Đề tài điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần mitshubisi bằng plc siemens

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN TỬ ---**********--- BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG BIẾN TẦN MITSUBISHI VÀ PLC SIEMEN...

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ -********** -

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG BIẾN TẦN

MITSUBISHI VÀ PLC SIEMEN

LỜI NÓI ĐẦU

Đây là bản báo cáo về đồ án tốt nghiệp của em Tên đề tài là: “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG BIẾN TẦN MITSHUBISHI VÀ PLC SIEMEN”.Bản báo cáo này gồm 4 phần chính:

- Phần 1: Giới thiệu về động cơ không đồng bộ 3 pha

- Phần 2: Giới thiệu về biến tần Mitshibishi FR A700

- Phần 3: Giới thiệu về PLC S7-1200

- Phần 4: Bài toán ứng dụng “ điều khiển tốc độ quạt trong lò sưởi”

Mitsubishi Electric Automation, nhà cung cấp sản phẩm tự động hóa tầm cỡ thế giới cho nhiều ngành công nghiệp mới đây đã cho ra mắt bộ biến tần tính năng cao A700 để điều khiển động cơ từ ½ đến 600 mã lực A700 sẽ thay thế cácdòng biến tần A500 và A500L của công ty cho ra mắt từ năm 1997

FR-A700 là dòng biến tần đầu tiên của Mitsubishi có tích hợp bộ điều khiểnkhả trình (PLC) và mang trong mình nhiều đặc điểm của công nghệ đặc biệt mà Mitsubishi phát triển cho các sản phẩm truyền động servo Đặc điểm đáng chú ý như tự động điều chỉnh Tính năng này giúp tự động bù vào sự thay đổi quán tínhtải trọng Kết quả là mang lại hoạt động trơn tru, thời gian ngưng hoạt động giảm

và chi phí hoạt động thấp

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 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.

Việc kết hợp 2 công nghệ tiên tiến của biến tần và PLC đã làm đơn giản hóa nhiều bài toán ứng dụng trong sản xuất công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày Đặc biệt trong hệ thống động cơ công nghiệp Không chỉ giúp việc điều khiển trở nên dễ dàng, tối ưu mà còn giúp tiết kiệm cả về năng lượng cũng như chi phí Chính vì vậy mà ngày nay, phương pháp sử dụng biến tần và PLC đang được sử dụng rất rộng rãi

MỤC LỤC

PHẦN 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐÔNG BỘ 3 PHA

1 Cấu tạo 8 1.1 Cấu tạo phần tĩnh (Stator)8

1.2 Cấu tạo phần quay (Rotor)8

1.3 Khe hở9

2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha9

3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha9

3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực10

3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số10

3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato11

3.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ rotodây quấn12

PHẦN 2: GIỚI THIỆU BIẾN TẦN MITSHUBISHI FR A700

1 Khái niệm biến tần13

2 Phân loại13

3 Giới thiệu về biến tần Mitshubishi FR A70014

3.1 Cấu trúc biến tần15

3.2 Kiểm tra sản phẩm và nhận dạng các bộ phận16

3.3 Lắp đặt và nối dây17

3.4 Sơ đồ chân18

3.4.1 Đặc điểm kỹ thuật của các đầu cuối trên mạch chính

3.4.2 Đấu mạch điều khiển

3 Hình dáng bên ngoài của PLC S7-120035

4 Cấu trúc bên trong37

5 Đấu dây38

6 Modul mở rộng40

7 Phương pháp lập trình điều khiển41

8 Các phương pháp lập trình42

8.1 Ngôn ngữ lập trình LAD (ladder Logic)42

8.2 Ngôn ngữ lập trình FDB (Funtion Block Diagram)43

9 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic44

9.1 Trình tự các bước thiết kế một chương trình điều khiển44

9.2 Giao diện của phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic45

PHẦN 4:BÀI TOÁN ỨNG DỤNG: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUẠT TRONG

