- Trang Chủ
- Công nghệ thông tin
- Giáo trình phân tích cơ sở lý thuyết tiến hành thiết kế mô hình điều khiển cho việc mô phỏng và đưa ra các phương pháp điều khiển tối ưu p7
Xem mẫu
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
EM235
H×nh 3.12: S¬ ®å nèi thiÕt bÞ vµo/ra Module EM235
Module ®Çu vµo/ra analog EM231 RTD
- KÝch th−íc (dµi x réng x cao): 90 x 80 x 62mm
- Khèi l−îng: 0,2kg
- C«ng suÊt: 2W
- 3 ®Çu vµo analog
- EM231 RTD thu nhËn tÝn hiÖu nhiÖt ®é d−íi d¹ng analog dÔ dµng víi tÝnh
chÝnh x¸c cao b»ng viÖc sö dông cÆp nhiÖt ngÉu chuÈn. §−îc thiÕt kÕ gièng nh−
nh÷ng thiÕt bÞ kh¸c cña dßng S7 - 22x, chóng ®−îc liªn kÕt víi nhau qua c¸c Bus d÷
liÖu vµ ®−îc ®Æt trªn mét gi¸ treo DIN phÝa bªn ph¶i CPU
- KÕt nèi module EM231TC, EM231 RTD: Cã thÓ m¾c trùc tiÕp víi S7- 200
hoÆc cã thÓ sö dông d©y dÉn phô cã b¶o vÖ ®Ó h¹n chÕ tiÕng ån mét c¸ch tèt nhÊt.
Cã thÓ m¾c thiÕt bÞ EM231 RTD víi c¶m biÕn theo 3 c¸ch: 4 d©y, 3 d©y vµ 2 d©y.
C¸ch chÝnh x¸c nhÊt lµ sö dông 4 d©y, c¸ch Ýt chÝnh x¸c nhÊt lµ sö dông 2 d©y chØ
®−îc sö dông nÕu sai sè do m¾c d©y ®−îc bá qua trong c¸c øng dông.
Module ®Çu vµo/ra analog EM235
- §Æc tÝnh vËt lý:
- 55 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
KÝch th−íc (dµi x réng x cao): 90 x 80 x 62mm
Khèi l−îng: 0,2kg
C«ng suÊt tiªu thô: 2W
Sè dÇu vµo/ra: 3 ®Çu vµo analog, 1 ®Çu ra analog
- §Æc tÝnh ®Çu ra:
D¶i tÝn hiÖu ra: §iÖn ¸p ±10V, dßng ®iÖn 0 ÷ 20mA
KiÓu d÷ liÖu: L−ìng cùc: - 32000 ÷ 32000 vµ ®¬n cùc: 0 ÷ 32000
Thêi gian æn ®Þnh: §iÖn ¸p 100μs, dßng ®iÖn 2μs
- §Æc tÝnh ®Çu vµo:
D¹ng ®Çu vµo kiÓu vi ph©n
§iÖn trë vµo 100MΩ
§iÖn ¸p vµo cùc ®¹i: 30V
Dßng ®iÖn vµo cùc ®¹i: 32mA
Dßng ®iÖn nguån 5VDC, 70mA tõ khèi c¬ së
Nguån cung cÊp më réng: 60mA, céng víi dßng ®iÖn ra 20mA tõ khèi c¬ së
hay nguån më réng.
C¸ch sö dông EM235:
- §¶m b¶o nguån cung cÊp 24VDC kh«ng cã nhiÔu vµ æn ®Þnh
- §iÒu chØnh Module
- Sö dông d©y c¶m biÕn cµng ng¾n cµng tèt
- Nèi ng¾n m¹ch nh÷ng ®Çu vµo kh«ng sö dông
- Tr¸nh lµm ngËp d©y
- Sö dông cïng lo¹i cho mét tuyÕn d©y
ThiÕt bÞ RTD cung cÊp tÝn hiÖu vµo PLC víi nh÷ng gi÷ liÖu cho biÕt
nhiÖt ®é hoÆc ®iÒu kiÖn sai sè. C¸c bit tr¹ng th¸i cho biÕt kho¶ng sai sè vµ t×nh
tr¹ng kh«ng ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ/nguån cung cÊp ®ang sö dông. LEDs cho
biÕt t×nh tr¹ng cña thiÕt bÞ.
