Các phương pháp điều khiển biến tần ATV312 của hãng schneider. Các phương pháp sử dụng bao gồm: Tạo giao diện điều khiển 2 biến tần bằng màn hình RTU không cần dùng tới PLC thông qua giao thức modbus. Cách 2 là dùng ESP8266 để điều khiển tốc độ động cơ từ xa thông qua ứng dụng Blink.
Trang 1PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN ATV312
SVTH: Huỳnh Nguyễn Minh NhựtGVDH: Ths Trần Lê Trung Chánh
Tóm tắt
Biến tần là một thiết bị vô cùng hữu dụng trọng việc điều khiển động cơ cũng nhưcác thiết bị khác Hầu như trong tất cả các nhà máy điều sử dụng đến biến tần Chính vìthế việc điều khiển được biến tần là một yêu cầu tối thiểu đối với mỗi sinh viên kỹ thuật.Hơn thế nữa, việc điều khiển biến tần bằng giao thức truyền thông Modbus cũng như IoTgiúp sinh viên có thể vừa cọ sát với các chuẩn giao tiếp công nghiệp vừa có thể ứng dụngnhững công nghệ mới vào đồ án Bởi vì còn mới và ít kinh nghiệm nên việc điều khiểnthông qua IoT vẫn chưa thực sự hiệu quả vì còn nhiểu và chậm Tuy nhiên đây có thể làmột hướng đi mới trong việc điều khiển các thiết bị công nghiệp
ABSTRACT
Inverter is an extremely useful device to control the engine as well as otherequipment Almost all factories use the inverter Therefore, inverter control is a minimumrequirement for every engineering student Moreover, the control of the inverter with theModbus communication protocol as well as the IoT allows students to both match theindustrial standards and can apply new technologies to the project Because it is new andless experienced, control over IoT is not really effective because it is slow and slow.However, this may be a new direction in the control of industrial equipment
Trang 2Mục lục
1 Giới thiệu 5
1.1 Giới thiệu đề tài 5
1.2 Biến tần ATV312 5
1.2.1 Tổng quan về biến tần AVT312: 5
1.2.2 Cấu tạo: 7
1.2.3 Sơ đồ chân của cổng RJ45: 8
1.3 Màn hình HMI STU855 : 9
1.3.1 Cấu tạo : 9
1.3.2 Cổng kết nối : 10
1.4 Module ESP8266 11
1.4.1 Thông số kỹ thuật: 11
1.5 Module PWM to Analog 12
1.6 IoT 13
1.7 Ứng dụng Blynk 14
2 Điều khiển biến tần bằng màn hình HMI STU 855 qua truyền thông Modbus 16
2.1 Thiết kế giao diện màn hình : 16
2.2 Thiết kế màn hình giới thiệu 19
3 Nội dung thực hiện điều khiển biến tần bằng IoT 23
3.1 Thiết lập biến tần 23
3.2 Viết code cho Arduino 23
3.2.1 Thư viện Blynk 23
3.2.2 Thiết lập các thông số 24
3.3 Thiết lập thông số trên ứng dụng Blynk 25
3.4 Kết nối 28
4 Kết quả và đánh giá 29
4.2 Đối với phương pháp điều khiển biến tần ATV312 bằng điện thoại thông qua IoT 30
4.3 Hướng phát triển đổi với việc điều khiển biến tần ATV312 31
5 Tài liệu tham khảo 31
Trang 3Danh mục bảng
Bảng 1: Sơ đồ chân của cổng RJ45 8
Bảng 2:Cổng USB1 ( USB peripherals) 10
Bảng 3: Các chân có trong NodeMCU Lua D1 Mini 11
Bảng 4: Các tính năng cơ bản: 14
Bảng 5: Bảng thu thập dữ liệu: 0- 512 bit 30
Trang 4Danh mục hình
Hình 1: Biến tần ATV312 5
Hình 2: Giao diện mặt trước của biến tần. 7
Hình 3: Sơ đồ đấu dây biến tần AVT312 một pha 220VAC 7
Hình 4: Sơ đồ đấu dây biến tần AVT312 ba pha 380VAC 8
Hình 5: Màn hình HMISTU855 9
Hình 6: Cấu tạo màn hình 9
Hình 7: Module ESP8266 11
Hình 8: Module PWM to Analog 12
