Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Tải bản đầy đủ - 0trang

Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Phạm vi nhiệt độ: 70...1200℉

Dải dòng chảy: 0...6 CV

Phạm vi áp: lên đến 5000 PSI

4.1.3. Bộ chuyển đổi dòng điện-áp suất Type 6102-53 i/p Converter



Hình 4. 4. Bộ chuyển đổi dòng điện-áp suất Type 6102-53 i/p Converter

Có sẵn như là các bộ phận lắp ráp với một hoặc hai I / P đơn vị chuyển

đổi. Có sẵn ốc để gắn thiết bị, thường cho gắn tường hoặc ống.

 Đầu vào 4 mA đến 20 mA

 Phân chia phạm vi: 4 đến 12 mA và 12 đến 20 mA

 Đầu ra điều chỉnh liên tục từ: 0,05 đến 6 thanh (0,7 đến 60 psi).

4.1.46. Cảm biến đo lưu lượng YF-S201

Loai cảm biến: hiệu ứng Hall

Điện áp làm việc: 5 đến 18V DC

Lưu lượng làm việc: 1 đến 30 l/min

Đặc tính dòng chảy: F=7.5 * Lưu lượng



Hình 4. 5. Cảm biến đo lưu lượng YF-S201

Hình 4. 6. Chi tiết đấu nối YF-S201

18



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



4.2. Tìm hiểu PLC s7 1200

4.2.1Tổng quan về PLC

PLC là một thiết bị lập trình mạnh cho phép người dùng thực hiện các

thuật tốn điều khiển thơng qua ngơn ngữ lập trình. Một PLC gồm có bộ vi xử

lý, nguồn, cổng tiếp nhận tín hiệu vào ra và bộ nhớ để lưu giữ chương trình

lập trình và các dữ liệu vào ra khác.



Hình 4. 7. Sơ đồ chức năng của PLC



19



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Hình 4. 8. Chu kì quét của PLC



Nguyên lý hoạt động của PLC: PLC hoạt động theo chu kì quét. Bộ vi

xử lý của PLC sẽ quét các trạng thái của các tín hiệu đầu vào và thực hiện các

thuật tốn đã được lập trình sẵn bởi chương trình điều khiển do người dùng

cài đặt, sau đó sẽ xuất những tín hiệu ra đầu ra của PLC để điều khiển các

thiết bị chấp hành. Thời gian hồn thành một chu kì này gọi là chu kì quét của

PLC.

4.2.2Cấu tạo của CPU PLC S7 1200



1: Cấp nguồn

2: Khay cắm thẻ nhớ

3: Đầu nối dây có thể tháo được

4: Đèn led báo tín hiệu vào ra

5:Cổng truyền thơng PROFINET

Hình 4. 9. Hình ảnh CPU 1214

S7 1200 là bộ điều khiển mạnh mẽ của Siemens, với nhiều cải tiến so với

S7 200 hay 300. S7 1200 cung cấp sự linh hoạt và mạnh mẽ trong việc điều

khiển nhiều thiết bị, hỗ trợ nhu cầu tự động hóa của chúng ta. Thiết kế nhỏ

gọn, cấu hình linh hoạt, và những khối hàm, tập lệnh mạnh mẽ làm cho PLC

này trở thành một giải pháp hoàn hảo cho điều khiển.

CPU là sự kết hợp của một bộ vi xử lí, bộ nguồn được tích hợp sẵn, các

cổng input và output, tích hợp cổng kết nối PROFINET, đầu vào ra tốc độ

cao, và các cổng vào analog input được tích hợp trong một khối nhỏ gọn để

20



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



tạo nên một bộ điều khiển mạnh mẽ. Sau khi bạn tải xuống chương trình của

bạn, CPU chứa những logic để kiểm soát và giám sát những thiết bị trong yêu

cầu của bạn. CPU đọc giá trị đầu vào và thay đổi những giá trị đầu ra theo

logic trong chương trình của bạn, có thể bao gồm các phép tốn cơ bản, PID,

bộ đếm, thời gian, hay là giao tiếp với các thiết bị thông minh khác.

CPU cung cấp một cổng PROFINET để truyền thông qua mạng

PROFINET. Các module mở rộng thì sẵn sàng cho việc truyền thơng qua

PROFIBUS, GPRS, RS485 hoặc mạng RS232.