LÒ SẤY THEO NHIỆT ĐỘ

1 Chương trình mô phỏng50

1.1 Chương trình điều khiển Step750

1.1.1 Chương trình điều khiển tự động

1.1.2 Chương trình điều khiển bằng tay

1.1.3 Chương trình kết nối analog

1.1.4 Chương trình kết nối Simulator

2 Chương trình mô phỏng nguyên lý hoạt động của ứng dụng56

2.1 Mô phỏng ở chế độ điều khiển tự động - Auto56

2.2 Chương trình mô phỏng chế độ điều khiển bằng tay - Hand59

3 Chương trình giám sát bằng TIA Portal62

3.1 Chương trình Step7 62 3.2 Lưu đồ thuật toán65

3.3 Mô hình bài toán ứng dụng 67 3.3.1 Cách đấu nối dây trong mô hình

3.3.2 Hoạt động của mô hình bài toán ứng dụng

Danh mục hình ảnh trong báo cáo

Hình 1: Cấu trúc biến tần FR A700

Hình 2:Chi tiết biến tần FR A700

Hình 3:Sơ đồ lắp đặt và đấu nối

Hình 4: Sơ đồ chân

Hình 5: Hình ảnh PLC S7-1200 và các modul mở rộngHình 6: Hình dạng bên ngoài của S7 – 1200 (CPU 1212C)Hình 7: Cấu trúc bên trong

Hình 8: Sơ đồ đấu dây S7-1200

PHẦN 1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1 Cấu tạo

1.1 Cấu tạo phần tĩnh ( stator)

Gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn

c) Dây quấn roto:

Gồm hai loại: Loại roto dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc

 Loại roto dây quấn: Dây quấn roto giống dây quấn stato và có số cực

bằng số cực stato Các động cơ công suất trung trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kết cấu dây quấn roto chặt chẽ hơn Các động cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm 1 lớp Dây quấn 3 pha của roto thường đấu hinh sao (Y) Ba đầu kia nối và 3 vòng trượt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục Thông qua chổi than và còng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ

 Loại roto lồng sóc : Loại dây quấn này khác với dây quấn stato Mỗi rãnh

của lõi sắt được đặt một thanh động hoặc thanh nhôm và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch, làm thành một cái lồng người ta gọi đó là lông sóc Dây quấn roto kiểu lồng sóc không cách điện với lõi sắt

1.3 Khe hở

Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ( 0.2mm - 1mm) Do đó roto là một khối tròn nên roto rất đều

Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh

ra một từ trường quay n1 Từ trường quét qua các thanh dẫn roto, làm cảm ứng trên dây quấn roto một sức điện động E2 sẽ sinh ra dòng điện I2 chạy trong dây quấn Chiều của sực điện động và chiều dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay phải Dòng điện I2 tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện

từ trên dây dẫn dẫn roto và moomen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường Tóc đọ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường stato n1 Có sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stato duy trì được dòng điện I2 và moomen M Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của

từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ

3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

Trên stato: thay đổi điện áp đưa vào dây quấn stato, thay đổi số đôi cực của dây quấn stato hay thay đổi tần số nguồn

Trên rôto: thay đổi điện trở roto hoặc nối nối tiếp trên mạch điện roto một hay nhiều máy điện phụ gọi là nối cấp

3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì tốc độ có bấynhiêu cấp, vì vậy thay đổi tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp một không bằng phẳng Có nhiều cách để thay đổi số đôi cực của dây quấn stato:

Đổi cách nối dây để có số đôi cực khác nhau Dùng trong động cơ điện hai tốc

Dây quấn rôto trong động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có số đôi cực bằng

số đôi cực của dây quấn stato, do đó khi đấu lại dây quấn stato để có số đôi cựckhác nhau thì dây quấn rôto cũng phải đấu lại như vậy không tiện lợi

Ngược lại, dây quấn roto lồng sóc thích ứng với bất kì só đôi cực nào của dâyquấn stato, do đó thích hợp cho động cơ điện thay đổi số đôi cực để điều chỉnhtốc độ

Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm giữ nguyên độ cứng củađặc tính cơ

3.2 Điều chỉnh tôc độ bằng cách thay đổi tần số

Tốc độ của động cơ KĐB n = n1(1-s) = (60f/p)(1-s)

Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số

Mặt khác, từ biểu thức E1=4.44.f1.W1.Kdq.Ømax ta nhận thấy max tỷ lệ thuậnvới E1/f1

Người ta mong muốn giữ cho Ømax= const

Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời cả E/f , có nghĩa là phải sử dụng một nguồnđiện đặc biệt , đó là các bộ biến tần công nghiệp

Do sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật vi điện tử và điện tử công suất, các bộbiến tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơxoay chiều bằng phương pháp tần số Sử dụng biến tần để điều khiển động cơtheo các quy luật khác nhau ( quy luật U/f, điều khiển véc tơ ) đã tạo ra những

hệ điều khiển tốc độ động cơ có các tính năng vượt trội

3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato.

