thường rơ le thời gian không tác động (tức là đóng hoặc cắt) trực tiếp trên mạch động
lực mà nó tác động gián tiếp qua mạch điều khiển, vì vậy dòng định mức của các tiếp
điểm trên rơ le thời gian là không lớn, thường chỉ cỡ vài am-pe. Bộ phận chính của rơ
le thời gian là cơ cấu tác động trễ và hệ thống tiếp điểm.

Hình 2.5 Rơ le thời gian
Phân loại:
13



−
−
−

−
−
−

−

Theo thời điểm trễ người ta chia thành 3 loại:
Trễ vào thời điểm cuộn hút được đóng điện (ON DELAY).
Trễ vào thời điểm cuộn hút mất điện (OFF DELAY).
Trễ vào cả 2 thời điểm trên (ON/OFF DELAY).
Theo cơ cấu tác động trễ người ta chia thành các loại sau:
Rơ le thời gian kiểu con lắc.
Rơ le thời gian khí nén.
Ro le thời gian điện từ.
Rơ le thời gian điện tử.
2.2.5 Rơ le bán dẫn SSR

Hình 2.6 Rơ le bán dẫn SSR
SSR dùng để khuếch đại tín hiệu,từ tín hiệu điều khiển sang cơ cấu chấp hành.

−
−
−
−


Thông số kĩ thuật:
Tín hiệu điều khiển từ 3-32 VDC.
Điện áp hoạt động: 24-380 VAC.
Dòng tải tối đa: 10A.
Thời gian đáp ứng: ON < 10ms, OFF < 10ms.
SSR được phân ra làm hai loại là AC SSR và DC SSR:

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý SSR loại xoay chiều và một chiều.

Nguyên lý hoạt động: SSR gồm hai chân số 1 và 2 điều khiển tín hiệu được điều
khiển từ mạch điều khiển (PLC hoặc vi điều khiển hoặc mạch số). Và hai chân số 3 và
4 thì được mắc với tải. Khi hai chân số 1 và 2 dẫn thì chân số 3 và 4 dẫn cho phép tải
hoạt động.

14


2.2.6 Biến tần
2.2.6.1 Định nghĩa
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay
chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.

Hình 2.8 Biến tần của hãng LS
2.2.6.2 Nguyên lý cơ bản làm việc
Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn
1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ
điện. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3
pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor
lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ
tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch
xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn
thất trên lõi sắt động cơ.

Hình 2.9 Nguyên lý làm việc của biến tần.
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện
bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ
xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống. Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp
rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày
nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác

nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống tự động.

15


2.3 Tổng quan về PLC S7 200 và module EM235
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình
được (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 kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động
vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được
đếm.
2.3.1 Hình dáng PLC S7 200
PLC S7_200 được thể hiện ở hình 2.10:

Hình 2.10 PLC S7 200 CPU 222.
2.3.2 PLC S7-200.
a. Số ngõ vào ra.
Bảng 2.1 Các ngõ vào ra của PLC S7-200.
PLC

Nguồn cấp cho
PLC

Ngõ vào

Ngõ ra

Module mở
rộng

221 DC/DC/DC 20.4 – 28.8 VDC
221 AC/DC/Relay 85 – 264 VAC
47 – 63 Hz

6 DC
6 DC

4 DC
4 Relay

None

222 DC/DC/DC
20.4 – 28.8 VDC
222 AC/DC/Relay 85 – 264 VAC
47 – 63 Hz

8 DC
8 DC

6 DC
6 Relay

2

224 DC/DC/DC
20.4 – 28.8 VDC
224 AC/DC/Relay 85 – 264 VAC
47 – 63 Hz

14 DC
14 DC

10 DC
10 Relay

7

16


226 DC/DC/DC
20.4 – 28.8 VDC
226 AC/DC/Relay 85 – 264 VAC
47 – 63 Hz

24 DC
24 DC

16 DC
15 Relay

7

b. Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ của S7_200 được chia làm 4 vùng chính:
− Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu các lệnh chương trình.
− Vùng tham số: là miền lưu trữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm,…
− Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết

quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông
…
− Vùng đối tượng: Timer, counter, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra được đặt trong
vùng nhớ này.
c. Cổng truyền thông
PLC sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 để phục vụ cho việc ghép nối với
các thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.
Ghép nối với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp PC/PPI với bộ chuyển đổi
RS232/RS485 hoặc thông qua cổng USB.
d.
−
−
−
e.