- 56 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
H×nh 3.13: S¬ ®å nèi thiÕt bÞ vµo Module EM231TC,
H×nh 3.14: S¬ ®å nèi d©y c¶m biÕn RTD
§Þnh cÊu h×nh cho EM231: §Ó ®Þnh cÊu h×nh cho module EM231 RTD sö
dông c«ng t¾c DIP, c¸c c«ng t¾c (SW1…SW3) dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®é lín tÝn hiÖu ®Çu
vµo Analog. Nªn n¹p ®iÖn theo chu kú cho PLC hoÆc sö dông nguån nu«i 24V
Trung t©m nghiªn cøu Bß vµ §ßng cá BA V×
B¶ng 3.3: §Þnh cÊu h×nh cho Module EM 231
Nguån ®¬n cùc §é lín §é
tÝn hiÖu vµo ph©n gi¶i
SW1 SW2 SW3
0 ÷10V
OFF ON 2,5mV
ON 0 ÷ 5V 1,25mV
ON OFF
0÷ 20mA 5μA
§Þnh cÊu h×nh cho EM235: Sö dông c«ng t¾c DIP (SW1…SW6) ®Õ
x¸c ®Þnh c¸c gi¶i ph¸p tÝn hiÖu vµo Analog. TÊt c¶ c¸c ®Çu vµo ®−îc ®Æt ë
cïng mét ph¹m vi tÝn hiÖu ®Çu vµo Analog.
- 57 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
B¶ng 3.4: §Þnh cÊu h×nh cho Module EM235
Nguån ®¬n cùc §é lín §é
tÝn hiÖu vµo ph©n gi¶i
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6
12,5μV
ON OFF OFF ON OFF ON 0 - 50mV
25μV
OFF ON OFF ON OFF ON 0 - 100mV
125μV
ON OFF OFF OFF ON ON 0 - 500mV
250μV
OFF ON OFF OFF ON ON 0 - 1V
ON OFF OFF OFF OFF ON 0 - 5V 1,25 mV
5μV
ON OFF OFF OFF OFF ON 0 - 20mA
OFF ON OFF OFF OFF ON 0 - 10V 2,5 mV
H×nh3.15: Bé ®Þnh cÊu h×nh DIP cho module EM231, EM235
C¸c module EM231 & EM235 cã chi phÝ thÊp tèc ®é cao 12 bit. Chóng cã
kh¶ n¨ng chuyÓn ®æi ®Çu vµo analog thµnh tÝn hiÖu digital t−¬ng øng víi 149μs.
Qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ®Çu vµo analog ®−îc thùc hiÖn mçi khi tÝn hiÖu analog
®−îc truy cËp bëi ch−¬ng tr×nh cña ng−êi sö dông. EM231 & EM235 cung cÊp tÝn
hiÖu digital ch−a ®−îc xö lý (kh«ng läc hoÆc tuyÕn tÝnh ho¸) ®óng víi ®iÖn ¸p
analog hay gi¸ trÞ thùc ®−îc thÓ hiÖn ë c¸c cùc ®Çu vµo cña thiÕt bÞ. V× lµ thiÕt bÞ tèc
®é cao nªn chóng cã thÓ thay ®æi nhanh chãng theo tÝn hiÖu ®Çu vµo analog.
- 58 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
3.3. ThiÕt bÞ nhËp - xuÊt [8]
ThiÕt bÞ - xuÊt phæ biÕn ®−îc sö dông trong PLC. C¸c thiÕt bÞ nhËp ®−îc
®Ò cËp gåm c¶ Digital va Analog, ch¼ng h¹n c«ng t¾c dß t×m vÞ trÝ, c¸c c«ng
t¾c Proximity, c¸c c«ng t¾c quang ®iÖn, c¸c bé m· ho¸, c¸c c«ng t¾c nhiÖt vµ
¸p suÊt, c¸c ®ång hå ®iÖn ¸p, c¸c biÕn ¸p vi sai tuyÕn tÝnh, c¸ ®ång hå biÕn
d¹ng, c¸c Tranzistor nhiÖt, c¸c cÆp nhiÖt ®iÖn. C¸c thiÕt bÞ xuÊt gåm r¬le thiÕt
bÞ tiÕp xóc, c¸c van Solenoid, vµ c¸c ®éng c¬.
