Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn đồ án tốt nghiệp ngành điện tử truyền thông với đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 để điều khiển và giám sát lò đốt bã mía, cho các bạn làm luận văn tham khảo

1. 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

2. i
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

3. ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----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.

4. iii
- 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

5. iv
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----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.
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 1
(12/03 – 18/03)
Gặp GVHD phổ biến đề tài.
Tuần 2
(19/03 – 25/03)
Viết đề cương Đồ án tốt nghiệp.
Tuần 3
(26/03 – 01/04)
Tìm hiểu qui trình lò đốt.
Tuần 4
(02/04 – 08/04)
Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA
Portal V14
Tuần 5
(09/04 – 15/04)
Tìm hiểu về module truyền thông RS485
Tuần 6
(16/04 – 22/04)
Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến
tần.
Tuần 7, 8
(23/04 – 06/05)
Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt, khối
cảm biến nhiệt độ.
Tuần 9, 10
(07/05 – 20/05)
Lắp ráp hoàn thiện mô hình.
Lập trình PLC cho toàn hệ thống.

6. v
Tuần 11, 12
(21/05 – 03/06)
Chạy thử demo chương trình.
Cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống và chương trình.
Tuần 13
(04/06 – 10/06)
Viết báo cáo chương 1, chương 2.
Tuần 14
(11/06 – 17/06)
Viết báo cáo chương 3, chương 4.
Tuần 15
(18/06 – 24/06)
Viết báo cáo chương 5, chương 6. Kiểm tra lỗi
và hoàn thiện quyển báo cáo.
Tuần 16
(25/06 – 01/07)
Viết Slide báo cáo.
Quay video cho mô hình.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

7. vi
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

8. vii
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

9. viii
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

10. ix
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

11. x
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

12. xi
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

13. xii
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

14. xiii
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

15. xiv
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

16. xv
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.

17. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
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.

18. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
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.

19. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
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

20. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
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.

21. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT BÃ MÍA
2.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành
- Vệ sinh buồng đốt, nạo vét tro cặn của mẻ đốt trước khi cho nguyên liệu vào.
- Kiểm tra tủ điện hệ thống điều khiển.
- Kiểm tra hệ thống quạt gió, hút khí thải, hệ thống xử lý khí thải.
- Kiểm tra nhiên liệu đốt.
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt
- Bật CB từ vị trí (OFF) sang vị trí (ON) để cấp điện nguồn hệ thống.
- Bật băng tải để đưa nguyên liệu bã mía vào lò đốt.
- Tiến hành nhóm lò bằng những nguyên liệu dễ cháy.
- Bật hệ thống quạt thổi để cung cấp không khí cho lò.

22. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
- Mở hệ thống hút khói, mở hệ thống lấy tro xỉ để đưa chất thải ra ngoài.
- Khi hết nguyên liệu tiến hành tắt băng tải, hệ thống quạt thổi.
- Đóng hệ thống lấy tro xỉ và hút khói.
- Tắt CB từ vị trí (ON) sang vị trí (OFF) để ngắt nguồn hệ thống.
- Kiểm tra lại toàn bộ, vệ sinh thiết bị, ghi sổ theo dõi vận hành.
2.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
Bộ điều khiển PID tên tiếng anh là (Proportional Integral Derivative Controller)
hay còn được gọi với tên là điều khiển vi tích phân tỉ lệ. Bộ điều khiển PID được sử
dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhau như nhiệt
độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa…do nó có khả năng làm
triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các thông số
của bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp.
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID
- Công thức bộ điều khiển PID:
U = KP.e + KI.(∫ ) + KD( )
- Trong đó:
 yr: tín hiệu đặt (tín hiệu mong muốn đạt được).
 e: sai số giảm tín hiệu thực tế và tín hiệu đặt.

23. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7
 u: tín hiệu điều khiển.
 y: ngõ ra hệ thống.
2.2.1 Phân loại
 Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm:
- Bộ điều khiển PID liên tục
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục
- Bộ điều khiển PID số (rời rạc).
Hình 2.4: Hệ thống bộ điều khiển PID số rời rạc

24. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8
2.2.2 Các thông số bộ điều khiển PID
 Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm ba khâu tương ứng với ba thông số chính:
- Khâu tỉ lệ (Proportional) KP.
- Khâu tích phân (Integration) KI.
- Khâu vi phân (Derivative) KD.
Nếu lựa chọn các thông số này phù hợp (tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế trùng
nhau) thì hệ thống sẽ hoạt động tốt,ổn định.
 Khâu tỉ lệ (Proportional)
Hàm truyền: K(s) = KP.
Đặc tính thời gian: Y(s) = KP.G(s).E(s).
Sai số hế thống: E(s) =
( )
( ) ( )
Hình 2.5: Khâu tỉ lệ bộ điều khiển PID
Chú ý:
- KP càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh.
- KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ ( nhưng không thể triệt tiêu).
- KP càng lớn thì các cực của hệ thống có xu hướng di chuyển ra xa trục thực
=> Hệ thống càng dao động và độ lọt vố càng cao.
- Nếu KP tăng quá gí trị giới hạn thì hệ thống sẽ mất ổn định.

25. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9
 Khâu tích phân (Integration)
Hàm truyền: K(s) = KI/s.
Đặc tính thời gian: Y(s) = KI.G(s).E(s)/s.
Sai số hệ thống: E(s) =
. ( )
( ) ( )
Hình 2.6: Khâu tích phân bộ điều khiển PID.
Chú ý:
- Tín hiệu ngõ ra được xác định bởi sai số.
- KI càng lớn thì đáp ứng quá độ càng chậm.
- KI càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ. Hệ số khuếch đại của khâu tích phân
sẽ bằng vô cùng khi tần số bằng 0 => triệt tiêu sai số xác lập với hàm nấc.
- KI càng lớn thì độ vọt lố càng cao.
 Khâu vi phân (Derivative)
Hàm truyền: K(s) = KD.s.
Đặc thời gian: Y(s) = KD.G(s).E(s).s.
Sai số hệ thống: E(s) =
( )
. ( ) ( )
Hình 2.7: Khâu vi phân bộ điều khiển PID

26. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10
Chú ý:
- KD càng lớn thì đáp ứng quá độ càng nhanh.
- KD càng lớn thì độ vọt lố càng nhỏ.
Hệ số khuếch đại tần số cao là vô cùng lớn nên khâu hiệu chỉnh D rất nhạy với
nhiễu tần số cao.
 Các phương pháp tìm thông số PID (KP, KI, KD)
- Có rất nhiều phương pháp để tìm thông số PID như:
 Phương pháp Ziegler – Nichols.
 Phương pháp Cohen-Coon.
 Phương pháp Tyreus-Luyben.
 Phương pháp Autotune.
Và phương pháp phổ biến nhất để chọn được thông số cho các bộ điều khiển PID
hiện nay đó là phương pháp Zeigler – Nichols.
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.3.1 Bộ xử lý trung tâm PLC S7-1200
a. Tổng quan về PLC S7-1200
Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh
để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết
hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho PLC
S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng
đa dạng khác nhau.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ
ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi
tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và
điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi
ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean,

27. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11
việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông
minh khác. Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và
chương trình điều khiển:
• Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc truy
xuất đến các chức năng của CPU.
• Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một
khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET.
Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232
hay RS485.
b. Cấu tạo PLC S7-1200
Hình 2.8: Thành phần PLC S7 – 1200
(1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo được và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới
nắp phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
Với các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung
lượng giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác
nhau.

28. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các loại CPU
Chức năng CPU
1211C
CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
Bộ nhớ làm việc
Bộ nhớ nạp
Bộ nhớ giữ lại
25 kB
1MB
2 kB
50 kB
2MB
2 kB
I/O tích hợp cục bộ
Kiểu số
Kiểu tương tự
6 ngõ vào
4 ngõ vào
2 ngõ ra
8 ngõ vào
6 ngõ ra
2 ngõ ra
14 ngõ vào
10 ngõ ra
2 ngõ ra
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096e byte 8192 byte
Độ mở rộng các module
tín hiệu
Không 2 8
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Bảng tín hiệu 1
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu trữ đồng
hồ thời gian
Thường thì tầm 10 ngày và ít nhất 6 ngày tại 400C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán 18 μs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0.1μs/lệnh
Đối với họ S7-1200 sẽ cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín
hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

29. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13
c. Các moudle mở rộng PLC S7-1200
PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài để
mở rộng chức năng của CPU. Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ giao thức truyền thông khác.
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy
định của nhà sản xuất.
 S7-1200 có các loại module mở rộng sau:
- Module truyền thông (CM).
- Bảng tín hiệu (SB).
- Module tín hiệu (SM).
 Các đặc tính của module mở rộng như sau:
Bảng 2.2: Đặc tính của các module mở rộng
Moudle Ngõ vào Ngõ ra Kết hợp In/Out
Module
tín
hiệu(SM)
Kiểu số 8 x DC In 8 x DC Out
8 x Relay Out
8 x DC In/8 x DC Out
8 x DC In/8 x Relay Out
16 x DC In 16 x DC Out
16 x Relay Out
16 x DC In/16 x DC Out
16 x DC In/16 x Relay
Out
Kiểu
tương
tự
4 x Analog
In
8 x Analog
In
2 x Analog Out
4 x Analog Out
4 x Analog In/2 x Analog
Out
Bảng tín
hiệu
(SB)
Kiểu số - - 2 x DC In/2 x DC Out
Kiểu
tương
- 1 x Analog Out -

30. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14
tự
Module truyền thông (CM)
RS485
RS232
d. Module truyền thông
Bên cạnh tuyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU s7-1200 có thể mở rộng
được 3 module truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt.
Hình 2.9: Module truyền thông RS485(CB 1241)
 Các module truyền thông RS232 và RS485 có các đặc tính sau:
- Cổng được cách ly.
- Hỗ trợ các giao thức PtP.
- Được cấu hình và được lập trình thông qua tập lệnh mở rộng và các hàm thư
viện.
- Hiển thị các hoạt động phát và thu bằng các LED.
- Hiển thị một LED chẩn đoán.
- Được cấp nguồn bởi CPU. Không cần có kết nối nguồn bên ngoài.

31. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15
e. Nguyên lý hoạt động PLC S7 – 1200
Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ,
thực hiện điều khiển logic được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính
toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực
hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn
và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ…
Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được gọi là
chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của
chương trình điều khiển. Chu kỳ quét được minh họa ở hình sau :
Hình 2.10: Chu kỳ quét của một PLC
Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như
công tắt, cảm biến… Trạng thái của tín hiệu vào được lưu tạm thời vào một mảng nhớ.
Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình
điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu
ra đáp ứng hay không. Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ,
PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi. Chu kỳ
quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25ms. Thời gian quét đầu vào và đầu ra thường
ngắn so với chu kỳ quét của PLC.

32. B – Y SINH 1
NG QUAN
1.1 T V
Theo con s ê c
t ã mía.
T ì kho à máy
ò h
t – 4700 kcal/kg c ã mía ì c
cách hi ò n
V ì nhi òi h
à v m l
à chính xác c
h
ch th
trong các h
ã có nhi ình và à giám sát lò nhi
PID b -300. [1]” nói v ên nguyên
t
giá tr
công su ò là sinh viên chu
th ài : “ - I
VÀ GIÁM SÁT LÒ Ã MÍA ên c à c
th ã h ào quá trình s
tài này, nhóm th ình - à
giám sát nhi ò n ên li ã mía
và qu ù h ò. V ài này có th
ãi trong các nhà máy s
d guyên li ã mía có s à máy nh

