Đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát lò đốt bã mía
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (35.56 MB, 122 trang )
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 ................................................................................... 71
5.4 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................... 74
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 75
6.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................75
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 76
xi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt..............................................................................5
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID ............................................................................6
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục ..............................................................7
Hình 2.4: Hệ thống bộ điều khiển PID số rời rạc ...........................................................7
Hình 2.5: Khâu tỉ lệ bộ điều khiển PID ..........................................................................8
Hình 2.6: Khâu tích phân bộ điều khiển PID..................................................................9
Hình 2.7: Khâu vi phân bộ điều khiển PID ....................................................................9
Hình 2.8: Thành phần PLC S7 – 1200 ......................................................................... 11
Hình 2.9: Module truyền thông RS485(CB 1241) ........................................................ 14
Hình 2.10: Chu kỳ quét của một PLC .......................................................................... 15
Hình 2.11: Biến tần SIEMENS MICROMASTER 420 ................................................ 16
Hình 2.12: Tháo phần mặt trước vỏ máy......................................................................19
Hình 2.13: Các đầu mạch động lực .............................................................................. 19
Hình 2.14: Các đầu vào tương tự và số ........................................................................ 20
Hình 2.15: Dây điện trở nhiệt mayso ........................................................................... 25
Hình 2.16: Relay bán dẫn (SSR) .................................................................................. 26
Hình 2.17: Nhiệt điện trở ............................................................................................. 28
Hình 2.18: Cặp nhiệt điện ............................................................................................ 29
Hình 2.19: Cảm biến nhiệt độ LM335 ......................................................................... 30
Hình 2.20: Điện trở oxit kim loại ................................................................................. 30
Hình 2.21: Nút nhấn teknic .......................................................................................... 32
Hình 2.22: Động cơ 3 pha Oriental .............................................................................. 33
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................... 35
Hình 3.2: Khối nguồn thực tế ...................................................................................... 37
Hình 3.3: Bộ chuyển đổi tín hiệu TWD .......................................................................38
Hình 3.4: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC ........................................................ 39
Hình 3.5: Đèn báo 220VAC ........................................................................................ 39
Hình 3.6: Nút nhấn thường hở ..................................................................................... 40
Hình 3.7: Biến tần MM420 .......................................................................................... 41
Hình 3.8: Mạch động lực cho SSR............................................................................... 42
xii
Hình 3.9: Motor giảm tốc mini Peeimoger ...................................................................43
Hình 3.10: Động cơ 3 pha Oriental .............................................................................. 44
Hình 3.11: Dây điện trở nhiệt mayso gắn trong mô hình .............................................. 44
Hình 3.12: Sơ đồ kết nối PLC...................................................................................... 45
Hình 3.13: Sơ đồ kết nối Biến tần với Module RS485 và động cơ ............................... 46
Hình 4.1: Sơ đồ lắp ráp khung sắt ................................................................................ 47
Hình 4.2: Khung sắt thiết kế thực tế............................................................................. 49
Hình 4.3: Sơ đồ lắp ráp băng tải và lò đốt ....................................................................49
Hình 4.4: Mô hình lò đốt ............................................................................................. 51
Hình 4.5: Mô hình băng tải .......................................................................................... 53
Hình 4.6: Sơ đồ thi công tủ điện .................................................................................. 53
Hình 4.7: Đèn nút nhấn bên trong tủ ............................................................................ 55
Hình 4.8: Linh kiện bố trí bên trong tủ......................................................................... 55
Hình 4.9: Lưu đồ giản thuật điều khiển biến tần .......................................................... 56
Hình 4.10: Lưu đồ giản thuật toàn bộ hệ thống ............................................................ 57
Hình 4.11: Giao diện tạo project mới ........................................................................... 59