Ta đã biết, hệ số trượt giới hạn Sth không phụ thuộc vào điện áp, nếu R’2 khôngđổi thì khi giảm điện áp nguồn U, hệ số trượt tới hạn Sth sẽ không còn Mmax giảm

tỉ lệ với U2

Phương pháp này chỉ thực hiện khi máy mang tải, con khi máy không mang tải

mà giảm điện nguồn, tốc độ gần như không đổi

3.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto dây quấn.

Thông qua vành trượt ta nối một biến trở 3 pha có thể điều chỉnh được vào dâyquấn rôto

Với một mômen tải nhất định, điện trở phụ càng lớn thì hệ số trượt ở điểm làmviệc càng lớn ( từ a đén b rồi c ), nghĩa là tốc độ càng giảm xuống Vì mômen tỷ

lệ với công suất điện trở Pđt, nên ta có : (r2/s2)= ((r2+rf)/s)

Do Pđt bản thân không đổi, I2 cũng không đổi nên một bộ phận công suất cơtrước kia đã biến thành tổn hao đồng I2 x Rf Vì lúc đó công suất đưa vàokhông đổi nên hiệu suất giảm, đây là nhược điểm của phương pháp này Mặtkhác, tốc độ điều chỉnh nhiều hay ít còn phụ thuộc vào tải lớn hay nhỏ

PHẦN 2 GIỚI THIỆU BIẾN TẦN MITSHUBISHI FR A-700

1 Khái niệm biến tần

- Biến tần là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện đang ở tần số này cố định thành nguồn điện có tần số khác thay đồi được nhờ các khóa bán dẫn Trong công nghiệp, bộ biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp 50Hz hay 60Hz sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp năng lượng điện cho động cơ xoay chiều

- Điện áp ra của các bộ biến tần cũng có thể khác với điện áp lưới cấp vào của bộ biến tần, tùy vào tần số cấp ra

- Các bộ biến tần được sử dụng rất rộng rãi để điều chỉnh trơn tốc độ động cơ

2 Phân loại:

Biến tần được phân chia làm hai loại:

a) Biến tần trực tiếp: Là bộ biến tần biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f1 thành tần số f2 không qua khâu chỉnh lưu

- Ưu điểm: + phụ tải có thể trao đổi năng lượng với lưới một cách liên tục

+ hiệu suất bộ biến tần cao

- Nhược điểm: + thay đổi tần số ra khó khăn

+ tần số ra f2 phụ thuộc vào tần số vào f1 (f2 ≤ f1)

b) Biến tần gián tiếp: Là bộ biến tần mà dòng điện xoay chiều đầu vào tần số f1 được chỉnh lưu thành dòng điện 1 chiều, lọc rồi lại được nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều tần số f2

- Vì f2 không phụ thuộc vào f1 nên bộ biến tần gián tiếp được sử dụng rộng rãihơn.

3 Giới thiệu về biến tần mitshubishi FR A-700

Mitsubishi Electric Automation, nhà cung cấp sản phẩm tự động hóa tầm cỡ thế giới cho nhiều ngành công nghiệp mới đây đã cho ra mắt bộ biến tần tính năng cao A700 để điều khiển động cơ từ ½ đến 600 mã lực A700 sẽ thay thế cácdòng biến tần A500 và A500L của công ty cho ra mắt từ năm 1997