33. B – Y SINH 2
1.2 M ÊU
.
Tìm hi ò ên li ã mía. T
thi ình à giám sát nhi ò n
ò thông qua c
ên li
giao ti
hi à thu th ò nhi m
WinCC trong TIA Portal V14.
1.3 N ÊN C
N
- Tìm hi -1200 và ph à c
nhi
-
N DUNG 2:
- Thi à thi công mô hình lò nhi
- Thi à thi công kh
- Thi à thi công h
N
-
N
- K
- Thi kh ào mô hình.
-
N
-
- Cân ch
N
-

34. B – Y SINH 3
1.4 GI
S ình lò nhi ình còn
Không có màn hình HMI nên ùng ph
TIA Portal V14.
ò.
1.5 B C C
T
Trình bày lý do
-1200, lý thuy
ên li
Thi à Tính Toán
Thi Công Mô Hình
à m
l ình h ài. T
ình
ình và ch ình ì s
ình
cho vi ình hoàn thi
K Tri

35. B – Y SINH 4
Trình bày k êu c
c à ph à cách kh
ph ành nh ình th ì th
hi
K ì ình th
nh

36. v
Tuần 11, 12
(21/05 – 03/06)
Chạy thử demo chương trình.
Cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống và chương trình.
Tuần 13
(04/06 – 10/06)
Viết báo cáo chương 1, chương 2.
Tuần 14
(11/06 – 17/06)
Viết báo cáo chương 3, chương 4.
Tuần 15
(18/06 – 24/06)
Viết báo cáo chương 5, chương 6. Kiểm tra lỗi
và hoàn thiện quyển báo cáo.
Tuần 16
(25/06 – 01/07)
Viết Slide báo cáo.
Quay video cho mô hình.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

37. vi
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

38. vii
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

39. viii
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

40. ix
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

41. x
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

42. xi
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

43. xii
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

44. xiii
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

45. xiv
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

46. xv
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.

47. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
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.

48. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
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.

49. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
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

50. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
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.

51. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT BÃ MÍA
2.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành
- Vệ sinh buồng đốt, nạo vét tro cặn của mẻ đốt trước khi cho nguyên liệu vào.
- Kiểm tra tủ điện hệ thống điều khiển.
- Kiểm tra hệ thống quạt gió, hút khí thải, hệ thống xử lý khí thải.
- Kiểm tra nhiên liệu đốt.
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt
- Bật CB từ vị trí (OFF) sang vị trí (ON) để cấp điện nguồn hệ thống.
- Bật băng tải để đưa nguyên liệu bã mía vào lò đốt.
- Tiến hành nhóm lò bằng những nguyên liệu dễ cháy.
- Bật hệ thống quạt thổi để cung cấp không khí cho lò.

52. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
- Mở hệ thống hút khói, mở hệ thống lấy tro xỉ để đưa chất thải ra ngoài.
- Khi hết nguyên liệu tiến hành tắt băng tải, hệ thống quạt thổi.
- Đóng hệ thống lấy tro xỉ và hút khói.
- Tắt CB từ vị trí (ON) sang vị trí (OFF) để ngắt nguồn hệ thống.
- Kiểm tra lại toàn bộ, vệ sinh thiết bị, ghi sổ theo dõi vận hành.
2.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
Bộ điều khiển PID tên tiếng anh là (Proportional Integral Derivative Controller)
hay còn được gọi với tên là điều khiển vi tích phân tỉ lệ. Bộ điều khiển PID được sử
dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhau như nhiệt
độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa…do nó có khả năng làm
triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các thông số
của bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp.
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID
- Công thức bộ điều khiển PID:
U = KP.e + KI.(∫ ) + KD( )
- Trong đó:
 yr: tín hiệu đặt (tín hiệu mong muốn đạt được).
 e: sai số giảm tín hiệu thực tế và tín hiệu đặt.

53. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7
 u: tín hiệu điều khiển.
 y: ngõ ra hệ thống.
2.2.1 Phân loại
 Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm:
- Bộ điều khiển PID liên tục
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục
- Bộ điều khiển PID số (rời rạc).
Hình 2.4: Hệ thống bộ điều khiển PID số rời rạc

54. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8
2.2.2 Các thông số bộ điều khiển PID
 Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm ba khâu tương ứng với ba thông số chính:
- Khâu tỉ lệ (Proportional) KP.
- Khâu tích phân (Integration) KI.
- Khâu vi phân (Derivative) KD.
Nếu lựa chọn các thông số này phù hợp (tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế trùng
nhau) thì hệ thống sẽ hoạt động tốt,ổn định.
 Khâu tỉ lệ (Proportional)
Hàm truyền: K(s) = KP.
Đặc tính thời gian: Y(s) = KP.G(s).E(s).
Sai số hế thống: E(s) =
( )
( ) ( )
Hình 2.5: Khâu tỉ lệ bộ điều khiển PID
Chú ý:
- KP càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh.
- KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ ( nhưng không thể triệt tiêu).
- KP càng lớn thì các cực của hệ thống có xu hướng di chuyển ra xa trục thực
=> Hệ thống càng dao động và độ lọt vố càng cao.
- Nếu KP tăng quá gí trị giới hạn thì hệ thống sẽ mất ổn định.

55. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9
 Khâu tích phân (Integration)
Hàm truyền: K(s) = KI/s.
Đặc tính thời gian: Y(s) = KI.G(s).E(s)/s.
Sai số hệ thống: E(s) =
. ( )
( ) ( )
Hình 2.6: Khâu tích phân bộ điều khiển PID.
Chú ý:
- Tín hiệu ngõ ra được xác định bởi sai số.
- KI càng lớn thì đáp ứng quá độ càng chậm.
- KI càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ. Hệ số khuếch đại của khâu tích phân
sẽ bằng vô cùng khi tần số bằng 0 => triệt tiêu sai số xác lập với hàm nấc.
- KI càng lớn thì độ vọt lố càng cao.
 Khâu vi phân (Derivative)
Hàm truyền: K(s) = KD.s.
Đặc thời gian: Y(s) = KD.G(s).E(s).s.
Sai số hệ thống: E(s) =
( )
. ( ) ( )
Hình 2.7: Khâu vi phân bộ điều khiển PID

56. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10
Chú ý:
- KD càng lớn thì đáp ứng quá độ càng nhanh.
- KD càng lớn thì độ vọt lố càng nhỏ.
Hệ số khuếch đại tần số cao là vô cùng lớn nên khâu hiệu chỉnh D rất nhạy với
nhiễu tần số cao.
 Các phương pháp tìm thông số PID (KP, KI, KD)
- Có rất nhiều phương pháp để tìm thông số PID như:
 Phương pháp Ziegler – Nichols.
 Phương pháp Cohen-Coon.
 Phương pháp Tyreus-Luyben.
 Phương pháp Autotune.
Và phương pháp phổ biến nhất để chọn được thông số cho các bộ điều khiển PID
hiện nay đó là phương pháp Zeigler – Nichols.
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.3.1 Bộ xử lý trung tâm PLC S7-1200
a. Tổng quan về PLC S7-1200
Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh
để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết
hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho PLC
S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng
đa dạng khác nhau.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ
ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi
tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và
điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi
ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean,

57. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11
việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông
minh khác. Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và
chương trình điều khiển:
• Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc truy
xuất đến các chức năng của CPU.
• Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một
khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET.
Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232
hay RS485.
b. Cấu tạo PLC S7-1200
Hình 2.8: Thành phần PLC S7 – 1200
(1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo được và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới
nắp phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
Với các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung
lượng giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác
nhau.

58. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các loại CPU
Chức năng CPU
1211C
CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
Bộ nhớ làm việc
Bộ nhớ nạp
Bộ nhớ giữ lại
25 kB
1MB
2 kB
50 kB
2MB
2 kB
I/O tích hợp cục bộ
Kiểu số
Kiểu tương tự
6 ngõ vào
4 ngõ vào
2 ngõ ra
8 ngõ vào
6 ngõ ra
2 ngõ ra
14 ngõ vào
10 ngõ ra
2 ngõ ra
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096e byte 8192 byte
Độ mở rộng các module
tín hiệu
Không 2 8
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Bảng tín hiệu 1
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu trữ đồng
hồ thời gian
Thường thì tầm 10 ngày và ít nhất 6 ngày tại 400C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán 18 μs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0.1μs/lệnh
Đối với họ S7-1200 sẽ cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín
hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

59. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13
c. Các moudle mở rộng PLC S7-1200
PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài để
mở rộng chức năng của CPU. Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ giao thức truyền thông khác.
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy
định của nhà sản xuất.
 S7-1200 có các loại module mở rộng sau:
- Module truyền thông (CM).
- Bảng tín hiệu (SB).
- Module tín hiệu (SM).
 Các đặc tính của module mở rộng như sau:
Bảng 2.2: Đặc tính của các module mở rộng
Moudle Ngõ vào Ngõ ra Kết hợp In/Out
Module
tín
hiệu(SM)
Kiểu số 8 x DC In 8 x DC Out
8 x Relay Out
8 x DC In/8 x DC Out
8 x DC In/8 x Relay Out
16 x DC In 16 x DC Out
16 x Relay Out
16 x DC In/16 x DC Out
16 x DC In/16 x Relay
Out
Kiểu
tương
tự
4 x Analog
In
8 x Analog
In
2 x Analog Out
4 x Analog Out
4 x Analog In/2 x Analog
Out
Bảng tín
hiệu
(SB)
Kiểu số - - 2 x DC In/2 x DC Out
Kiểu
tương
- 1 x Analog Out -

60. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14
tự
Module truyền thông (CM)
RS485
RS232
d. Module truyền thông
Bên cạnh tuyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU s7-1200 có thể mở rộng
được 3 module truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt.
Hình 2.9: Module truyền thông RS485(CB 1241)
 Các module truyền thông RS232 và RS485 có các đặc tính sau:
- Cổng được cách ly.
- Hỗ trợ các giao thức PtP.
- Được cấu hình và được lập trình thông qua tập lệnh mở rộng và các hàm thư
viện.
- Hiển thị các hoạt động phát và thu bằng các LED.
- Hiển thị một LED chẩn đoán.
- Được cấp nguồn bởi CPU. Không cần có kết nối nguồn bên ngoài.

61. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15
e. Nguyên lý hoạt động PLC S7 – 1200
Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ,
thực hiện điều khiển logic được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính
toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực
hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn
và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ…
Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được gọi là
chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của
chương trình điều khiển. Chu kỳ quét được minh họa ở hình sau :
Hình 2.10: Chu kỳ quét của một PLC
Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như
công tắt, cảm biến… Trạng thái của tín hiệu vào được lưu tạm thời vào một mảng nhớ.
Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình
điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu
ra đáp ứng hay không. Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ,
PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi. Chu kỳ
quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25ms. Thời gian quét đầu vào và đầu ra thường
ngắn so với chu kỳ quét của PLC.

62. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 16
f. Lập trình PLC S7-1200
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba
ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA
Portal của Siemens. Hiện nay được phát triển với phiên bản mới đó là TIA Potral
V14SP1.
2.3.2 Biến Tần SIEMENS MICROMASTER 420
Micromaster 420 là loại biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu
chuẩn. Khả năng điều khiển vector ổn định tốc độ hay khả năng điều khiển vòng kín
bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống truyền động quan
trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ thống định vị. Không chỉ có vậy, một loạt khối
Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho người dùng sự linh hoạt tối đa trong việc
điều khiển hàng loạt thao tác một cách tự động.
Hình 2.11: Biến tần SIEMENS MICROMASTER 420
 Đặc điểm của MICROMASTER 420:
- Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt.
- Điều khiển Vector vòng kín (Tốc độ/Moment).
- Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROFIBUS, Device Net, CANopen.
- 3 bộ tham số trong 1 nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động
khác nhau.

63. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 17
- Định mức theo tải Moment không đổi hoặc Bơm, Quạt.
- Dự trữ động năng để chống sụt áp.
- Tích hợp sẵn bộ hãm dùng điện trở cho các biến tần đến 75KW.
- 4 tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động cơ hoặc lên máy.
- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay.
- Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC / KTY.
- Khối chức năng Logic tự do: AND, OR, định thời, đếm.
- Moment không đổi khi qua tốc độ 0.
- Kiểm soát Moment tải.
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật
Điện áp vào và Công suất
(200V đến 240V 1 AC ± 10% 0,12 đến 3KW ) ;
(200V đến 240V 3 AC ± 10% 0,12 đến 45KW) ;
(80V đến 480V 3 AC ± 10% 0,37 đến 200KW)
Tần số điện vào 47 đến 63Hz
Tần số điện ra 0 đến 650Hz
Hệ số công suất ≥ 0.95
Hiệu suất chuyển đổi 96 đến 97%
Khả năng quá tải
Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 giây ở mỗi
300 giây hay 2 x dòng định mức trong 3 giây ở mỗi
300 giây
Dòng điện vào khởi động Thấp hơn dòng điện vào định mức
Phương pháp điều khiển Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều
khiển dòng từ thông FCC, Vector, Moment
Tần số điều rộng xung
(PWM)
2kHz đến 16kHz (ở bước 2kHz)
Tần số cố định 15, tuỳ đặt
Dải tần số nhảy 4, tuỳ đặt

64. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 18
Độ phân giải điểm đặt 10 bit analog: 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng) :
0,01Hz digital
Các đầu vào số 6 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể chuyển
đổi PNP/NPN
Các đầu vào tương tự 2 *0 tới 10V, 0 tới 20mA và —10 tới +10V
Các đầu ra rơ le 3, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở),
250VAC/2A (tải cảm)
Các đầu ra tương tự 2, tuỳ chọn chức năng; 0,25 — 20mA
Cổng giao tiếp nối tiếp RS-485, vận hành với USS protocol
Tính tương thích điện từ Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 55
011, Class A hay Class B (Tùy chọn)
Hãm Hãm DC, hãm tổ hợp
Cấp bảo vệ IP 20
Dải nhiệt độ làm việc CT -10oC đến +50oC : VT -10oC đến +40oC
Nhiệt độ bảo quản -40⁰C đến +70⁰C
Độ ẩm 95% không đọng nước
Độ cao lắp đặt 1000m trên mực nước biển
Các chức năng bảo vệ
Thấp áp, quá áp, quá tải, chạm đất, ngắn mạch,
chống kẹt, I2t quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần,
khoá tham số PIN
Phù hợp theo các tiêu
chuẩn CE mark
Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC,
loại có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC
Kích thước
Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg : A (73 x 173 x
149 1,3) ; B (49 x 202 x 172 3,4) ; C(185 x 245 x
195 5,7) ; D (75 x 520 x 245 17) ; E( 275 x 650 x
245 22) ; F (không lọc 350 x 850 x 320 56) ; F (có
lọc 350 x 1150 x 320 75).

65. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19
 Các đầu nối mạch lực
- Có thể tiếp cận với các đầu nối nguồn điện vào và các đầu nối của động cơ
bằng cách tháo các phần vỏ máy phía trước.
- Nới và tháo SDP (BOP/AOP) .
- Đẩy phần vỏ các đầu nốixuống
- Các đầu dây điều khiển
Hình 2.12: Tháo phần mặt trước vỏ máy
Hình 2.13: Các đầu mạch động lực

66. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 20
Hình 2.14: Các đầu vào tương tự và số
Bảng 2.4: Đầu dây điều khiển
Đầu dây Ký hiệu Chức năng
1 - Đầu nguồn ra +10V
2 - Đầu nguồn ra 0V
3 ADC+ Đầu vào tương tự (+)
4 ADC- Đầu vào tương tự (-)
5 DIN1 Đầu vào số số 1
6 DIN2 Đầu vào số số 2
7 DIN3 Đầu vào số số 3
8 - Đầu ra cách ly +24V/max. 100 mA
9 - Đầu ra cách ly 0V/max. 100 mA
10 RL1-B Đầu ra số / tiếp điểm NO
11 RL1-C Đầu ra số / chân chung