Điều khiển và giám sát tốc độ động cơ từ máy tính

Đất nước ta đang trên con đương tiến lên một đất nước công ngiệp hóa hiện đại hóa. Để đạt được mục tiêu đó thì ngành công ngiệp máy tính là một ngành then chốt để tiến lên con đường công ngiệp hoá và hiện đại hóa đất nước. Ngày nay trong các nhà máy xí nghiệp hay công xưởng đều sử dụng máy vi tính vào việc đo lường điều khiển, tính toán và trong quản lý hành chính, nhờ có đặc tính gọn nhẹ, độ tin cậy cao linh hoạt và đơn giản trong sử dụng. Đặc biệt trong các ngành công nghiệp hiện đại, máy tính điện tử không những góp phần vào việc nâng cao năng suất lao động mà còn góp phần vào việc bảo vệ sức khoẻ và an toàn lao động cho con người Đễ hoàn thành những công việc kể trên chúng ta cần phải kết nối các máy vi tính với nhau, hoặc kết nối chúng với các thiết bị ngoại vi nhận dữ liệu để xử lý hay gửi dữ liệu đi cho các thiết bị khác xử lý. Để thực hiện được công việc này thì điều đầu tiên chúng ta phải làm đó là chúng ta phải kết nối phần cứng cho phù hợp và viết các chương trình truyền dữ liệu.

Lời nói đầu

Đất nước ta đang trên con đương tiến lên một đất nước công ngiệp hóa hiện đại hóa Để đạt được mụctiêu đó thì ngành công ngiệp máy tính là một ngành then chốt để tiến lên con đường công ngiệp hoá và hiện đại hóa đất nước

Ngày nay trong các nhà máy xí nghiệp hay công xưởng đều sử dụng máy vi tính vào việc đo lường điều khiển, tính toán và trong quản lý hành chính, nhờ có đặc tính gọn nhẹ, độ tin cậy cao linh hoạt và đơn giản trong sử dụng Đặc biệt trong các ngành công nghiệp hiện đại, máy tính điện tử không những góp phần vào việc nâng cao năng suất lao động mà còn góp phần vào việc bảo vệ sức khoẻ và an toàn lao động cho con người

Đễ hoàn thành những công việc kể trên chúng ta cần phải kết nối các máy vi tính với nhau, hoặc kết nối chúng với các thiết bị ngoại vi nhận dữ liệu để xử lý hay gửi dữ liệu đi cho các thiết bị khác xử lý Để thực hiện được công việc này thì điều đầu tiên chúng ta phải làm đó là chúng ta phải kết nối phần cứng cho phù hợp và viết các chương trình truyền dữ liệu

Trước yêu cầu thực tế đó nhóm sinh viên chúng em được nhận đề tài “Điều khiển và giám sát tốc

độ động cơ từ máy tính” Sau khi nhận được đề tài này nhóm chúng em đ• tập chung tìm hiểu một cách nghiêm túc, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Đặng Quang Đồng đến nay chúng em đ• hoàn thành

Nhóm sinh viên chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy các cô trong khoa Điện - Điện tử cùng các bạn đ• đóng góp ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện đề tài này

Hưng Yên ngày16 Tháng 8 Năm 2008

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Xuân Vũ

Đào Văn Tân

Lê Việt Anh

Nhận xét, đánh giá của giáo viên hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng yên, ngày … tháng … năm 2007 Giáo viên hướng dẫn Đặng Quang Đồng Nhận xét, đánh giá của giáo viên phản biện ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng yên, ngày … tháng … năm 2008

Giáo viên phản biện

3.1.2 Cổng truyền thông RS485 26

3.2 Truyền thông Freeport PLC với máy tính 27

3.2.1 Giới thiệu truyền thông Freeport 27

3.2.2 Kết nối phần cứng 29

3.2.3 Phần mền truy xuất dữ liệu giao tiếp PLC với máy tính 30

3.3 Truyền thông USS PLC với biến tần34

3.3.1 Truyền thông USS 34

3.3.1.1 Giới thiệu về truyền thông USS 34

4.2 Truyền thông USS biến tần với PLC58

4.3 Điều khiển động cơ không đồng bộ 61

4.3.1 Xây dung mô hình toán học động cơ không đồng bộ 61

4.3.1.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 61

4.3.1.2 Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ62

4.3.2 Mô hình động cơ KDB 3 Pha rotor lồng sóc và tìm bộ điều khiển tốc độ: 644.3.2.1 Mô tả toán học động cơ không đồng bộ ba pha: 64

4.3.2.2 Hệ phương trình cơ bản của động cơ: 66

4.3.2.3 Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ toạ độ từ thông rotor (hệ toạ độ dq) : 674.3.2.4 Cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ không sensor động cơ KĐB69

4.3.3 Tuyến tính hoá mô hình động cơ 72

4.3.3.1 Tổng hợp Risq và R? 73

4.3.3.2 Tổng hợp Risd: 75

4.3.4 Tính toán và mô phỏng : 76

4.3.4.1 Mô phỏng mô hình hệ thống trên toạ độ dq: 79

Mô hình động cơ sau khi tính toán: 79

4.3.4.2 Mô hình toàn bộ hệ thống không dùng cảm biến tốc độ : 80

4.4 Cài đặt thông số điều khiển trên biến tần MM440 82

4.4.2 Cài đặt tham số điều khiển vector không sensor: 83

Mô hình điều khiển giám sát tốc độ động cơ KĐB 88

5.1 Giới thiệu mô hình 88

Chương 1

Mở đầu

1 Phân tích yêu cầu đề tài

- Với đề tài : Điều khiển và giám sát động cơ không đồng bộ sử dụng truyền thông Máy tính, PLC

