Thiết kế trạm plc s7 1200 điều khiển biến tần

Thiết kế trạm plc s7 1200 điều khiển biến tần

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TRẠM PLC S7 1200 ĐIỀU KHIỂN

BIẾN TẦN

Giáo viên hướng dẫn: Trần Đình Nga

Sinh viên thực hiện:

Lớp: 06DHLDT3

Đà Nẵng, Năm 2018

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2

1 TỔNG QUAN PLC 2

1.1 ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2

1.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC 3

1.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU (center procesing unit) 5

1.2.2 Bộ nhớ và bộ phận khác 5

1.2.3 Khối vào ra 6

1.2.4 Tập lệnh trong PLC 6

1.3 Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên PLC 7

1.3.1 Cơ chế hoạt động 7

1.3.2 Xử lý tín hiệu trong CPU 8

1.3.3 Phương pháp xử lý 8

1.3.4 Phương pháp cập nhật liên tục 8

1.3.5 Phương pháp xử lý một khối 9

1.4 GIỚI THIỆU PLC S7-1200 10

1.4.1 Các module trong hệ PLC S7-1200 10

1.4.2 Sign board của PLC SIMATIC S7-1200 12

1.4.3 Module nhập tín hiệu số 13

1.4.4 Module xuất nhập tín hiệu tương tự 13

1.4.5 Module truyền thông 13

1.4.6 Giới thiệu các tập lệnh 14

1.5.5 Làm việc với một trạm PLC 29

1.5.5.1 Quy định địa chỉ IP cho module CPU 29

1.5.5.2 Đổ chương trình xuống CPU 30

1.5.5.3 Giám sát và thực hiện chương trình 31

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ BIẾN TẦN 1 Tổng quan về động cơ không đồng bộ 33

2 Cấu tạo 33

3 Nguyên lí làm việc: 35

4 Tổng quan về biến tần LS IG5A 36

CHƯƠNG 1

BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

1.1.TỔNG QUAN PLC

1.1.2.ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Hiện nay yêu cầu của một số bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đãthúc đẩy sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình (programmable logic control)

Hệ thống sử dụng CPU với bộ nhớ điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động.Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình PLC đã được thiết kế nhằm thay thếphương pháp điều khiển truyền thông dùng role và thiết bị công kềnh, nó tạo ra mộtkhả năng điều khiển thiết bị dẽ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic

cơ bản, ngoài ra PLC còn có thể thực hiện được những thao tác khác như làm tăng khảnăng cho hoạt động phúc tạp

Hình 2.1 Sơ đồ khối trong PLC

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đuavào từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tínhiệu điều khiển cho thiết bị bên trong tương ứng Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khốivào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến nhưng cơ cấu tác động (actuaos) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu(transducers) ở ngõ vào, mà không cần mạch giao tiếp hay role trung gian Tuy nhiên,cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị cócông suất lớn

Panel

lập

trình

Bộ nhớ chương trình

Nguồn cấp điện

Bộ nhớ

Khối ngỏ vào

Mạch giao tiếp cảm biến

Mạch công suất và cơ cấu tác động

Việc dùng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần sự thay đổinào về mặt kết nối dây Sự thay đổi là sự thay đổi chương trình trong bộ nhớ thông quathiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm nữa là thời gian lắp đặt

và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều khiển truyền thông mà đòi hỏicần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thông và chúng có đặc điểmthích hợp với mục đích điều khiển trong công nghiệp

- Khả năng chống nhiễu tốt

- Cấu trúc dạng modol do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modul

mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng)

- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngỏ vào và ngõ vào được chuẩn hóa

- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, Intruction, Functionchat, dễ hiểu và

dễ sử dụng

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được dùng nhiều trong điều khiển các máymóc công nghiệp và trong điều khiển quá trình

1.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC

PLC gồm 3 khối chức năng cơ bản: bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào/ra Trạng thaingõ vào cua PLC được phát hiện và được lưu vào bộ nhớ đệm PLC thực hiện các lệnhlogic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái.ngõ ra đượccập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng

để đóng mở các tiếp điểm linh hoạt các thiết bị tương ứng, như vạy sự hoạt động củacác thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ, chươngtrình được nạp vào PLC thông qua thiêt bị lập trình chuyên dụng

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC

Bộ

đệm

Bộ nhớ chương trình EEPROM

Nguồn pin

CPU

bộ vi

xử lý

clook

Bộ nhớ

hệ thống ROM

Bộ nhớ

dữ liệu RAM

Khối vào ra

Bus điều khiển

Bus điều khiển

Bus điều khiển

Kênh ngõ ra Kênh ngõ vào

16 role, triac hay tranzitor 24 ngõ vào

1.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU (center procesing unit)

- Bộ xử lý trung tâm điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong của PLC.Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối đầu ra được thực hiện thông qua hệthống Bus dưới sự điều khiển của CPU Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clook tần số chuẩn cho CPU thường là1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lý được