Hình 9: Ứng dung Blynk 14
Hình 18: Tạo nút nhấn 20
Hình 19: Thiết lập thông số hiễn thị 20
Hình 21: Thiết lập IP máy 21
Hình 22: Kết quả thu được 22
Hình 23: Cấu hình biến tần nhận truyền thông Modbus 22
Hình 24: Thiết lập các thông số cho biến tần 23
Hình 25: Thư viện blynk 23
Hình 27: Mở code 24
Hình 28: Giao diện code 25
Hình 29: Thiết lập Output 25
Hình 30: Giao diện ban đầu của ứng dụng 26
Hình 31: Tạo Project mới 26
Hình 32: Chọn chuẩn kết nối 26
Hình 33: Mã key và hoàn thành thiết lập 27
Hình 34: Thiết lập thanh trượt 27
Hình 35: Chọn chân thực thi lệnh 28
Hình 36: Kết quả 28
Hình 37: Sơ đồ kết nối tổng quát 29
Trang 51 Giới thiệu
1.1 Giới thiệu đề tài
Việc điều khiển biến tần ATV312 thông qua giao thức truyền thông Modbus ởnhững học kỳ trước đã có bạn Nguyễn Minh Thế( sinh viên Cơ Điện Tử Khóa 40) thựchiện Tuy nhiên vẫn chỉ dừng lại ở việc điều khiển một biến tần Vì thế đề tài này nhầmmục đích năng cấp đề tài đã có từ trước ở phần điều khiển nhiều hơn một biến tần với cácchức năng điều khiển như củ Chưa dừng lại ở đó, đồ án này còn ứng dụng phương phápđiều khiển mới là dùng board IoT ESP8266 trong việc điều khiển tốc độ biến tần thôngqua ứng dụng trên điện thoại
1.2 Biến tần ATV312
Hình 1: Biến tần ATV312[8]
1.2.1 Tổng quan về biến tần AVT312:
Biến tần Schneider Altivar 312 là một biến tần nhỏ gọn, mạnh mẽ, dễ giao tiếp vàlinh hoạt với khả năng được thiết kế cho động cơ không đồng bộ có công suất 15kW.Chỉ cần thực hiện một vài kết nối đơn giản là có thể đưa biến tần vào hoạt động Biếntần ATV312 cho động cơ không đồng bộ ba pha Cấp điện áp 220V AC hoặc 3 pha380V AC
Ứng dụng : Sử dụng cho bằng chuyền, máy đóng gói thanh cơ nâng hạ, hệ thống
di chuyển hàng hóa, máy dệt máy trộn, máy xay, máy bơm khi nén, máy quạt,,
Đặc tính[7] :
- Điều khiển tốc độ bằng phương pháp vecto từ thông
Trang 6- Tạo moment có giá trị 2Tn ở tần số 3kHz mà không cần hiệu chỉnh
- Bảo vệ cho biến tần và động cơ
- Có chức năng hàm trình tự và tự động dò thông số “auto- turning”
- Điều khiển theo sức căng chuyên dụng ngành dệt
- Tích hợp bộ hiệu chỉnh PI
Altivar 312 được cài đặt mặc định cho các điều kiện hoạt động thông dụng nhất:
- BBT sẽ hiển thị trên màn hình sẵn sàng (rdY) khi động cơ dừng và tần số đ ộng cơkhi động cơ chạy
- Tần số động cơ (bFr)= 50Hz
- Chế độ điều khiển: 2 dây (tCC=2C)
- Luật điều khiển: Điều khiển vector từ thông duy trì moment không đổi, vòng hởkhông cảm biến (Uft=n)
- Chế độ dừng bình thường theo độ tăng/giảm tốc (Stt=rMP)
- Dòng hãm động cơ (SdC) = 0.7x dòng danh định của BBT, thời gian hãm 0,5 giây
- Tự động điều chỉnh thời gian giảm tốc trong trường hợp quá áp lúc hãm(BrA=Yes)
- Không tự động khởi động sau khi bị lỗi (Atr= nO)
- LI5- LI6: Chưa gán chức năng
Các ngõ vào analog:
Trang 7- AI1: Tham chiếu tốc độ 0-10V (Fr1=AI1)
- AI2: Cộng tham chiếu tốc độ 0±10V (Summing ref.2= AI2)
- AI3: 4-20mA chưa gán chức năng
- Relay R1: Tiếp điểm hở khi có lỗi (hoặc tắt nguồn BBT) (r1= Flt)
- Relay R2: Chưa gán chức năng
- Ngõ ra analog AOC: 0-20mA chưa gán chức năng
1.2.2 Cấu tạo:
Mặt trước của biến tần:
Giao diện giao tiếp với người dùng gồm có 5 phím: Mode, Esc (trở về màn hìnhchính), Stop/Reset, Run và phím Enter núm xoay (chuyển mode và khi nhấn nút xoay đểset giá trị dữ liệu)[1]
Hình 2: Giao diện mặt trước của biến tần[8]
Hình 3: Sơ đồ đấu dây biến tần AVT312 một pha 220VAC[8]
Hình 4: Sơ đồ đấu dây biến tần AVT312 ba pha 380VAC[8]
1.2.3 Sơ đồ chân của cổng RJ45:
Bảng 1: Sơ đồ chân của cổng RJ45[1]
Trang 8Sơ đồ chân RJ45 Pin Tên hính hiệu Mô tả Ý nghĩa
Trang 9Transistor Technology ), truyền dữ liệu trực tiếp qua công USB mini, cổng COM or hoặcqua Ethernet HMI STU655/855 được lặp trình trên phần mềm Vijeo Designer doSchneider cung cấp [5].
1.3.1 Cấu tạo :
Hình 6: Cấu tạo màn hình[9]
1.3.2 Cổng kết nối :
Bảng 2: Cổng USB1( USB peripherals) [9]
Giao tiếp máy chủ Tốc độ trung bìnhTốc độ cao 480 Mbps12 Mbps
Tốc độ thấp 1.5 Mbps
Khoản cách truyến tải tối đa 5m với tốc độ 12 Mbps
- Cổng USB2 mini: Dùng để download chương trình từ máy tính xuống màn hình
- Cổng giao tiếp internet: Có thể dung để điều khiển hoặc download chương trình Lưu ý: Download chương trình qua cổng internet cần biết IP hoặc đặt lại IP cho mànhình thông qua việc download chương trình qua cổng USB mini IP của máy tính dung đểdownload phải khai báo ngang hang với IP của màn hình Ví dụ IP máy tính 192.168.1.1thì IP màn hình là 192.168.1.0
Trang 10Cổng COM 1: Để kết nối HMI STU855 với các thiết bị điều khiển từ xa thông quacáp RS232 hoặc RS485 Kết nối sử dụng là một loại kết nối RJ45 loại 8 pin
Cổng kết nối RJ45 gồm có giao tiếp RS232 và RS485, có thể cấu hình độ dài dữ liệu7bit hoặc 8bit, số bit stop là 1 hoặc 2, có kiểm tra chẵn, lẽ hoặc không Tốc độ truyền2400bps đến 115200bps Khoản cách truyền tối đa của RS232 là 15m, của RS485 là1200m ở tốc độ 100kbps[9]
Trang 111.4 Module ESP8266
Hình 7: Module ESP8266[10]
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua D1 Mini là kit phát triển dựa trênchip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp vớitrình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lậptrình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên đơn giản
1.4.1 Thông số kỹ thuật:
- Model: NodeMCU Lua D1 Mini
- IC chính: ESP8266 Wifi SoC phiên bản ESP12
- Phiên bản firmware: Node MCU
- Chip nạp và giao tiếp UART: CH340
- GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU
- Cấp nguồn: 5V DC MicroUSB hoặc vào các chân 5V, 3.3V
- GIPO giao tiếp mức 3.3V DC
- Thiết kế nhỏ gọn, có thể cấm trực tiếp vào test board
- Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino
- Kích thước: 34.2 x 25.6mm[10]
Bảng 3: Các chân có trong NodeMCU Lua D1 Mini[10]
Trang 12Pin Function ESP-8266 Pin
D4 IO, 10k Pull-up, BUILTIN_LED GPIO2
D8 IO, 10k Pull-down, SS GPIO15
Trang 13IoT là mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nốiInternet viết tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi
mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khảnăng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sựtương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính IoT đã phát triển từ sựhội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơn giản là mộttập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài
để thực hiện một công việc nào đó