FR-A700 là dòng biến tần đầu tiên của Mitsubishi có tích hợp bộ điều khiểnkhả trình (PLC) và mang trong mình nhiều đặc điểm của công nghệ đặc biệt mà Mitsubishi phát triển cho các sản phẩm truyền động servo Đặc điểm đáng chú ý như tự động điều chỉnh Tính năng này giúp tự động bù vào sự thay đổi quán tínhtải trọng Kết quả là mang lại hoạt động trơn tru, thời gian ngưng hoạt động giảm

và chi phí hoạt động thấp

“A700 nhanh hơn, thông minh hơn, khỏe mạnh hơn mọi loại biến tần chúng tôi đã giới thiệu trước đây”, ông Chris Cusick, giám đốc marketing của Mitsubishi cho biết “Với PLC tích hợp trong A700, người sử dụng có thể điều chỉnh thiết bị theo yêu cầu ứng dụng của mình”

- Có tốc độ hồi đáp 300 radian/giây, nhanh hơn 10 lần so với các dòng A500, A700 hỗ trợ hầu hết các giao thức thông dụng, gồm Profibus DP, CC-Link, DeviceNet, LonWorks, ControlNet, Modbus RTU, Metasys N2, EtherNet IP và Modbus TCP/IP, tất nhiên, cả giao thức mạng RS485 độc quyền của Mitsubishi Ngoài ra, A700 còn hỗ trợ mạng kết nối chuyển động sợi quang cho phép nó hoạt động tương hợp với hệ truyền động servo J3 mới của hãng và toàn bộ dòng sản

phẩm điều khiển chuyển động khác của hãng

3.1 Cấu trúc biến tần FR-A700

Biến tần FR-A700 là biến tần nguồn áp gồm các phần cơ bản:

Hình 1: Cấu trúc biến tần FR A700

+ Bộ chỉnh lưu:

Có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha hoặc ba pha Thông thường ta gặp, mạch cầu ba pha Thông thường, bộ chỉnh lưu có dạng không điềukhiển, bao gồm các diode mắc dạng mạch cầu Độ lớn điện áp và tần số áp ra của

bộ nghịch lưu còn có thể điều khiển thông qua phương pháp điều khiển xung thực hiện trực tiếp ngay trên bộ nghịch lưu

Ở chế độ máy phát của tải (chẳng hạn khi hãm động cơ không đồng bộ), nănglượng hãm được trả ngược về mạch một chiều và nạp cho tụ lọc Cf Năng lượng nạp về trên tụ làm điện áp nó tăng lên và có thể đạt giá lớn có thể gây quá áp Đểloại bỏ hiện tượng quá điện áp trên tụ Cf, ta có thể đóng mạch xả điện áp trên tụ qua một điện trở mắc song song vơi tụ thông qua công tắc bán dẫn S

+ Mạch trung gian một chiều:

Có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf (khoảng vài ngàn F ) mắc vào ngõ

vào của bộ nghịch lưu Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động như nguồn điện áp Tụ điện cùng với cuộn cảm Lf của mạch trung gian tạo thành mạch nắn

điện áp chỉnh lưu Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn dòng điện chỉnh lưu Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf không xuất hiện trong cấu trúc mạch và tác dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng tản máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu Do tác dụng của diode nghịch đảo bộ nghịch lưu, điện

áp đặt trên tụ chỉ có thể đạt các giá trị dương Tụ điện còn thực hiện chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tải của bộ nghịch lưu và mạch trung gian bằng cách cho phép dòng id2 thay đổi chiều nhanh không phụ thuộc vào chiều của dòng id1

3.2 Kiểm tra sản phẩm và nhận dạng các bộ phận

Mở bao bì biến tần và kiểm tra các tấm công suất trên bìa đĩa phía trước và đánh giá trên

Hình 2: Chi tiết biến tần FR A700

3.3 Lắp đặt và nối dây

Hình 3: Sơ đồ lắp đặt và đấu nối

3.4 Sơ đồ chân

Hình 4: sơ đồ chân

3.4.1 Đặc điểm kĩ thuật của các đầu cuối trên mạch chính

Kí hiệu đầu nối Tên đầu nối Sự mô tả

số công suất cao (FR-HC và MT-HC) hoặc

bộ biến đổi chung tái sinh năng lượng CV)