Ngôn ngữ lập trình
LAD (Ladder Logic): lập trình theo phương pháp hình thang.
STL (Statement List): lập trình theo phương pháp liệt kê lệnh.
FBD (Function Block Diagram): lập trình theo phương pháp khối chức năng.
Vòng quét chương trình
CPU thực hiện 1 vòng quét như sau:

Hình 2.11 Vòng quét của chương trình PLC

17


f. Chế độ hoạt của PLC S7 200

Hình 2.12 Chế độ hoạt động của PLC S7 200

− RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC sẽ chuyển từ RUN
sang STOP khi chương trình gặp sự cố.
− STOP: cưỡng bức PLC dừng công việc đang thực hiện và chuyển sang chế độ Stop. Ở
chế độ STOP PLC cho phép ta hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp 1 chương trình
mới.
− TERM: cho phép thiết bị lập trình tự quyết định chế độ làm việc của PLC ở RUN hay
STOP.
2.4 Giới thiệu Module EM235
2.4.1 Giới thiệu chung
Trước hết chúng hãy so sánh việc cộng hai tín hiệu tương tự (analog) với việc cộng
hai tín hiệu số (digital), công việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số phát triển như
hiện nay.
Hay ta lấy một ví dụ đơn giản như sau : Ta cần điều khiển nhiệt độ của một lò nung
sao cho đạt được chất lượng nào đó. Làm thế nào để đo nhiệt độ về và xử lý nhiệt độ
đó như thế nào trong bài toán điều khiển.
Một trong những công cụ được sử dụng là module analog.
 Khái niệm về module analog.
Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý
các tín hiệu số.
 Analog input
Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu tương tự ở
đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiển:
chẳng hạn như đo nhiệt độ.
18


 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.
2.4.2 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).

19


Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn
trong công nghiệp.

a. Đặc tính kỹ thuật
Số lượng ngõ vào : 4; Số lượng ngõ ra: 1
Thông số ngõ ra:
• Điện áp : ± 10V, độ phân giải 12 bits
• Dòng điện: 0 – 20mA, độ phân giải 11 bits
Thông số ngõ vào:
• Điện áp tối đa 30V, độ phân giải 12 bits
• Dòng điện tối đa 32mA, độ phân giải 12 bits
Giá trị số :

-32000 đến 32000 : có dấu
0 đến 32000 : không dấu

b. Cách kết nối

Hình 2.14 Cách kết nối Module EM 235

20


c. Cài đặt tầm họat động

Hình 2.15 Cài đặt tầm họat động cho Module EM 235
Cài đặt các switch 1, 2, 3, 4, 5, 6 cho phép thay đổi giới hạn đo của chuyển đổi.

Hình 2.16 Chọn độ phân giản cho Module EM 235
e. Điều chỉnh độ lợi và offset
-

Tắt nguồn của Modul, chọn tầm ngõ vào thích hợp.

Cấp nguồn cho CPU và Modul. Để cho modul ổn định trong vòng 15 phút.
Sử dụng máy phát tín hiệu, nguồn áp hoặc nguồn dòng đặt tín hiệu có giá trị bằng 0 tới

-

một trong những đầu nối của ngõ vào.
Đọc giá trị thu được cho CPU bằng kênh ngõ vào thích hợp.
Điều chỉnh OFFSET của máy đo điện thế cho đến khi bằng 0, hoặc giá trị dữ liệu dạng

-

số mong muốn.
Kết nối một giá trị toàn thang tới một trong những đầu nối của ngõ vào. Đọc dữ liệu

-

thu được cho CPU.
Điều chỉnh GAIN của máy đo điện thế cho đến khi bằng 32000, hoặc giá trị dữ liệu

-

dạng số mong muốn.
Lặp lại sự chỉnh định OFFSET và GAIN theo yêu cầu.