- Sơ đồ kết nối phần cứng đơn giản

- Khối lượng dây dẫn ít

- Đáp ứng điều khiển, giám sát nhanh, chính xác

Để ứng dụng mô hình trên vào đề tài này thì phương thức truyền nhận dữ liệu từ Máy tính xuốngPLC và ngược lại chúng em sử dụng giao thức truyền thông Freeport là giao thức truyền thông do người dùng tự định nghĩa sẽ được trình bày kỹ hơn trong phần tiếp theo của đồ án

Để điều khiển biến tần thông qua PLC người ta thường dùng các cách sau:

1 Dùng các đầu vào/ ra số của PLC nhưng cách này có hạn chế là chỉ điều khiển được những chức năng đơn giản khởi động, dừng, đảo chiều

2 Điều khiển biến tần qua mạng Profibus, nhưng với một ứng dụng nhỏ thì việc thiết kế một mạng Profibus sẽ đưa giá thành lên cao không kinh tế

3 Dùng port0 của PLC kết nối với port RS485 của biến tần, một PLC có thế điều khiển hệ thống mạng tối

đa 31 biến tần Mạng này chính là mạng USS đây cũng chính là phương pháp truyền thông mà chúng em chọn trong đề tài này

Động cơ được kết nối trực tiếp vào đầu ra ba pha được thiết kế riêng cho biến tần chuyên để điều khiển động cơ xoay chiều ba pha

Với thực tế thiết bị hiện có và kiến thức chúng em được học tại trường, nên việc lựa chọn mô hình như trên là hợp lý

dữ liệu (DTE, Data terminal Equipment), ví dụ giữa máy tính và Modem

Mặc dù tính năng hạn chế, RS-232 là một trong các chuẩn tín hiệu có từ lâu nhất, vì thế được sử dụng rất rộng r•i Ngày nay mỗi máy tính cá nhân đều có một vài cổng RS-232 (cổng COM), có thể sử

dụng tự do để nối với các thiết bị ngoại vi hoặc với các máy tính khác Nhiều thiết bị công nghiệp cũng tích hợp cổng RS-232 phục vụ lập trình hoặc tham số hoá.

1.2 Đặc tính điện học

RS-232 sử dụng phương thức truyền không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất Mức điện áp được sử dụng dao động trong khoảng từ -15V tới 15V Khoảng từ 3V đến 15V ứng với giá trị logic 0, khoảng từ -15V đến -3V ứng với giá trị logic 1 như hình vẽ sau:

Chính vì -3V đến tới 3V là phạm vi không được định nghĩa trong trường hợp thay đổi giá trị logic

từ 0 lên 1 hoặc từ 1 xuống 0 một tín hiệu phải vượt qua khoảng quá độ đó trong một khoảng thời gian ngắn hợp lý

Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2KBd (chiều dài cho phép 30-50m) Gần đây, sự tiến bộ trong vi mạch đ• góp phần năng caotốc độ của các Modem lên nhiều lần so với ngưỡng 19.2KBd Hiện nay đ• có những mạch thu phát đạt tốc

độ 460KBd và hơn nữa, tuy nhiên tốc độ truyền dẫn thực tế lớn hơn 115.2KBd theo chuẩn RS -232 trong một hệ thống làm việc dựa vào ngắt là một điều khó có thể thực hiện được

Một ưu điểm của chuẩn RS – 232 là có thể sử dụng công suất phát tương đối thấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 3-7K? Bảng dưới đây tóm tắt mộ số thông số điện học quan trọng của

RS – 232

Thông số Điều kiện Tối thiểu Tối đa

Điện áp đầu ra khi có tải 3K? ? RL ? 7K3K? 5V 15V

Trở kháng đầu ra khi cắt nguồn -2V ?V0 ? 2V 300?

Trở kháng đầu vào 3V ?V1 ? 25V 3K? 7K?

Ngưỡng cho giá trị logic 1 -3V

1.3 Đặc tính cơ học

Chuẩn EIA/TIA-232F quy định ba loại giắc cắm RS - 232 là DB - 9 (chín chân), DB - 25 (25 chân) và ALT - A(26 chân), trong đó hai loại đầu được sử dụng rộng r•i hơn Loại DB - 9 cũng đ• được chuẩn hoá riêng trong EIA/TIA-574

ý nghĩa các chân quan trọng được mô tả trong bảng sau

ý nghĩa của các chân quan trọng được mô tả như dưới đây

- RxD: đường nhận dữ liệu

- TxD:đường gửi dữ liệu

- DTR: chân DTR thường ở trạng thái ON khi thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông Qua việc giữ mạch DTR ở trạng thái ON, thiết bị đầu cuối cho phép DCE của nó ở chế độ “tự trả lời” chấp nhận lời gọi không yêu cầu Mạch DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối không muốn DCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa (chế độ cục bộ)