Ngõ LogicX00X 10X21 Ram ngõ ra

NgõLogicY 00Y10Y21

CPUALUTha

nh ghi Thanh ghi lệnh

LD X000

Bộ đếm lệnh

Chương trình điều khiển Ram hay EERROM

BướcLệnh000LD X000001ANDX00 1002OUTY000…

…NEND

Thực hiện sao chép và trở về đầu chương trình

Trạng thái ngõ vào được lưu Ram

Trạng thái ngõ ra được Ngõ vào

Ngõ ra

1.4.2 Sign board của PLC SIMATIC S7-1200

Cards ứng dụng:

- CPU tín hiệu để thích ứng với các ứng dụng

-Thêm điểm của kỹ thuật số I/O hoặc tương tự với CPU như các yêu cầu ứng dụng

- Kích thước của CPU sẽ không thay đổi

1.4.3 Module nhập tín hiệu số

1.4.4 Module xuất nhập tín hiệu tương tự

1.4.5 Module truyền thông

1.4.6 Giới thiệu các tập lệnh

Bit logic (tập lệnh tiếp điểm)

LAD Bit logic (tập lệnh tiếp điểm)

1) tiếp điểm thường hở

Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trịcủa bit có địa chỉ là n bằng 1

Toán hạng n: I, Q, M, L,

LAD 2) tiếp điểm thường đóng Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị

của bit có địa chỉ n là 0Toán hạng n: I, Q, M, L, D

LAD 3) lệnh OUT Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1

khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lạiToán hạng n : Q, M, L, D

4)Sử dụng bộ Timer

Sử dụng lệnh Timer để tạo một chương trình trễ định thời Số lượng củaTimer phụ thuộc vào người sử dụng và số lượng vùng nhớ của CPU Mỗitimer sử dụng 16 byte IEC_Timer dữ liệu kiểu cấu trúc DB Step 7 tự độngtạo khối DB khi lấy khối Timer

Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệuDint : T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay

là 2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms

5)Timer tạo xung – TP Timer TP tạo một chuỗi xung với độ

rộng xung đặt trước Thay đổi PT, INkhông ảnh hưởng khi Timer đang chạy

6) Lệnh tính toán Khi đầu vào IN được tác động vào timer

sẽ tạo ra một xung có độ rộng bằng thờigian đặt PT

Công dụng : thực hiện phép toán từ cácgiá trị ngõ vào IN1, IN2, IN(n) theocông thức

OUT=…(+,-,*,/) rồi xuất kết quả ra ngõ

ra OUT.

Các thông số ngõ vào dùng trong khốiphải chung định dạng

7)Lệnh MOVE Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào

IN đến ngõ ra OUT mà không làm thayđổi giá trị ngõ IN Tham số:

EN : cho phép ngõ vàoENO : cho phép ngõ ra

IN : nguồn giá trị đếnOUT1: Nơi chuyển đến

7) Xử lý tín hiệu analog input

với hàm SCALE

Hàm SCALE xử lý những tín hiệuAnalog input để trả về đúng giá trị thực:mức của cảm biến, mức của hệ thống, tỉ

lệ phần trăm…

Vị trí lấy hàm SCALE trong TIA Portal:

Basic instructions  Conversion operations  SCALE

có nhiều bộ PID thì OB1 càng chậm đồng thời làm đáp ứng của PLC bị chậm theo

Chọn Organization block(OB) → Cyclic interrupt → LAD → Cycle time 100→

OK Số thứ tự của OB được tự động đánh số là OB30

Trong phần Input Scaling >>nhập các thông số theo trình tự sau → Scaled highvalue (ví dụ 1000.0 L) → high limit (ví dụ 1000.0 L) → Low limit (ví dụ 0.0 L) →Scaled low value (ví dụ 0.0 L) Ở đây tùy từng ứng dụng bài toán mà nhập các giá trịthích hợp, giá trị trong hình ví dụ cho hệ thống ổn định mức

Trong phần Advance settings chỉ cần quan tâm tới PID parameter → PIDparameters : với mỗi một hệ thống sẽ có những thông số để hệ thống ổn định, ở đây

chúng ta chỉ đưa ra thông số gần đúng để chức năng auto turning hoạt động nhanh hơn,chúng ta cũng có thể để thông số mặc định Thực hiện xong nhấn Save project.

Khi CPU khởi động ban đầu, bộ điều khiển PID_Compact chưa được kích hoạt

Để kích hoạt nó, chúng ta bắt đầu lệnh bằng cách click vào biểu tượng

Tiếp tục chọn Start fine turning để bắt đầu dò thông số cho hệ thống Bây giờ Selfoptimization bắt đầu hoạt động.Trong vùng ‘Status’ những bước hoạt động và lỗi xảy

ra sẽ được hiển thị Thanh vận hành cho thấy quá trình của các bước vận hành

Nếu quá trình tự điều chỉnh không có lỗi xảy ra,các thông số PID sẽ được điềuchỉnh cho tối ưu Bộ điều khiển PID chuyển sang chế độ tự động và sử dụng các thông

sổ tối ưu đó Các thông số tối ưu được lưu lại bằng cách nhấn nút (Upload PIDparameters to project) Và mỗi khi Power ON lại PLC thì thông số này sẽ được sửdụng