21


f. Mạch ngõ vào của module EM235

Hình 2.17 Mạch ngõ vào của Module EM235

g. Định dạng dữ liệu ngõ vào (dạng word)
Giá trị số sau khi chuyển đổi AIWx sẽ thay đổi 8 bit khi ngõ vào thay đổi 1 LSB.
Dữ liệu ngõ vào sẽ thay đổi từ 0 đến 32000 với tín hiệu không dấu và từ -32000 đến
32000 với tín hiệu ngõ vào có dấu. (0 : dấu dương, 1 : dấu âm).

Hình 2.18 Định dạng dữ liệu vào cho Module EM 235
Trong trường hợp tạo tín hiệu có dấu, bit thứ 12 sẽ tạo dấu của tín hiệu:
0 : dấu dương
1 : dấu âm
2.5 Giới thiệu về cảm biến PT 100
Là cảm biến nhiệt độ PT100 có cấu tạo là một nhiệt điện trở RTD (Resistance
Temperature Detector).Nguyên lý hoạt động nhiệt điện trở dựa trên sự thay đổi nhiệt
độ dẫn đến thay đổi điện trở:
Rt = R0 ( 1 + α.t)
−

Rt : Điện trở ở nhiệt độ t.

−

R0 : Điện trở ở 0 0C.

−

α : Hệ số của nhiệt điện trở.
22


Hình 2.19 Cảm biến nhiệt độ PT 100
2.6 Giao thức Modbus RTU

MODBUS là một giao thức phổ biến bậc nhất được sử dụng hiện nay cho nhiều
mục đích. MODBUS đơn giản, rẻ, phổ biến và dễ sử dụng. Được phát minh từ thế kỉ
trước (gần 30 năm trước), các nhà cung cấp thiết bị đo và thiết bị tự động hóa trong
công nghiệp tiếp tục hỗ trợ MODBUS trong các sản phẩm thế hệ mới. Mặc dù các bộ
phân tích, lưu lượng kế, hay PLC đời mới có giao diện kết nối không dây, Ethernet hay
fieldbus, MODBUS vẫn là giao thức mà các nhà cung cấp lựa chọn cho các thiết bị thế
hệ cũ và mới.
MODBUS là một hệ thống “chủ - tớ”, “chủ” được kết nối với một hay nhiều
“tớ”. “Chủ” thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU. “Tớ” MODBUS RTU thường là
các thiết bị hiện trường. Khi một chủ MODBUS RTU muốn có thông tin từ thiết bị,
chủ sẽ gửi một thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt dò lỗi tới địa chỉ thiết bị. Mọi thiết bị
khác trên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có thiết bị nào được chỉ định mới có
phản ứng.
Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là:
-

MODBUS ASCII
MODBUS RTU
MODBUS/TCP
Tuy nhiên, trong đề tài chỉ đề cập tới MODBUS RTU :

 Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU :
Để kết nối với thiết bị tớ, chủ sẽ gửi một thông điệp có:
-

Địa chỉ thiết bị
Mã chức năng
Dữ liệu
Kiểm tra lỗi
Địa chỉ thiết bị là một con số từ 0 đến 247. Thông điệp được gửi tới địa chỉ 0

(truyền thông điệp) có thể được tất cả các tớ chấp nhận, nhưng các con số từ 1-247 là
23


các địa chỉ của các thiết bị cụ thể. Với ngoại lệ của việc truyền thông điệp, một thiết bị
tớ luôn phản ứng với một thông điệp MODBUS do đó chủ sẽ biết rằng thông điệp đã
được nhận.
Yêu cầu
01
02
03
04
05
06
07
08
...
...

Mã chức năng
Đọc cuộn cảm
Đọc đầu ra rời rạc
Đọc bộ ghi phần
Đọc bô ghi đầu vào
Viết cuộn cảm đơn
Viết bộ ghi đơn
Đọc trạng thái ngoại lệ
Chẩn đoán

255 mã chức năng, phụ thuộc

vào thiết bị
Bảng 2.2 Các mã chức năng.

