Xây dựng bài thí nghiệm điều khiển, giám sát với PC ACCESS OPC và PLC S7200

Sự tiến bộ về khoa học công nghệ trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ và đã đạt được những thành tựu rực rỡ, và góp phần rất lớn trong sự phát triển văn minh nhân loại. Để theo kịp sự tiến bộ khoa học nhân loại, Đảng và Nhà Nước ta từ lâu đã coi việc “ Công nghiệp hóa, hiện đại hóa” đất nước là hết sức cần thiết và thiết thực. Chính vì vậy công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang dần hình thành và phát triển sâu rộng ở nước ta. Dực trên kiến thức nằm trong chương trình đào tạo của ngành Cơ Điện tử có vai trò hết sức quan trọng nhằm tạo cho sinh viên hiểu một cách sâu rộng về những vấn đề mà kỹ thuật viên gặp phải khi thiết kế, chế tạo một quy trình sản xuất tự động với quy mô là tự động Hóa

Hình 1.1 Khai báo sử dụngHSC 7

Hình 1.4 Lệnh đọc một thông số từ biến tần về PLC 17Hình 1.5 Lệnh ghi một thông số từ PLC xuống biến tần 18

Hình 1.7 Đầu nối điều khiển của biến tần MM420 21Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý của biến tần MM420 22

Hình1.10 Sơ đồ chân của cổng truyền thông trên PLC 31Hình 1.11 Sơ đồ kết nối PLC – Biến tần 32Hình 2.1 Mô hình cơ khí panel thí nghiệm 33Hình 2.2 Kết cấu trục vitsme đai ốc bi 35

Hình 2.4 Encoder và cách quy định các đầu dây 39

Hình 2.9 Sơ đồ kết nối PLC – Biến tần 44

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng mô tả các chế độ đếm và loại HSC 9Bảng 2.2 Các Bit đặc biệt dùng để điều khiển HSC 10

Bảng 3.1 Bảng symbol 45

LỜI NÓI ĐẦU

Sự tiến bộ về khoa học công nghệ trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ và đã đạt được những thành tựu rực rỡ, và góp phần rất lớn trong sự phát triển văn minh nhân loại Để theo kịp sự tiến bộ khoa học nhân loại, Đảng và Nhà Nước ta từ lâu

đã coi việc “ Công nghiệp hóa, hiện đại hóa” đất nước là hết sức cần thiết và thiết

thực Chính vì vậy công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang dần hình thành và phát triển sâu rộng ở nước ta

Dực trên kiến thức nằm trong chương trình đào tạo của ngành Cơ Điện tử có vai trò hết sức quan trọng nhằm tạo cho sinh viên hiểu một cách sâu rộng về những vấn đề mà kỹ thuật viên gặp phải khi thiết kế, chế tạo một quy trình sản xuất tự động với quy mô là tự động Hóa Xuất phát từ nhu cầu thiết thực của cuộc sống và niềm đam mê khoa học, nhóm sinh viên chúng em đã nghiên cứu đề tài:

“Xây dựng bài thí nghiệm điều khiển, giám sát với PC ACCESS

OPC và PLC S7-200”

Trong quá trình làm đồ án, được sự quan tâm hướng dẫn tận tình và sự giúp đỡcủa thầy hướng dẫn và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí và khoa điện- điện tử đãtạo điều kiện và hướng dẫn chúng em hoàn thiện đồ án này

Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên quyển thuyết minh không tránhkhỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của Thầy

Cô giáo và đóng góp của các bạn để quyển thuyết minh hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Hưng yên, ngày 26/06/2012

Nhóm sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: CƠ SỞ XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VỚI PC ACCESS OPC VÀ PLCS7-200.1.1 Khái niệm chung về OPC.

OPC (OLE for Process Control) là một chuẩn giao diện được hiệp hội OPC

Foundation xây dựng và phát triển Dựa trên mô hình đối tượng thành phần

(D)COM của hãng Microsoft OPC định nghĩa thêm một số giao diện cho khai thác

dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật, tạo cơ sở cho việc xây dựng các ứng dụng điềukhiển phân tán mà không bị phụ thuộc vào mạng công nghiệp cụ thể Trong thờiđiểm hiện nay OPC cũng như COM tuy mới được thực hiện trên nền Windows,song đã có nhiều cố gắng để phổ biến trong các hệ điều hành thông dụng khác.Với mục đích ban đầu là thay thế cho các dạng phần mềm kết nối như I/O-Drivers và DDE, OPC quy định một sô giao diện chuẩn cho các chức năng như:

- Khai thác, truy nhập dữ liệu quá trình từ nhiều nguồn khác nhau (PLC, cácthiết bị trường, bus trường, cơ sở dữ liệu…)

- Xử lý sự kiện và sự cố

- Truy nhập dữ liệu quá khứ

Trong tương lai OPC sẽ hỗ trợ các chức năng khác như an toàn hệ thống vàđiều khiển mẻ OPC sử dụng cơ chế COM/COM để cung cấp các d ịch vụ truyềnthông chol tất cả các ứng dụng hỗ trợ COM Có thể kể ra hang loạt các ưu điểm củaviệc sử dụng OPC như :

- Cho phép các ứng dụng khai thác, truy nhập dữ liệu theo một cách đơn giản,thống nhất

- Hỗ trợ truy nhập dữ liệu theo cơ chế hỏi tuần tự hoặc theo sự kiện

- Được tối ưu trong việc sử dụng mạng công nghiệp

- Kiến trúc không phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị.

