Đồ án Trình bày về module analog trong PLC S7 200 - Trần Văn Tuyến

S7-200
	Các modunle analog của họ S7-200 có rất nhiều loại Module nhưng vẫn hoạt động trên nguyên tắc.
	Module ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, cặp nhiệt
	Module ngõ vào analog: Áp, dòng
2.1 Module analog EM231 
Các thông số kỹ thuật
Cách kết nối ngõ vào
Switch chọn giá trị ngõ vào và độ phân giải.
Lưa ý: Dòng điện ngõ vào: 0 đến 20mA. Độ phân giải: 5uA hay từ 1,25mV đến 2,5mV. Giá trị số ngõ vào: -32000 đến 32000(lưỡng cực) hay từ 0 đến 32000(đơn cực). 
Mạch ngõ vào của Module EM231.
2.2 Module analog EM235 
Các thông số kỹ thuật.
Cách kết nối ngõ vào, ngõ ra.
Switch chọn giá trị ngõ vào và độ phân giải.
Lưa ý: Độ phân giải: 5uA hay từ 12,5uV đến 5mV. Giá trị số ngõ vào: -32000 đến 32000 hay từ 0 đến 32000. Mạch ngõ vào của Module EM235.
2.3 Module analog EM232 
Các thông số kỹ thuật.
Một vài thông số chi tiết.
Cách kết nối ngõ ra.
2.4 Hiệu chỉnh giá trị analog. 
Module analog thường có nhiều tầm đo khác nhau, tín hiệu ngõ vào có thể là dòng điện hoặc điện áp. Việc chuyển đổi từ tầm đo này sang tầm đo khác thì kết quả chuyển đổi thường có những sai số nhất định do cấu trúc của mạch chuyển đổi. Do vậy thông thường khi sử dụng module analog, người lập trình cần phải hiệu chỉnh trước khi sử dụng để kết quả chuyển đổi được chính xác hơn. Viêc hiệu chỉnh có thể dùng 2 cách. Đó là dùng phần cứng hay phần mềm.
Dùng phần cứng. có thể dùng các mạch dịch mức để sao cho tín hiệu thấp nhất của ngõ vào ứng với giá trị 0 của ngõ vào chuyển đổi AIW0.
 Dùng phần mềm. Dưới đây trình bày việc hiệu chỉnh cho ngõ vào là điện áp, tầm đo 10V, ngõ vào chuyển đổi là AIW0. 
- Cấp điện cho module analog hoạt động khoảng 10 phút. 
- Chọn điện áp vào là 10V ( độ phân giải 2,5mV) 
- Chỉnh biến trở tại ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 0V. 
- Dùng chương trình đọc giá trị analog vào và quan sát giá trị. Nếu chưa bằng không thì hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = 0. 
- Chỉnh biến trở tại ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 10V. 
- Dùng chương trình đọc giá trị analog vào và quan sát giá trị. Nếu chưa bằng 32000 thì hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = 32000. 
Phần 2: THỰC HÀNH
I: THIẾT KẾ VÀ CHỌN LINH KIỆN CHO THI CÔNG MÔ HÌNH
Chọn phần tử điều khiển (chọn loại PLC)
Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-200
• Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp
• Có nhiều loại CPU
• Có nhiều Module mở rộng
• Có thể mở rộng đến 7 Module
• Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau
• Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus
• Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module
• Không qui định rãnh cắm
• Phần mềm điều khiển riêng
• Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module
• “Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp
Trên thực tế nhà sản xuất SIMEN đã đưa ra rất nhiều loại PLC trong họ S7-200 với bộ xử lý trung tâm khác nhau. Dưới đây là một PLC điển hình của dòng S7-200 với CPU-214
Hình dáng của PLC S7-200 có sử dụng CPU-214
Trên 1 module đã đc tích hợp CPU, I/O ngồn cung cấp và một số Module. Có nhiều loại CPU: CPU212, CPU215, CPU216 Hình dáng CPU 214 thông dụng được mô tả như ở hình trên 2.1
	Trong bài mô phỏng chọn loại PLC có CPU224
Các phương pháp đo nhiệt độ
Khái niệm chung về đo nhiệt độ
 Trong nghiên cứu khoa học, trong sản xuất cũng như trong đời sống sinh hoạt hằng ngày luôn luôn cần xác định nhiệt độ của môi trường hay của một vật nào đó. Vì vậy việc đo nhiệt độ đã trở thành một việc làm vô cùng cần thiết. Đo nhiệt độ là một trong những phương thức đo lường không điện. Nhiệt độ cần đo có thể rất thấp (một vài độ Kelvin), cũng có thể rất cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin). Độ chính xác của nhiệt độ có khi cần tới một vài phần ngàn độ, nhưng có khi vài chục độ cũng có thể chấp nhận được. Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt như cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, Diode và Transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh . Tùy theo khoảng nhiệt độ cần đo và sai số cho phép mà người ta lựa chọn các loại cảm biến và phương pháp đo cho phù hợp :
Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện
là từ 200°C→1000°C. Độ chính xác có thể đạt tới ±l% → ±0.1%.
Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) là từ -270°C bến 2500°C. Với độ chính xác có thể đạt tới ±l%→±0 1%.
Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng các cảm biến tiếp giáp P-N (Diode, Transistor, IC) là từ -200°C bến 200°C, với sai số ±0.1%.
Các phương pháp đo không tiếp xúc như bức xạ,quang phổ . có khoảng đo từ 1000°C đến vài chục ngàn °C với sai số ±l% → ±10%.
Thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celcius(°C), thang đo Kelvin (°K), thang đo
Fahrenheit (°F), thang đo Rankin (°R).
T(°C)=T(°K)-273.15
T(°F)=T(°R)-459.67
T(°C)=[T(°F)-32]×5/9
Cảm biến nhiệt độ:
Cảm biến nhiệt độ là cảm biến có khả năng nhận biết được tín hiệu nhiệt độ một cách chính xác và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp, dòng điện, điện trở . 
Các thông số của cảm biến nhiệt độ:
Thông số cấu tạo: phụ thuộc vào từng loại cảm biến, cũng như cách chế tạo và phương thức chuyển đổi của loại cảm biến đó.
Thông số sử dụng bao gồm các thông số sau:
Khoảng làm việc: là khoảng nhiệt độ mà cảm biến có khả năng hoạt động khi chưa bị vượt qua giá trị giới hạn. Khoảng làm việc cao hay thấp tùy theo tín chất cấu tạo và tính chất lý hoá của từng loại cảm biến qui định.
Độ nhạy: S=dF/dx Với: 
dF: Sự thay đổi đại lượng của cảm biến dx: Sự thay đổi đại lượng vật lý 
Ngưỡng độ nhạy: là mức thấp nhất mà cảm biến có thể phát hiện được
Tính trễ : còn gọi là quán tính của cảm biến và là nguyên nhân gây ra sai số của phép đo. Tốc độ thay đổi của đại lượng đo phải phù hợp với tính trễ của cảm biến. Nếu đại lượng đo thay đổi quá nhanh mà quán tính của cảm biến lớn thì không thể đo chính xác được. Mọi cảm biến đều có tính trễ do ảnh hưởng của vô bảo vệ.
Có các phương pháp đo nhiệt độ khác nhau ứng với các thiết bị đo khác nhau như:
Nhiệt điện trở:
Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong các đường ống, các lò phản ứng hóa học, các nồi hơi, lò nhiệt, không khí trong phòng
Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện (Thermocouple):
Cấu tạo gồm hai dây kim loại khác nhau được hàn với nhau ở một đầu gọi là đầu nối nóng hay nối đo, hai đầu dây còn lại là đầu nối lạnh hay đầu nối chuẩn.
Cảm biến nhiệt độ bằng vi mạch:
Cảm biến nhiệt độ vi mạch chế tạo từ chất bán dẫn có nhiệt độ tỉ lệ độ C, F hay K tùy loại. Tầm đo nhiệt độ giới hạn từ -55°C đến 150°C, ở độ chính xác từ 1°C đến 2°C tùy loại.
Cảm biến nhiệt bằng bán dẫn. dùng các khối bán dẫn để làm cảm biến khi nhiệt độ thay đổi thì điện áp chênh lệch giữa các khối bán dẫn sẽ khác nhau dẫn đến việc ta có thể đo được nhiệt độ chuẩn dựa vào 1 nhiệt độ làm mẫu
Và còn rất nhiếu các loại cảm biến khác trên thị trường
Chọn cảm biến nhiệt
Chọn cảm biến nhiệt LM35 với các thông số kỹ thuật
* LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ : 10mV/1(0C)
* Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25(0C) nó có sai số không quá1%. Với tầm đo từ 0(0C) đến 128(0C) , tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tínhiệu nhõ vào.
* Thông số kỹ thuật:
- Tiêu tán công suất thấp .
- Dòng làm việc từ 400µA đến 5mA.
- Dòng ngược 15mA.
- Dòng thuận 10mA.
- Độ chính xác: khi làm việc ở nhiệt độ 25(0C) với dòng làm việc 1mA thì điện áp ngõ ra từ 2,94V đến3,04V.
* Đặc tính điện:
- Theo thông số của nhà sản xuất LM35, quan hệ giữa điện áp và ngõ ra như sau:Vout =0.01*T(0K)=2,73+0,01*T(0C).
- Độ nhạy của cảm biến LM35 là 10mv
- Tầm đo của cảm biến từ -55(0C) đến 150 (0C)
-Tại mức nhiệt độ 1 (0C) thì điện áp ngõ ra là 10mV
1.3 Sơ đồ khối của mô hình
Cảm biến
Nhiệt độ
Module
analog
PLC
Cơ cấu chấp hành
II: KẾT NỐI PHẦN CỨNG VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH
2.1 Mô hình kết nối giữa LM35 và Module analog EM231
2.2 Sơ đồ kết nối giữa LM35 và hệ thống điều khiển PLC
Giới thiệu chức năng các linh kiện
 Khối điều khiển PLC
Cảm biến nhiệt độ LM35
Nút nhấn cho phép hoạt động Star
Nút nhấn tắt hoạt động Stop
Đèn Đ sáng nhấp nháy khi khuôn gia nhiệt đc cấp ngồn điện
Contactor K điều khiển việc cấp điện kho khuôn gia nhiệt	
2.3 Chương trình điều khiển khuôn gia nhiệt
viết chương trình điều khiển nhiệt khuôn gia nhiệt ổn định nhiệt độ từ 115 đến 120 độ
như ta đã nói ở trên. LM35 có tầm đo từ -55(0C) đến 150(0C) và dải đo tuyến tính từ 0(0C) đến 128(0C) là tuyến tính. Nhiệt độ của khuôn gia nhiệt từ 115(0C) đến 120(0C) là hoàn toàn nằm trong vùng tuyến tính của đặc tuyến LM35. Độ nhạy cảu cảm biến là 10mV vì thế
Điện áp ngõ ra của LM35 tại: 0(0C) là 0mV
	115(0C)	là 1150mV
	120(0C) là 1200mV
Chọn module analog có EM231 và chọn tầm đo từ 0 đến 5V
	Tại 5V	ứng với 32000 trong vùng nhớ AIW0
	Tại 1,150	ứng với 7360 trong vùng nhớ AIW0
	Tại 1.2	ứng với 7680 trong vùng nhớ AIW0
chương trình điều khiển khuôn gia nhiệt
KẾT LUẬN
Trên đây là tìm hiểu của em về chuyên đề các module analog của plc S7-200
Cũng như cách thức thực hiện một ứng dụng nhỏ của chúng vào thực tế.
Trong quá trình tìm hiểu và làm bài ko thể tránh khỏi thiếu xót. Mong thầy cô và các bạn đưa ra lời nhận xét để em có được cái nhìn hoàn chỉnh hơn về chuyên đề này. 
	Một lần nữa em xin cảm ơn cô Nguyễn Trần Minh Nguyệt và các bạn đã giúp em hoàn thành chuyên đề này. 
	Em xin chân thành cảm ơn
MỤC LỤC
	 trang
Phần I: LÝ THUYẾT	
I: TÍN HIỆU ANALOG  2
Tín hiệu analog và bộ A/D  2
Thời gian lấy mẫu, tần số lấy mẫu.. 2
Các thông số của bộ A/C. 3
A/D trong PLC S7-200.5
II: MỘT SỐ MODULE ANALOG THÔNG DỤNG CỦA S7-200..6
2.1 Module analog EM231 6
2.2 Module analog EM235.8
2.3 Module analog EM23211
2.4 Hiệu chỉnh giá trị analog....14
Phần II: THỰC HÀNH
I:THIẾT KẾ VÀ CHỌN LINH KIỆN..14
chọn phần tử điều khiển..14
các phương pháp đo nhiệt độ..15
Sơ đồ khối của mô hình..17
II: KẾT NỐI PHẦN CỨNG VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH.18
2.1 Mô hình kết nối giữa LM35 và Module analog EM231..18
2.2 Sơ đồ kết nối giữa LM35 và hệ thống điều khiển PLC.19
2.3 Chương trình điều khiển khuôn gia nhiệt..20