xx

Mã chức năng xác định yêu cầu thiết bị tớ thực hiện hoạt động như đọc dữ liệu,
chấp nhận dữ liệu, thông báo trạng thái... (bảng 2.2). Mã chức năng là từ 1 – 255. Một
số mã chức năng còn có các mã chức năng phụ. Dữ liệu xác định địa chỉ trong bộ nhớ
thiết bị hay chứa các giá trị dữ liệu được viết trong bộ nhớ thiết bị, hay chứa các thông
tin cần thiết khác mang chức năng như yêu cầu. Kiểm tra lỗi là một giá trị bằng số 16
bit biểu diễn kiểm tra dự phòng tuần hoàn (CRC). CRC được thiết bị chủ tạo ra và
thiết bị tiếp nhận kiểm tra. Nếu giá trị CRC không thỏa mãn, thiết bị đòi hỏi truyền lại
thông điệp này. Khi thiết bị tớ thực hiện các chức năng theo yêu cầu, nó sẽ gửi thông
điệp cho chủ. Thông điệp chứa địa chỉ của tớ và mã chức năng, dữ liệu theo yêu cầu,
và một giá trị kiểm tra lỗi.
2.7 Giới thiệu tổng quan về Autobase
2.7.1 Giới thiệu
AUTOBASE là phần mềm được phát triển dựa hệ điều hành Window (OS), đây
là công cụ phát triển tự động hoá có thể giám sát và điều khiển tất cả lĩnh vực tự động.
Phần mềm này cài đặt trên máy tính được kết nối với các thiết bị tự động (PLC), giám
sát và điều khiển các giá trị thiết lập, giá trị đo lường và trạng thái của các thiết bị.
Ngoài tính năng giám sát và điều khiển còn bao gồm tất cả các chức năng cần
thiết của tự động hoá. Bất cứ hệ thống tự động hoá nào cũng có thể giải quyết bởi sản
24


phẩm Autobase. Tất cả những tính năng cần thiết trong tự động hoá bao gồm như: Web
Server ( ứng dụng Silverlight để giám sát), kết nối cơ sở dữ liệu (link Database) và các
tính năng cơ bản của giao diện người và máy (HMI/SCADA). Bất kì một nhà máy nào
cũng có thể sử dụng AutoBase để giám sát và điều khiển các quá trình tự động hóa.

2.7.2 Cấu hình Autobase
2.7.2.1 Animation Editor
Sử dụng các đối tượng analog hoặc digital để soạn thảo và tạo hoạt hình trên
khung, có thể tự do chỉnh sửa hoạt hình với 32bit màu tinh xảo, thiết lập tốc độ, số
lượng khung hình và kích thước.
2.7.2.2 Autobase
Giám sát và điều khiển các trạng thái quá trình và chạy Script, thực hiện tính
năng thu thập/lưu trữ dữ liệu.
Toàn bộ các tag hiển thị trên thẻ đồ hoạ, có thể dễ dàng giám sát các trạng thái
quá trình một cách trực quan, ứng dụng các đối tượng đa dạng, có thể giám sát và điều
khiển một cách hiệu quả.
2.7.2.3 Autobase Studio
Là chương trình soạn thảo các Module. Để soạn thảo Module, có tính năng soạn
thảo Scipt, soạn thảo báo cáo (Report), soạn thảo tag, soạn thảo màn hình đồ hoạ vv…
Các module dễ dàng tạo ra trong thời gian ngắn.
2.7.2.4 Bitmap Editor
Là chương trình soạn thảo hình ảnh bitmap hỗ trợ tất cả các file định dạng hình
ảnh như : PNG, JPG, BMP, GÌ, LBM, SPT, TGA, TIF, MMP, PXC. Hỗ trợ tính năng
vẽ đa dạng giúp ta có thể dễ dàng vẽ bằng tay. Có thể chỉnh sửa các khung hoạt hình
bằng chương trình chỉnh sửa hình ảnh, có thể cấu hình màn hình giám sát linh hoạt
hơn khi sử dụng kết hợp với chương trình chỉnh sửa hoạt hình.
2.7.2.5 Communication Server
Là chương trình truyền thông với các thiết bị, PLC v.v.. Một máy tính được cài
đặt chương trình truyền thông có thể kết nối tối đa là 256 thiết bị. Trên chương trình
truyền thông (communication Server) có tính năng xem vùng nhớ, hiện thị trạng thái
lỗi truyền thông, xem mã số truyền thông…
25