ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC BẰNG VĐK PIC 16f887 THÔNG QUA BIẾN TẦN INVT

Điều khiển động cơ AC bằng PIC16F887 thông qua biến tần INVT GD10, sử dụng chuẩn giao tiếp RS485 thông qua con MAX485 có hiển thị LCD thông báo tần số và 5 chế độ chạy của động cơ là THUẬN,NGHỊCH,DỤNG,TĂNG,GIẢM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐIỀU KHIỂN PIC16F887 THÔNG QUA BIẾN

TẦN INVT GOODRIVE10.

SVTH : LÊ TẤN ĐẠT MSSV : 12141047

Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2015

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ 2

2.1 GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN GOODRIVE 10(GD10) 2

2.1.1 BIẾN TẦN GD10 2

2.1.2 CÁC CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN CỦA BIẾN TẦN GD10 2

2.1.3 ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN BẰNG TRUYỀN THÔNG RS485 3

2.1.4 DATA FRAME VÀ CÁC THÔNG SỐ TRUYỀN THÔNG CỦA BIẾN TẦN GD10 3

2.1.5 CÀI ĐẶT BIẾN TẦN GD10………4

2.2 GIỚI THIỆU VỀ PIC16F887 4

2.2.1 TỒNG QUAN VỀ PIC16F887 4

2.2.2 SƠ ĐỒ CHÂN PIC16F887 5

2.2.3 TRUYỀN DỮ LIỆU EUSART 6

2.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 7

2.3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 7

2.3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 9

2.4 LƯU ĐỒ VÀ CHƯƠNG TRÌNH 12

2.4.1 LƯU ĐỒ 12

2.4.2 CHƯƠNG TRÌNH: Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH 17

3.1 VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 17

3.1.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PROTEUS 17

3.1.2 VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 17

3.1.3 SƠ ĐỒ MẠCH IN 19

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 22

PHỤ LỤC 1: LINH KIỆN DÙNG TRONG HỆ THỐNG 23

1 VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887 23

2 MAX485 23

2.1 SƠ ĐỒ CHÂN: 23

2.2 SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG 23

2.3 BẢNG TRẠNG THÁI 24

5.1 THẠCH ANH 26

5.2 ĐIỆN TRỞ 26

5.3 TỤ ĐIỆN: 26

5.4 LED: 27

5.5 NÚT NHẤN: 27

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Biến tần đa năng goodrive 10 2

Hình 2: Data frame truyền thông RS485 của biến tần goodive10 3

Hình 3: Các thông dùng cho truyền thông RS485 của biến tần goodive10 4

Hình 4: Sơ đồ chân của PIC16F887 5

Hình 5: Sơ đồ khối hệ thống 7

Hình 6: Một dạng kết nối đường truyền RS485 hợp lí 8

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn cấp cho vi điều khiển 9

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý bàn phím giao tiếp với vi điều khiển 9

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LCD 10

Hình 10 : Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm sử dụng PIC16F887A 11

Hình 11: Sơ đồ khối truyền thông RS485 11

Hình 12 : Lưu đồ giải thuật chính 12

Hình 13: Lưu đồ kiểm tra phím FORWRAD_REVERSE và kiểm tra biến MODE 13

Hình 14: Lưu đồ kiểm tra phím UP vs DOWN 14

Hình 15: Lưu đồ kiểm tra phím OFF 15

Hình 16: Lưu đồ kiểm tra biến TT 16

Hình 17: Giao diện Protues 7.8 17

Hình 18: Cách lấy linh kiện trong Protues 7.8 18

Hình 19: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 19

Hình 20: Mạch ARES khối điều khiển trung tâm 20

Hình 21: Mạch ARES các khối còn lại 20

Hình 22: Mạch PCB khối điều khiển trung tâm 21

Hình 23: Mạch PCB các khối còn lại 21

Hình 24: Mạch sau khi thi công 22

Hình 25: Vi điều khiển PIC16F887 23

Hình 26:Sơ đồ chân MAX485 23

Hình 27: Sơ đồ hoạt động MAX485 24

Hình 28: Bảng trạng thái quá trình truyền dữ liệu của MAX485 24

Hình 29 : Bảng trạng thái quá trình nhận dữ liệu MAX485 25

Hình 30: Sơ đồ chân IC7805 25

Hình 33: Điện trở 26

Hình 34: Biến trở tinh chỉnh 26

Hình 35 : Tụ gốm 27

Hình 36: LED nguồn 27

Hình 37:Nút nhấn 2 chân 27

Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có sao chép tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN THANH BÌNH đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành đồ án này với kết quả tốt nhất