- DSR: cả hai modem chuyển mạch DSR sang ON khi một đường truyền thông đ• được thiết lập giữa hai bên

- DCD: chân này được sử dụng để kiểm soát truy nhập đường truyền Một trạm nhận tín hiệu DCD là OFFsex hiểu là trạm đối tác chưa đóng mạch yêu cầu gửi dữ liệu (Chân RTS) và vì thế có thể đoạt quyền kiểm soát đường truyền nếu cần thiết Ngược lại, tín hiệu DCD là ON chỉ thị bên đối tác đ• gửi tín hiệu RTS và giành quyền kiểm soát đường truyền

- RTS: dùng để kiểm soát chiều truyền dữ liệu Khi một trạm cần gửi dữ liệu, nó đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với modem của nó Thông tin này cũng được chuyển tiếp tới modem xa

- CTS: Khi CTS chuyển sang ON, một trạm được thông báo rằng modem của nó đ• sẵn sàng nhận dữ liệu từ trạm và kiểm soát đường điện thoại cho việc truyền dữ liệu đi xa

RI: Khi modem nhận được một lời gọi, mạch RI chuyển ON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại

để báo hiệu cho trạm đầu cuối Tín hiệu này chỉ thị rằng một modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dial-up.1.4 Chế độ làm việc

Chế độ làm việc của hệ thống RS - 232 là hai chiều toàn phần, tức là hai thiết bị tham gia cùng cóthể thu và phát tín hiệu cùng một lúc Như vậy, việc thực hiện truyền thông cần tối thiểu ba dây dẫn -

trong đó hai dây tín hiệu nối chéo các đầu thu phát của hai trạm và một dây đất Với cấu hình tối thiểu này việc đảm bảo độ an toàn truyền dẫn tín hiệu thuộc về trách nhiệm của phần mềm.

Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp

Kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay

- Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại

- Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Device)

- Cho phép nối mạng

- Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính đang làm việc

- Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản

Các thiết bị ghép nối chia thành 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data

Communication Equipment) DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển, … Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân RxD (nhận) và TxD (truyền) Các tín hiệu còn lại có chức năng hỗ trợ để thiết lập và điều khiển quá trình truyền, được gọi là các tín hiệu bắt tay (handshake) Ưu điểm của quá trình truyền dùng tín hiệu bắt tay là có thể kiểm soát đường truyền

Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronics Industry Associations)

Chuẩn RS-232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V (mark), mức logic 0 ứng với điện áp từ 3V đến 25V (space) và có khả năng cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA Ngoài ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn có thể lên đến 115.200 bps

Các phương thức nối giữa DTE và DCE:

- Đơn công (simplex connection): dữ liệu chỉ được truyền theo 1 hướng.

- Bán song công ( half-duplex): dữ liệu truyền theo 2 hướng, nhưng mỗi thời điểm chỉ được truyền theo 1 hướng

- Song công (full-duplex): số liệu được truyền đồng thời theo 2 hướng

Định dạng của khung truyền dữ liệu theo chuẩn RS-232 như sau:

Khi không truyền dữ liệu, đường truyền sẽ ở trạng thái mark (điện áp -10V) Khi bắt đầu truyền, DTE sẽ đưa ra xung Start (space: 10V) và sau đó lần lượt truyền từ D0 đến D7 và Parity, cuối cùng là xung Stop (mark: -10V) để khôi phục trạng thái đường truyền Dạng tín hiệu truyền mô tả như sau (truyền ký tự A):

Tín hiệu truyền của ký tự ‘A’

Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232 như sau:

Các sơ đồ khi kết nối dùng cổng nối tiếp:

Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp

Khi thực hiện kết nối như trên, quá trình truyền phải bảo đảm tốc độ ở đầu phát và thu giống nhau Khi có

dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ được đưa vào bộ đệm và tạo ngắt Ngoài ra, khi thực hiện kết nối giữa haiDTE, ta còn dùng sơ đồ sau:

Kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay

Khi DTE1 cần truyền dữ liệu thì cho DTR tích cực tác động lên DSR của DTE2 cho biết sẵn sàng nhận

dữ liệu và cho biết đ• nhận được sóng mang của MODEM (ảo) Sau đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS của DTE2 cho biết DTE1 có thể nhận dữ liệu Khi thực hiện kết nối giữa DTE và DCE, do tốc độ truyền khác nhau nên phải thực hiện điều khiển lưu lượng Quá trinh điều khiển này có

thể thực hiện bằng phần mềm hay phần cứng Quá trình điều khiển bằng phần mềm thực hiện bằng hai ký

tự Xon và Xoff Ký tự Xon được DCE gởi đi khi rảnh (có thể nhận dữ liệu) Nếu DCE bận thì sẽ gởi ký tựXoff Quá trình điều khiển bằng phần cứng dùng hai chân RTS và CTS Nếu DTE muốn truyền dữ liệu thì

sẽ gởi RTS để yêu cầu truyền, DCE nếu có khả năng nhận dữ liệu (đang rảnh) thì gởi lại CTS