Họ S7 1200 có nhiều mẫu CPU khác nhau như CPU 1211C, 12112C,

1214C, 1215C. Trong đồ án này chúng em sẽ sử dụng S7 1214C AC/DC/RLY.

Bảng 4. 1. Thông số các CPU S7 1200

Chức năng



CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C



Kích thước vật lý (mm)



90x100x75 90x100x75 110x100x75 130x100x75



Bộ nhớ Bộ nhớ làm việc 30Kbytes

người

Bộ nhớ nạp

1Mbytes

dùng

Bộ nhớ giữ lại 10Kbytes

Vào ra

6 đầu vào/

Số

tích

4 đầu ra

hợp

trên

Tương tự

2 đầu vào

CPU

Vùng

Đầu vào

1024 bytes

nhớ

ảnh

Đầu ra

1024 bytes

vào ra

Vùng nhớ bit M

Mở rộng module vào ra

Mạch tín hiệu , mạch

pin, mạch truyền thơng

Module truyền thông



50Kbytes



75Kbytes



100Kbytes



1Mbytes



4Mbytes



4Mbytes



10Kbytes 10Kbytes 10Kbytes

8 đầu vào/ 14 đầu vào 14 đầu vào

6 đầu ra



10 đầu ra



2 đầu vào



2 đầu vào



10 đầu ra

2 đầu vào/

2 đầu ra



1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes

1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes



4096 bytes 4096 bytes 8192 bytes 8192 bytes

Không



2



8



8



1

3



1

3



1

3



hỗ trợ

1

3

21



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Ngõ ra xung



4



4



Thẻ nhớ



4



4



Thẻ nhớ SIMATIC



4.2.3. Modul SM 1234 AQ2x14Bit

Modul SM 1234 là modul đưa tín hiệu ra là tín hiệu analog. Modul SM

1234 đưa tín hiệu đầu ra có thể là tín hiệu điên áp hoặc tín hiệu dòng điện.

Thơng số cơ bản của modul SM 1234

-



Đầu vào analog 4 AI, đầu ra analog 2 A0

Điện áp cấp nguồn: 24V

Tần số 50/60Hz

Tín hiệu điện áp thay đổi từ -10V đến 10V

Tín hiệu dòng điện có giải từ 0 đến 20mA



Hình 4. 10. Hình ảnh modul SM 1234



4.3. Hệ thống điều khiển

Với hệ điều khiển bình mức này em xây dựng hệ thống điều khiển mức

nước trong bình bằng PLC sử dụng PID. PLC đọc tín hiệu từ cảm biến áp

suất, xử lí tín hiệu này rồi đưa vào khối PID_compact và đưa ra tín hiệu điều

22



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



khiển tới van điều khiển, để đóng mở van cho phù hợp, thơng q đó để điều

khiển mức nước trong bình luôn ổn định giá trị mà ta mong muốn được giám

sát qua giao diện WinCC.



Hình 4. 11. Mơ hình điều khiển bình mức



4.4. Bản vẽ thiết kế

Cấp nguồn 220VAC cho PLC, bộ chuyển đổi và máy bơm.

Nút ấn Start, Stop, Auto, Manual nhận nguồn 24VDC được đấu vào cổng

DI của PLC.

Cảm biến áp suất nhận nguồn 24VDC tín hiệu ra 4-20mA, được đấu vào

2 AI của SM1234.

Máy bơm được đấu qua 1 rơle trung gian tiếp điểm xoay chiều thường

mở điều khiển qua tín hiệu DO của PLC.



23



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Đầu vào của bộ chuyển đổi điện_áp được đấu vào AO của SM 1234.

Đầu ra đấu vào van điều khiển.



Hình 4. 12. Sơ đồ đấu dây

4.5. Thiết kế giao diện WinCC

- Khởi tạo project và khai báo tag management

+ Tạo project mới: tại giao diện khởi động chọn file -> New click chọn

single User Project ta điền tên và thư mục lưu

+ Tạo kết nối TCP/IP và khai báo tag management. Để kết nối giao

diện với PLC địa chỉ IP phải trùng nhau

24



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



- Thiết kế giao diện WinCC

Trên giao diện ta tạo và thiết lập mơ hình hệ thống gồm một bình mức

cần điều khiển, máy bơm, đường ống, cảm biến, một van xả, một van điều

khiển lưu lượng, các nút ấn, giá trị đặt và độ mở van bằng tay qua thanh kéo

hoặc điền số trực tiếp.

