Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thiết kệ mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha sử dụng rotor lồng sóc, với bộ điều khiển PLC S71200, encoder, biến tần INVT,....Trước sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng ngày càng nhiều nhà máy đa dạng về công nghệ. Ngành tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu của sản xuất. Ứng dụng công nghệ tự động hóa vào trong sản xuất là xu hướng tất yếu của Việt Nam đang trên con đường phát triển công nghiệp hóa và hội nhập cùng thế giới. Hiện nay hàng loạt các nhà cung cấp công nghệ đã và đang phát triển nhiều thiết bị, các chương trình giám sát và điều khiển dây chuyền sản xuất.

LỜI NÓI ĐẦU

Trước sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng ngày càng nhiều nhà máy đa dạng về công nghệ Ngành tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu của sản xuất Ứng dụng công nghệ tự động hóa vào trong sản xuất là xu hướng tất yếu của Việt Nam đang trên con đường phát triển công nghiệp hóa

và hội nhập cùng thế giới Hiện nay hàng loạt các nhà cung cấp công nghệ đã và đang phát triển nhiều thiết bị, các chương trình giám sát và điều khiển dây chuyền sản xuất

Để thực hiên công việc một cách khoa học nhằm đáp ứng nhanh và hiệu quả về kinh

tế Các nhà máy sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC Hệ thống điều khiển, giám sát, cảnh báo tự động dùng PLC làm giảm sức lao động của công nhân mà lại đạt độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Việc lựa chọn tích hợp hệ thống là một việc vô cùng quan trọng đối với kỹ sư tự động hóa Vì vậy để giải quyết vấn đề trên thì nhóm thực hiện nghiên cứu một giải pháp thiết kế một hệ thống điều chỉnh và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng biến tần PLC S7 – 1200

Là những kỹ sư Tự động hóa trong tương lai, chúng em đã nhận thức rõ được vai trò của hệ thống điều khiển giám sát trong sản xuất công nghiệp hiện tại Do đó, chúng em

đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp là: “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha” nhằm tiếp cận nhiều hơn tới các thiết bị công nghệ đang được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp – nơi làm việc sau khi chúng em ra trường

Trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm đã gặp không ít sự cố, vướng mắc nhất định song cũng nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình và quý báu Và để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên cho phép chúng em được bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong Viện đã truyền thụ những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong thời gian học tập tại trường để giúp chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp và tự tin làm

việc khi ra trường Cuối cùng, chúng em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo đã luôn tận tình

giúp đỡ, chỉ đạo, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng đồ án tốt nghiệp này Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Ngày nay hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ ngày càng phổ biến trong công nghiệp Đề tài: “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha” giúp phần nào hiểu được những kết cấu điều khiển động cơ trong sản xuất công nghiệp, đồng thời cũng cố thêm kiến thức chuyên nghành cũng như áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế Hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ là một trong những thành phần rất quan trọng đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế Các nhà máy trong khu công nghiệp được hình thành với nhiều thiết bị máy móc hiện đại trong đó có điều khiển và giám sát tốc độ động cơ dây chuyền để phối hợp với nhu cầu sản suất, tạo ra năng xuất cao hơn trong quá trình sản xuất Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nhất là nghành Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa, đã tạo điều kiện cho việc điều khiển trở nên thuận tiện hơn xong cũng đặt ra vấn đề là phải nghiên cứu hoàn thiện các hệ điều khiển ngày càng cao của thực tế cuộc sống và phù hợp nhu thế phát triển khoa học công nghệ

Nowadays, motor speed control and monitoring systems are more and more popular

in industry Project: "Designing a model of a three-phase asynchronous motor speed control and monitoring system" helps to partially understand the motor control structures

in industrial production, and at the same time reinforces knowledge expertise and apply the acquired knowledge in practice The engine speed control and monitoring system is one of the very important components that has been applied a lot in practice Factories in the industrial park are formed with many modern machinery and equipment, including control and monitoring of line motor speed to coordinate with production needs, creating higher productivity in the process manufacture With the development of science and technology, especially Control Engineering & Automation, it has created conditions for control to become more convenient, but it also poses the problem that it is necessary to study and perfect control systems increasingly of the reality of life and in line with the needs of science and technology development