2 Phần mền truy xuất dữ liệu giao tiếp máy tính và plc

2.1 Truyền thông nối tiếp dùng ActiveX

a Mô tả

Việc truyền thông nối tiếp trên Windows được thực hiện thông qua một ActiveX có sẵn là Microsoft Comm Control ActiveX này dược lưu trữ trong file MSCOMM32.OCX Quá trình này có hai khả năng thực hiện điều khiển trao đổi thông tin:

- Điều khiển sự kiện:

Truyền thông điều khiển sự kiện là phương pháp tốt nhất trong quá trình điều khiển việc trao đổi thông tin Quá trình điều khiển thực hiện thông qua sự kiện OnComm

Quá trinh điều khiển bằng phương pháp hỏi vòng thực hiện thông qua kiểm tra các giá trị của thuộc tính CommEvent sau một chu kỳ nào đó để xác định xem có sự kiện nào xảy ra hay không Thông thường phương pháp này sử dụng cho các chương trình nhỏ

ActiveX MsComm được bổ sung vào một Visual Basic Project thông qua menu

Project > Components:

Bổ sung đối tượng MsComm vào vùng thiết kế

2.2 Các thuộc tính của đối tượng ActiveX

• Setting:

Xác định các tham số cho cổng nối tiếp Cú pháp lệnh

MScomm1.setting = Parastring

Trong đó: MScomm1:tên đối tượng

Parastring là một chuỗi có định dạng như sau: “BBBB,P,D,S”BBBB: Tốc độ truyền dữ liệu(bps) trong đó có các giá trị hợp lệ là:

O Kiểm tra lẻ(Odd)

E Kiểm tra chẵn(Even)

M Luôn bằng 1(Mark)

S Luôn bằng 0(Space)

N Không kiểm tra

D: là số bit dữ liệu (4, 5, 6, 7, 8) mặc định là 8 bit

S: số bit stop (1, 1.5, 2)

Xác định số thứ tự của cổng truyền thông, cú pháp

Mscomm1.commport = portNumber

portNumber có giá trị từ 1 -99 (mặc định là 1)

Đặt trạng thái hay kiểm tra trạng thái đóng / mở của cổng nối tiếp, cú pháp

Mscomm1.portopen = True/False

True sẽ thực hiện việc mở cổng

False sẽ thực hiện việc đóng cổng

Giá trị mặc định là 1024 byte Kích thước boọ đệm này phải đử lớn để tránh tình trạng mất dữ liệu

• Các thuộc tính xuất dữ liệu:

Cũng bao gồm các thuộc tính Output, OutBufferCount, OutBufferSize, chức năng của chúng cũng giống như các thuộc tính nhận dữ liêu đ• trình bày ở trên

• HandShaking:

Chọn giao thức bắt tay khi thực hiện truyền dữ liệu, cú pháp

Mscomm1.handshaking = protocol

Các giao thức truyền bào gồm

Protocol Giá trị Mô tả

ComNone 0 Không bắt tay(mặc định)

ComXon/Xoff 1 Bắt tay phần mềm(Xon/Xoff)

ComRTS 2 Bắt tay phần cứng(RTS/CTS)

ComRTSXon/Xoff 3 Bắt tay phần cứng và phần mềm

Đặt và xác định khoảng thời gian lớn nhất (tính bằng ms) từ lúc phát hiện sóng mang cho đến lúc có dữ liệu Nếu quá thời gian này mà vẫn chưa có dữ liệu thì gán thuộc tính CommEvent là CDTO (Carrier Dêtct Error) và tạo sự kiện OnComm

2.3 Sự kiện OnComm

Sự kiện Oncomm xẩy ra bất cứ khi nào giá trị của thuộc tính CommEvent thay đổi Các thuộc tính RThreshold và SThreshold =0 sẽ cấm sự kiện OnComm khi thực hiện nhận hay gửi dữ liệu Thông thường SThreshold =0, RThreshold = 1

Bảng các sự kiện

Sự kiện Giá trị Mô tả

ComEvsend 1 Đ• truyền ký tự

ComEvReceive 2 Khi có ký tự trong bộ đệm nhận

ComEvCTS 3 Có thay đổi trên CTS

ComEvDSR 4 Có thay đổ trên DSR

ComEvCD 5 Có thay đổi trên CD

ComEvRing 6 Phát hiện chuông

ComEvOF 7 Nhận ký tự kết thúc file

2.4 Thiết kế giao diện điều khiển

ứng dụng điều khiển ActiveX trong phần mềm Visual basic 6.0 giao diện điều khiển và giám sát được thiết kế như sau:

? Giao diện điều khiển

Giao diện điều khiển cho phép người sử dụng điều khiển động cơ từ trên máy tính bằng nút hoặc bằng cách truyền trực tiếp ký tự cần điều khiển xuống PLC tuỳ thuộc vào chương trình trong PLC

- Nút MT điều khiển động cơ quay theo chiều đ• định trước

- Nút MN điều khiển động cơ quay ngược với chiều trước đó

- Nút Dung điều khiển động cớ dừng

- Nút xoa cho phép người dùng xoá những nội dung trong hai khung truyền và nhận

- Nút Mocong, Dongcong dùng điều khiển cổng nối tiếp RS232 của máy tính

- Nút Thoat dùng thoát khỏi giao diện điều khiển

- Nút Hienthi cho phép người sử dụng quan sát giao diện giám sát

? Giao diện giám sát

Với giao diện giám sát này người dùng có thế đọc được tốc độ động cơ trong ô tốc độ và nhìn thấy dạng