(FR-U,V,W Đầu ra biến tần Kết nối với động cơ lồng sóc 3 pha

R1/L11,

S1/L21

Nguồn cung cấp chomạch điều khiển

Nguồn cung cấp AC được kết nối tới đầu R/L1 và S/L2 Giữ màn hiển thị báo động và ngõ ra báo động hoặc khi sử dụng bộ biến đổi

hệ số công suất cao (FR-HC và MT –HC) hoặc bộ biến đổi chung tái sinh năng lượng (FR-CV), chuyển và nhảy tới đầu

R/L1-R1/L11 và S/L2-S1/L21 và áp đặt năng lượng ngoài lên những điểm cuối này

Không tắt nguồn cung cấp cho mạch điều khiển (R1/L11,S1/L21) với nguồn mạchchính(R/L1,S/L2,T/L3) trên.vì thế có thể gây thiệt hại cho biến tần.Mạch cần phải được cấuhình vì thế nguồn mạch chính (R/L1,S/L2,T/L3) cũng được tắt khi nguồn cung cấp cho mạch điều khiển

(R1/L11,S1/L21) là OFF 15K hoặc it hơn: 60VA, 18.5K hoặc nhiều hơn :80VA

P/+, PR Kết nối điện

trợ hãm

Loại bỏ và nhảy từ những điểm PR-PX (7.5K hoặc ít hơn) và kết nối với một điện trởhãm lựa chọn qua 2 điểm P+ - PR.Cho điện

trở 22K hoặc ít hơn, điện trở kết nối sau đó cung cấp công suất hãm tái sinh.

P/+,N/- Sự kết nối đơn

vị hãm

Nối đơn vị hãm phanh (FR-BU,BU và MTBU5), Bộ chuyển đổi năng lượng tái sinh thôngdụng(FR-CV),Bộ biến đổi công suất cao( FR-HC và MT-HC) hoặc bộ biến đổi năng lượng tái sinh (MT-RC)

PR,PX Kết nối mạch

hãm bên trong

Khi nhảy và được kết nối hai điểm PX-PR (tình trạng ban đầu) Mạch hãm bên trong là hoạt động ( cung cấp cho 7.5K hoặc it hơn)Nối đất Cho nối đất (nối đất) vỏ máy biến tần.Phải

được tiếp đất

3.4.2 Đấu mạch điều khiển

Chỉ dẫn chức năng điểm cuối có thể chọn lựa để sử dụng (chọn lựa chức năng đầu cuối I/O)

(1) Tín hiệu vào

Kiểu Kí hiệu

điểm

cuối

Tên đầu cuối

Mô tả

Thông số kĩ thuật định mức

để bắt đầuquay thuận và tắt nó cho

sự dừng

Khi tín hiệu STF vàSTR được bật đồng

thời Sự điều khiển

dừng được đưa ra

Điện trở vào 4.6k

điện áp khi làmviệc

2127VDCTiếp điểm khingắn mạch 46mADCSTR Bắt đầu

quay ngược

Bật tín hiệuSTR cho

sự quay ngược vàtắt nó cho

sự dừngSTOP Bắt đầu tự

giữ sự lựa chọn

Bật tín hiệu STOP để tự giữ tín hiệu khởi đầu

RH,

RM,

RL

Lựa chọnnhiều tốc độ

Nhiều tốc độ có thể được lựachọn theo sự phù hợp với tínhiệu RH,RM,và RL

JOG Sự chọn

lựa kiểu chạy chậm

Bật tín hiệu JOP để chọn sự hoạt động chậm (cài đặt ban đầu) và bật tín hiệu khởi

động (STF hoặc STR) để khởi động chạy chậmChuổi xung

vào

Đầu JOG có thể sử dụng nhưđầu vào chuổi xung.để sử dụng như đầu vào chuổi xung, trang 291 cài đặt cần được thay đổi (ngõ xung vàocực đại 100kpulse/s)

Điện trở vào 2k

tiếp điểm khingắn mạch 813mADC

chức năng

thứ 2

Bật tín hiệu RT để chọn chức năng thứ2 Khi chức năng thứ 2 như là “ tang mômen thứ 2” và “V/F thứ 2( tần số cơ bản)” được đặt lên, bật tín hiệu RT chọn chức năng này