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 9

1.1 Đặt vấn đề 9

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 9

1.3 Yêu cầu của đề tài 9

1.4 Cách thức giải quyết vấn đề 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

2.1 Động cơ không đồng bộ ba pha 12

2.2 Bộ mã hóa vòng quay Encoder 16

2.3 Biến tần INVT CD20 – 1R5G – 4 18

2.4 Màn hình HMI KINCO MT4414TE 21

2.5 Tổng kết chương 24

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ 25

3.1 Giới thiệu về PLC S7 – 1200 25

3.2 Nạp chương trình mẫu cho PLC S7 - 1200 32

3.3 Khối hàm FC 37

3.4 Thiết lập PID trong Tia Portal 38

3.5 Chương trình điều khiển 40

3.6 Tổng kết chương 42

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 43

4.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 43

4.2 Chương trình điều khiển PLC S7-1200 hiển thị trên màn hình HMI 46

4.3 Kết quả 50

4.4 Phương hướng phát triển đề tài 51

4.5 Tổng kết chương 51

KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 54

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển và giám sát 10

Hình 2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha 12

Hình 2.2 Stato (phần tĩnh) của động cơ không đồng bộ ba pha 13

Hình 2.3 Rôto (phần động) của động cơ không đồng bộ ba pha 13

Hình 2.4 Encoder tương đối và tuyệt đối 16

Hình 2.5 Cấu tạo chung 17

Hình 2.6 Biến tần INVT CD20 – 1R5G - 4 19

Hình 2.7 Màn hình HMI 21

Hình 3.1 Tủ điều khiển dây chuyển sản xuất trong nhà máy 25

Hình 3.2 Bộ PLC đầu tiên tại Mỹ 26

Hình 3.3 PLC sản xuất năm 1970 26

Hình 3.4 PLC thường được sử dụng hiện nay 27

Hình 3.5 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 28

Hình 3.6 Tạo Project mới 33

Hình 3.7 Chọn CPU cần dùng 1 33

Hình 3.8 Chọn CPU cần dùng 2 34

Hình 3.9 Giao diện của Tia Portal 35

Hình 3.10 Nhập địa chỉ IP cần nạp xuống chương trình 36

Hình 3.11 Kết nối PLC với máy tính 36

Hình 3.12 Đẩy chương trình xuống PLC 37

Hình 3.13 Hoàn tất quá trình nạp 37

Hình 3.14 Gọi hàm FC 38

Hình 3.15 Tạo Block Cyclic Interrupt 39

Hình 3.16 Chọn bộ PID_Compact V1 39

Hình 3.17 Kéo khối PID_Compact vào network 40

Hình 3.18 Thiết lập PID_Compact V1 40

Hình 4.1 Sơ đồ khối 43

Hình 4.2 Sơ đồ tủ điện 44

Hình 4.3 Giao diện bên ngoài của tủ điện 44

Hình 4.4 Sơ đồ đi dây phía mặt trong nắp tủ 45

Hình 4.5 Sơ đồ đi dây bên trong tủ điện 45

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật của HMI 22

Bảng 3.2 Các loại CPU cơ bản của PLC S7 – 1200 28

Bảng 3.3 Vùng nhớ địa chỉ 31

Bảng 3.4 Bảng địa chỉ cho chương trình điều khiển 40

MỞ ĐẦU

Hiện nay, điều khiển và giám sát được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp nhằm nâng cao năng suất lao động Nên vấn đề “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha” đã được các đơn vị, cá nhân nghiên cứu

và xây dựng nhiều, nhưng do vấn đề bảo mật công nghệ nên thường không được công khai kết quả nghiên cứu Do đó, chúng em chỉ xin đưa ra lịch sử giải quyết vấn đề này trong phạm vi nhà trường

Việc giải quyết vấn đề trên chính là nội dung yêu cầu của đồ án tốt nghiệp với nội dung: “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ

ba pha” Đồ án được trình bày với 4 chương với nội dung cơ bản với từng chương được tóm tắt như sau :

- Chương 1: Tổng quan về đề tài: đặt vấn đề, mục tiêu nghiên cứu, yêu cầu của

đề tài, cách thức giải quyết vấn đề

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết: khái niệm, nguyên lý hoạt động và đặc điểm kỹ

thuật của động cơ không đồng bộ ba pha, biến tần INVT GD20, màn hình HMI

và encoder

- Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ cho động cơ: tổng

quan về PLC S7 – 1200, khối hàm FC, PID, và chương trình điều khiển

- Chương 4: Xây dựng mô hình thực nghiệm và đánh giá kết quả: xây dựng

mô hình thực nghiệm, một số hình ảnh thực tế và kết quả mô phỏng, phương hướng phát triển đề tài và tổng kết

Mặc dù chúng em đã cố gắng tìm hiểu để hoàn thành đồ án, song vì kiến thức còn hạn hẹp và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi sai sót, rất mong được

sự bổ sung và góp ý của thầy cô và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo và các thầy cô trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án này

1.1 Đặt vấn đề

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Trước sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng ngày càng nhiều các nhà máy đa dạng về công nghệ Ngành tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu của sản xuất Ứng dụng công nghệ tự động hóa vào trong sản xuất là xu hướng tất yếu của Việt Nam đang trên con đường phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập thế giới Hiện nay, hàng loạt các nhà cung cấp công nghệ đã

và đang phát triển nhiều thiết bị, các chương trình giám sát và điều khiển dây chuyền sản xuất Điều này có ý nghĩa rất lớn đến sự phát triển kinh tế, nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm,… Nhưng để có thể sử dụng các thiết bị điều khiển giám sát một cách hiệu quả mang lại giá trị kinh tế cao thì đòi hỏi người sử dụng cần

có quá trình tìm hiểu và nghiên cứu lâu dài

Là những kỹ sư Tự động hóa trong tương lai, chúng em đã nhận thức rõ được vai trò của hệ thống điều khiển giám sát trong sản xuất công nghiệp hiện đại Do đó, chúng em

đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp là: “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha” nhằm tiếp cận nhiều hơn tới các thiết bị công nghệ đang được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp – nơi làm việc của chúng em sau khi ra trường

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Hiện nay, điều khiển và giám sát được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp nhằm nâng cao năng suất lao động Nên vấn đề “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha” đã được các đơn vị, cá nhân nghiên cứu

và xây dựng nhiều, nhưng do vấn đề bảo mật công nghệ nên thường không được công khai kết quả nghiên cứu Do đó, chúng em chỉ xin đưa ra mục tiêu nghiên cứu vấn đề này trong phạm vi nhà trường đó là nắm vững, hiểu rõ cách thức hoạt động, điều khiển của động cơ

từ PLC và HMI Từ đó xây dựng mô hình thực tế, tạo ra giao diện, các thuật toán điều khiển và lập trình cho bộ động cơ

1.3 Yêu cầu của đề tài

Yêu cầu chính của đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiẻn và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha” là:

- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát (PC – PLC – Biến tần)

- Xây dựng được mô hình điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng PLC – Biến tần – Máy tính

- Cài đặt các tham số cho biến tần

- Xây dựng giao diện điều khiển trên máy tính Giao diện điều khiển và giám sát trên máy tính có thể hiển thị và thay đổi được tốc độ động cơ

1.4 Cách thức giải quyết vấn đề

Dựa trên yêu cầu cụ thể cần đạt được của đề tài, chúng em tiến hành nghiên cứu trên lý thuyết về hệ thống điều khiển giám sát với các phần tử cơ bản là PC, PLC và biến tần Sau quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, chúng em đưa ra sơ đồ khối của hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha cùng với chức năng, thiết bị sử dụng trong từng khối như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển và giám sát Chức năng của các khối trong hệ thống:

- Động cơ: Phần tử chấp hành của hệ thống Động cơ sử dụng trong đề tài là động

cơ không đồng bộ ba pha với các thông số được trình bày cụ thể trong mục 2.1 chương 2

- Biến tần: Dựa trên các yêu cầu điều khiển của PLC, biến tần thực hiện chức năng điều khiển chạy / dừng, đảo chiều động cơ, thay đổi tốc độ động cơ Do những đặc điểm nổi bật hơn hẳn của biến tần INVT GD20 (được trình bày rõ trong mục 2.3) nên chúng em

đã lựa chọn sử dụng biến tần INVT GD20 trong đề tài

- Phản hồi: Thực hiện chức năng đo giá trị tốc độ của động cơ và phản hồi giá trị tốc

độ về PLC Có nhiều phương pháp đo tốc độ động cơ như sử dụng máy phát tốc, encoder,… Trong đề tài này chúng em sử dụng encoder vì độ chính xác tương đối cao

- PLC: Thực hiện chức năng điều khiển biến tần, từ đó điều khiển tốc độ động cơ Chương trình trong PLC phải thực hiện được các nhiệm vụ sau: điều khiển ON / OFF biến tần (chạy / dừng động cơ), đảo chiều động cơ; chuyển đổi giá trị tần số đặt trên giao diện điều khiển để điều khiển thay đổi tần số đầu ra biến tần → thay đổi tốc độ động cơ thông qua các đầu ra tương tự của PLC và đầu vào tương tự của biến tần; xử lý tín hiệu từ khối phản hồi về → đưa kết quả là tốc độ động cơ

- PC: Thực hiện giám sát hệ thống Để giám sát được hệ thống, PC cần được kết nối truyền thông với PLC và có thể cài đặt được các phầm mềm giám sát, lập trình Do đó PC

được sử dụng phải có cổng truyền thông và có cấu hình đáp ứng được yêu cầu của các phần mềm điều khiển và giám sát

Kết luận: Qua quá trình tìm hiểu, phân tích đề tài, xây dựng sơ đồ khối và phân tích chức năng của các khối trong hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng

bộ ba pha Cuối cùng chúng em đã lựa chọn các thiết bị và phương pháp giải quyết vấn đề như ở trên Để hiểu rõ hơn về các thiết bị sử dụng trong đề tài, lý do lựa chọn các thiết bị

trên chúng em xin trình bày trong Chương 2: Cơ sở lý thuyết Và kết quả nghiên cứu cụ thể sẽ được trình bày trong Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ cho

động cơ và Chương 4: Xây dựng mô hình thực nghiệm và kết quả

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Động cơ không đồng bộ ba pha

2.1.1 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế Ưu điểm nổi bật của loại này là: cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc; so với động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ có giá thành hạ; vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động

cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo Tuy nhiên, nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn; riêng đối với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn

1: Lõi thép stato 2: Dây quấn stato 3: Nắp máy 4: Ổ bi 5: Trục máy 6: Hộp đầu cực 7: Lõi thép roto 8: Thân máy 9: Quạt gió làm mát 10: Hộp quạt

Hình 2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha

Xét về mặt cấu tạo, người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại: Động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc (còn gọi là động cơ rôto ngắn mạch) Cấu tạo động cơ không đồng bộ được trình bày trên (hình 2.1) gồm hai bộ phận chủ yếu là stato

và rôto, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy

Stato (phần tĩnh) gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn stato, ngoài ra còn

có vỏ máy và nắp máy

Hình 2.2 Stato (phần tĩnh) của động cơ không đồng bộ ba pha

- Lõi thép: Lõi thép stato có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép được

ép vào trong vỏ máy

- Dây quấn stato: dây quấn stato thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện

và đặt trong các rãnh của lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stato sẽ tạo nên từ trường quay

- Vỏ máy: vỏ máy gồm có thân và nắp, thường được làm bằng gang

Rôto (phần động) là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy Roto là phần chuyển động trong hệ thống điện từ của động cơ điện Lực tương tác giữa các cuộn dây

và các từ trường điện tích tạo ra một mô men xoắn xoay quanh trục quay của Roto

Hình 2.3 Rôto (phần động) của động cơ không đồng bộ ba pha

- Lõi thép: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như lõi thép stato, lõi thép được ép trực tiếp lên trục, bên ngoài lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn

- Trục: Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt rôto

- Dây quấn rôto: Gồm hai loại là loại rôto dây quấn và loại rôto lồng sóc

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động

Tạo ra từ trường quay bằng cách cho dòng diện xoay chiều 3 pha đi vào trong stato gồm 3 cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau một góc một trăm hai mươi độ trên một giá tròn thì trong không gian giữa 3 cuộn dây sẽ có một từ trường quay với tần số góc bằng tần số góc w của dòng điện xoay chiều

Đặt trong từ trường quay một roto lồng sóc có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường Roto lồng sóc quay do tác dụng của từ trường quay với tốc

độ nhỏ hơn tốc độ của từ trường Chuyển động quay của roto được sử dụng để làm quay các máy khác

2.1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Khác với động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ được cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt Từ thông cũng như mômen sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham

số Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:

a Điều chỉnh điện áp cấp động cơ:

Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp nguồn được sử dụng rộng rãi vì thực hiện dễ dàng và tự động hóa, đặc biệt là

bộ điều chỉnh điện áp dùng thyristor

Nhược điểm: Xét về chỉ tiêu năng lượng, tuy tổn thất trong bộ biến đổi không đáng

kể nhưng điện áp stato bị biến dạng so với hình sin nên tổn thất phụ trong động cơ lớn do

đó hiệu suất không cao Do độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp này không áp dụng cho động cơ rôto lồng sóc, khi điều chỉnh điện áp cho động cơ rôto dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rôto để mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và mômen

Ứng dụng: Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như quạt gió, bơm ly tâm,

b Điều chỉnh điện trở mạch roto:

Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ

Nhược điểm: Điều chỉnh không triệt để, phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rôto, dòng rôto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn, tổn hao năng lượng trong quá trình điều chỉnh lớn

Ứng dụng: Phương pháp này thường được áp dụng cho điều chỉnh tốc độ các động

cơ truyền động cho các máy nâng - vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao

c Điều chỉnh công suất trượt:

Ưu điểm: Sơ đồ nối tầng có nhiều ưu điểm hơn so với các sơ đồ nối điện trở phụ vào mạch rôto hoặc thay đổi các thông số của động cơ Trong các hệ thống nối tầng, công suất trượt được trả về lưới điện hoặc đưa lên trục động cơ làm tăng công suất kéo của nó Bên cạnh đó phương pháp này còn có khả năng điều chỉnh bằng phẳng

Nhược điểm: Do hệ thống mắc thêm nhiều tầng và có thêm các đông cơ phụ MC,

FĐ trong mạch làm hệ thống đắt tiền, xét về chỉ tiêu kinh tế thì không phù hợp

Ứng dụng: Phương pháp này được sử dụng nhiều trong các truyền động động cơ điện không đồng bộ dây quấn có công suất lớn

d Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ:

Ưu điểm: Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều, hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau, khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng

Nhược điểm: Giá thành của một bộ biến tần khá cao và đòi hỏi người vận hành phải

2.1.4 Các phương pháp đo tốc độ động cơ

Tốc độ động cơ là một thông số rất quan trọng chứa đựng nhiều thông tin phản ánh toàn diện tình trạng làm việc của động cơ Dựa vào tốc độ động cơ và thông qua hệ thống chẩn đoán người ta có thể biết được tình trạng làm việc của động cơ Tốc độ của động cơ

có thứ nguyên là số vòng/1 phút nó là một đại lượng vật lý không mang đặc trưng của đại lượng điện vậy để đo được tốc độ quay của mọi động cơ nói chung cũng như động cơ điện nói riêng người ta phải biến đổi nó ra một đại lượng khác để phù hợp và tiện lợi đồng thời đáp ứng được cấp chính xác theo yêu cầu của công việc

Trong quá khứ, việc ứng dụng của cơ học và quang học đã giúp ích cho kỹ thuật đo lường Hiện tại và tương lai với tốc độ phát triển ngày một hoàn thiện hơn của ngành điện

kể cả về lý thuyết và những công nghệ cao trong kỹ thuật điện tử thì điện tử đã góp rất nhiều trong sự phát triển cho thiết bị đo lường Các đại lượng điện và không điện được cảm biến đo lường chuyển đổi sang tín hiệu điện Các tín hiệu này được các mạch điện tử chế biến cho phù hợp với mạch đo, mạch thu thập dữ liệu đo lường

2.2 Bộ mã hóa vòng quay Encoder

Encoder là thiết bị dùng để đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc Đồng thời chuyển đổi vị trí góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác định được vị trí trục hoặc bàn máy Tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng tín hiệu số Encoder được sử dụng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi trong các máy CNC và robot Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ một động cơ qua vít me đai ốc bi tới bàn máy Vị trí của bàn máy có thể xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn

Hình 2.4 Encoder tương đối và tuyệt đối Encoder được chia làm 2 loại absolute encoder (encoder tuyệt đối) sử dụng đĩa theo

mã nhị phân hoặc mã Gray Incremental encoder (encoder tương đối) có tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ Đối với loại encoder tuyệt đối thì tín hiệu ta nhận được chỉ rõ ràng vị trí encoder, chúng ta không cần xử lý gì thêm vẫn biết được vị chí chính xác của encoder Còn với encoder tương đối thì có 1, 2 đến 3 vùng lỗ, cứ mỗi lần quay được một vòng sẽ nhận được tín hiệu và ta biết được đĩa quay được 1 vòng Nếu bây giờ trên đĩa có nhiều lỗ hơn thì ta sẽ có những thông tin chi tiết hơn Đĩa quay 1/4 vòng, 1/8 hay 1/n vòng tùy theo số

lỗ nằm trên encoder

2.2.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa

có các lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ không

có lỗ, đèn led không chiếu xuyên qua được Chỗ có lỗ, đèn led sẽ chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu (photosensor) Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay

không

Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng Đây là nguyên lý rất cơ bản của encoder Tuy nhiên, những vấn đề được đặt ra là làm sao để xác định chính xác hơn vị trí của đĩa quay (mịn hơn) và làm thế nào để xác định được đĩa đang quay theo chiều nào? Đó chính là vấn đề để chúng ta tìm hiểu về encoder

Hình 2.5 Cấu tạo chung của encoder Cấu tạo encoder cũng rất đơn giản, được cấu thành bởi các bộ phận khác nhau Dưới đây là cấu tạo của encoder gồm có:

- Đĩa quay được khoét lỗ lắp với trục động cơ

- Bộ phận đèn led có chức năng làm nguồn sáng

- Mắt thu quang điện được đặt theo vị trí thẳng hàng

- Bảng mạch điện có chức năng khuếch đại các tín hiệu đo được

2.2.2 Encoder tuyệt đối

Đây là loại encoder cung cấp tín hiệu để biết vị trí chính xác của encoder mà không cần tiến hành phải xử lý Encoder dùng đĩa theo mã nhị phân hoặc Gray Encoder tuyệt đối được cấu tạo bao gồm các bộ phận như đèn led bộ phát ánh sáng, đĩa đã được mã hóa, bộ thu ánh sáng có độ nhạy với ánh sáng chiếu ra Loại đĩa mã hóa có chất liệu trong suốt với

kiểu dáng là các góc bằng nhau kết hợp với đường tròn đồng tâm Encoder tuyệt đối mang

ưu điểm cung cấp giá trị tuyệt đối khi thiết bị mất nguồn Loại encoder này cũng có nhược điểm chính là giá thành cao, đọc tín hiệu gặp khó khăn

2.2.3 Encoder tương đối

Encoder tương đối được hiểu đơn giản là bộ cảm biến cung cấp tín hiệu theo chu kỳ hoặc tăng dần Bộ mã này cũng được đi kèm với đĩa mã hóa kết hợp với dải bằng tạo xung

có nhiều lỗ bằng nhau và cách đều nhau Đĩa mã hóa cũng được làm bằng vật liệu trong suốt Ưu điểm nổi bật của loại encoder tương đối chính là có giá thành rẻ, cấu tạo tương đối đơn giản Thiết bị có khả năng xử lý dữ liệu trả về dễ dàng Tuy nhiên chúng cũng có nhược điểm như độ sai lệch về xung khi trả về khi tích lũy lâu dài

2.3 Biến tần INVT CD20 – 1R5G – 4

2.3.1 Tìm hiểu về biến tần INVT CD20 – 1R5G – 4

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode

và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số

vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc

4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mômen cũng là hàm bậc hai của điện áp Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

Hình 2.6 Biến tần INVT CD20 – 1R5G – 4 Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay, biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong

hệ thống SCADA

2.3.2 Đặc điểm kỹ thuật cơ bản của biến tần

Biến tần INVT 2HP 3 Pha 380V – GD20-1R5G-4 là dòng biến tần đa năng thế hệ mới với hiệu suất cao cho các ứng dụng chế tạo máy phổ thông GD20 sử dụng công nghệ điều khiển vector vòng hở hiện đại với khả năng điều khiển vượt trội, lắp đặt được trên DIN RAIL với công suất nhỏ hoặc trên bảng tủ Đặc tính kỹ thuật chính của biến tần GD20 là:

- Điều khiển SVPWM, Sensorless Vector, điều khiển torque (lực căng)

- Mô-men khởi động ở 0.5 Hz: 150%

- Điều khiển tốc độ chính xác đến ±0.2%, đáp ứng nhanh <20 ms

- Keypad cố định, keypad rời tùy chọn, có thể kéo xa 5m với biến tần công suất 4kW trở lên

- Truyền thông: Modbus RS485

- Tích hợp sẵn DBU với công suất từ 37 kW trở xuống

- Tích hợp sẵn bộ lọc IEC 61800-3 C3, tùy chọn bộ lọc IEC 61800-3 C2

- Chức năng ứng dụng: PLC giản đơn, đa cấp tốc độ đặt trước, điều khiển PID, cài đặt linh hoạt V/F, điều khiển thắng, chế độ tiết kiệm điện…

- 23 chức năng bảo vệ động cơ và biến tần

- Khả năng quá tải: 60s với 150% dòng định mức, 10s với 180% dòng định mức, 1s với 200% dòng định mức

2.3.3 Thông số cơ bản của biến tần GD20

Khi cài đặt thông số cho biến tần, ta có thể sử dụng một số thông số sau:

P00.00 = 2 Chọn chế độ điều khiển V/F; P00.00 = 0: SVC Mode 0; P00.00 = 1: SVC Mode 1

P00.01 = 1 Chọn RUN/STOP từ terminal; P0.01 = 0: Keypad

P00.11 = … Giây Thời gian tăng tốc (thời gian từ 0Hz đến tần số max)