C¶m biÕn ®ãng vai trß qu¹n träng trong bÊt kú hÖ thèng ®iÒu khiÓn
nµo. Nã lµ c¬ quan c¶m nhËn cña bé ®iÒu khiÓn, cung cÊp th«ng tin vÒ t×nh
tr¹ng cña ®èi t−îng tíi bé ®iÒu khiÓn ®Ó bé ®iÒu khiÓn cã quyÕt ®Þnh phï
hîp víi thùc tÕ.
C¸c bé c¶m biÕn cung cÊp tÝn hiÖu Digital/rêi r¹c (cã - kh«ng), c¸c ngâ
ra cã thÓ ®−îc kÕt nèi dÔ dµng víi cæng nhËp cña PLC. Bé c¶m biÕn lµ thiÕt bÞ
biÕn ®æi ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn cÇn ®o thµnh ®¹i l−îng ®iÖn tû lÖ víi nã. BÊt kú
bé c¶m biÕn nµo ®Òu cã tÝn hiÖu vµo lµ mét hµm liªn tôc cã tÝn hiÖu vµo X, Y
= F(x). Trong thùc tÕ ®Ó cã ®−îc ®Æc tÝnh Êy ng−êi ta ph¶i lµm thùc nghiÖn ®Ó
t×m ra mçi quan hÖ gi÷a X vµ Y. Mçi quan hÖ nµy lµ phi tuyÕn, nh−ng ®Ó n©ng
cao ®é chÝnh x¸c cho thiÕt bÞ ®o c¸c nhµ s¶n xuÊt ®· ®−a ra nhiÒu ph−¬ng ph¸p
®Ó phÇn nµo lµm gi¶m c¸c sai sè ®ã.
Chóng ta cÇn l−u ý r»ng trong thùc tÕ tÝn hiÖu ra cña bé c¶m biÕn kh«ng
nh÷ng phô thuéc vµo X mµ cßn phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn bªn ngoµi Z khi ®ã
hµm phi tuyÕn trë thµnh Y = F(x,z).
§Æc tÝnh cña bé c¶m biÕn
- Ph¶i xÐt ®Õn kh¶ n¨ng thay thÕ cho c¸c bé c¶m biÕn. NghÜa lµ c¶m
biÕn cïng lo¹i cã cïng ®Æc tÝnh nh− nhau, nh− thÕ míi cã kh¶ n¨ng thay thÕ
khi bÞ h− háng vµ kh«ng m¾c ph¶i sai sè.
- C¶m biÕn ph¶i cã ®Æc tÝnh ®¬n trÞ, nghÜa lµ víi hµm Y = F(x), øng víi
mét gi¸ trÞ X th× cã mét gi¸ trÞ Y t−¬ng øng. §−¬ng cong bé c¶m biÕn ph¶i æn
®Þnh nghÜa lµ kh«ng thay ®æi theo thêi gian.
- 59 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
- TÝn hiÖu ra cña bé c¶m biÕn th−êng rÊt nhá, vµ vËy ®Ó tiÖn cho viÖc
ghÐp nèi dông cô ®o, hÖ thèng ®o… tÝn hiÖu ra th−êng ph¶i ®−îc chuÈn ho¸.
- §Æc tÝnh quan träng cña bé c¶m biÕn lµ sai sè. Sai sè cña bé c¶m biÕn
gåm hai thµnh phÇn:
+ Sai sè c¬ b¶n: lµ sai sè g©y ra do nguyªn t¾c c¶m biÕn, tõ kh«ng hoµn
thiÖn cÊu tróc vµ yÕu kÐm cña c«ng nghÖ chÕ t¹o.
+ Sai sè phô: lµ sai sè g©y ra do sai sè bªn ngoµi kh¸c víi ®iÒu kiÖn tiªu
chuÈn. VÝ dô nh− nhiÖt ®é m«i tr−êng thay ®æi sÏ g©y ra sai sè cña c¶m biÕn
®iÖn c¶m . VËy ®Ó n©ng cao ®é tin cËy cña c¶m biÕn chóng ta cÇn hiÖu chØnh
vµ thay ®æi c¸c th«ng sè sao cho phï hîp víi thùc tÕ.
- §é nh¹y cña c¶m biÕn còng lµ mét c«ng cô quan träng. Nã cã t¸c
dông quyÕt ®Þnh ®Õn cÊu tróc cña m¹ch, ®Ó ®¶m b¶o cho phÐp ®o ®é nh¹y cña
nh÷ng biÕn ®éng nhá cña ®¹i l−îng ®o.