- Linh hoạt và hiệu suất cao

- Sử dụng từ hầu hết các công cụ phần mềm SCADA thông dụng, hoặc bằngmột ngôn ngữ bâc cao (C++, Visual Basic…)

Cốt lõi của OPC là một chương trình phần mềm phục vụ gọi là OPC-Sever,trong đó chứa các mục dữ liệu được tổ chức thành các nhóm Thông thường mộtOPC-Sever đại diện một thiết bị thu thập dữ liệu như PLC, RTU, I/O hoặc một cấuhình mạng truyền thông Các OPC-Item sẽ đại diện cho các biến quá trình, các tham

số điều khiển…

OPC được xây dựng dựa trên ý tưởng ứng dụng công nghệ COM nhằm đơngiản hóa, chuẩn hoá việc khai thác dữ liệu từ các thiết bị cận trường và thiết bị điềukhiển, tương tự như việc khai thác một hệ thống cơ sở dự liệu thông thường Giốngnhư COM, OPC không quy định việc thực hiện khai thác cụ thể mà chỉ định nghĩamột số giao diện chuẩn Thay cho việc dung C/C++ dung để định nghĩa một giaodiện lập trình như thông thường, ngôn ngữ ở đây không phụ thuộc vào nền cài đặthay ngôn ngữ lập trình

1.2 Phần mềm điều khiển giám sát Win CC.

1.2.1 Tổng quan về Win CC

WinCC (Windows Control Center) là một hệ thống phần mềm điều khiển giám sát công nghiệp (Tích hợp giao diện người máy IHMI – Integrate Human Machine

Interface), có tính năng kỹ thuật và hệ thống màn hình hiển thị đồ hoạ để điều khiển

các nhiệm vụ đặt ra trong sản xuất và tự động hóa quá trình công nghiệp Hệ thốngnày đưa ra những module chức năng tích hợp trong công nghiệp cho việc hiển thị

đồ hoạ, đưa ra thông báo, lưu trữ, và xuất các báo cáo Nó là một trình điều khiểnmạnh, với giao diện lập trình thân thiện cho phép cập nhật nhanh chóng các hình

ảnh của các quá trình tự động hoá cần quan sát (thông qua các trang màn hình), vàcác chức năng lưu trữ an toàn … nên đảm bảo lợi ích cao.

Ngoài ra WinCC còn đưa ra các giao diện mở cho các giải pháp của ngườidùng Những giao diện này có thể tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phứctạp, các giải pháp cho hệ thống mở Sự truy nhập tới nơi lưu trữ dữ liệu tích hợp bởicác giao diện chuẩn ODBC và SQL Sự lồng ghép những đối tượng và các văn bảnđược tích hợp bởi OLE 2.0 và OLE Custom Controls (OCX) Những cơ chế nàylàm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trường Windows

1.2.2 Các chức năng cơ bản của Win CC.

WinCC là một hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức là giao diệngiữa người và máy) cho phép các hoạt động và chấp hành của các quy trình chạytrong máy Truyền thông giữa WinCC và máy diễn ra thông một hệ thống tự động.Win CC được sử dụng để hiển thị quá trình và cấu hình một giao diện đồ họangười dùng Bạn sẽ sử dụng giao diện người dung để hoạt động và quan sát quátrình Win CC cung cấp các khả năng sau:

- Win CC cho phép quan sát quá trình Quá trình này được hiển thị đồ họatrên màn hình Màn hiển thị được cập nhật mỗi lần một trạng thái trong quá trìnhthay đổi

- WinCC cho phép vận hành quy trình Ví dụ, bạn có thể chỉ ra một điểm đặt

từ giao diện người dùng hoặc bạn có thể mở mộtvan

- WinCC cho phép giám sát quá trình Một cảnh báo sẽ báo hiệu một cách tựđộng trong sự kiện của một trạng thái quá trình nghiêm trọng Nếu một giá trị đượcđịnh nghĩa trước bị vượt quá, một thông báo sẽ xuất hiện trên màn hình

- WinCC cho phép lưu trữ quá trình Khi làm việc với WinCC, những giá trịquá trình có thể hoặc được in ra hoặc được lưu trữ theo kiểu điện tử Điều này tạođiều kiện cho thu thập thông tin của quy trình và cho phép truy cập tiếp theo đến dữliệu sản sinh ra trong quá khứ

1.3 Phần mềm PC ACCESS OPC.

1.3.1 Tổng quan về PC ACCESS

WinCC phiên bản 5.0, 6.0, 6.2, và 7.0 không hỗ trợ Driver kết nối trực tiếpriêng với PLC S7-200 Do đó, chúng ta không thể kết nối WinCC với S7-200 theocách thông thường rất dễ đối với S7-300 Tài liệu chủ yếu hướng dẫn cách kết nốiS7 200 với WinCC qua PC Access OPC- Server (S7-200) và kênh giao tiếp WinCCOPC (có sẵn trong WinCC) WinCC không giao tiếp trực tiếp với PLC mà thôngqua S7-200 PC Access

S7-200 PC Access được cài đặt khá đơn giản, Với ưu điểm tốc độ kết nối cao,

dễ tiếp cận và có thể ứng dụng để giao tiếp WinCC với các loại PLC khác nhưAllen Bradley, Omron, … Hơn nữa OPC PC Access còn cho phép ép vào MS Excel

để liên kết dữ liệumột cách đơn giản và hiệu quả

1.3.2 Các chức năng cơ bản của PC ACCESS

PC Access là phần mềm của Siemens dùng để truy suất dữ liệu từ PLC củahãng Siemens