đồ thị đặc tuyến qúa trình tăng, giảm tốc độ của động cơ Ngoài ra với thời gian cập nhật là 100s chương trình sẽ tự động tính toán giá trị các thông số đặc trưng của đông cơ như độ quá điều chỉnh, thời gian quá độ

3.1.1 Đặc điểm cơ bản CPU224XP

Các thông sỗ kỹ thuật cơ bản của CPU 224XP:

• Nguồn nuôi 24VDC

• Số đầu vào ra số: 14vào /10 ra

• Số đầu vào ra tương tự: 2 vào / 1 ra

• Kích thước bộ nhớ chương trình: 12288 bytes

• Kích thước bộ nhớ dữ liệu: 10240 bytes

• Thời gian lưu trữ khi mất điện: 100 giờ

• Số cổng truyền thông: 2

Trên PLC có một công tắc chuyển trạng thái cho phép người sử dụng thiết lập chế độ cho PLC

- Chế độ RUN là chế độ cho phép PLC làm việc theo chương trình đ• được tải vào PLC thông qua cổng giao tiếp Port0 (Trong chế độ này PLC không cho phép tải chương trình mới)

- Chế độ STOP là chế độ đặt PLC dừng toàn bộ chương trình đang thực hiện Chế độ này cho phép tải chương trình mới

- Chế độ TERM là chế độ cho phép PLC được điều khiển RUN hay STOP từ trên máy lập trình hay máy tính thông qua phần mềm MICROWIN 4.0, trong chế độ này cho phép tải chương trình xuống

Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 Paud.Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến 38.400.

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS -232 cần có cáp nối PC/ PPI với bộ chuyển đổi

RS232/RS485

3.2 Truyền thông Freeport PLC với máy tính

3.2.1 Giới thiệu truyền thông Freeport

Cổng truyền thông nối tiếp của PLC có thể được điều khiển bằng chương trình viết trong LAD hoặc STL.Kiểu điều khiển cổng truyền thông bằng chương trình này được gọi là kiểu điều khiển tự do (Freeport control) Khi xử dụng chế độ truyền thông freeport, tốc độ truyền tín hiệu, số bít được truyền cho một ký

tự, chế độ kiểm tra (Parity) phải được định nghĩa trong byte đặc biệt SMB30 như sau:

Chế độ ngắt truyền thông freeport chỉ có thể thực hiện được khi PLC ở chế độ RUN Khai báo kiểu Freeport cho ngắt truyền thông bằng cách đặt m• nhị phân 01 vào hai bit thấp của SMB30 Khi PLC đang làm việc với chế độ truyền thông Freeport , không thể thựuc hiện truyền thông giữa PLC với thiết bị lập trình

Một vài ô nhớ đặc biệt được hệ thống sử dụng trong kiểu truyền thông Freeport Các ô nhớ đó là

- Byte SMB2 được dùng để ghi nhớ ký tự nhận được

- SM3.0 được sử dụng để báo lỗi kiểm tra chẵn lẻ(parity) Nếu có lỗi chẵn lẻ được phát hiện , SM3.0 sẽ có giá trị logic 1

- SM4.5 được sử dụng để thông báo khi việc truyền dữ liệu đ• hoàn thành

Lệnh XMT dùng để gửi dữ liệu đi trong chế độ truyền thông Freeport XMT cho phép gửi đi một mảng

dữ liệu bao gồm một hay nhiều ký tự (Nhiều nhất là 255 ký tự) Khi ký tự cuối cùng được gửi đi, một tín hiệu báo ngắt sẽ xuất hiện, nếu như chế độ ngắt truyền thông với tín hiệu báo ngắt kiểu 9 đ• được khai báo hay được kích trước đó bằng lệnh ATCH Cũng có thể truyền dữ liệu đi trong một chế độ truyền thông Freeport mà không sử dụng đến tín hiệu báo ngắt (Ví dụ như truyền một thông báo tới máy in)

Ngược lại với việc gửi dữ liệu trong chế độ truyền thông freeport, việc nhận dữ liệu nên được tiếnhành trong chế độ ngắt truyền thông với tín hiệu báo ngắt kiểu 8 Mỗi khi nhận được một ký tự, hệ thống

sẽ phát ra một tín hiệu báo ngắt Những ký tự nhận được cất giữ trong SMB2 và bít báo trạng thái chẵn lẻ của ký tự đó được cất trong SM3.0 Chương trình xử lý tín hiệu báo ngắt kiểu 8 có nhiệm vụ kiểm tra lại

ký tự nhận được trong SMB2 và truyền nó tới vùng nhớ mong muốn

3.2.2 Kết nối phần cứng

- Để truyền thông giữa PLC với máy tính chúng ta cần phải có cable

PC/PPI Dùng để nối cổng COM của máy tính với cổng RS-485 của PLC, Cáp PPI – RS485 thực chất là một bộ chuyển đổi RS-232 sang RS-485

Trên cable có một switch dùng để điều khiển các thông số của qua trình kết nối theo ký hiệu cho trong hình dưới đây Dựa vào đây ta sẽ lựa chọn tốc độ truyền cho phù hợp giữa các thiết bị khi cần kết nối