P00.12 = … Giây Thời gian giảm tốc (thắng động năng từ tần số max về 0Hz)

P00.15 = … Tự động dò tìm thông số motor

P01.18 = 0 Cấm chạy nếu S1-COM đóng sẵn khi cấp nguồn; P01.18 = 1: Cho phép

P05.01 = 01 Chọn chức năng S1, chạy thuận khi S1 nối COM

P05.02 = 02 Chọn chức năng S2, chạy ngược khi S2 nối COM

Khi cài đặt thông số cho motor, ta có thể sử dụng một số thông số sau:

P02.01 = … KW Công suất định mức của motor

P02.02 = … Hz Tần số định mức của motor

P02.03 = … RPM Tốc độ định mức của motor

P02.04 = 220V Điện áp định mức của motor

P02.05 = …A Cường độ dòng điện định mức của motor

Khi cài đặt thông số bảo vệ, ta có thể sử dụng các thông số sau:

P02.27 = 100% Bảo vệ quá tải motor

P02.27 = (Dòng định mức motor / Dòng định mức biến tần)*100%

2.4 Màn hình HMI KINCO MT4414TE

HMI là cụm từ viết tắt của Human Machine Interface, là một thiết bị được tích hợp trong các loại máy móc hay thiết bị cho phép người sử dụng có thể giao tiếp với máy móc

và thiết bị đó thông qua một màn hình cảm ứng hay là nút bấm Nói một cách tổng quát hơn thì hầu hết các loại máy móc cho phép chúng ta tinh chỉnh, giao tiếp, ra lệnh và điều khiển thông qua 1 màn hình thì được gọi là HMI

2.4.1 Phân loại màn hình HMI

HMI KINCO có thể được phân loại theo kiểu màn hình (màn hình cảm ứng HMI và màn hình HMI không cảm ứng); theo kích thước (3.5 inch, 4 inch, 7 inch, 10 inch, 12 inch,

15 inch,…); theo dung lượng bộ nhớ: 288KB, 1M, 2M, 10M,…; theo cổng truyền thông: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus,…; theo giao thức truyền thông: MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP, FTP, BACnet, M-Bus, VNC, GSM (SMS, GPRS), KNX,…; theo tính năng nâng cao: SCADA, Cloud, Web Server, SQL, Email & SMS, Remote, 3G/4G/Wifi,…

2.4.2 Cấu tạo của HMI

Các thành phần chính của HMI sẽ bao gồm 3 bộ phận cấu thành, cụ thể là:

- Phần cứng: bao gồm các loại màn hình, chíp, phím bấm, các loại thiết bị nhớ và lưu trữ như ROM, RAM, EPROM/Flash,…

- Phần mềm: gồm có các đối tượng, các hàm – lệnh, phần mềm để phát triển, các công cụ xây dựng HMI, các công cụ nạp xuất chương trình và kết nối, mô phỏng

- Truyền thông: Bao gồm các cổng kết nối quen thuộc như RS232, RS485, Ethernet, USB thông qua các giao thức Modbus, CANbus, PPI, MPI, Profibus,…

2.4.3 Các thông số đặc trưng của HMI

Một hệ thống HMI cơ bản sẽ có các cài đặt thông số cơ bản sau:

Hình 2.7 Màn hình HMI

- Kích thước màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI

- Dung lượng bộ nhớ: Bao gồm nhiều loại bộ nhớ như bộ nhớ chương trình, bộ nhớ

dữ liệu, bộ nhớ flash dữ liệu Chúng xác định số lượng biến tối đa, số lượng màn hình và dung lượng lưu trữ của thông tin như dữ liệu lịch sử, công thức, hình ảnh, bản sao lưu …

- Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng mở rộng thao tác vận hành Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF card, SD card…

2.4.4 Ứng dụng của HMI

HMI có khả năng ứng dụng rất phong phú không chỉ dừng lại trong lĩnh vực công nghiệp mà còn trong các hoạt động đời sống Khi cả thế giới bước vào thời kỳ công nghiệp 4.0 thì HMI trở thành 1 thiết bị không thể thiếu để góp phần thúc đẩy, cơ cấu lại các dây chuyền, hệ thống sao cho công đoạn, quy trình được hiệu quả, chính xác và năng suất hơn HMI là một thiết bị không thể thiếu góp phần đẩy nhanh quá trình tự động hóa các công đoạn cũng như các quy trình sản xuất phức tạp và khó đòi hỏi độ chính xác cao Vì vậy HMI được ứng dụng ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong các lĩnh vực

Trong các ngành dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, ngành điện, ngành nước,

ô tô, xe máy…Trong các thiết bị điện tử hay kỹ thuật số như đầu đĩa, tivi, loa, âm li,… thông qua các nút bấm được tích hợp trên thiết bị Các loại thiết bị thông minh như điện thoại thông minh, ipad, máy tính bảng, laptop,… thông qua bàn phím và màn hình cảm ứng Bên cạnh đó, HMI còn được ứng dụng trong các loại lò viba, vi sóng, máy giặt,… giúp điều chỉnh nhiệt độ và thời gian

2.4.5 Đặc điểm kỹ thuật của HMI KINCO MT4414TE

Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật của HMI [10]

Vật liệu chống điện Lớn hơn 50MΩ 500VDC

Kiểm tra độ bền điện môi 500 VAC 1 phút

Đặc điểm kỹ thuật cấu trúc

Độ ẩm hoạt động 10 ~ 90% không ngưng tụ

Nhiệt độ bảo quản -10 ~ 60°C

Độ ẩm lưu trữ 10 ~ 90% không ngưng tụ

Thử nghiệm chống sốc 10 ~ 25Hz (hướng X, Y, Z, 2G, 30 phút)

