ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

----------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
ĐỀ TÀI :

ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ẤP TRỨNG
DÙNG PLC
GVHD : TS. Trương Đình Nhơn
SVTH :

TP.HCM, tháng 12 năm 2017

&

1
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

2
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

LỜI NĨI ĐẦU
Thế kỷ 21 mở ra một thời đại mới, thời đại khoa học cơng nghệ địi hỏi con người
ln ln khơng ngừng tìm tịi học tập để tiến bộ. Thiết bị và công nghệ luôn được
đổi mới tiên tiến hiện đại để góp phần nâng cao chất lượng cũng như các máy móc,
thiết bị hoạt động có hiệu quả, an tồn ổn định. Ngày nay điều khiển lập trình đang
có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc
biệt là trong kỹ thuật tự động hóa.
Trong hoạt động sản xuất nơng nghiệp hiện nay, việc tự động hóa khâu sản xuất là
rất quan trọng. Trong những năm trở lại đây, có nhiều ứng dụng của điều khiển lập
trình vào hoạt động chăn nuôi…Một trong những yếu tố của ngành nông nghiệp là
chăn nuôi gia cầm với một khâu quan trọng là ổn định trong khâu sản xuất con giống,
mà cụ thể là việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm. Từ thực tế thấy được tầm quan
trọng của việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm và đặc biệt là việc ổn định nhiệt độ lị
ấp trứng. Vì thế nhóm em đã lựa chọn đề tài “ Điều khiển nhiệt độ ấp trứng dùng PLC
”.
Với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, cùng với sự nỗ lực của nhóm,
đến nay đề tài của nhóm em đã hồn thành. Trong q trình làm bài do kinh nghiệm
cịn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên nhóm em khơng tránh khỏi những
thiếu sót. Nhóm chúng em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cơ để bài làm
của nhóm em được hồn thiện hơn .

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Trương Đình Nhơn đã tận tình hướng dẫn,
chỉ bảo, và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài này với kết quả tốt
nhất.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện
Phạm Tuấn An
Mai Xuân Hồng

3
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
Ngày

tháng

năm 2015

Giáo viên hướng dẫn

TS. Trương Đình Nhơn

4
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. Tổng quan:
Ngày nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật đang tác động đến các lĩnh
vực, đặc biệt là lĩnh vực tự động hóa đã tạo ra bước nhảy vọt vượt bậc trong nhiều
lĩnh vực của đời sống xã hội. Ngay cả trong trồng trọt, chăn nuôi cũng đã áp dụng
khoa học công nghệ để đạt năng suất cao nhất. Là sinh viên năm cuối với những
kiến thức đã được học em mong muốn tạo ra một hệ thống tự động áp dụng trong

chăn ni. Đó là đề tài Điều khiển nhiệt độ ấp trứng dùng PLC. Người ta thường
cho trứng ấp ở nhiệt độ cố định cho phép. Tuy nhiên nhiệt độ trong lị ln thay
đổi và phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường. Vì vậy nhóm em mong muốn được
nghiên cứu thiết kế ra hệ thống ổn định nhiệt độ lò ấp trứng khơng phụ thuộc vào
nhiệt độ mơi trường.
2. Tính cấp thiết:
Nghiên cứu các hệ thống ấp trứng thủ công hiện tại, tìm ra ưu và nhược điểm
của hệ thống thủ công, rồi thiết kế một hệ thống tự động ổn định nhiệt độ có đảm
bảo nhiệt độ ổn định theo khoa học.
3. Mục tiêu đề tài:
- Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ trong lò theo đối tượng là trứng gà (vịt).
- Mục tiêu hệ thống là ấp trứng gà (vịt), dựa vào phần cứng của hệ thống đã có.
4. Nội dung đề tài:
- Tìm hiểu phần mềm S7-1200.
- Phân tích và chọn phương án thi cơng.
- Thiết kế hệ thống.
- Xây dựng hệ thống