3.2.3 Phần mền truy xuất dữ liệu giao tiếp PLC với máy tính

? Câu lệnh lập trình truyền thông

Để sử dụng chế độ Freeport để truyền và nhận dữ liệu thì cần thiết lập byte nhớ đặc biệt SMB30 cho port0 và SMB130 cho port1 gồm các thông số:

- Tốc độ truyền

- Số bit được truyền trong một byte dữ liệu

- Chế độ kiểm tra chẵn, lẽ

Nguyên tắc xây dựng được cho theo sơ đồ sau:

? Các câu lệnh truyền thông

Sau khi đ• thiết lập chế độ truyền thông Freeport chúng ta dùng các câu lệnh XMT, RCV để truyền và nhận dữ liệu

ý nghĩa các chân tín hiệu:

- EN chân cho phép làm việc dữ liệu kiểu bit

- TBL bảng dữ liệu cần gửi đi (đối với lệnh XMT) hoặc nhận về (Với lệnh RCV) dữ liệu kiểu

VB, IB, QB, MB, SB, SMB, *VD, *LD, *AC

- PORT cổng giao tiếp (tuỳ vào từng loại CPU) 0 hoặc 1

Sơ đồ tổ chức dữ liệu được ghi lên mạng như sau:

- Khai báo và huỷ toàn cục các chế độ ngắt:

Khi đang ở chế độ RUN, tất cả cách chế độ ngắt đều được kích cùng lúc bằng việc thực hiện lệnh kích chế độ ngắt toàn cục ENI

Lệnh huỷ toàn cục DISI sẽ vô hiệu hoá toàn bộ các ngắt, tuy vậy vẫn cho phép các tín hiệu ngắt xếp hàng chờ, nhưng không cho phép thực hiện bất cứ một chương trình xử lý ngắt nào

- Khai báo và huỷ một chế độ ngắt

Để khai báo một chế độ ngắt phải thực hiện hai công việc: kích tín hiệu báo ngắt cho chế độ ngắt

đó bằng lệnh ATCH và khai báo chương trình xử lý ngắt tương ứng bằng lệnh INT

Cũng có thể huỷ chế độ ngắt riêng biệt bằng lệnh DTCH , lệnh này sẽ đặt một chế độ ngắt vào trạng thái không tích cực

Ví dụ:

Cho phép ngắt

Cấm sự kiện ngắt 1

Cấm toàn bộ các ngắt

3.3 Truyền thông USS PLC với biến tần

3.3.1 Truyền thông USS

3.3.1.1 Giới thiệu về truyền thông USS

Dùng port1 của PLC để kết nối các port của biến tần , một PLC có thể điều khiển một mạng gồm

31 biến tần Mạng này gọi là mạng USS Dạng kết nối là điểm - điểm Ta có thể điều khiểt toàn bộ chức năng của biến tần thông qua mạng này ngoài ra có thể giám sát được dòng điện, điện áp, tốc độ và hướng quay của động cơ… lưu vào vùng nhớ mà PLC dành riêng cho mỗi biến tần

3.3.1.2 Kết nối phần cứng

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

Sơ đồ chân của cổng truyền thông trên PLC

Bước 2: Kết nối PLC và biến tần

3.3.2 Phần mềm truy xuất dữ liệu giao tiếp PLC và bến tần

- Để truy xuất dữ liệu giao tiếp PLC với biến tần chúng ta sử dụng phần mềm Step7 MICROWIN để lập trình cho PLC thực hiện truyển thông với biến tần MM440 Và thư viện chuẩn USS của Step7 Microwin cung cấp 14 chương trình con, 3 thủ tục ngắt và 1 tập lệnh gồm 8 lệnh hỗ trợ cho giao thức USS

Giáo thức USS sử dụng port1 cho truyền thông USS

Các lệnh USS tác động đến tất cả các bít SM với truyền thông freeport qua port 0

- Các lệnh sử dụng trong truyền thông USS

* Lệnh USS_INIT

Lệnh này dùng để bắt thiết lập giao thức USS để kết nối PLC và (mạng) biến tần

Lệnh USS_INIT được dùng để cho phép và thiết lập hay không cho phép thiết lập giao tiếp với biến tần MicroMaster Lệnh USS sẽ được thực hiện khi không có lỗi nào xuất hiện Lệnh này hoàn thành thì bit DONE được set lập tức trước khi tiếp tục thực hiện các lệnh kế tiếp

Lệnh này được thực hiện mỗi khi đầu vào EN được thiết lập bằng 1 Lệnh USS_INIT được thực hiện mỗi khi có sự thay đổi trạng thái giao tiếp Khi giao thức USS đ• được thiết lập, giao thức USS sẽ được loại bỏbằng cách thực thi một lệnh USS_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 phép dùng port 0 cho giao thức USS Giá trị 0 gán port1 cho giao thức ppi và loại bỏ giao thức USS

Đầu vào BAUD thiết lập tốc độ baud: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 hay 3400 baud

Đầu vào ACTIVE chỉ ra biến tần nào đang được tích cực Đối với MicroMaster thì hỗ trợ địa chỉ từ 0 đến 30

Khi lệnh USS_INIT được hoàn tất, bit DONE được thiết lập bằng 1, đầu ra ERR (byte) chứa kết quả của việc thực hiện lệnh