Mức nước trong bình được hiển thị giá trị thực trên màn hình theo đơn vị

chiều cao mức nước mm và thể hiện trực quan qua mức nước ở bình.

Độ mở van được hiển thị trên màn hình theo đơn vị %.

Giá trị đặt và mức nước được thể hiện qua đồ thị theo đơn vị mm với thời

gian trích mẫu 250ms và ta có thể xuất giá trị theo bảng.



Hình 4. 13. Giao diện WinCC điều khiển bình mức

4.6. Phần mềm

4.6.1Phần mềm lập trình Tia V13

Phần mềm Tia portal step 7 do Siemens xây dựng, giúp người dùng lập

trình chương trình rồi tải xuống PLC. TIA hỗ trợ rất nhiều dòng PLC do

siemens sản xuất.



25



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Một hệ thống kĩ thuật mới, thông minh và trực quan cấu hình phần cứng

và cấu hình mạng, lập trình.

Lợi ích với người dùng:

- Trực quan: tìm hiểu dễ dàng, sử dụng đơn giản

- Hiệu quả: tốc độ về kĩ thuật

- Chức năng bảo vệ: kiến trúc phần mền tạo thành một cơ sở ổn

định cho sự đổi mới trong tương lai.



Hình 4. 14. Giao diện khởi động của TIA



26



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Hình 4. 15. Giao diện soạn thảo chương trình

Cách thức kết nối:

- Để lập trình SIMATIC s7-1200 từ PC hay laptop ta cần kết nối TCP/IP

- Để PC và SIMATIC s7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng

là địa chỉ IP của 2 thiết bị phải giống nhau.

4.6.2Khối PID_Compact



Hình 4. 16. Sơ đồ của bộ PID_compact

Bảng 4. 2. Các chân inputs của khối PID_compact

Thông số

Setpoint



In



Input



In



Input_PER



In



ManualEnabl

e

ManualValue



In



Reset



In



In



Kiểu

Ý nghĩa

dữ liệu

Real Giá trị đầu vào của PID ở chế độ tự động.

Giá trị mặc định là 0.0

Real Giá trị quá trình. Giá trị mặc định là 0.0

Bạn phải set sPid_Cmpt.b_Input_PER_On

= FALSE

Word Giá trị của quá trình kiểu tương tự. Giá trị

mặc định là W#16#0

Bạn phải set sPid_Cmpt.b_Input_PER_On

= TRUE

Bool Cho phép hay là vô hiêu hóa chế độ hoạt

động bằng tay. Giá trị mặc định là FALSE

Real Giá trị quá trình cho chế độ bằng tay. Mặc

định là 0.0

Bool Thông số Reset khởi động lại bộ điều

27



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau



khiển. Giá trị mặc định là FALSE

Bảng 4. 3. Các chân outputs của khối PID_compact

Thông số

ScaledInput

Output

Output_PER



Out

Out

Out



Output_PWM



Out



SetpointLimit_H



Out



SetpointLimit_L



Out



InputWarning_H



Out



InputWarning_L



Out



State



Out



ErrorBits



Out



Kiểu dữ liệu

Ý nghĩa

Real

Real

Giá trị đầu ra mặc định là 0.0

Word

Giá trị đầu ra Analog , mặc định là

W#16#0

Bool

Giá trị đầu ra cho tín hiệu xung.

Mặc định là FALSE

Bool

Giới hạn trên của giá trị đặt, mặc

định là FALSE

Bool

Giới hạn dưới của giá trị đặt, mặc

định là FALSE

Bool

If InputWarning_H =TRUE ,Giá

trị quá trình đạt hoặc vượt quá

giới hạn cảnh báo trên.

Bool

If InputWarning_L

=TRUE. Giá trị quá trình chạm tới

giới hạn cảnh báo dưới.

Int

Chế độ hoạt động hiện tại của bộ

PID. Mặc định là 0

Dword

Biết được tình trạng lỗi của bộ

PID.



Khối PID_compact trong PLC cung cấp một bộ điều khiển PID tích hợp

chế độ tự động và chế độ bằng tay. Để sử dụng khối này ta phải gọi nó trong

một khối với chu kì ngắt nhất định gọi là a cyclic interrupt OB.

Thuật toán PID trong PLC: đây là cấu trúc PID tổng quát:

y = Kp



(4.1)



Trong đó: y đầu ra bộ PID

Kp là hệ số khuếch đại

Ti là thời gian tích phân



Td là thời gian vi phân



28



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×