5
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

CHƯƠNG 2

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

CƠ SỞ LÝ THUYẾT


2.1 Thiết bị phần cứng
2.1.1
PLC S7-1200:
−

−




−
−

−

−

SIMATIC S7-1200 là một dịng của bộ điều khiển logic khả trình (PLC) có thể
kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hoá với quy mơ nhỏ và vừa. Thiết kế nhỏ
gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp chúng ta có nhiều giải pháp hoàn
hoản hơn cho những ứng dụng sử dụng với SIMATIC S7-1200.
Những ưu điểm của S7-1200:
Đơn giản trong cài đặt, lập trình và vận hành, có thể sử dụng cho các nhiệm vụ
điều khiển đơn giản vá phức tạp.
Đa ứng dụng, có thể sử dụng như một hệ thống đơn lẻ hoặc trong một mạng với
hệ thống phân phối.
Có thể tận dụng các thiết bị cũ để tiết kiệm chi phí.
Có tính năng thời gian thực hết sức mạnh mẽ, dễ dàng cho việc ứng dụng thời
gian thực cho hệ thống.

Cấu trúc của S7-1200 bao gồm:một bộ vi xử lí ( microprocessor), một nguồn
cung cấp tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
S7-1200 tích hợp sẵn một cổng truyền thơng PROFINET cho phép kết nối máy
tính với màn hình HMI hay bộ truyền thông PLC – PLC, kết nối với các thiết bị
khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở, bộ giao tiếp PROFIBUS và kết nối PTP
( point to point).
Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí , điều khiển quá trình với: 6 bộ
đếm tốc độ cao( high speed counter); 2 ngõ ra PTO 100KHz điều khiển tốc độ
và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo(servo drive); ngõ ra điều rộng xung
PWM điều khiển tốc độ động cơ , vị trí valve hay điều khiển nhiệt độ...;16 bộ
điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điều khiển ( auto –
tune functionality).
S7-1200 có các loại module mở rộng : communication module( CP), signal
board (SB), signal module (SM).

6
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

2.1.2

-

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Cấu trúc bên trong của PLC S7-1200


CPU 1214C DC/DC/DC

General specifications and features
Technical data
Order number
Dimensions W x H x D (mm)
Shipping weight
Power dissipation
Current available (SM and CM bus)
Current available (24 VDC)
Digital
input
current
consumption
(24VDC)

CPU 1214C DC/DC/DC
6ES7 214-1AG31-0XB0
110 x 100 x 75
415 grams
12 W
1600 mA max. (5 VDC)
400 mA max. (sensor power)
4 mA/input used

7
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG



ĐỒ ÁN MƠN HỌC
-

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

S7-1200, CPU 1214 DC/DC/DC bao gồm:
• 14 digital input (DI) 24V DC
• 10 digital output (DO) 24V DC
• 2 analog input (AI) 0-10V DC
• Nguồn cấp DC 20.4 – 28.8V DC
• Truyền thơng mở rộng MODBUS, Profibus, hỗ trợ chuẩn Ethernet và
TCP/IP

2.1.3
Các thiết bị kết nối sử dụng
a) bóng đèn nhiệt sấy halogen

1- Vỏ thủy tinh thạch anh

2- Dây tóc tim cốt
3- Dây tóc tim pha
4- Giá đỡ
5- Các tiếp điểm

Đèn halogen sử dụng phần lớn thủy tinh thạch anh để làm bầu đèn vì chúng chịu
được nhiệt độ và áp suất rất cao (khoảng 5 đến 7 bar) cao hơn thủy tinh bình
thường làm cho dây tóc đèn sáng hơn và tuổi thọ cao hơn bóng đèn thường. Bên
trong chứa khí halogen (thành phần chính là khí argon và nitơ) và một sợi dây tóc
bằng vonfram. Bóng đèn lấy điện năng của ô tô và đốt nóng sợi dây tóc đến
8

SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

khoảng 2.500 độ C, cịn sợi dây tóc khi nóng đỏ lên sẽ phát sáng. đèn halogen có
tim đèn nhỏ hơn so với bóng thơng thường. Điều này cho phép điều chỉnh tiêu
điểm chính xác hơn so với các loại bóng bình thường.
Để tăng độ sáng cho bóng đèn halogen khơng q khó, nhưng muốn độ sáng của
bóng đèn càng lớn thì nhiệt độ của dây tóc phải càng cao. Điều này làm cho số
phân tử kim loại bị bay hơi tăng mạnh, kết quả là tuổi thọ của dây tóc bóng đèn sẽ
giảm.
Điện áp (v): 36,72,110,120,220,240,380 V
Công suất (w): 150 ~ 2500 W Chiều dài (mm): 200 ~ 1500 mm
Đường kính (mm): ф10, 12,14,18,20,23,25,28 mm
Hồng ngoại bước sóng (mm):2.0 ~ 4um Nhiệt độ màu (k): 800 ~ 1500K
Hiệu suất chuyển đổi nhiệt (%): ≥ 95%
Nhiệt độ làm việc tối đa: ≤ 500 ℃
Hiệu suất chuyển đổi của bức xạ nhiệt: ≥ 70%
Nhiệt độ nóng tối đa: ≤ 900 ℃
b) Động cơ DC 24V:

D91F-30B4 ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU 24VDC 150W EXCEM

Gồm có 3 phần chính stator( phần cảm), rotor ( phần ứng), và phần chỉnh lưu (chổi
than và cổ góp).
- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,

hay nam châm điện.
- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.
- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động

9
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

quay của rotor là liên tục. Thơng thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và
một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
c) Role trung gian:

-Mã sản phẩm: LY4N-DC24 của hãng omron, nguồn 24VDC.

d) Nút nhấn.

Sử dụng nút nhấn XB7 của hãng Schneider

e) Quạt

Dùng quạt tản nhiệt SUNON DP200A
-220V-240V.
10
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG



ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

-50/60Hz
-0.14A.
-Kích thước 12x12x3.9cm.
- 360g.

f)

Cảm biến nhiệt độ PT100:

Một số thơng số chính của PT100:
Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100 được
cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dị nhiệt có giá trị
điện trở khi ở 0oC là 100 Ohm. Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần
phải cấp một nguồn ngoài ổn định. Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với sự thay đổi
nhiệt độ được tính theo cơng thức dưới đây.
Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:
Rt = R0 ( 1+ AT+BT2+C(T-100)T3)
Trong đó:
A=3.9083x10-3
B=5.775x10-7
C=-4.183x10-12 ( t<0oC) , C=0 ( t>0oC)
Bảng thông số điện trở của PT100 ứng với nhiệt độ đo:

11

SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Pt100 được tích hợp các bộ chuyển đổi tín hiệu để hiệu suất của chúng là cao nhất và
đơng giản hơn trong việc lắp đặt, vận hành. Các ngõ ra của bộ chuyển đồi theo tiêu
chuẩn công nghiệp là 4mA-20mA và 0V-10V.
Bộ biến đổi nhiệt độ pt100 sang 0-10v MST110U:

g)

Cảm biến độ ẩm ES2-HB OMRON:

12
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Một số thơng số chính của ES2-HB OMRON:
+ Đo độ ẩm 20~95%.
+ Tín hiệu ra: 1~5VDC
+ Nguồn cấp: 24VDC

+ Cấp chính xác ±3% FS
+ Ngõ ra: 1~5VDC (tương ứng độ ẩm 0~100%),
+ Trở kháng đầu ra 100kΩ.
h)

Máy tạo ẩm siêu âm

Thông Số Kỹ Thuật Máy Tạo Ẩm 1 Vỉ 10 Mắt:
13
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Xuất xứ: CHINA cao cấp Tình trạng: Hàng mới 100% Tên gọi: Máy Tạo Ẩm 10
Mắt Điện áp sử dụng: 48 V
Công suất : 240 W
Lưu lượng phun: 3,5 - 5 L/H Số mắt phun: 10 mắt
Kích thước mắt: 20mm Cảm biến mực nước: Có
Mực nước phù hợp: Cách 2 đầu tạo sóng từ 1mm – 25mm Tiếng ồn: 36 – 45db
Kích thước: 253mm x 90mm x 56mm Trọng lượng: 1,75 kg
ƯU ĐIỂM
1.
Sản phẩm bằng thép khơng rỉ, chống ăn mịn, chống nước, chống quá
nhiệt, giảm tiếng ồn.
2.


Vỉ tạo độ ẩm dùng sóng siêu âm, làm mát bên trong nhà.

3.
Công nghệ mới cho hạt sương mịn chỉ bằng 1/10 sợi tóc, tăng độ ẩm
nhanh, rất được ưa chuộng ở nhiều nước.
4.
Sử dụng công nghệ sóng âm với tần số cao dưới tác dụng của sóng siêu
âm phần tử nước khơng giao động với tần số nên tự tách ra dưới dạng những hạt
sương rất nhỏ đường kính khoảng 1 micro và dễ dàng hịa nhập vào khơng khí
dưới dạng sương mù.
5.
Sản phẩm dễ dàng di chuyển, có thể mang theo du lịch vì gọn nhẹ, thuận
tiện.
6.
Máy tạo ẩm phun sương bằng cách sử dụng sóng siêu âm là được coi là
cơng nghệ hiện đại đơn giản và an toàn nhất.
7.
Máy tạo độ ẩm ( trong-phong-am) dạng sương mù, không tạo giọt,
không để lại hơi nước trên bề mặt đồ vật, an toàn cho thiết bị điện trong phịng.
8.

Tạo ẩm bằng cơng nghệ siêu âm

9.
Chạy liên tục 15-16h, tự động ngắt khi hết nước và báo hiệu bằng đèn khi
hoạt động.
10.

Không gây tiếng ồn, dễ sử dụng, vệ sinh và dễ mang đi.


11.

Máy tạo ẩm bằng sóng siêu âm khơng gây tiếng ồn.
14

SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

12. Hạt sương rất nhỏ hập thụ rất tốt nhiệt năng và bụi trong khơng khí, làm
mơi trường mát mẻ và trong lành hơn.

2.2 Phần mềm sử dụng

Phần mềm dùng để lập trình cho PLC S7-1200 là TIA Portal. TIA Portal là phần
mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và
truyền động điện. Phần mềm tích hợp các sản phẩm SIMATIC khác nhau trong
một phần mềm ứng dụng; ví dụ, Simatic Step 7 V13 để lập trình các bộ điều khiển
Simatic. Simatic WinCC V13 để cấu hình các màn hình HMI và chạy SCADA trên
máy tính, giúp tăng năng suất và hiệu quả làm việc.
Giao diện phần mềm TIA Portal
TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự
thống nhất trong giao diện và tính tồn vẹn cho ứng dụng. Tất cả các bộ đều khiển
PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình
trên TIA portal. Việcnày giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền
thông giữa các thiết bị này.

Hai phần mềm quan trọng trong TIA Portal là Simatic Step 7 và Simatic WinCC.

15
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

CHƯƠNG 3
3.1

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Sơ đồ mơ hình tổng qt của hệ thống:

Khối nguồn

Khối
Khối
cảm
biến
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG

xử
lý
trung

tâm

Khối
cấp ẩm
16


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Khối
cấp
nhiệt

Khối
cài đặt

Sơ đồ tổng quát của hệ thống
3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Trứng gà sau khi đã được xếp vào giá trong máy , nhấn nút ON thời gian bắt
đầu tính , ứng với từng giai đoạn phát triển của trứng máy sẽ đặt các thông số
nhiệt độ, độ ẩm để trứng phát triển trong môi trường tốt nhất phù hợp nhất cho
tỉ lệ nở trứng cao nhất .
3.3 Sơ đồ kết nối chi tiết hệ thống
3.3.1 Mạch động lực

17
SVTH:PHẠM TUẤN AN

MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

3.3.2 Sơ đồ kết nối plc

18
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

CHƯƠNG 4

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG

4. Chương trình với ngơn ngữ LAD

19
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC


GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

20
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

21
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

22
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN


23
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

24
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

25
SVTH:PHẠM TUẤN AN
MAI XUÂN HỒNG