Tính kết nối liên thông( interconnectivity): Với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kếtnối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể
Những dịch vụ liên quan đến “Things”: hệ thống IoT có khả năng cung cấp cácdịch vụ liên quan đến “Things”, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữaPhysical Thing và Virtual Thing Để cung cấp được dịch vụ này, cả công nghệ phần cứng
và công nghệ thông tin( phần mềm) sẽ phải thay đổi
Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phầncứng khác nhau, và network khác nhau Các thiết bị giữa các network có thể tương tácvới nhau nhờ vào sự liên kết của các network
Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ, ngủ và thứcdậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi, và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, sốlượng thiết bị có thể tự động thay đổi
Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp vớinhau Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay Sốlượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi conngười[12]
1.6.1 Ứng dụng của IoT
- Quản lí chất thải
- Quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị
- Quản lí môi trường
- Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp
- Mua sắm thông minh
- Quản lí các thiết bị cá nhân
- Đồng hồ đo thông minh
- Tự động hóa ngôi nhà…
1.7 Ứng dụng Blynk
Trang 14Hình 9: Ứng dung BlynkBlynk là một ứng dụng iOS và Android để kiểm soát thiết bị Esp8266, Arduino,Raspberry Pi và thiết bị khác trên Internet.
Dễ sử dụng: Quá đơn giản, chỉ việc vào store, cài đặt, sau đó đăng ký tài khoản vàmất không quá 5 phút để làm quen
Đẹp và đầy đủ: Giao diện của Blynk quá tuyệt vời, sử dụng bằng cách kéo thả, bạncần nút bấm, kéo thả nút bấm, bạn cần đồ thị, kéo thả đồ thị, bạn cần LCD, kéo thả LCD,tóm lại là bạn cần gì thì kéo thả cái đó
Không phải lập trình android hay iOS: Nếu như không có kiên thức về làm app trênđiện thoại thì việc điều khiển thiết bị từ chính smartphone của mình quả là điều vô cùngkhó khăn và phức tạp Nhờ blynk thì chúng ta có thể bỏ qua bước lập trình tạo app Cóthể thử nhanh chóng và ứng dụng được dự án của mình vào thực tế
Thử nghiệm nhanh chóng, có thể điều khiển giám sát ở bất kỳ nơi nào có internet.Tất nhiên ngoài những điểm lợi từ blynk thì còn có những cái hạn chế như phải muaenergy để tạo được nhiều giao diện và chia sẽ giao diện cho người khác Những cái nàycũng không phải là vấn đề lớn lắm
Blynk không bị ràng buộc với những phần cứng Thay vào đó, nó hỗ trợ phần cứngcho bạn lựa chọn Cho dù Arduino hoặc Raspberry Pi của bạn muốn kết nối đến Internetqua Wi-Fi, Ethernet hoặc chip ESP8266, Blynk sẽ giúp bạn đưa nó làm việc và sẵn sàngkiểm soát trên Internet
Bảng 4: Các tính năng cơ bản:
Bộ điều khiểnNút nhấn
Thanh trượtTimerJoystickChọn màuNút tăng/giảm
Hiển thị
Trang 15Hiển thị sốHiển thị nhiệt độTrạng thái LedĐồng hồ báo%
LCDBiểu đồBiểu đồ lịch sửVideoThanh báo %
Giao diệnTabs
MenuBảngĐồng hồBản đồ
Thông báoQua Twitter
Qua điện thoạiQua Email
Dùng các cảm biến trên điện thoạiGPS
Gia tốc
Trang 16Cảm biến ánh sángCảm biến tiệm cận
2. Điều khiển biến tần bằng màn hình HMI STU 855 qua truyền thông Modbus.
2.1 Thiết kế giao diện màn hình :
- Tạo một project mới: File > New Project hoặc phím tắt Ctrl + N[4]
Hình 10: Tạo project mới
- Đặt tên cho Project( Project name), Ghi chú( Description), chọn Số Target ( trang)
và đặt pass word( Type) sau đó nhấn next để tiếp tục như hình 11
Hình 11: Đặt tên cho project
- Đặt tên cho từng trang, chọn dòng và loại màn hình HMI ở đề tài này mình chọnTarget type HMISTU series và Model HMIS5T(HMIS65/S85) sau đó nhần next
để tiếp tục
Trang 17Hình 12: Chọn loại màn hình
- Nhấp vào ô Assign the following ID Address để thiết lập địa chỉ IP( ta có thểdownload thông qua địa chỉ IP này) sau đó ấn next để tiếp tục: ( địa chỉ IP củamàn hình) ở đây màn hình của mình địa chỉ IP là 192.168.1.152 như hình 13
Hình 13: Thiết lập địa chỉ IP
- Nhấn next và chọn finish để hiển thị ra giao diện lập trình
- Ở hình 14 là chọn thiết bị kết nối và Gán địa chỉ lập trình chọn thiết bị kết nốiTrong vùng quản lý project ta nhấp chuột phải vào IO Manager> New Driver sau
đó hiện thị lên bản thông báo chọn hệ thức kết nối ở đây truyền thông HMI vớibiến tần thông qua hệ thức truyền thông modbus( RTU) chọn Modbus Equipment
Trang 18Hình 14: Chọn chuẩn kết nối
- Nhấn OK để cấu hình truyền thông qua COM1 chọn địa chỉ biến tần là 1 và 2
Hình 16: Thiết lập các thông số chuyền
- Thiết lặp địa chỉ các biến
- Tạo biến dùng giao tiếp với biến tần và biến nội trong màn hình Chọn Variables/New Variables/ Interger và chỉnh sửa địa chỉ biến nếu biến đó dùng cho biến tần
Trang 19Hình 17: Tạo các biến cần dùng
2.2 Thiết kế màn hình giới thiệu.
Thiết kế màn hình điều khiển gồm :
Cài đặt địa chỉ từng biến:
Nhấn vào biểu tượng này kéo , Nút Thuận ở đây 15 là chế độ chạy thuận tương tự cho các nút khác Start 6, Stop là 7, Nghịch là 2063 Giao diện như hình 18
Hình 18: Tạo nút nhấn Đối với phần đọc tần số Chọn kiểu dữ liệu là Int, cần đưa biến giá trị varableđúng như địa chỉ đã thiết lập từ trước Display type là phần cho phép nhập hay hiễnthị bao nhiêu số trên màn hình và Enable Input Mode là cho phép nhập dữ liệu từ
Trang 20Hình 19: Thiết lập thông số hiễn thị
Địa chỉ download xuống màn hình:
Hình 20: Download xuống màn hìnhDownload xuống màn hình HMI có 2 cách ở mục Download ở hình 20 :
- Download qua công USB mini( cách này thường dùng download lần đầu)
- Download qua cổng internet( cách này ta phải biết đĩa chỉ IP của màn hình và đặt địa chỉ IP của máy tính ngang hang nhau)