- §Æc tÝnh ®éng cña c¶m biÕn: Khi ®¹i l−îng ®o t¸c ®éng vµo bé c¶m
biÕn th−êng xuÊt hiÖn qu¸ ®é. Qu¸ tr×nh nµy cã thÓ nhanh hay chËm phô thuéc
vµo lo¹i c¶m biÕn. §Æc tÝnh nµy lµ ®é t¸c ®éng nhanh, nÕu ®é t¸c ®éng nhanh
chËm tøc lµ ph¶n øng cña tÝn hiÖu ra trÔ so víi sù thay ®æi cña tÝn hiÖu vµo. V×
vËy, khi lùa chän c¶m biÕn ta ph¶i l−u ý ®Õn ®é t¸c ®éng nhanh cña nã sao
cho phï hîp víi sù thay ®æi víi c¸c yªu cÇu kü thuËt cña bµi to¸n ®Æt ra. nÕu
kh«ng gi¶i quyÕt ®−îc th× ph¶i cã sù tÝnh to¸n ®Ó bï l¹i nh÷ng ¶nh h−ëng do
sù chªnh lÖch ®ã g©y ra.
- Sù t¸c ®éng ng−îc l¹i cña c¶m biÕn lªn ®¹i l−îng ®o vµ tiÕp ®Õn g©y ra
sù thay ®æi tÝn hiÖu ë ®Çu ra cña c¶m biÕn. V× vËy khi l¾p ®Æt c¶m biÕn ph¶i
tÝnh ®Õn ®iÒu nµy.
- KÝch th−íc cña c¶m biÕn cµng nhá cµng tèt cã nh− vËy míi ®−a c¶m
biÕn vµo ®−îc nh÷ng n¬i chËt hÑp ®Ó ®¶m ®−¬ng ®−îc nh÷ng c«ng viÖc mµ
con ng−êi kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc, h¬n thÕ víi kÝch th−íc nhá ®é chÝnh x¸c
cµng tèt.
- 60 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
Ngµy nay kü thuËt c¶m biÕn ph¸t triÓn rÊt m¹nh cã rÊt nhiÒu c¶m biÕn
®−îc s¶n xuÊt ra. §Ó s¶n xuÊt ra ®−îc c¶m biÕn ph¶i cã mét tr×nh ®é cao, nã lµ
sù kÕt hîp gi÷a khoa häc vËt lý, ®iÖn tö, ho¸ häc vµ vËt liÖu… Tãm l¹i trong
mét hÖ thèng tù ®éng ho¸, phÇn tö c¶m biÕn ®ãng vai trß quan träng nã lµ tai
m¾t c¶m nhËn sù thay ®æi cña ®èi t−îng. Nhê ®ã mµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh tù
®éng ®iÒu khiÓn c¸c th«ng sè theo yªu cÇu cña c«ng nghÖ.
3.3.1. C¶m biÕn nhiÖt ®é [9]
Tõ xa x−a con ng−êi ®· nhËn thøc ®−îc hiÖn t−îng nhiÖt ®é vµ ®¸nh gi¸
c−êng ®é cña nã b»ng c¸ch ®o nhiÖt ®é, trong nhiÒu lÜnh vùc s¶n xuÊt c«ng
nghiÖp hiÖn nay, nhÊt lµ ngµnh c«ng nghiÖp nhiÖt luyÖn, chÕ biÕn thùc
phÈm… VÊn ®Ò ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é ®−îc ®Æc biÖt chó träng v× nã lµ yÕu
tè quyÕt ®Þnh ®Õn chÊt l−îng s¶n phÈm. Víi môc ®Ých thiÕt kÕ m« h×nh ®iÒu
khiÓn trong ®ã cã sö dông hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é lß nung thuû tinh,
chóng t«i tiÕn hµnh t×m hiÓu vµ thiÕt kÕ c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é.