Phương pháp làm mát Làm mát không khí tự nhiên

2.5 Tổng kết chương

Ở chương 2, nhóm em đã thực hiện liệt kê và phân tích đặc điểm kỹ thuật của một

số thiết bị được sử dụng trong đề tài Có rất nhiều cách để đo tốc độ động cơ, qua tìm hiểu

và phân tích ta thấy phương pháp đo tốc độ động cơ sử dụng bộ mã hóa vòng quay encoder

có nhiều ưu điểm vượt trội, phù hợp với những ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao trong thực tế Ở chương tiếp theo, ta sẽ đi tìm hiểu về chương trình điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM

SÁT TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ 3.1 Giới thiệu về PLC S7 – 1200

3.1.1 Lịch sử phát triển của PLC

Ngày nay không khó để nhìn thấy một bộ PLC trong các nhà máy hay xưởng sản xuất PLC là tên viết tắt của Programmable Logic Controller, dịch sang tiếng Việt là : Bộ điều khiển logic có thể lập trình được PLC được sử dụng trong nhà máy nhằm mục đích điều khiển các cơ cấu máy móc theo yêu cầu của người sử dụng Vậy tại sao ta phải sử dụng PLC trong nhà máy hay xưởng sản xuất Để hiểu được điều này ta hãy cùng đi tìm hiểu lịch sử hình thành của PLC

Hình 3.1 Tủ điều khiển dây chuyền sản xuất trong nhà máy

Khi chưa có PLC, để điều khiển các cơ cấu máy móc thực hiện theo nhiều logic khác nhau thì chỉ có một cách duy nhất là sử dụng các rơ le trung gian, timer, counter… Nếu hệ thông máy móc càng nhiều và yêu cầu logic càng phức tạp thì ta phải sử dụng càng nhiều khí cụ điện Và đi kèm theo đó là số lượng dây điện đấu nối cho các khí cụ đó càng tăng lên Như vậy để điều khiển một hệ thống lớn thì ta cần phải thiết kế một tủ điện khá lớn và phức tạp

Những bất cập khi sử dụng tủ điều khiển logic sử dụng các khí cụ điện: do Rơ-le trung gian, timer, counter là những thiết bị có cấu tạo cơ học nên khi hoạt động (đóng – mở) nhiều lần sẽ làm hỏng hóc thiết bị Khi ta sửa chữa - bảo dưỡng tủ có quá nhiều khí cụ điện sẽ gây khó khăn trong việc dò tìm thiết bị hỏng => Khó khăn trong việc sửa chữa– bảo dưỡng Do lượng thiết bị khí cụ điện cho hệ thống quá nhiều nên tủ điện chứa các khí cụ phải có kích cỡ khá lớn => Cồng kềnh, chi phí lắp đặt cao Khi thay đổi hoạt động của hệ thống thì ta phải thiết kế lại tủ điều khiển => Tốn kém chi phí

Hình 3.2 Bộ PLC đầu tiên tại Mỹ

Vì những lý do trên: Năm 1968, các kỹ sư của công ty General Motor – Mỹ đã cho

ra đời thiết bị PLC có thể thay thế cho tủ điện sử dụng các khí cụ điện PLC ra đời nhằm giải quyết những vấn đề sau: Thay đổi hoạt động của hệ thống một cách đơn giản, dễ dàng sửa chữa – bảo dưỡng, đảm bảo độ tin cậy trong môi trường công nghiệp Trong giai đoạn đầu, những bộ PLC chỉ đơn giản thay thế cho các rơ-le trung gian và dây đấu nối trong hệ thống điều khiển thời kì đầu Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống

Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông; bộ lưu trữ dữ liệu nhiều hơn; nhiều loại module chuyên dùng hơn

Hình 3.3 PLC sản xuất năm 1970

Trong những năm đầu thập niên 1970, với sự phát triển của công nghệ phần mềm,

bộ lập trình điều khiển PLC không chỉ thực hiện các lệnh logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung,

xử lý thời gian thực… Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của vi mạch điện tử và công nghệ thông tin, PLC không chỉ được thiết ngày càng nhỏ gọn mà chức năng cũng được

bổ sung khá nhiều So với bộ PLC những năm 1970, hiện nay PLC còn thêm các chức năng nâng cao như truyền thông, kết nối internet , webserver, PID, điều khiển servo…

Hình 3.4 PLC thường được sử dụng hiện nay

Cấu hình phần cứng của PLC cũng được nâng cấp đáng kể như: mở rộng bộ nhớ lưu trữ, mở rộng được nhiều module chức năng cao cấp, tốc độ xử lý chương trình được nâng lên đáng kể… Theo đó việc lập trình của người sử dụng PLC cũng trở nên dễ dàng nhờ sự phát triển của kĩ thuật phần mềm

3.1.2 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 -1200

Bộ điều khiển logic khả trình PLC thì có rất nhiều hãng sản xuất với nhiều ưu điểm khác nhau Nhưng khi nói đến PLC thì hãng đầu tiên chúng ta nghĩ đến là hãng siemens với nhiều ưu điểm tiên phong cũng như dễ sử dụng đối với lập trình viên tự động hóa 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 S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau

Hình 3.5 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 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 người dùng 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 người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, 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 của PLC S7-1200, 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 người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU; người dùng 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

3.1.3 Các loại CPU cơ bản của PLC S7-1200

Bảng 3.2 Các loại CPU cơ bản của PLC S7 – 1200

• 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)

Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu trữ đồng

hồ thời gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C

PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet

dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out

8 x DC

In

8 x DC Out

8 x DC In / 8 x

DC Out

8 x Relay Out

8 x DC In / 8 x Relay Out

16 x DC In / 16 x Relay

Out

Kiểu tương tự

4x Analog

In

8 x Analog

In

2 x Analog

In

4 x Analog

In

1 x Analog

dùng, không phân biệt vùng nhớ toàn cục (global) hay vùng nhớ cục bộ (local) Để truy xuất các Tag nhớ trong chương trình chỉ cần gọi tên của Tag cho các tham số của lệnh Để hiểu rõ hơn về cấu trúc CPU và địa chỉ vùng nhớ, chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về địa chỉ trực tiếp (absolute) là nền tảng cho việc sử dụng các Tag nhớ của PLC:

Ngõ vào vật lý Ix.y:P

Đọc địa chỉ ngay lập tức từ ngõ vào của CPU, SB, SM Có thể dùng chế độ Force với ngõ vào vật lý

Process image Q

Chuyển dữ liệu tới tín hiệu ngõ

ra vật lý khi bắt đầu quét chương trình

Ngõ ra vật lý Qx.y:P

Xuất trực tiếp tới ngõ ra ngay lập tức tới ngõ ra vật lý của CPU,

SB, SM Có thể dùng chế độ Force với ngõ vào vật lý

Vùng nhớ nội M

Lưu trữ dữ liệu/tham số trước khi đưa ra ngoại vi Có thể cài đặt để sử dụng chức năng Retentive memory đối với vùng nhớ này

Vùng nhớ tạm Local memory

Vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ tạm thời trong các khối OB,

FB, FC Dữ liệu sẽ mất khi ngừng gọi khối

Khối dữ liệu DB

Được sử dụng theo định dạng vùng nhớ toàn cục, hoặc lưu dữ liệu và tham số cho khối hàm

FB Có thể cài đặt để sử dụng chức năng Retentive meory đối với vùng nhớ này

- Vùng nhớ toàn cục – Global memory: CPU cung cấp những vùng nhớ toàn cục như: I (input), Q (output), vùng nhớ nội M (memory) Những vùng nhớ toàn cục có thể được truy xuất ở tất cả các khối

- Khối dữ liệu DB: Cũng là vùng nhớ toàn cục Ngoài ra vùng nhớ DB nếu được sử dụng với chức năng Instance DB để lưu trữ chỉ định cho FB và cấu trúc bởi các tham số của FB

- Vùng nhớ tạm – Temp ( hay vùng nhớ Local): Vùng dữ liệu cục bộ được sử dụng trong các khối chương trình OB, FC, FB Vùng nhớ L được sử dụng cho các biến tạm (temp) và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó Nội dung của một khối dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trình

- Vùng nhớ I, Q của PLC S7-1200 có thể truy xuất dưới dạng process image Để có thể truy xuất trực tiếp và ngay lập tức với ngõ vào/ra vật lý, có thể thêm “:P” Ví dụ như: I0.0:P, Q0.0:P

3.2 Nạp chương trình mẫu cho PLC S7 – 1200

Click mở file “TIA Portal V15” trên Desktop của máy tính:

- Click vào “Create new project”

- Project name: Tên của chương trình cần lưu

- Path: Chọn đường dẫn để lưu chương trình

- Click vào “Create”:

Hình 3.6 Tạo Project mới Click vào “Add new device”:

0XB0

Hình 3.7 Chọn CPU cần dùng 1 Click PLC/Simatic S7-1200/CPU/”CPU 1214C DC/DC/DC”/6ES7 214-1AG31-

Click “Add”:

Hình 3.8 Chọn CPU cần dùng 2

Với giao diện ban đầu như sau:

Hình 3.9 Giao diện của Tia Portal

Giao diện của Tia Portal sau khi tạo project mới và chọn các CPU cần dùng được chú thích như sau:

- “1”: Tên của chương trình lưu ban đầu

- “2”: Device configuration: Cấu hình thêm phần cứng

- “3”: Main [OB1]: Nơi viết chương trình OB1

- “4”: Download tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200

- “5”: Upload tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200

- “6”: Điều khiển PLC Run

- “7”: Điều khiển PLC Stop

- “8”: Chức năng cài đặt các thông số của cổng mạng

- “9”: Cài đặt địa chỉ ngõ vào ra số, tương tự, bộ đếm tốc độ cao…

Click vào cổng RJ45 trên hình PLC S7-1200 trên máy tính để nhập địa chỉ IP cần nạp chương trình xuống Sao cho địa chỉ IP này trùng với địa chỉ IP lúc cài đặt cho PLC ở phần Set địa chỉ IP Lúc trước ta set là: “192.168.137.35”

Hình 3.10 Nhập địa chỉ IP cần nạp xuống chương trình Click vào biểu tượng Download để nạp chương trình phần cứng cho PLC S7-1200:

- “Type of the PG/PC interface”: PN/IE

- “PG/PC interface”: Chọn Card mạng trùng với card mạng của máy tính ta đã tra

ở phần manager device

Hình 3.11 Kết nối PLC với máy tính