1.5 Làm việc với phần mềm Tia Portal

1.5.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI

Step 7 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo.Một hệ thống kỹ thuật mới

Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lậptrình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa

Lợi ích với người dùng:

-Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động

-Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật

-Chức năng bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổimới trong tương lai

1.5.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP

-Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP-Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là cácđịa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

1.5.3 Cách tạo một Project

Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V11

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án

Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn crea

Bước 4 : Chọn configure a device

Bước 5 : Chọn add new device

Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Bước 7 : Project mới được hiện ra

1.5.4 TAG của PLC / TAG local

Tag của PLC

- Phạm vi ứng dụng : giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức năng trong PLC

- Ứng dụng : binary I/O, Bits of memory

- Định nghĩa vùng : Bảng tag của PLC

- Miêu tả : Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép

Tag Local

- Phạm vi ứng dụng : giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo, mô tảtương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khác nhau

- Ứng dụng : tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời

- Định nghĩa vùng : khối giao diện

- Miêu tả : Tag được đại diện bằng dấu # Sử dụng Tag trong hoạt động

- Layout : bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số có giá trịtrong CPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sử dụng trongproject

- Colum : mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc có thểkéo nhả như một lệnh chương trình

- Name : chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU

- Data type : kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag

- Address : địa chỉ của tag

- Retain : khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại

- Comment : comment miêu tả của tag

Nhóm tag : tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table

Tìm và thay thế tag PLC

Ngoài ra còn có một số chức năng sau:

- Lỗi tag

- Giám sát tag của plc

- Hiện / ẩn biểu tượng

- Đổi tên tag : Rename tag

- Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag

- Copy tag từ thư viện Global

-Thay đổi địa chỉ IP : nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổi cấuhình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200.

1.5.5.2 Đổ chương trình xuống CPU

Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng downloadtrên thanh công cụ của màn hình

Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface như hình dưới sau đó nhấn chọn load

Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish

1.5.5.3 Giám sát và thực hiện chương trình

Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn Monitor trên thanhcông cụ

Hoặc cách 2 làm như hình dưới

Sau khi chọn monitor chương trình soạn thảo xuất hiện như sau:

1.6 GIỚI THIỆU VÈ MÀN HÌNH HMI KP 300 BASIC MONO PN3’’ 6AV6647-0AH11-3AX0

 Màn hình KP300 BASIC MONO PN SIEMENS 6AV6647-0AH11-3AX0

- Màn hình KP300 BASIC MONO PN là màn hình đơn sắc sử dụng giao tiếpqua cổng Etherener Chương trình được upload và download cũng thông quacổng này bằng TIA Portal

- HMI KP300 BASIC MONO PN Siemens được sử dụng trong những ứng dụngnhỏ với một số tính năng hạng chế hơn những dòng cấp cao hơn như KP400,Kp700…

- KP300 BASIC MONO PN kết nối trực tiếp với PLC S7-1200 thông qua cổngEthernet hoặc các PLC khác như S7-200, S7-300 thông qua module truyềnthông

+ Thông số kỹ thuật :

– Nguồn: 24VDC

– Chế độ hoạt động : bàn phím ( 10 phím chức năng)

– Kích cỡ màn hình : 3 inches.

– Hiển thị : trắng/đen

– Giao tiếp : PROFINET (cổng Internet)

1.7 GIỚI THIỆU VỀ ĐỒNG HỒ ĐO LƯU LƯỢNG

Hình ảnh thực tế của đồng hồ lưu lượng:

Máy phát thực sự mạnh mẽ, chi phí-hiệu quả và thích hợp cho các ứng dụng toàn diện

và có độ chính xác đo ± 0.4% lưu lượng (bao gồm cả cảm biến)

Để có đồng hồ đo dòng chảy hoàn chỉnh, hãy kết hợp nó với một trong các cảm biến MAG sau đây:

SITRANS F M MAG 1100: Kích thước nhỏ và thiết kế wafer

SITRANS F M MAG 1100 F: Các ứng dụng thực phẩm và dược phẩm

SITRANS F M MAG 5100 W: Ứng dụng nước

- Hiển thị: Chiếu sáng nền với văn bản chữ và số, 3 x 20 ký tự

- Bảo vệ: IP67 (NEMA 4x / 6), IP20 (NEMA 2)

- Cung cấp năng lượng: 12-24 V AC / DC, 115-230 V AC

- Nhiệt độ môi trường xung quanh: Từ -20 đến 50 ° C (-4 đến 122 ° F)

Hình ảnh thông số kỹ thuật thực tế khi chọn đồng hồ lưu lượng

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

VÀ BIẾN TẦN

1 Tổng quan về động cơ không đồng bộ

1.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha

1.2 Thông số kỹ thuật của động cơ:

2 Tổng quan về biến tần LS IG5A

2.1 Hướng dẫn cài đặt biến tần

2.3 Cách đấu nối biến trở vào biến tần để điều khiển thay đổi tốc độ độ cơ (chế độ chạy động cơ bằng tay)

Chương trình chạy của hai bơm hút màng bể MBR

Chương trình PID