Hình 4.12: Giao diện Main(OB1) lập trình chương trình ............................................. 59
Hình 4.13: Giao diện thiết kế WinCC .......................................................................... 60
Hình 4.14: Cấu trúc mạng của biến tần MM420 .......................................................... 61
Hình 4.15: Kết nối mạng giữa PLC và các biến tần ..................................................... 61
Hình 4.16: Lệnh truyền thông với giao thức USS ........................................................ 62
Hình 4.17: Hàm USS_PORT ....................................................................................... 63
Hình 4.18: Hàm USS_DRIVE ..................................................................................... 64
Hình 4.19: Hàm USS_RPM ......................................................................................... 65
Hình 4.20: Hàm USS_WPM........................................................................................ 67
Hình 4.21: Thông số thiết lập cho chế độ truyền thông USS ........................................ 68
Hình 5.1: Phần khung sắt sau khi thiết kế xong............................................................ 71
Hình 5.2: Sau khi lắp đặt các thiết bị hoàn chỉnh ......................................................... 71
Hình 5.3: Lò đốt đang hoạt động ................................................................................. 72
Hình 5.4: Lò đốt được lắp đặt hoàn chỉnh ....................................................................72
Hình 5.5: Các thiết bị được gắn hoàn chỉnh .................................................................73
Hình 5.6: Bảng điều khiển ........................................................................................... 73
Hình 5.7: Màn hình giám sát SCADA ......................................................................... 74
xiii
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các loại CPU...................................................................12
Bảng 2.2: Đặc tính của các module mở rộng ................................................................ 13
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật ........................................................................................ 17
Bảng 2.4: Đầu dây điều khiển ...................................................................................... 20
Bảng 2.5: Các thông số mặc định khác ........................................................................ 21
Bảng 2.6: Bảng đấu nối ............................................................................................... 21
Bảng 2.7: Các nút và các chức năng ............................................................................ 22
Bảng 2.8: Cách chọn các loại cảm biến tương ứng cho từng ngành cụ thể ................... 31
Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật cần biết của động cơ Oriental ......................................... 33
Bảng 3.1: Bảng tiêu thụ dòng điện của các khối .......................................................... 36
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện trong khung sắt ...................................................... 48
Bảng 4.2: Danh sách các linh kiện Lò Đốt, Băng Tải ................................................... 50
Bảng 4.3: Các loại băng tải trên thị trường hiện nay .................................................... 51
Bảng 4.4: Dach sách các thiết bị trong tủ điện ............................................................. 54
xiv
TÓM TẮT
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu sơ lược về qui trình hoạt động của lò đốt
Từ các kiến thức được học ở trường và kinh nghiệm thực tiễn cộng với sự giúp đỡ nhiệt
tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô bạn bè nhóm đã lựa chọn các thiết bị cần
thiết và phương pháp phù hợp để thực hiện đề tài này.
Trong mô hình nhóm sử dụng PLC S7-1200 cho hệ thống thông qua việc sử dụng
WinCC để điều khiển giám sát nhiệt độ lò trong lò đốt. Cảm biến nhiệt độ liên tục cập
nhật giá trị nhiệt độ trong lò để gửi về PLC, đồng thời PLC sẽ gửi tín hiệu điều khiển
tốc độ động cơ băng tải và quạt thổi thông qua biến tần MM420.
Nhóm đã hoàn thành mô hình lò đốt với những tính năng cơ bản, có thể tự động
điều khiển băng tải cấp nguyên liệu bã mía và điều khiển được tốc độ quạt gió cung cấp
không khí cho việc đốt nhằm để cân bằng và ổn định nhiệt độ trong lò. Với mong muốn
đem lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất và giảm thiểu nhân công vận hành.
Mô hình hoạt động tương đối ổn định, nhưng bên cạnh đó vẫn còn một số hạn chế
nhỏ như cơ chế hoạt động còn khá đơn giản, do điều kiện kinh tế và thời gian có hạn
nên đề tài vẫn còn hạn chế về thiết bị sử dụng trong mô hình.
xv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo con số thống kê của hiệp hội mía đường Việt Nam năm 2010, Việt Nam có
tổng số 41 nhà máy đường, với khoảng 24 triệu tấn mía ép tạo ra 7,8 triệu tấn bã mía.
Từ đó thì khoảng 80% trong số đó được đốt để nạp cung cấp nhiệt cho các nhà máy
điện, lò hơi hay được dùng ngược lại để nấu mía đường. Để tận dụng nhiệt lượng cao
từ 4200 – 4700 kcal/kg của bã mía đem lại thì cần phải có sự kiểm soát nhiệt độ một
cách hiệu quả trong lò nấu mía đường.
Với tính chất quan trọng như vậy thì nhiệt độ cần đòi hỏi phải có phương pháp
điều khiển thích hợp. Đây chính là vấn đề đặt ra để cần giải quyết nhằm đem lại tính
ổn định và chính xác của nhiệt độ. Một hệ thống muốn chính xác cần phải thực hiện
hồi tiếp tín hiệu về để so sánh với tín hiệu vào ra và được gửi đến bộ điều khiển hiệu
chỉnh đầu ra. Hệ thống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường được thấy
trong các hệ thống tự động.