- §èi t−îng cÇn ®o: NhiÖt ®é lß nung thuû tinh
- NhiÖm vô cña c¶m biÕn: §o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é trong mét kho¶ng x¸c ®Þnh
- C¶m biÕn nhiÖt sö dông ghÐp nèi víi PLC S7 – 200
NhiÖt ®é C¶m biÕn PLC
C¬ cÊu M¹ch
chÊp hµnh ®éng lùc
H×nh 3.16: S¬ ®å khèi cña hÖ thèng thiÕt kÕ
Ho¹t ®éng cña hÖ thèng:
§èi t−îng nhiÖt ®é cña lß nung thuû tinh ®−îc thu nhËn qua c¶m biÕn
nhiÖt ®é chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn lµ tÝn hiÖu Analog vµ ®−îc ®−a tíi
cæng nhËp cña PLC. T¹i ®©y tÝn hiÖu ®−îc ®äc vµo vµ xö lý ®Ó ®iÒu khiÓn, t¸c
®éng lªn ®èi t−îng th«ng qua m¹ch ®iÒu khiÓn vµ c¬ cÊu chÊp hµnh.
- 61 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
B¶ng 3.5: B¶ng tr¹ng th¸i cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é
C¬ cÊu chÊp hµnh
Tr¹ng th¸i ®èi t−îng nhiÖt ®é
Lo¹i Tr¹ng th¸i
Nguån nhiÖt T¾t
Tr¹ng th¸i ban ®Çu cña hÖ thèng
Nguån m¸t T¾t
Nguån nhiÖt Më
TO < = 1100 ± 50C
Nguån m¸t T¾t
Nguån nhiÖt Më
TO >= 1100 ± 5OC
Nguån m¸t T¾t
C¶m biÕn LM335 lµ linh kiÖn ®Ó giao tiÕp gi÷a nhiÖt ®é phßng va PLC.
Lµ c¶m biÕn nhiÖt ®é lo¹i ®ièt. Sau ®©y lµ th«ng sè kü thuËt cña LM335:
- §Þnh thang trùc tiÕp theo ®é Kevil, víi ®é chÝnh x¸c 1oC
- §iÖn ¸p nguån nu«i 5V - 18V
- D¶i lµm viÖc ë chÕ ®é liªn tôc lµ -40oC - 100oC vµ ë chÕ ®é kh«ng liªn
tôc lµ 100oC - 125oC.
+5VDC
1.82K
Vo
LM335/TO92
10K
H×nh3.17: S¬ ®å nguyªn lý LM335
5 − 2,98
T¹i 25oC, IR = 1mA th× Vo = 2,98V ta cã: = 1mA R = 2,02k,
R
chän R = 2k
Khèi biÕn ®æi chuÈn ho¸ dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n LM358
Ta chän kho¶ng lµm viÖc tõ 20oC ®Õn 50oC. §Æt møc 0V t¹i 20oC b»ng c¸ch
®Æt vµo ®Çu trõ cña LM 358 mét ®iÖn ¸p V1 = (273 + 20).10mV = 2,93V (víi 20 ë
®©y lµ 20oC ph¶i chuyÓn sang ®é Kevil vµ nh©n víi hÖ sè 10mV/K). M¹ch
- 62 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Träng Hïng - §iÖn 45A
R 2 100
khuyÕch ®¹i thuËt to¸n trªn cã hÖ sè khuyÕch ®¹i K = = = 10 lÇn. Nh−
10
R1
vËy tÝn hiÖu vµo t−¬ng tù t−¬ng øng víi kho¶ng nhiÖt ®é tõ 20oC – 50oC th× t−¬ng
øng víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p tõ 0V ®Õn 3V.
M¹ch lÆp: M¹ch lÆp cã t¸c dông chuÈn ho¸, phèi hîp trë kh¸ng gi÷a
®Çu ra vµ ®Çu vµo. Víi ®iÖn ¸p ®µu ra vµ ®Çu vµo lu«n b»ng nhau, chØ kh¸c ë
chç trë kh¸ng vµo lín trë kh¸ng ra rÊt nhá. Tãm l¹i m¹ch lÆp cã t¸c dông æn
®Þnh (chuÈn ho¸ vµ phèi hîp trë kh¸ng).
V2
+5VDC
R2
8
R1
5+
B2 7
6-
Vo=R2/R1(V2-V1)
R1
4
R2
V1
H×nh3.18: Khèi biÕn ®æi chuÈn ho¸ H×nh3.19: S¬ ®å nguyªn lý LM358
S¬ ®å m¹ch ®iÖn nguyªn lý:
H×nh3.20: S¬ ®å m¹ch nguyªn lý c¶m biÕn nhiÖt
- 63 -
Tr−êng §HNNI - Hµ Néi Khoa C¬ - §iÖn
nguon tai.lieu . vn
