Đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát lò đốt bã mía

Chia sẻ: Xylitol Lime Mint | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:122

Thêm vào BST

Báo xấu

417
lượt xem 77
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát lò đốt bã mía" được 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. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát lò đốt bã mía

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. Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 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 Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA (02/04 – 08/04) Portal V14 Tuần 5 Tìm hiểu về module truyền thông RS485 (09/04 – 15/04) Tuần 6 Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến (16/04 – 22/04) tần. Tuần 7, 8 Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt, khối (23/04 – 06/05) cảm biến nhiệt độ. Tuần 9, 10 Lắp ráp hoàn thiện mô hình. (07/05 – 20/05) Lập trình PLC cho toàn hệ thống. iv
Tuần 11, 12 Chạy thử demo chương trình. (21/05 – 03/06) Cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống và chương trình. Tuần 13 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 Sinh viên thực hiện 2 PHAN NGỌC NHÂN 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 Sinh viên thực hiện 2 PHAN NGỌC NHÂN 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