Chương trình PC Access1.0 dùng để kết nối S7-200 với WinCC Do S7-200không có Driver sẵn trong WinCC nên để liên kết với phần mềm WinCC ta phải càiđặt Driver cho nó, Driver đó là phần mềm PC Access

PC Access hoạt động thông qua OPC Server được chuẩn hóa bởi OPCFoundation

PC Access cung cấp thư viện bổ xung cho excel, Protool, VB, Win CC…nhằm kết nối PLC với PC từ các chương trình này

1.4 Tổng quan về PLC S7-200.

1.4.1 Giới thiệu chung về PLC S7-200.

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programmable Logic Control ) làloại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông quangôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán bằng mạch số Như vậyvới chương trình điều khiển trong mình PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễdàng thay đổi thuật toán và dặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xungquanh Toàn bộ chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khốichương trình Trường hợp dung lượng nhớ của PLC không đủ cho việc lưu giữchương trình thì ta có thể sử dụng thêm bộ nhớ ngoài ( Catridge ) hỗ trợ cho việclưu chương trình và dữ liệu

Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có một

bộ vi xỷ lí ( CPU ), một hệ điều hành, một bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển,

dữ liệu và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó nhằm phục

vụ các bài toán điều khiển số PLC còn có các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm,

bộ định thời,…các khối hàm chuyên dụng khác

Thông thường, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớncác đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, ra cũng như chủng loại tín hiệuvào, ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa vềcấu hình Chúng được chia nhỏ thành các modul Số các modul được sử dụng nhiềuhay ít tuỳ theo yêu cầu công nghệ, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một modulchính là modul CPU Tất cả các modul được gá trên những thanh ray ( rack )

1.42 Bộ đếm tốc độ cao.

1.4.2.1 Định dạng bộ đếm tốc độ cao

Để đọc xung tốc độ cao, ta thực hiện các bước sau cho việc định dạng Wizard:Chọn Wizard đọc xung tốc độ cao High Speed Counter

Hình 1.1 Khai báo sử dụngHSC.

Chọn chế độ (Mode) đọc xung tốc độ cao và loại bộ đếm ( Counter ) nào(HSC0, HSC1,…) Tùy từng loại ứng dụng mà ta chọn mode đọc xung tốc cao, cótất cả 12 mode đọc xung tốc độ cao như sau:

Mode 0, 1, 2: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit nội.

- Mode 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như Bit Reset

- Mode 1: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Reset nhưng không có Bit Start

- Mode 2: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như Bit Reset để cho phép

chọn bắt đầu đếm cũng như xóa Các Bit Start, Reset là các ngõ vào ( Input ) chọn

- Mode 4: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Reset nhưng không có Bit Start.

- Mode 5: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như Bit Reset để cho phép

chọn bắt đầu đếm cũng như xóa Các Bit Start, Reset là các ngõ vào ( Input ) chọn

từ bên ngoài

Mode 6, 7, 8: Dùng đếm 2 pha với 2 xung vào, 1 xung dùng đếm tăng và 1

xung đếm giảm

- Mode 6: Đếm tăng, giảm; không có Bit Start cũng như Bit Reset.

- Mode 7: Đếm tăng giảm, có Bit Reset nhưng không có Bit Start.

- Mode 8: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như Bit Reset để cho phép chọn

bắt đầu đếm cũng như xóa Các Bit Start, Reset là các ngõ vào ( Input ) chọn từ bênngoài

Mode 9, 10, 11: Dùng để đếm xung A/B của Encoder, có 2 dạng:

- Dạng 1 ( Quadrature 1 x mode ): Đếm tăng 1 khi có xung A/B quay theochiều thuận và giảm 1 khi có xung A/B quay theo chiều ngược

- Dạng 2 ( Quadrature 4 x mode ): Đếm tăng 4 khi có xung A/B quay theochiều thuận và giảm 4 khi có xung A/B quay theo chiều ngược

- Mode 9: Đếm tăng, giảm; không có Bit Start cũng như Bit Reset.

- Mode 10: Đếm tăng giảm, có Bit Reset nhưng không có Bit Start.

- Mode 11: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như Bit Reset để cho phép

chọn bắt đầu đếm cũng như xóa Các Bit Start, Reset là các ngõ vào ( Input ) chọn

từ bên ngoài

Mode 12: Chỉ áp dụng với HSC0 và HSC3, HSC0 dùng đếm số xung phát ra

từ Q0.0 và HSC3 dùng đếm số xung phát ra từ Q0.1 ( Được phát ra ở chế độ phátxung nhanh ) mà không cần đấu phần cứng, nghĩa là PLC tự kiểm tra bên trong

CPU 224 có 6 bộ đếm tốc độ cao HSC0 - HSC5 Bảng dưới đây mô tả các chếđếm cũng như loại HSC với các ngõ vào.

Bảng 1.1 Bảng mô tả các chế độ đếm và loại HSC

1.4.2.2.Các Bit đặc biệt dùng để điều khiển HSC.

Mỗi bộ đếm tốc độ cao HSC có một byte nhớ đặc biệt để điều khiển như chọnhướng đếm, mức reset,…Các vùng nhớ cho các HSC được quy định như sau:

Bảng 1.2 Các Bit đặc biệt dùng để điều khiển HSC

Cụ thể như sau đối với HSC0:

SM37.0: Chọn Reset mức cao hay mức thấp

= 0: Reset mức cao

= 1: Reset mức thấpSMxx.1: Chọn Start mức cao hay mức thấp Đối với HSC0 Bit này không sửdụng

= 0: Start mức cao

= 1: Start mức thấpSM37.2: Chọn chế độ x 1 hay x 4

= 0: x 4

= 1: x1SM37.3: Chọn hướng đếm

= 0: đếm giảm

= 1: đếm tăng

SM37.4: Cho phép Update hay không Update hướng.

= 0: không cho phép

= 1: cho phépSM37.5: Cho phép Update hay không Update giá trị đặt (Preset value)

= 0: không cho phép

= 1: cho phépSM37.6: Cho phép Update hay không Update giá trị hiện tại (Current value)

= 0: không cho phép

= 1: cho phépSM37.7: Cho phép bộ đếm hoạt động

= 0: ngừng hoạt động

= 1: hoạt độngTương tự các HSC được điều khiển bởi các Bit tương ứng

Bảng 1.3 Vùng nhớ lưu giá trị.

1.4.3 Truyền thông USS Protocol.

1.4.3.1 Điều kiện để sử dụng giao thức USS.

Thư viện lệnh STEP7 – Micro/Win cung cấp 14 thủ tục con 3 thủ tục ngắt và 8lệnh được tích hợp trong giao thức USS Các lệnh USS sử dụng phương thức sautrong S7 – 200.

- Giao thức USS được thiết lập trên Port 0 cho giao tiếp USS

- Lệnh USS_INIT cho phép lựa chọn giao tiếp kiểu USS hoặc PPI trên port 0.Sau khi lựa chọn giao thức USS để giao tiếp với biến tần nói riêng ta không thể sửdụng port 0 cho bất kỳ mục đích nào khác, kể cả giao tiếp với phần mềm STEP7 –Micro/Win

- Các lệnh USS được tạo ra chiếm khoảng 3600 byte Tuỳ thuộc vào các lệnh

mà ta sử dụng, phải dành riêng cho giao thức USS một vùng nhớ V khoảng 400byte

- Các lệnh USS không được dùng trong thủ tục ngắt

1.4.3.2 Trình tự lập trình sử dụng các lệnh USS.

- Đặt lệnh USS_INIT trong chương trình Lệnh USS_INIT chỉ nên được gọi trong một chu kỳ quét để thiết lập hay thay đổi các thông số giao tiếp của giao thức USS

- Đặt chỉ một lệnh DRV_CTRL cho mỗi một biến tần tích cực trong chươngtrình Có thể thêm vào nhiều lệnh USS_RPM_x và USS_WPM_x nếu cần thiết,nhưng chỉ một biến tần được tích cực tại một thời điểm

- Thiết lập các thông số biến tần để phù hợp với tốc độ baud và địa chỉ củabiến tần được dùng trong chương trình

- Nối cáp giao tiếp giữa CPU và các biến tần

1.4.3.3 Thời gian cần thiết để giao tiếp.

Giao tiếp với các thiết bị có vòng quét không cùng với S7 – 200 S7 – 200thực hiện được vài vòng quét thì thiết bị giao tiếp mới hoàn thành Thời gian cầnthiết để giao tiếp phụ thuộc vào số thiết bị giao tiếp, tốc độ baud và thời gian quétcủa S7– 200

Tốc độ baud Thời gian kiểm tra vòng của các thiết bị có trên mạng

1200 240 ms (lớn nhất) x số thiết bị có trong mạng

và có thể đọc/ghi các thông số của biến tần.

Các lệnh USS này nằm trong thư viện của thư mục Libraries của cây lệnhSTEP7 – Micro/Win

Hình 1.2 Câu lệnh USS_INT

Lệnh này được thực hiện mỗi khi đầu vào EN được thiết lập bằng 1 LệnhUSS_INIT được thực hiện mỗi khi có sự thay đổi trạng thái giao tiếp Khi giao thứcUSS đã được thiết lập, giao thức USS sẽ được loại bỏ bằng cách thực thi một lệnhUSS_INIT mới trước khi có sự thay đổi trong các thông số giao tiếp

Giá trị của đầu vào USS cho phép chọn giao thức giao tiếp Giá trị 1 cho phépdùng port 0 cho giao thức USS Giá trị 0 gán port 0 cho giao thức ppi và loại bỏgiao thức USS

Đầu vào BAUD thiết lập tốc độ baud: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 hay

* Lệnh USS_CTRL.

Lệnh này dùng để điều

khiển biến tần chạy, dừng, đảo

chiều và thay đổi tốc độ

được gửi cho biến tần đó đã

được chọn trong thông số

ACTIVE của lệnh USS_INIT

Mỗi biến tần chỉ có một lệnh

DRV_CTRL

Đầu vào EN được thiết lập

bằng 1 để cho lệnh drv_crtl

được thiết lập (lệnh này luôn

luôn phải được thiết lập)

* DRIVER phải được chọn tích cực trong ACTIVE trong USS_INIT

* OFF2 và OFF3 phải được đặt bằng 0

* FAUL và INHIBIT phải bằng 0

Khi RUN bằng 0 thì một lệnh được gửi đến MicroMaster để giảm tốc độxuống cho đến khi động cơ dừng hẳn

Bit OFF2 được dùng để cho phép biến tần dừng động cơ nhanh hơn Bit OFF3được dùng để MicroMaster dừng nhanh chóng.

Bit F_ACK (Fault Acknowledge) được dùng để xác nhận lỗi truyền thôngtrong biến tần Biến tần sẽ xóa lỗi (FAULT) khi F_ACK đi từ mức thấp đến mứccao

Bit DIR (direction) đảo chiều quay của động cơ

Đầu vào DRIVE (drive address) cho biết địa chỉ của biến tần MicroMaster màlệnh DRV_CRTL đã điều khiển Địa chỉ có giá trị từ 0 đến 30

Đầu vào TYPE chọn loại biến tần Với biến tần MicroMaster 3 chọn TYPE =

0, với biến tần MICROMASTER 4 chọn TYPE = 1

Đầu vào Speed_SP (speed setpoint) đặt tốc độ của động cơ dưới dạng phầntrăm của tốc độ tối đa (-200% đến 200%) Giá trị âm của Speed_SP làm động cơđảo chiều quay

Bit Error là một byte lưu kết quả của lần giao tiếp mới nhất với biến tần

Đầu ra STATUS chứa trạng thái của biến tần

Đầu ra SPEED lưu tốc độ của động cơ dưới dạng phần trăm của tốc độ địnhmức (-200% đến 200%)

Đầu ra RUN_EN (DRIVE RUN ENable) cho biết biến tần đang chạy (bằng 1)hay đã dừng (bằng 0)

Đầu ra D_DIR cho biết chiều quay của động cơ

Đầu ra INHIBIT cho biết trạng thái cấm trong biến tần (0 – not inhibited, bằng

1 inhibited) Để xóa bit cấm thì bit FAULT phải được OFF và các bit vào RUN,OFF2 và OFF3 phải bằng 0

Đầu ra FAULT cho biết trạng thái của bit lỗi (0 – không có lỗi, 1 – có lỗi) Bộbiến tần sẽ hiển thị mã lỗi Để xóa bit FAULT thì phải sửa lỗi và thiết lập bằng 1 bitF_ACK

* Lệnh USS_RPM_x

kì vòng quét khi đầu vào EN được thiết lập bằng 1 Vì thế đầu vào XMT_REQ nênđược cho qua một bộ P (bộ tách sườn dương) chỉ cho phép một yêu cầu được truyền

đi ở mỗi cạnh lên của đầu vào EN

Đầu vào DRIVE là địa chỉ của biến tần MicroMaster mà lệnh USS_RPM_xđược gửi đi Địa chỉ này có giá trị từ 0 đến 31

Đầu vào PARAM xác định thông số cần đọc Đầu vào INDEX là giá trị chỉ sốcủa thông số cần đọc

Địa chỉ của một bộ đệm 16 – byte phải được đưa vào đầu vào DB_PTR Bộđệm này được sử dụng bởi lệnh READ_PM để lưu kết quả nhận được từ biến tần.Khi lệnh READ_PM hoàn tất thi đầu ra DONE được thiết lập bằng 1 và đầu raERROR (kích thước byte) chứa kết quả của việc thực hiện lệnh

Đầu ra VALUE là giá trị thông số đọc về.

* Lệnh USS_WPM_x

Hình 1.5 Lệnh ghi một thông số từ PLC xuống biến tần.

Lệnh USS_WPM_x ghi một giá trị word không dấu vào một thông số xácđịnh Lệnh USS_WPM_x hoàn tất khi MicroMaster xác nhận hay khi nhận đượclỗi

Đầu vào EN phải được thiết lập bằng 1 để cho phép truyền một yêu cầu vàluôn giữ nguyên trạng thái bằng 1 cho đến khi bit DONE được thiết lập báo hiệu sựhoàn tất Một yêu cầu USS_WPM_x được truyền đến MicroMaster ở mỗi chu kỳquét khi đầu vào XMT_REQ bằng 1 Vì thế XMT_REQ nên được cho qua bộ P (bộtách sườn dương) chỉ cho phép một lệnh được truyền đi ở mỗi cạnh lên của đầu vàoEN

Đầu vào DRIVE là địa chỉ của biến tần MicroMaster mà lệnh USS_WPM_xđược gửi đi Địa chỉ có giá trị từ 0 đến 31

Đầu vào PARAM xác định thông số cần ghi Đầu vào INDEX là giá trị chỉ sốcủa thông số cần ghi Đầu ra VALUE là giá trị cần ghi thông số

Khi đầu vào EEPROM được thiết lập bằng 1 thì lệnh này được ghi vào cảRAM và EEPROM của biến tần Khi đầu vào này bị mất đi thì lệnh chỉ được khivào RAM của biến tần

Địa chỉ của một bộ đệm 16 – byte phải được đưa vào đầu vào DB_PTR Bộđệm này được sử dụng bởi lệnh USS_WPM_x để lưu kết quả nhận được từ biến tầnMicroMaster.

Khi lệnh USS_WPM_x hoàn tất thì đầu ra DONE được thiết lập bằng 1 và đầu

ra ERROR (byte) chứa kết quả của việc thực hiện lệnh

1.5 Biến tần MM420.

1.5.1 Giới thiệu chung về họ biến tần MM4XX

Micro Master MM4XX chính là họ biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng cácbiến tần tiêu chuẩn Khả năng điều khiển Vector cho tốc độ và Mômen hay khảnăng điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời chocác hệ thống truyền động quan trọng như các hệ thống nâng chuyển, các hệ thốngđịnh vị Không chỉ có vậy, một loạt khối logic sẵn có lập trình tự do cung cấp chongười sử dụng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt các thao tác mộtcách tự động MM4XX là bộ biến đổi tần số dùng điều khiển tốc độ động cơ ba phaxoay chiều Có nhiều loại khác nhau từ 120W nguồn vào một pha đến 200kWnguồn vào ba pha Các biến tần dùng vi xử lý để điều khiển và dùng transitor lưỡngcực cửa cách ly Điều này làm cho chúng đáng tin cậy và linh hoạt Một phươngpháp điều chế độ rộng xung được chọn cho phép động cơ làm việc êm Biến tần cónhiều chức năng bảo vệ

Biến tần Micro Master với các thông số đặt mặc định của nhà sản xuất, có thểphù hợp với một số ứng dụng động cơ đơn giản MM 4XX cũng được dùng chonhiều các ứng dụng điều khiển động cơ cấp cao nhờ danh sách các thông số hỗnhợp của nó

1.5.2 Cấu tạo chung và nguyên tắc hoạt động.

MM 4XX thay đổi điện áp hay tốc độ cho động cơ xoay chiều bằng cáchchuyển đổi dòng điện xoay chiều cung cấp (AC Supply) thành dòng một chiều trunggian (DC Link) sử dụng cầu chỉnh lưu thành điện áp xoay chiều cung cấp cho động

cơ với giá trị tần số thay đổi Nguồn cung cấp cho biến tần có thể sử dụng nguồnxoay chiều một pha (cho công suất thấp), hay sử dụng nguồn xoay chiều ba pha.Phần điện áp một chiều trung gian chính là điện áp trên các tụ điện, các tụ điệnđóng vai trò san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu và cung cấp cho phầnnghịch lưu Điện áp trên tụ không điều khiển được và phụ thuộc vào điện áp đỉnhcủa nguồn xoay chiều cung cấp.

Điện áp một chiều được chuyển thành điện áp xoay chiều sử dụng phươngpháp điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM) ở mạch nghịch lưu

Hình 1.7 Đầu nối điều khiển của biến tần MM420.

10 RL1-B Đầu ra số / tiếp điểm NO

11 RL1-C Đầu ra số / chân chung

12 DAC+ Đầu ra tương tự (+)

13 DAC- Đầu ra tương tự (-)

Bảng 1.8 Chức năng các đầu nối điều khiển.

1.5.3.3.Sơ đồ nguyên lý.

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý của biến tần MM420.

1.6.Các thông số cài đặt nhanh.

Bộ biến tần MM 420 tương thích với động cơ nhờ sử dụng chức năng cài đặtthông số nhanh, và các thông số kĩ thuật quan trọng sẽ được cài đặt Cài đặt thông

số nhanh không cần thực hiện nếu thông số định mức của động cơ ghi mặc địnhtrong bộ biến tần thích hợp với thông số ghi trên nhãn của động cơ đang nối vào

biến tần Để cài đặt cho biến tần, người ta có thể sử dụng màn hình BOP hay phần mềm kết hợp với máy tính Trong thực tế, màn hình BOP được sử dụng chủ yếu để

cài đặt cho biến tần vì sự tiện lợi và cơ động của nó

Thông số Chức năng

P0003 = 3

Mức truy nhập của người sử dụng

1 Mức cơ bản: Cho phép truy nhập tới thông số thôngthường nhất

2 Mở rộng: Ví dụ truy cập tới các chức năng I/O

3 Chuyên gia: Chỉ dành cho chuyên gia

ứng dụng bộ biến tần (nhập vào khiểu mômen yêu cầu)

0 Mômen không đổi (ví dụ như thang máy, máy nén)

1 Mômen biến đổi (Ví dụ như bơm quạt) Thông số này chỉ có tác dụng đối với bộ biến tần trong hệ truyềnđộng 5.5 kW / 400V

P0300 = 1

Chọn kiểu động cơ

1 Động cơ không đồng bộ (hay động cơ dị bộ)

2 Động cơ đồng bộĐối với P0300 = 2 (động cơ không đồng bộ), chỉ được phépđiều khiển khiểu V/f (P1300 < 20)

P0304 = …

Điện áp định mức ghi trên nhãn động cơ (V) Điện áp định mức ghi trên nhãn động cơ phải được kiểmtra, từ đó biết được cấu hình mạch Y/∆ để đảm bảo phù hợp vớicách nối mạch trên bảng đầu nối của động cơ

P0305 = … Dòng điện định mức của động cơ (A) – dòng điện ghi trên nhãn

của động cơ P0307 = … Công suất định mức của động cơ (kW/hp)

P0308 = … Hệ số công suất (Cosϕ) định mức của động cơ

Nếu như cài đặt là 0, giá trị được tự động tính toán

P0320 =…

Dòng từ hóa động cơDòng điện từ hóa đọng cơ tính theo % P0305Với P0320 = 0, dòng từ hóa động cơ được tính toán sử dụngP0340 = 1 hoặc sử dụng P3900 = 1 - 3 và được hiển thị trongthông số r0331

P0335 = 0

Chọn chế độ làm mát động cơ

0 Làm mát tự nhiên: Sử dụng trục gá quạt gắn với động cơ

1 Làm mát cưỡng bức: Sử dụng quạt làm mát cấp nguồnriêng

2 Làm mát tự nhiên là quạt bên trong

3 Làm mát cưỡng bức và quạt bên trongP0640=150

dòng điện định mức của động cơ Bằng việc sử dụng P0205,thông số này được cài đặt tới 150% đối với mômen không đổi và110% đối với mômen thay đổi

4 USS trên đường truyền BOP

5 USS trên đường truyền COM (các đầu nối 29 và 30)

6 CB trên đường truyền COM (CB = môđun truyền thông)

4 USS trên đường truyền BOP

5 USS trên đường truyền COM

…………

77 Điểm đặt tương tự 1 + Điểm đặt tương tự 2

P1080 = 0

Tần số nhỏ nhất cho động cơ (Hz)Đặt tần số động cơ nhỏ nhất tại đó động cơ sẽ chạy mà không tínhđến tần số điểm đặt Giá trị cài đặt ở đây có tác dụng cho cả quaythuận và ngược

P1082 = 50 Tần số lớn nhất cho động cơ (Hz)

Đặt tần số động cơ lớn nhất tại đó động cơ sẽ chạy mà không tínhđến tần số điểm đặt Giá trị cài đặt ở đây có tác dụng cho cả quay

thuận và ngược.