Trước đó đã có nhiều công trình và đề tài như“Điều khiển và giám sát lò nhiệt
PID bằng PLC S7-300. [1]” nói về phương pháp điều khiển nhiệt độ dựa trên nguyên
tắc hệ thống hồi tiếp. Qua bộ cảm biến gửi tín hiệu đo lường nhiệt độ về so sánh với
giá trị đặt, sai lệch giữ tín hiệt đặt và đo sẽ được đưa tới bộ điều khiển tạo tín hiệu
công suất cấp cho bộ phận gia nhiệt. Với vai trò là sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp, nhóm
thực hiện quyết định chọn để tài : “ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT BÃ MÍA” để nghiên cứu, nhằm tổng hợp và cũng cố kiến
thức đã học cũng như áp dụng công nghệ vào quá trình sản xuất công nghiệp. Trong đề
tài này, nhóm thực hiện sẽ thiết kế mô hình ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển và
giám sát nhiệt độ của lò nấu mía bằng nguyên liệu bã mía để thay đổi tốc độ băng tải
và quạt thổi cho phù hợp với nhiệt độ của lò. Với tin tưởng rằng đề tài này có thể được
ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất đường của Việt Nam hiện nay để tận
dụng nguồn nguyên liệu bã mía có sẵn tại nhà máy nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2 MỤC TIÊU
Ứng dụng PLC vào mô hình lò đốt để giảm bớt sức lao động, chi phí.
Tìm hiểu về hệ thống lò đốt bằng nguyên liệu bã mía. Từ đó nhóm thực hiện sẽ
thiết kế mô hình điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nấu bằng PLC.
Điều khiển nhiệt độ trong lò thông qua cảm biến nhiệt độ.
Điều khiển tốc độ quạt thổi, tốc độ băng tải nguyên liệu bằng biến tần thông qua
giao tiếp với PLC.
Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động của lò nhiệt sử dụng phần mềm
WinCC trong TIA Portal V14.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1:
-
Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal V14 và cảm biến
nhiệt độ.
-
Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến tần siemens
NỘI DUNG 2:
-
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.
NỘI DUNG 3:
-
Thi công tủ điện điều khiển.
NỘI DUNG 4:
-
Kết nối PLC với biến tần.
-
Thiết kế Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình.
-
Lưu đồ điều khiển, giao diện HMI..
NỘI DUNG 5:
-
Lập trình PLC, chạy thử nghiệm mô hình.
-
Cân chỉnh lại hệ thống.
NỘI DUNG 6:
-
Đánh giá kết quả thực hiện và hướng mở rộng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.4 GIỚI HẠN
Sử dụng dây trở nhiệt mayso để tạo nhiệt độ trong mô hình lò nhiệt. Mô hình còn
khá đơn giản.
Không có màn hình HMI nên điều khiển giám sát dùng phần mềm WinCC trong
TIA Portal V14.
Chưa có hệ thống băng tải lấy tro xỉ thải của lò.
1.5 BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan
Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu đề tài, giới hạn
và bố cục đề tài
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu sơ lượt vể nguyên lý và quy trình hoạt động của lò đốt. Trình bày sơ
lược lý thuyết về PLC S7-1200, lý thuyết điều khiển PID, các thiết bị như biến tần
siemens MM420, SSR, động cơ quạt thổi, bang tải nguyên liệu…
Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán
Thiết kế lên bản vẽ cho mô hình, lựa chọn kích thướt tủ điện phù hợp với linh
kiện bố trí trong tủ, sơ đồ khối tính toán các thông số công suất của thiết bị điều khiển
hệ thống điện và lựa chọn các thiết bị phù hợp với ông suất cho mô hình.
Chương 4: Thi Công Mô Hình
Trong chương này chúng ta thực hiện thi công các phần điều khiển và mạch động
lực cũng như phần cứng mô hình hệ thống đề tài. Từ đó xây dựng nên lưu đồ giải thuật
để viết chương trình điều khiển cho hệ thống.
Khi có được mô hình và chương trình điều khiển cho hệ thống thì sẽ thực hiện
các bước để mô hình được hoạt động tốt. Sau đó là các bước để hướng dẫn các thao tác
cho việc hoạt mô hình hoàn thiện hơn.
Tính toán lựa chọn nguyên vật liệu phù hợp, chuẩn bị thiết bị điện và dụng cụ
điện hỗ trợ cho qua trình làm việc. Trình tự thi công mô hình, chạy mô hình
Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Trình bày kết quả thiết bị, những yêu cầu đạt được và chưa đạt được từ phần
cứng và phần mềm. Từ đó đưa ra nhận xét về nguyên nhân chưa đạt được và cách khắc
phục. Tiến hành nhận xét kết quả trong quá trình thực hiện đồ án giữa những gì thực
hiện thực tế so với kết quả trong lý thuyết.