* Lệnh USS_CTRL

Lệnh này dùng để điều khiển biến tần chạy, dừng, đảo chiều và thay đổi tốc độ

Lệnh USS_CTRL được dùng để điều khiển một biến tần MicroMaster được tích cực Lệnh USS_CTRL đặt các lệnh chọn trước trong bộ đệm giao tiếp Các lệnh đặt trong bộ đệm được gửi cho biến tần đó đ• 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 thiếtlập)

Ngõ vào RUN (RUN/STOP) được thiết lập bằng 1cho phép điều khiển biến tần và bằng 0 không cho phép điều khiển biến tần Khi Run được thiết lập bằng 1, bộ biến tần MicroMaster nhận được lệnh bắt đầuchạy tại tốc độ và chiều đ• định trước Để biến tần chạy thì:

* 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 độ xuống cho đến khi động cơ dừnghẳn

Bit OFF2 được dùng để cho phép biến tần dừng động cơ nhanh hơn Bit OFF3 được dùng để

MicroMaster dừng nhanh chóng

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

Bit DIR (direction) đảo chiều quay của động cơ

Đầu vào DRIVE (drive address) cho biết địa chỉ của biến tần MicroMaster mà lệnh DRV_CRTL đ• 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 phần trăm của tốc độ tối đa (-200% đến 200%) Giá trị âm của Speed_SP làm động cơ đảo 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 định mức (-200% đến 200%).Đầu ra RUN_EN (DRIVE RUN ENable) cho biết biến tần đang chạy (bằng 1) hay đ• 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) Bộ biến tần sẽ hiển thị m• lỗi

Để xóa bit FAULT thì phải sửa lỗi và thiết lập bằng 1 bit F_ACK

* Lệnh USS_RPM_x

Đầu vào DRIVE là địa chỉ của biến tần MicroMaster mà lệnh USS_RPM_x được 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 số của thông số cần đọc.Địa chỉ của một bộ đệm 16 – byte phải được đưa vào đầu vào DB_PTR Bộ đệm 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 ra ERROR (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

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 xác định Lệnh USS_WPM_x hoàn tất khi MicroMaster xác nhận hay khi nhận được lỗi

Đầu vào EN phải được thiết lập bằng 1 để cho phép truyền một yêu cầu và luôn giữ nguyên trạng thái bằng 1 cho đến khi bit DONE được thiết lập báo hiệu sự hoàn tất Một yêu cầu USS_WPM_x được truyềnđến MicroMaster ở mỗi chu kỳ quét khi đầu vào XMT_REQ bằng 1 Vì thế XMT_REQ nên được cho qua

bộ P (bộ tách sườn dương) chỉ cho phép một lệnh được truyền đi ở mỗi cạnh lên của đầu vào EN

Đầu vào DRIVE là địa chỉ của biến tần MicroMaster mà lệnh USS_WPM_x được 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 số của 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 cả RAM và EEPROM của biến tần Khi đầu vào này bị mất đi thì lệnh chỉ được khi vào RAM của biến tần

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

Khi lệnh USS_WPM_x hoàn tất thì đầu ra DONE được thiết lập bằng 1 và đầu ra ERROR (byte) chứa kếtquả của việc thực hiện lệnh

cơ với giá trị tần số thay đổi Nguồn cung cấp cho biến tần có thể sử dụng nguồn xoay chiều một pha (chocông suất thấp), hay sử dụng nguồn xoay chiều ba pha.

Điện áp một chiều được chuyển thành điện áp xoay chiều sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung Dạng sóng mong muốn được tạo lên bởi sự đóng cắt ở đầu ra của các transistor MM440 sử dụng các IGBTs ở mạch nghịch lưu, điện áp xoay chiều mong muốn được tạo ra bằng cách thay đổi tần số đóng cắtcủa các IGBTs Điện áp xoay chiều ở đầu ra là sự tổng hợp của hàng loạt các xung vuông với các giá trị khác nhau ở đầu ra của các IGBTs

Trong thực tế, các bộ biến tần thường dùng để điều khiển tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều thay đổi trơn theo tần số

Các bộ biến tần sử dụng trong thực tế rất đa dạng, có chức năng khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng, tính chất truyền động Chúng được sản xuất từ các h•ng ở nhiều nước khác nhau Trong phạm vi đề tài chỉgiới thiệu về họ biến tần được sử dụng là MicroMaster 440 MM440 chính là họ biến tần mạnh mẽ nhất trong các biến tần tiêu chuẩn MicroMaster 440 là bộ biến đổi tần số dùng điều khiển tốc độ động cơ 3 pha xoay chiều Có nhiều loại khác nhau từ 120W nguồn vào 1 pha đến 200kW nguồn vào 3 pha Biến tần MicroMaster 440 với các thông số đặt mặc định của nhà sản xuất có thể phù hợp với một số ứng dụng điều khiển động cơ đơn giản Ngoài ra MM440 cũng được dùng cho nhiều các ứng dụng điều khiển động

cơ cấp cao nhờ danh sách các thông số hỗn hợp của nó

Các đầu dây kết nối

Các đầu nối của MM440

Chức năng của các đầu dây:

Đầu dây Ký hiệuChức năng

3 ADC1+Đầu váo tương tự số 1(+)

4 ADC1- Đầu váo tương tự số 1(-)

5 DIN1 Đầu vào số 1

6 DIN2 Đầu vào số 2

7 DIN3 Đầu vào số 3

8 DIN4 Đầu vào số 4

9 - Đầu ra cách ly +24v/max 100mA

10 ADC2+Đầu vào tương tự số 2(+)

11 ADC2- Đầu vào tương tự số 2(-)

12 DAC1+Đầu ra tương tự số 1(+)

13 DAC1- Đầu ra tương tự số 1(-)

14 PTCA Đầu dây nối cho PTC/KYT 84

15 PTCB Đầu dây nối cho PTC/KYT 84

16 DIN5 Đầu vào số 5

17 DIN6 Đầu vào số 6

18 DOUT1/NC Đầu ra số 1/ tiếp điểm NC

19 DOUT1/NO Đầu ra số 1/ tiếp điểm NO

20 DOUT1/COM Đầu ra số 1/ chân chung

21 DOUT2/NO Đầu ra số 2/ tiếp điểm NO

22 DOUT2/COM Đầu ra số 2/ chân chung

23 DOUT3/NC Đầu ra số 3/ tiếp điểm NC

24 DOUT3/NO Đầu ra số 3/ tiếp điểm NO

25 DOUT3/COM Đầu ra số 3/ chân chung

- Điều khiển Vectỏ vong kín(tốc độ /Moment)

- Có nhiều lựa chọn truyền thông: FROFIBUS, Device Net, CAN open

- Ba bộ tham số trong một nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động khác nhau

- Định mức theo tảI moment không đổi hoặc bơm , quạt

- Dự trữ động năng chống sụt áp

- Tích hợp sẵn bộ h•m dùng điện trở cho các biến tần đến 75 kw

- 4 tần số ngắt cộng hưởng 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

Các thông số kĩ thuật

Dải điện áp đầu vào AC 200V – 240 V, ?????

Cầu chì [A]

Khuyến cáo loại

Theo tiêu chuẩn UL 3NA 3803 3803 3803 3805 3805 3807 3807 3812 3817

Mômen xiết cho các đầu mạch lực [Nm] 1,1 1,5 2,25

Các điều kiện thứ cấp: dòng điện tại điểm hoạt động định mức áp dụng cho nguồn có điện áp ngắn mạch

Vk = 2% là dòng điện tương ứng với công suất định mức của bộ biến tần trong hệ truyền độngvà điện áp lưới 240 V trong trường hợp không có cuộn kháng chuyển mạch Nếu dùng cuộn kháng chuyển mạch, cácgiá trị cụ thể trong bảng giảm đi trong khoảng từ

4.1.2 Các nguồn điều khiển biến tần

• Chế độ điều khiển BOP :

Thiết lập P0700 = 1 (chọn nguồn lệnh điều khiển biến tần từ BOP)

-Màn hình BOP hiển thị 5 số Những Led 7 đoạn sẽ trình bầy những tham số và giá trị của những tham số,những tin nhắn về cảnh báo và lỗi, điểm đặt và giá trị hoạt động Những thông tin về tham số không được lưu trên màn hình BOP này

-Các nút và chức năng

Bảng điều khiển/ Nút nhấn Hàm Chức năng

Trạng thái hiển thị Trình bầy trên màn hình những giá trị cài đặt trên biến tần

Khởi động biến tần Nhấn nút này để khởi động biến tần Nút này mặc định không sử dụng được, nó chỉ sử dụng được khi cài đặt thông số P0700 = 1

Tắt biến tần OFF1: Nhấn nút này làm dừng động cơ theo thời gian giảm tốc Nút này mặc địnhkhông sử dụng được, nó chỉ sử dụng được khi cài đặt thông số P0700 = 1

OFF2: Nhấn nút này 2 lần (hay 1 lần nhưng lâu) làm cho động cơ dừng nhanh Hàm này luôn sử dụng được.

Thay đổi chiều quay của động cơ Nhấn nút này để đổi chiều quay của động cơ Khi động

cơ đổi chiều, trên màn hình sẽ hiển thị dấu ‘ - ’ Mặc định không sử dụng, chỉ sử dụng khi đặt thông số P0700 = 1

Xoay nhẹ động cơ Nhấn nút này khi biến tần không có tín hiệu ra làm cho động cơ khởi động và chạy tại tần số xác định Động cơ dùng khi thả nút này ra Khi động cơ đang chạy, nút này không

Tham số truy cập Nhấn nút này dung truy cập tham số

Tăng giá trị Nhấn nút này để tăng giá trị hiện hành

Giảm giá trị Nhấn nút này để giảm giá trị hiện hành

• Đầu vào số :

Thiết lập P700 = 2

• Điều khiển USS trên đường truyền COM:

• Điểm đặt tần số USS trên đường truyền COM: p1000=5

Thực hiện đặt tần số cho biến tần thông qua lệnh USS_ WPM_X để ghi giá trị tần số cần đặt vào các cùng nhớ P1001, P1002 …

P0003 Mức truy nhập của người sử dụng

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

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

3 Chuyên gia: Chỉ dành cho chuyên gia

P0205 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 truyền động 5.5 kW / 400VP0300 Chọn kiểu động cơ

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

2 Động cơ đồng bộ