P1120= 10

Thời gian tăng tốc (s)Thời gian tăng tốc là thời gian để động cơ tăng tốc từ điểm dừngđến điểm có tần số lớn nhất khi không dùng cách tăng tốc có dạngđường cong Nếu thời gian tăng tốc được đặt quá nhỏ, điều này cóthể làm xuất hiện cảnh báo A0501 (Giá trị giới hạn dòng) hoặclàm cho bộ biến tần của hệ thống bị dừng với lỗi F0001 (qúadòng)

23 Điều khiển mômen xoắn vector có sensorP1910 = 0 0 Chọn dữ liệu cho động cơ

P1960 = 0 Tối ưu hóa thiết bị điều khiển tốc độ

Để tối ưu hóa thiết bị điều khiển tốc độ, phải bật chế độ điềukhiển vector vòng kín (P1300 = 20 hoặc 21) Sau khi chọn xong

chế độ tối ưu hoấ (P1960 = 1), thì đèn báo A05452 không hiển thị

1 Bắt đầu quá trình cài đặt nhanh với chế độ cài mặc định

2 Bắt đầu quá trình cài đặt nhanh

3 Bắt đầu quá trình cài đặt nhanh chỉ dành cho các dữ liệu của động cơ

CHÚ ÝVới P3900 = 1,2,3 P0340 tự đặt tới 1 và các dữ liệu phùhợp được tính toán (xem danh sách thông số P0340)

Bảng 3.4: Các thông số cài đặt nhanh.

1.7 Các thông số cài đặt ứng dụng.

Cài đặt ứng dụng để điều chỉnh hoặc tối ưu hoá sự kết hợp giữa bộ biến tần vàđộng cơ cho một ứng dụng cụ thể Bộ biến tần có nhiều tính năng nhưng không phảitất cả các tính năng đều cần thiết cho một ứng dụng cụ thể Có thể bỏ qua các tínhnăng này khi cài đặt ứng dụng

1.7.1 Đầu vào số (DIN).

P0701:Chức năng đầu vào số 1 (đầu nối số 5)

P0702:Chức năng đầu vào số 2 (đầu nối số 6)

P0703:Chức năng đầu vào số 3 (đầu nối số 7)

P0704:Chức năng đầu vào số 4 (đầu nối số 8)

P0705:Chức năng đầu vào số 5 (đầu nối số 16)

P0706:Chức năng đầu vào số 6 (đầu nối số 17)

P0708:Chức năng đầu nối số 8 (qua đầu vào tương tự, đầu nối số 10)

Hình 1.9 Đầu vào số của biến tần

- Các chế độ cài đặt có thể cho vào các đầu vào số:

= 0: Đầu vào số không hoạt động

= 10: Chạy nhấp, bên phải

= 11: Chạy nhấp, bên trái

= 12: Đảo chiều

… = 99: Cho phép cài đặt thông số BICO

P0724:

Xác định thời gian trễ dùng cho đầu vào số (thời gian lọc)Không có thời gian trễ

Thời gian trễ 2.5msThời gian trễ 8.2msThời gian trễ 12.3ms

P0724: thấp(NPN) Quá trình này áp dụng cho tất cả các đầu vào số cùngChuyễn đổi giữa trạng thái tích cực cao (PNP) và tích cực

một lúc

0 Chế độ NPN  Tích cực thấp

1 Chế độ PNP  Tích cực cao

734: định Xác định trạng thái cao thấp của rơle cho một chức năng nhất

Các chế độ cài đặt của các đầu ra số:

= 52.0 Bộ truyền động sẵn sàng

= 52.2 Bộ truyền động đang hoạt động

= 52.3 Kích hoạt chế độ phát hiện lỗi của bộ truyền động

… = 53.0 Kích hoạt hãm DC

5 USS trên đường truyền BOP

6 USS trên đường truyền COM

…

77 Giá trị đặt tương tự 2P1074: Giá trị đặt phụ thuộc không hoạt động

P1075: Xác định nguồn cho giá trị đặt phụ (được thêm vào giá trị

đặt chính)P1076: Định thang giá trị đặt bổ sung Xác định nguồn để chia

độ cho giá trị đặt phụ

1.7.4 Giao thức uss trên biến tần.

Cách thức kết nối PLC với biến tần được thực hiện như hình vẽ sau:

Bước 1: Xác định ý nghĩa của các chân đầu ra cổng truyền thông PLC

Hình1.10 Sơ đồ chân của cổng truyền thông trên PLC.

Bước 2: Kết nối PLC và biến tần.

Hình 1.11 Sơ đồ kết nối PLC – Biến tần.

Các tham số về giao tiếp nối tiếp USS :

Để có thể giao tiếp được với PLC S7-200 thì biến tần phải được thiết lập cácthông số về truyền thông USS Các thông số này được thiết lập như sau:

P2010 = 6: Đặt tốc độ Baud cho truyền thông USS là 9600 Baud

P2011 = 0: Đặt địa chỉ duy nhất cho biến tần MM440 là 0

P2012 = 2: Đặt chiều dài của PZD trong một lần truyền dữ liệu theo khiểuUSS là 2 từ

P2013 = 127: Đặt chiều dài của PKW trong một lần truyền dữ liệu theo khiểuUSS có thể thay đổi.

Các tham số liên quan khác :

P0700 = 5: Chọn nguồn lệnh từ USS trên đường truyền COM

P1000 = 5: : USS trên đường truyền COM

1.8 Kết luận chương I.

Kết thúc chương I chúng em đã tìm hiểu được những vấn đề sau:

- Tìm hiểu được tổng quan về OPC

-

CHƯƠNG II : BÀI THÍ NGHIỆM HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT

VỚI PC ACCESS OPC VÀ PLC S7-200.

2.1 Đặt vấn đề.

Trong tự động hóa công nghiệp, việc điều khiển và giám sát một hệ thống làcông việc không thể thiếu được Một hệ thống chỉ có điều khiển không thôi sẽkhông đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề ra, điều khiển luôn đi đôi với việc giám sát vàthu thập dữ liệu để từ đó hệ thống mới có thông tin phản hồi cho ra những tín hiệuđiều chỉnh chính xác Trong khoảng 25 năm trước đây, người ta đã phát triểnSCADA (viết tắt từ chữ Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệthống điềukhiển giám sát và thu thập dữ liệu ngày càng hoàn thiện Nói một cáchkhác, Scada là hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa ởcấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường

Chính vì vậy công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang dần hình thành và phát triểnsâu rộng ở nước ta Các ngành kinh tế nói chung và ngành tự động hóa nói riêng đòihỏi phải có đội ngũ không những có chuyên môn cao mà còn phải đào tạo ra lớp kếcận có kiến thức sâu rộng để bắt kịp sự tiến bộ khoa học nhân loại Đồng thời phảibiết vận dụng kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sảnxuất như : sửa chữa, thiết kế, lắp đặt…Chúng em hy vọng sẽ nắm bắt được nhữngthành tựu của khoa học nhân loại và áp dụng vào đời sống thực tiễn

Là những kỹ sư Cơ Điện Tử trong tương lai, chúng em đã nhận thức rõ đượcvai trò của hệ thống điều khiển giám sát trong sản xuất công nghiệp hiện tại Với

yêu cầu của đề tài là : “Xây dựng bài thí nghiệm điều khiển giám sát với OPC

PC ACCESS và PLC S7-200” 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 ratrường

Hình 2.1 Mô hình cơ khí panel thí nghiệm.

- PLC và Biến tần được nối qua cáp truyền thông RS 485 để điều khiển động

cơ không đồng bộ ba pha

Cách thức giao tiếp: Chương trình được lập trình trên PC sau đó được loadxuống PLC thông qua PC Adapter(USB/PPI+) Sau khi PLC được load chươngtrình sẽ gửi lệnh xuống biến tần qua RS - 485, sau đó biến tần sẽ xử lý thông tin đểthực hiện yêu cầu công nghệ đã lập trình đồng thời gửi các thông số hoạt động vềPLC.

Động cơ là đối tượng điều khiển đóng vai trò là cơ cấu chấp hành nhận lệnh điềukhiển từ biến tần

về PLC để dừng động cơ bảo đảm an toàn cho hệ thống

Encoder được gắn ở trục tốc độ nhằm giám sát, số vòng quay của trục vít me.Khi ta muốn dịch chuyển bàn dao một khoảng cách bất kỳ, dựa vào hệ số giảm tốccủa hộp số và bước của vít me bi ta sẽ biết được động cơ cần phải quay bao nhiêuvòng, từ đó encoder sẽ giám sát số vòng quay đó và đưa tín hiệu về PLC để dừngđộng cơ

2.2.2 Các yêu cầu của hệ thống.

Hành trình của vít me được giới hạn bởi các cảm biến là cảm biến đầu, và cảmbiến cuối Nhiệm vụ của cảm biến đầu và cảm biến cuối là dừng động cơ để đảmbảo tính an toàn của hệ thống

Yêu cầu công nghệ:

- Khởi động hệ thống sau đó theo yêu cầu điều khiển mà bàn vít me được dịchchuyển sang trái hay sang phải bao nhiêu mm

- Encoder có nhiệm vụ giám sát số vòng quay của bàn vít me Thông qua số xungđếm được trên một vòng quay ta có thể tính được số vòng quay của trục vít me từ

đó tính được quãng đường di chuyển của bàn vít me

- Với một bài toán xác định vị trí thì yêu cầu về độ chính xác luôn được đặt lên hàngđầu Do phần tử truyền động là động cơ không đồng bộ ba pha với thuộc tính điềukhiển phức tạp vì vậy việc dừng chính xác động cơ là rất quan trọng

2.2.3 Các phần tử của hệ thống.

2.2.3.1 Bàn vítme đai ốc bi.

Đây là thiết bị cơ khí có độ chính xác cao, được điều khiển thông qua cácđộng cơ được gắn đồng trục với nhau Động cơ điều khiển vít me có thể là động cơStep, động cơ secvor, động cơ ba pha tùy vào yêu cầu công nghệ cũng nhưphương pháp điều khiển mà ta lựa chọn sao cho phù hợp Ở đây ta dùng động cơ bapha để điều khiển

Một bộ vít me hoàn chỉnh bao gồm bàn gá, các gối đỡ, thanh dẫn hướng

Hình 2.2 Kết cấu trục vitsme đai ốc bi