Điện trơ ngõ vào

4.7kĐiên áp làm viêc: 21 27 VDC

Dòng ngắn mạchtại tiếp điểm46mADC

MRS Đầu ra

dừng

lại

Bật tín hiệu MRS (20ms hoặc hơn) để dừng ngõ ra biến tần

Sử dụng khóa ngõ ra biến tần khi đang dừng động cơ bằng phanh điện từ

RES Khởi động

lại

Thường khởi động lại ngõ rabáo động được cung cấp khi chức năng bảo vệ được kich hoạt

Bật tín hiệu RES nhìu hơn

so với 0.1s Rồi tắt nó Cài đặt ban đầu là luôn khởi

động lại.Bởi sự cài đặt ở trang 75 sự khởi động lại có thể đặt lên chỉ hiêu lực khi báo động biến tần xảy ra.Phục hồi khoảng 1s sau khi khởi động lại được hủy bỏ

đang bật tín hiệu AU làm đầu 2(điện áp vào ) không cóhiệu lực

Đầu vào

PTC

Điểm AU được sử dụng như đầu vào PTC (Bảo vệ nhiệt của động cơ).Khi sử dụng nónhư đầu vào PTC ,đặt

AU/PTC chuyển tới PTC

ý cài đặt khởi động lại là cầnthiết cho sự hoạt động

Trong cài đặt ban đầu,khởi động lại là mất tác dụng

SD Tiếp điểm Điểm chung cho tiếp điểm Điện áp định

Được cách điện từ đầu 5 và SE

mứcnguồn cung cấp

19.2 28.8 VDc

Dòng tiêu thụ100mA

2 khi kết nối nó với đầu 10E

10VDC đượcphép tải dòng10mA

phéptải dòng 10mA

2 Tần số cài

đặt điện thế

Ngõ vào 05VDC (hoặc 010V, 420mA) cung cấptần số ngõ ra cực đại tại 5V (10V, 20mA) và làm thành tỉ

Điện áp vào: điện trở vào 10k ±1k Điện

áp lớn nhất cho

lệ ngõ ra và ngõ vào Sử dụng trang 73 để ngắt giữa đầu vào 05VDC (cài đặt trước) và 020mADC khi

bộ chuyển ngõ vào điên áp/

dòng điện ở ví trí ngắt( đầu tiên đặt lên để off).Dòng ngõ vào luôn luôn giống nhau khi bộ chuyển ngõ vào điện áp/dòng điện

phép 20VDC Dòng vào: Điện trở vào 245Ω ± 5Ω Dòng điện cực đại cho phép 30mA

AU được bật( đầu 2 ngõ vào

là không hợp lệ).Sử dụng trang 267 để chuyển giữa nhập vào 420mA (cài đặt ban đầu) và 010VDC khi

bộ chuyển nhập vào điện áp/dòng điện ở vị trí OFF (cài đặt ban đầu để ON).Dòng điện ngõ vào luônluôn giống nhau khi bộ

chuyển điện áp/dòng điện ngõ vào ở vị trí ON (trang

267 cần được đặt lên ngõ vào dòng điện) Sử dụng trang 858 để chuyển điểm chức năng

1 Cài đặt tần

số phụ

Nhập vào 05VDC hoặc 010VDC thêm tần số này đến điểm 2 hoặc 4 tín hiệu tần số cài đặt.Sử dụng trang

73 để chuyển giữa ngõ vào 05VDC và 010VDC (cài đặt trước) Sử dụng trang

868 để chuyển điểm chức năng

Điện trở vào 10kΩ ± 1kΩ Điện áp cực đạicho phép± 20 VDC

5 Cài đặt tần

số chung

Đầu chung cho tín hiệu tần

số cài đặt (điểm 2, 1 hoặc 4)

và đầu ra tín hiệu tương tự

AM Không nối đất

3.4.3 Tín hiệu đầu ra:

Loại Kí hiệu

đầu cuối

Tên đầu cuối

1 Sự thay đổi tiếp điểm ngõ rachứng tỏ chứ năng bảo vệ

Khả năng qua tiếp điểm

(ngõ ra báo động)

biến tần có hoạt động và ngõ

ra được dừng lại

Bất thường: không có sự truyền dẫn ngang qua B-C (A-

C nối liên tục) Bình thường:

B-C nối liên tục (không có sự truyền dẫn qua A-C)

230VAC 0.3A (hệ số công suất

=0.4)30VDC 0.3A

Được chuyển xuống thấp khi tần số đầu ra biến tần bằng hoặc cao hơn tần số khởi động(giá trị cho trước

0.5Hz) Được chuyển lên cao trong khi dừng hoặc thao tác hãm DC

Cho phép tải 24VDC 0.1A (sụt áp là 2.8V cực đại khi tín hiệu vào)

tốc/giảm tốc và dừnglại

Mã (4bit) báo động

động quá tải

Chuyển xuống thấp khi sự đề phòng tắt được kích hoạt bởi

chức năng phòng ngừa tắt.chuyển lên cao khi sự phòng ngừa tắt được xóa bỏ.

ngõ ra

đoạn cấpđiện tức thời

Được chuyển xuống thấp khi sự cố cấp điện tức thời và sự bảo vệ dưới điện áp được kích hoạt

tần số

Chuyển xuống thấp khi tần số ngõ ra biến tần là bằng hoặccao hơn tần số dò tìm đặt trước và chuyển lên cao khi nhỏ hơn tần số dò tìm đặt trước

chung

bộ góp mở

Đầu cuối chung cho đầu RUN, SU, OL, IPF, FU

đồng hồ đo

Chọn một điểm ví dụ như tần

số đầu ra từ một điểm trên màn hình Tín hiệu đầu ra là tỉ

lệ với độ lớn củađiểm tương ứng trên màn hình

Điểm ra: tần số đầu ra (cài đặt trước)

Bộ góp

mở NPN

Tín hiệu có thể ởngõ ra từ đầu cuối bộ góp do

cài đặtTương

tự

tương tựngõ ra

Điểm ra : tần số đầu ra ( cài đặt trước)

3.4.4 Cổng truyền thông

Loại Kí hiệu điểm

đầu cuối

Tên điểm đầu cuối

Sự mô tả

RS-485

Kết nối PU Với đầu nối PU, sự truyền dữ liệu có thể

đến RS-485 (cho kết nối chỉ trên tỉ lệ 1:1)

- Theo tiêu chuẩn: EIA-485(RS-485)

- Định dạng truyền: đa điểm ra

- Tốc độ truyền thông: 4800 đến 38400bps

- Tổng chiều dài: 500mTXD+ Đầu truyền

của biến tần

Với những đầu RS-485, sự truyền dữ liệu có thể đến RS- 485

- Theo tiêu chuẩn: EIA-485(RS-485)

- Định dạng truyền :liên kết đa điểm

- Tốc độ truyền: 30038400bps

- Tổng chiều dài:500m

RXD+ Đầu thu của

TXD-biến tần

RXD-SG Nối đất

USB Kết nối USB FR-Configurator có thể thực hiện bằng

cách nối biến tần đến máy tính cá nhân qua USB Interfase: tương ứng với USB1.1 Đầu nối: đầu USB B (lỗ cắm B)

PHẦN 3 TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG VỀ PLC S7-1200

1 Khái quát chung về PLC S7-1200

Hình 5: Hình ảnh PLC S7-1200 và các modul mở rộng

PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp I/O và các lựa

chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - các

bộ nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay Các module tín hiệu để mở rộng I/

O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển Tất cả các phần cứng Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt

Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8,

16, và 32 điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog Bên cạnh đó, bảng tín

hiệu tiên tiến có trong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước bộ điều khiển S7 1200 cho phép nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian Thiết

kế có thể mở rộng này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/

O, với khả năng tương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyển đổi sang một bộ điều khiển lớn hơn

Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giới hạn giữa dữ liệu người sử dụng

và dữ liệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực, 16 vòng lặp PID với khả năng điều chỉnh tự động, cho phép bộ điều khiển xác định thông số vòng lặp gần tối ưu cho hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình thông dụng Simatic S7-

1200 cũng có một cổng giao tiếp Ethernet 10/100Mbit tích hợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI /SCADA hay nối mạng PLC với PLC

2 Phân loại

Việc phân loại S7-1200 dựa vào loại CPU mà nó trang bị:

Các loại PLC thông dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C

Thông thường S7-200 được phân ra làm 2 loại chính:

 Loại cấp điện 220VAC:

- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC(từ 15VDC – 30VDC)

- Tuy nhiên, nhược điểm của loại này là do ngõ ra transistor nên chỉ có thể sử dụng một cấp điện áp duy nhất là 24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứngdụng có cấp điện áp khác nhau Trong trường hợp này, phải thông qua một Relay24VDC đệm.