Việc kết hợp giữa biến tần và vi điều khiển để điều khiển động cơ không đồ bộ 3 pha

là một ứng dụng thực tế và trực quan cho các ứng dụng trong công nghiệp

1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Với đề tài này thì còn một số giới hạn như sau:

 Chỉ có thể điều khiển bằng truyền thông mà chưa kết hơp đươc với các phương pháp điều khiển biến tần khác

 Chỉ điều khiển động cơ công suất nhỏ

 Biến tần Goodrive10 đư

đặt, thông số cài đặt thân thi

 Giải thuật điều khiển V/F

 Nhiều tính năng điều khi

 Nhiều ngõ vào ra Analog và Digital l

n đổi dòng điện xoay chiều ở tần số cố định thành dòng

có thể thay đổi được

được thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian và d

t thân thiện với người dùng Thiết kế màn hình có th

ận lợi cho việc vận hành và quan sát, tích hợp s

ền thông Modbus RTU Kết nối máy tính để giám sát quá ũng như cài đặt thông số cho biến tần

Hình 1: Biến tần đa năng goodrive 10

ỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN CỦA BIẾN T

n V/F

u khiển: Điều khiển PID, đa cấp tốc độ, chế độ

u ngõ vào ra Analog và Digital lập trình được, phù hợp cho nhi

m nhiễu điện từ trong môi trường dân dụng và công nghicác chế độ bảo vệ motor: quá dòng, quá áp, quá tả

N GOODRIVE 10(GD10)

nh thành dòng điện

m không gian và dễ dàng lắp màn hình có thể tháo rời

p sẵn cổng RS giám sát quá

N TẦN GD10

định thời, nhiều loại ứng

ng và công nghiệp

ải, quá nhiệt,

SVTH:LÊ TẤN ĐẠT Trang 3

 Tích hợp sẵn cổng RS 485 với giao thức truyền thông Modbus RTU

2.1.3 ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN BẰNG TRUYỀN THÔNG RS485

Trong các phương pháp trên, phương pháp điều khiển biến tần thông qua cổng truyền thông là phương có nhiều ưu điểm hơn cả Công nghệ hỗ trợ cho phương pháp này đã được các nhà sản xuất biến tần và các thiết bị điều khiển trung gian hỗ trợ đầy

đủ

Chuẩn giao tiếp RS485 có nhiều ưu điểm nổi bật :

 Tốc độ cao, lên tới 10Mbps

 Khoảng cách truyền xa, lên tới 1200m

 Data frame truyền thông RS485 của biến tần goodive10

Hình 2: Data frame truyền thông RS485 của biến tần goodive10

 Các thông số truyền thông RS485 của biến tần goodive10

Hình 3: Các thông dùng cho truyền thông RS485 của biến tần goodive10

2.1.5 CÀI ĐẶT BIẾN TẦN GD10

 Ta vào P00.03 để cài đặt tần số max cho biến tần

 Ta vào P00.05 để cài đặt tần số min cho biến tần

 Để chọn chế độ chạy theo kiểu truyền thông ta vào P00.01 chọn là 2 và vào P00.06 chọn 08 để biến tần chấp nhận các thông số ta điều chỉnh

 Ta vào P14.01 để chọn tốc độ baud cho biến tần, ở đây ta chọn là 3,tương đương 9600 bps

 Vào P14.02 để chọn kiểu khung frame data

2.2 GIỚI THIỆU VỀ PIC16F887

2.2.1 TỒNG QUAN VỀ PIC16F887

[1] PIC16F887 là vi điều khiển 8-bit có kiến trúc Harvard của Microchip có những thông số kỹ thuật như sau:

 Clock hoạt động tối đa 20MHz

 Chu kỳ máy bằng bốn lần chu kỳ xung clock

 Chip có nhiều dạng vỏ khác nhau, loại chip được sử dụng trong đề tài là loại 40 chân PDIP

 35 chân I/O của 5 port đi

 Bộ chuyển đổi ADC 10

 bộ timer Bộ timer0 8

 Module Capture, Compare và PWM

 Module Enhanced USART h

2.2.2 SƠ ĐỒ CHÂN

ng rộng từ 2V đến 5.5V

u và bộ nhớ chương trình tách biệt nhau, bus đị

u là riêng biệt Bộ nhớ chương trình Flash 8K ô nh

i ô nhớ có 14 bit Bộ nhớ dữ liệu RAM có 512 Byte g

c năng đặc biệt và các thanh ghi đa mục đích Ngoài ra

c tích hợp 256 Byte EEPROM cho phép ghi đến 1,000,000 l

a 5 port điều khiển là PortA, PortB, PortC, PortD, PortE

i ADC 10-bit với 14 kênh

timer0 8-bit, bộ timer1 16-bit và bộ timer2 8-bit

Module Capture, Compare và PWM

Module Enhanced USART hỗ trợ RS-485, RS-232

2.2.3 TRUYỀN DỮ LIỆU EUSART

 Vi điều khiển PIC16F887 có khối truyền dữ liệu đồng bộ, bất đồng bộ đa năng cải tiến Khối truyền dữ liệu nối tiếp đa năng bao gồm bộ phát xung clock tạo tốc

độ truyền, các thanh ghi dịch và bộ đệm dữ liệu rất cần thiết để thực hiện truyền hoặc nhận dữ liệu nối tiếp một cách độc lập Khối EUSART cũng có thể xem là giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp SCI (Serial Communication Interface),

có thể định cấu hình cho truyền dữ liệu bất đồng bộ song công hoặc đồng bộ bán song công

 Truyền dữ liệu song công được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các hệ thống ngoại

vi như thiết bị đầu cuối CRT và máy tính

 Truyền dữ liệu đồng bộ bán song công được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các hệ thống ngoại vi như các bộ ADC, DAC, bộ nhớ nối tiếp Eeprom hoặc các bộ vi điều khiển Các thiết bị này thường không có nguồn xung clock bên trong để tạo tốc độ baud nên cần phải sử dụng nguồn xung clock từ bên ngoài

 Khối truyền dữ liệu của PIC16F887 có khả năng:

 Hoạt động truyền và dữ liệu song công bất đồng bộ

 Bộ đệm nhận chứa được 2 kí tự

 Bộ đệm phát chứa 1 kí tự

 Có thể lập trình chiều dài dữ liệu 8 bit hoặc 9 bit

 Có khối phát hiện địa chỉ 9 bit

 Có khối phát hiện bộ đệm nhận bị tràn

 Có khối phát hiện lỗi khung của kí tự nhận về

 Có thể hoạt động chế độ chủ ở kiểu truyền dữ liệu đồng bộ bán song công

 Có thể hoạt động chế độ tớ ở kiểu truyền dữ liệu đồng bộ bán song công

 Có thể lập trình chọn cực cho xung clock ở chế độ truyền đồng bộ

 Khối EUSART được sử dụng cho các cấu trúc mở rộng theo sau, thích hợp cho hệ thống bus mạng kết nối cục bộ (LIN: Local Interconnect Network):

 Tự động phát hiện và thiết lập tốc độ baud

 Có khối đánh thức PIC khỏi chế độ ngủ

 Phát kí tự ngừng 13 bit [1]

 Khối xử lý trung tâm:

Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ bàn phím, biến đổi và đưa tới khối chấp hành

 Khối LCD:

Khối xử lý trung tâm

Khối LCD có nhiệm vụ hiển thị thông số hoạt động của hệ thống Màn hình LCD hoạt động ở chế độ 4 bit Màn hình LCD cho phép người vận hành hệ thống biết được hệ thống có hoạt động chính xác, đúng với yêu cầu của không

 Biến tần:

Biến tần là khâu chấp hành của hệ thống, thực hiện các yêu cầu được gửi đến

từ bộ xử lý trung tâm và thực hiện các yêu cầu đó rồi gửi tới đầu ra

 Chuẩn RS485:

Có thể coi chuẩn RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp Những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao tiếp với bất kì thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua liên kết RS485 Liên kết RS485 được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa và điều khiển cho những ứng dụng Những đặc điểm nổi trội của RS485 là nó có thể hỗ trợ

1 mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng 1 đường truyền, tốc độ có thể lên tới 115.200 baud cho 1 khoảng cách là 4000feet (1200m)

Hình 6: Một dạng kết nối đường truyền RS485 hợp lí

 Động cơ không đồng bộ 3 pha: Động cơ không đồng bộ là động

cơ điện hoạt động với tốc độ quay của Rotor chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường Stator.Tcố độ động cơ không đồn bộ 3 pha được tính theo công thức: = (1 − )

SVTH:LÊ TẤN ĐẠT Trang 9

2.3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

 KHỐI NGUỒN:

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn cấp cho vi điều khiển

 Khối nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện áp để vận hành hệ thống

 Tín hiệu vào : điện áp 12V 1 chiều

 Tín hiệu ra : điện áp DC 5V

 BÀN PHÍM:

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý bàn phím giao tiếp với vi điều khiển

 Bao gồm 4 phím dùng để chọn chế độ làm việc.Có các chế độ như : THUẬN, NGHỊCH, TĂNG, GIẢM

 KHỐI LCD:

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LCD

 Gồm có màn hình LCD dùng để hiện thị các thông tin, chế độ làm việc của hệ thống

 Biến trở RV1 dùng để điều chỉnh độ tương phản cho LCD

 Chân RS, RW, E và các chân dữ liệu được kết nối với PORT D của vi điều khiển PIC16F887 theo kiểu kết nối 4 chân dữ liệu

SVTH:LÊ TẤN ĐẠT Trang 11

 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM:

Hình 10 : Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm sử dụng PIC16F887A

 Gồm có vi điều khiển PIC16F887

 Nút nhấn Reset kết nối với chân MCLR của Vi điều khiển

 Thạch anh 20MHz và 2 tụ lọc dùng để tạo dao động cho vi điều khiển

 KHỐI TRUYỀN THÔNG RS485:

Hình 11: Sơ đồ khối truyền thông RS485

Gồm có:

 IC MAX 487/485 dùng chuyển tín hiệu từ chuẩn TTL sang chuẩn RS485 và ngược lại MAX485 được thiết kế cho việc truyền nhận dữ liệu, hoạt động tương thích với chuẩn RS-232 và chuẩn RS-485

 R6, R7 dùng để phân cực đường truyền nhằm chống nhiễu

 R5 là điện trở đầu cuối dùng để chống nhiễu giá trị khoảng 100 - 120Ω

 J1 đầu kết nối với biến tần

KIỂM TRA CÁC PHÍM

NHẤN FORWRAD_REVERSE, UP,

DW, STOP

SVTH:LÊ TẤN ĐẠT Trang 13

KIỂM TRA PHIM_FW_REV

NHẤN PHIM_FW_RE

ĐẢO MODE, KIỂM TRA MODE VÀ CHỜ BUÔNG PHÍM NHẤN

KIỂM TRA MODE

MODE=1

TRUYỀN MÃ CHẠY THUẬN VÀ HIỂN THỊ LCD

END

Đ

S

TRUYỀN MÃ CHẠY NGHỊCH, HIỂN THI LCD

Hình 13: Lưu đồ kiểm tra phím FORWRAD_REVERSE và kiểm tra biến MODE

KIỂM TRA PHIM _UP

NHẤN PHIM _UP

TĂNG BIẾN TT, KIỂM TRA BIẾN TT VÀ CHỜ BUÔNG PHÍM UP

KIỂM TRA PHIM _DOWN

NHẤN PHIM _DOWN

GIẢM BIẾN TT, KIỂM TRA BIẾN TT VÀ CHỜ BUÔNG PHÍM DOWN

Hình 14: Lưu đồ kiểm tra phím UP vs DOWN

SVTH:LÊ TẤN ĐẠT Trang 15

KIỂM TRA PHIM _OFF

NHẤN PHIM _OFF

GỬI MÃ DỪNG ĐỘNG CƠ,HIỄN THỊ LCD VÀ CHỜ BUÔNG PHÍM

Hình 15: Lưu đồ kiểm tra phím OFF

Hình 16: Lưu đồ kiểm tra biến TT

7.8 khi mới mở như sau:

 Để lấy linh kiện ta nhấn vào bi

màn hình

 Giao diện sau khi nhấn vào

HƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH

Hình 17: Giao diện Protues 7.8

n vào biểu tượng Component mode ở gố

n vào Component mode:

Hình 18

 Ta nhập tên linh kiện vào ô Keywords đư

 Các linh kiện cần thiết cho m

 Sau khi chọn xong các linh ki

thực hiện việc này ta làm như sau

 Chọn công cụ Selection Mode

Hình 18: Cách lấy linh kiện trong Protues 7.8

n vào ô Keywords được tô đỏ trên hình để lấy linh ki

t cho mạch:

ể tạo nguồn cố định 5V

LCD 16x2 LM016L dùng để hiển thị trạng thái hoạt động

ể chuyển đổi tín hiệu TTL sang RS485:

n PIC16F887

10k dùng làm điện trở kiến lên cho nút nhấn

ống nhiễu cho ngõ ra MAX485

o xung clock và nút nhấn reset,biến trở,tụ điện

330 Ohm dùng hạn dòng cho led báo nguồn Được tính theo công

=

= 300 ℎ

n R=330Ohm

n xong các linh kiện ta bắt đầu vẽ dây kết nối giữa các linh ki

c này ta làm như sau:

Selection Mode

y linh kiện

c tính theo công

a các linh kiện Để

ột lại chân linh kiện, khi đó con trỏ chuột có d

Click vào chân linh kiện để nối dây vào chân đó, sau đó đưa chu

Hình 20: M

Hình 21 : Mạch ARES khối điều khiển trung tâm

Hình 21: Mạch ARES các khối còn lại

3.1.4 KẾT QUA THI CÔNG M

Hình 24

CHƯƠNG 4: KẾT QU

 Kết quả thực hiện:

 Mạch chạy tốt nhưng thi

 Lưu đồ và code chưa t

 Hướng phát triển:

Mở rộng khả năng điều khi

dụng trong các băng chuy

thiết bị từ xa như Bluetooch ho

để kiểm soát tốt hơn ho

 Tài liệu tham khảo:

T QUA THI CÔNG MẠCH

Hình 24: Mạch sau khi thi công

T QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LU

t nhưng thiết kế chưa tối ưu, còn cồng kềnh và đi dây ngoài nhi

và code chưa tối ưu

u khiển nhiều biến tần và các động cơ công su

ng trong các băng chuyền công nghiệp Có thể phát triển điều khi

xa như Bluetooch hoặc điện thoại.Nhận các tín hiệu phản h

T LUẬN

và đi dây ngoài nhiều

ng cơ công suất lớn ứng

http://dattech.com.vn/san-pham/bien-SVTH:LÊ TẤN ĐẠT Trang 23

PHỤ LỤC 1: LINH KIỆN DÙNG TRONG HỆ THỐNG

1 VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887

Hình 25: Vi điều khiển PIC16F887

2 MAX485

2.1 SƠ ĐỒ CHÂN:

Hình 26:Sơ đồ chân MAX485

2.2 SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG

ng trạng thái quá trình nhận dữ liệu MAX485.

n áp 5V cung cấp cho mạch điều khiển trung tâm

Hình 30: Sơ đồ chân IC7805

Trang 25

u MAX485