Chương 6: Tổng quan.
Kết luận về những gì đạt được trong quá trình thực hiện đồ án. Đưa ra thêm
những hướng phát triển khả thi cho đề tài để có thể ứng dụng tốt trong thực tế.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT BÃ MÍA
2.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành
-
Vệ sinh buồng đốt, nạo vét tro cặn của mẻ đốt trước khi cho nguyên liệu vào.
-
Kiểm tra tủ điện hệ thống điều khiển.
-
Kiểm tra hệ thống quạt gió, hút khí thải, hệ thống xử lý khí thải.
-
Kiểm tra nhiên liệu đốt.
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt
-
Bật CB từ vị trí (OFF) sang vị trí (ON) để cấp điện nguồn hệ thống.
-
Bật băng tải để đưa nguyên liệu bã mía vào lò đốt.
-
Tiến hành nhóm lò bằng những nguyên liệu dễ cháy.
-
Bật hệ thống quạt thổi để cung cấp không khí cho lò.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-
Mở hệ thống hút khói, mở hệ thống lấy tro xỉ để đưa chất thải ra ngoài.
-
Khi hết nguyên liệu tiến hành tắt băng tải, hệ thống quạt thổi.
-
Đóng hệ thống lấy tro xỉ và hút khói.
-
Tắt CB từ vị trí (ON) sang vị trí (OFF) để ngắt nguồn hệ thống.
-
Kiểm tra lại toàn bộ, vệ sinh thiết bị, ghi sổ theo dõi vận hành.
2.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
Bộ điều khiển PID tên tiếng anh là (Proportional Integral Derivative Controller)
hay còn được gọi với tên là điều khiển vi tích phân tỉ lệ. Bộ điều khiển PID được sử
dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhau như nhiệt
độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa…do nó có khả năng làm
triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các thông số
của bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp.
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID
-
Công thức bộ điều khiển PID:
U = K P.e + KI.(∫
-
) + K D( )
Trong đó:
yr: tín hiệu đặt (tín hiệu mong muốn đạt được).
e: sai số giảm tín hiệu thực tế và tín hiệu đặt.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
u: tín hiệu điều khiển.
y: ngõ ra hệ thống.
2.2.1 Phân loại
Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm:
-
Bộ điều khiển PID liên tục
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục
-
Bộ điều khiển PID số (rời rạc).
Hình 2.4: Hệ thống bộ điều khiển PID số rời rạc
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.2 Các thông số bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm ba khâu tương ứng với ba thông số chính:
-
Khâu tỉ lệ (Proportional) KP.
-
Khâu tích phân (Integration) KI.
-
Khâu vi phân (Derivative) KD.
Nếu lựa chọn các thông số này phù hợp (tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế trùng
nhau) thì hệ thống sẽ hoạt động tốt,ổn định.
Khâu tỉ lệ (Proportional)
Hàm truyền: K(s) = KP.
Đặc tính thời gian: Y(s) = KP.G(s).E(s).
Sai số hế thống: E(s) =
( )
( ) ( )
Hình 2.5: Khâu tỉ lệ bộ điều khiển PID
Chú ý:
-
KP càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh.
-
KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ ( nhưng không thể triệt tiêu).
-
KP càng lớn thì các cực của hệ thống có xu hướng di chuyển ra xa trục thực
=> Hệ thống càng dao động và độ lọt vố càng cao.
-
Nếu KP tăng quá gí trị giới hạn thì hệ thống sẽ mất ổn định.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
8
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khâu tích phân (Integration)
Hàm truyền: K(s) = KI/s.
Đặc tính thời gian: Y(s) = KI.G(s).E(s)/s.
Sai số hệ thống: E(s) =
. ( )
( ) ( )
Hình 2.6: Khâu tích phân bộ điều khiển PID.
Chú ý:
-
Tín hiệu ngõ ra được xác định bởi sai số.
-
KI càng lớn thì đáp ứng quá độ càng chậm.
-
KI càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ. Hệ số khuếch đại của khâu tích phân
sẽ bằng vô cùng khi tần số bằng 0 => triệt tiêu sai số xác lập với hàm nấc.
-
KI càng lớn thì độ vọt lố càng cao.
Khâu vi phân (Derivative)
Hàm truyền: K(s) = KD.s.
Đặc thời gian: Y(s) = KD.G(s).E(s).s.
Sai số hệ thống: E(s) =
( )
. ( ) ( )
Hình 2.7: Khâu vi phân bộ điều khiển PID
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
9