Bảng 1.1: các đặc điểm cơ bản của s7-1200

3 – 80 kHz

4 3 – 100 kHz

1 – 30 kHz

6 3 – 100 kHz

3 – 30 kHz

4-Khe cắm thẻ nhớ

5-Nơi gắn dây nối

Hinh 6: Hình dạng bên ngoài của S7 – 1200 (CPU 1212C)

CPU 1212C gồm 10 ngõ vào và 6 ngõ ra, có khả năng mở rộng thêm 2 module tín hiệu (SM), 1 mạch tín hiệu(SB) và 3 module giao tiếp (CM)

Các đèn báo trên CPU 1212C:

 STOP / RUN (cam / xanh): CPU ngừng / đang thực hiện chương trình đã nạpvào bộ nhớ

 ERROR (màu đỏ): màu đỏ ERROR báo hiệu việc thực hiện chương trình đã xảy ra lỗi

 MAINT (Maintenance): led cháy báo hiệu việc có thẻ nhớ được gắn vào hay không

 LINK: Màu xanh báo hiệu việc kết nối với tính thành công

 Rx / Tx: Đèn vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu được truyền

4 Cấu trúc bên trong.

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ

xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất / nhập

- Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất

- Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V) cần

thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạtđộng.

- Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý

- Các thành phần nhập và xuất (input / output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển Tín hiệu nhập

có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến,… Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid,…

- Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình hay bằng máy vi tính

Hình 7 : cấu trúc bên trong

5 Đấu dây.

Ở đây ta chọn CPU 1212C, để trình bày đấu dây tiêu biểu:

Chúng ta có thể cung cấp nguồn 24VDC hay 100 – 230VAC cho PLC và các thông số điện áp được thể hiện ở (Hinh 5)

Hình 8: Sơ đồ đấu dây S7-1200

Nguồn cung cấp cho PLC là 100 – 230VAC với tần số từ 47Hz – 63Hz

Điện áp có thể thay đổi trong khoảng từ 85V – 264V Ở 264V dòng điện tiêu thụ

là 20A

Nguồn cung cấp là 24VDC Điện áp có thể thay đổi trong khoảng 20.4V - 28.8V

Ở 28.8V dòng điện tiêu thụ là 12A

Các ngõ vào được tác động ở mức điện thế tiêu biểu là 24VDC Các ngõ ra của PLC ở mức 0 khi công tắc hở hay điện áp <= 5VDC Ngõ vào ở mức 1 khi công tắc đóng hay điện áp =>15VDC Thời gian đổi trạng thái từ “0” lên “1” và

từ “1” xuống “0” tối thiểu là 0.1us để PLC nhận biết được

Các ngõ ra có thể là 5VDC – 30VDC hay 5VAC – 250VAC Tùy theo yêu cầu thực tế mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng của nó

6 Module mở rộng

Hình 9: PLC S7-1200 và modul mở rộng

Họ PLC S7-1200 cung cấp nhiều nhất 8 module tín hiệu đa dạng và 1 mạch tín hiệu cho bộ xử lý có khả năng mở rộng Ngoài ra bạn cũng có thể cài đặt thêm 3 module giao tiếp nhờ vào các giao thức truyền thông

Bảng 2.2: thông số các môđun

7 Phương pháp lập trình điều khiển.

Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiển có lập trình, cấu trúc bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình

Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ của một máy vi tính

Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần một thay đổi nội dung bộ nhớ điều khiển, chứ không cần thay đổi cách nối dây bên ngoài Qua đó, ta thấy được ưu điểm của phương pháp điều khiển lập trình được so với phương pháp điều khiển cứng Do đó, phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển vì nó rất mềm dẻo… Phương pháp điều khiển lập trình được thực hiện theo các bước sau: