ỨNG DỤNG PLC s7 1200 GIÁM sát và điều KHIỂN bơm ổn ĐỊNH áp SUẤT nước

- Tìm hiểu giao tiếp giữa PLC S7-1200 và biến tần- Lập trình PLC - Lập trình bộ PID để điều khiển máy bơm - Tìm hiểu Module truyền thông GPRS CP 1242-7 V2 để điều khiển và giámsát từ xa

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7-1200 GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC

Giáo viên hướng dẫn: TH.S NGUYỄN ANH TUẤN

Tp.HCM, ngày , tháng , năm 2019

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ

DANH SÁCH BẢNG

1 CHƯƠNG 1: LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăngdần và đã có rất nhiều cảnh báo về tiết kiệm năng lượng Các ngành công nghiệp nóichung và ngành nước nói riêng vẫn sử dụng công nghệ truyền động không thích hợp, điềukhiển thụ động, không linh hoạt Đối với nhà máy nước, yếu tố cấu thành giá nước bị chiphối phần lớn bởi chi phí điện bơm nước (30-35%) Trước đây tồn tại quan điểm việc đầu

tư vào tiết kiệm năng lượng là một công việc tốn kém và không mang lại hiệu quả thiếtthực Với công nghệ biến tần tính toán đã chỉ ra việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiếtkiệm năng lượng cho trạm bơm có thời gian hoàn vốn đầu tư hết sức ngắn và giảm đượcchi phí cho công tác quản lí vận hành thiết bị Máy bơm và quạt gió là những ứng dụng

rất thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm năng lượng

Trong phạm vi đồ án, chúng ta chỉ đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần trongđiều khiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm mà vẫn ổn định áp suất trongđường ống cấp nước

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đối với các hệ thống bơm cấp nước trong thực tế, người ta sử dụng máy bơm côngsuất lớn, biến tần công suất lớn để bơm cấp nước cho cả khu dân cư, thành phố, cho cảkhu công nghiệp Với đề tài này, chúng em đã mô hình hóa hệ thống nên chỉ sử dụng biếntần công suất nhỏ và bơm công suất nhỏ để mô tả hoạt động của hệ thống Một phần vìmáy bơm ba pha thường rất to và nặng kéo theo hệ thống sẽ không đơn giản, lý do nữa làchi phí cho một đồ án như vậy là quá lớn với khả năng của chúng em Để thực hiện được

- Tìm hiểu giao tiếp giữa PLC S7-1200 và biến tần

- Lập trình PLC

- Lập trình bộ PID để điều khiển máy bơm

- Tìm hiểu Module truyền thông GPRS CP 1242-7 V2 để điều khiển và giámsát từ xa thông qua GPRS

- Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA PORTAL dùng để lập trình cho PLCS7-1200 và WinCC để thiết kế giao diện

1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài cho thấy việc ứng dụng của tự động hóa vào cuộc sống là rất cần thiết, nógiúp ta tiết kiệm được thời gian, công sức, tiền bạc nhưng vẫn mang lại hiệu quả kinh tếcao và hoạt động rất ổn định

Từ đề tài nghiên cứu về điều khiển ổn định áp suất nước cho đường ống nước,chúng ta có thể mở rộng cho hệ thống điều khiển lò nhiệt, hệ thống điều hòa không khí,…

- Lập trình PLC theo thuật toán đưa ra

- Giao tiếp PLC với WinCC giám sát hệ thống

- Giao tiếp truyền thông PLC với biến tần

- Thiết kế giao diện điều khiển tự động với WinCC

- Lập trình PID bằng PLC cho động cơ hoạt động theo giá trị áp suất yêu cầu

- Điều khiển và giám sát hệ thống từ xa qua GPRS

2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cùng cấp nước vào cùng một đường ống

Áp lực và lưu lượng của đường ống thay đổi hàng giờ theo nhu cầu sử dụng Bơm và cácthiết bị đi kèm như đường ống, van, đài nước được thiết kế với lưu lượng nước bơm rấtlớn Vì thế điều chỉnh lưu lượng nước bơm được thực hiện bằng các phương pháp sau:

- Điều chỉnh bằng cách khép van trên ống đẩy của bơm

- Điều chỉnh bằng cách đóng mở các máy bơm hoạt động đồng thời

- Điều khiển thay đổi tốc độ quay bằng khớp nối

Điều khiển theo những phương pháp trên không những không tiết kiệm được nănglượng điện tiêu thụ mà còn gây nên hỏng hóc thiết bị và đường ống do chấn động khiđóng mở van gây nên, đồng thời các máy bơm cung cấp không bám sát được chế độ tiêuthụ trên mạng lưới

Để giải quyết các vấn đề kể trên chỉ có thể sử dụng phương pháp điều khiển truyềnđộng biến đổi tốc độ bằng biến tần kết hợp với thuật toán điều khiển PID Thiết bị biếntần là thiết bị điều chỉnh biến đổi tốc độ quay của động cơ bằng cách thay đổi tần số củadòng điện cung cấp cho động cơ

2.1 Nguyên tắc điều khiển trong hệ thống

Đầu ra của PLC được nối với biến tần để điều khiển biến tần và từ dây biến tầnđiều khiển tốc độ động cơ

Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh một cách linh hoạt lưu lượng và

áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ

Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi về PLC, PLC sẽ so sánh giá trị truyền vềnày với giá trị đặt để từ đó ra lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ của động cơ bằngcách thay đổi tần số dòng điện đưa vào động cơ để đảm bảo áp suất nước trong đường ốngđược ổn định

Sử điều chỉnh linh hoạt các máy bơm khi sử dụng biến tần được cụ thể như sau:

- Điều chỉnh tốc độ quay khi áp suất thay đổi

- Đa dạng trong phương thức điều khiển các máy bơm trong trạm bơm Mộtthiêt bị biến tần có thể điều khiển tới 5 máy bơm

2.1.1 Phương thức điều khiển bơm

Có 3 phương thức điều khiển các máy bơm:

- Điều khiển theo mực nước:

Trên cơ sở tín hiệu mực chất lỏng trong bể hút hồi tiếp về PLC Bộ vi xử lý sẽ sosánh tín hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng được cài đặt Trên cơ sở kết quả so sánh, PLC sẽđiều khiển đóng mở các máy bơm sao cho phù hợp để mực chất lỏng trong bể luôn bằnggiá trị cài đặt Ngược lại khi tín hiệu hồi tiếp lớn hơn giá trị cài đặt, biến tần sẽ điều khiểncác bơm để mực chất lỏng luôn đạt giá trị đặt

- Điều khiển theo hình thức chủ động thụ động:

Mỗi một máy bơm được nối với một bộ biến tần trong đó có một biến tần là chủđộng, các biến tần khác là thụ động Khi tín hiệu hồi tiếp về biến tần chủ độngthì bộ vi xử lý của biến tần này sẽ so sánh với tín hiệu được đặt để từ đó tácđộng đến các biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay của các máy bơm chophù hợp và không gây ra hiện tượng đập thủy lực phản hồi từ hệ thống Phươngthức điều khiển này là linh hoạt nhất khắc phục những khó khăn trong quá trìnhvận hành bơm khác với thiết kế Phương thức này được sử dụng cho trường hợpthay đổi cả về lưu lượng và áp suất trên mạng lưới

- Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển một bơm:

Một máy bơm chính thông qua thiết bị biến tần, các máy bơm còn lại đóng mởtrực tiếp bằng khởi động mềm Khi tín hiệu áp lực và lưu lượng trên mạng lướihồi tiếp về PLC, bộ vi xử lý sẽ so sánh với giá trị cài đặt và điều khiển tốc độ

máy bơm chính chạy với tốc độ phù hợp Đây cũng chính là cách mà nhóm

em đã tiến hành làm Khi mà bơm được điều khiển bằng biến tần hoạt động ở

chế độ định mức mà vẫn chưa đáp ứng được áp suất trên đường ống thì PLC sẽ

ra lệnh để đưa các máy bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm duytrì được áp suất mong muốn trong đường ống Đến một lúc nào đó, khi mà ápsuất trong đường ống đã đủ thì PLC sẽ ngắt các bơm phụ ra dần dần tránh ápsuất cao gây nguy hiểm cho đường ống Trong trường hợp ngắt tất cả các bơm

mà áp suất vẫn còn cao thì PLC sẽ ra lệnh cho biến tần để biến tần giảm dần tần

số của động cơ để đưa áp suất trong đường ống về gần bằng giá trị đặt nhanh

nhất trong thời gian có thể Tất cả những việc này được theo dõi và giám sátbằng Tia Portal qua màn hình máy tính (hoặc được điều khiển bằng tay).

2.1.2 Những ưu điểm khi điều khiển tốc độ bơm bằng thiết bị biến tần

- Hạn chế dòng khởi động cao

- Tiết kiệm năng lượng

- Điều khiển linh hoạt các máy bơm

- Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400KW

- Tự động ngừng khi đạt tới điểm cài đặt

- Tăng tốc nhanh giúp biến tần bắt kịp tốc độ hiện thời của động cơ

- Tự động tăng tốc giảm tốc tránh quá tải hoặc quá điện áp khi khởi động

- Bảo vệ được động cơ khi: ngắn mạch, mất pha, lệch pha, quá tải, quá dòng,quá nhiệt,…

- Kết nối được với máy tính chạy trên hệ điều hành Window

- Kích thước nhỏ gọn, không chiếm diện tích trong nhà trạm

- Mô-men khởi động cao với chế độ tiết kiệm năng lượng

- Dễ dàng lắp đặt vận hành

- Hiển thị các thông số của động cơ và biến tần

2.1.3 Mô tả hoạt động của hệ thống (được điều khiển theo hình thức biến tần điều

khiển một bơm)

Trong hệ thống có tất cả là 2 máy bơm: một máy bơm 3 pha và một máy bơm 1pha Biến tần sẽ điều khiển trực tiếp máy bơm 3 pha, máy bơm 1 pha sẽ bơm dự phòngkhi mà máy bơm 3 pha chạy hết công suất định mức mà áp suất vẫn chưa ổn định ở giá trịsetpoint Máy bơm dự phòng này sẽ được điều khiển trực tiếp bằng điện lưới 220V

Khởi động hệ thống lên thì máy bơm 3 pha được điều khiển bằng biến tần sẽ đượcchạy cho đến khi đạt được áp suất đặt, khi áp suất trong đường ống đã bằng áp suất đặt thìbiến tần sẽ giữ ổn định tốc độ của máy bơm này Trường hợp tải thay đổi tức là áp suấtthay đổi, tùy theo tải tăng hay giảm thì biến tần sẽ điều khiển máy bơm chạy nhanh haychậm

Khi tải tăng tức là áp suất giảm, lúc này muốn ổn định áp suất thì biến tần sẽ điềukhiển máy bơm chạy nhanh hơn (tăng tần số của máy bơm 3 pha) cho tới khi đạt áp suấtđặt.

Ngược lại, khi tải giảm thì biến tần sẽ giảm tần số của máy bơm xuống cho tới khiđạt áp suất đặt

Nếu lúc tải giảm mạnh nhất (áp suất tăng lên cao) thì bơm dự phòng sẽ tự độngdừng chỉ còn bơm biến tần hoạt động Hệ thống cứ hoạt động liên tục như vậy, áp suấttrong đường ống luôn luôn giữ ổn định tránh tình trạng áp suất tăng quá cao sẽ gây vỡđường ống

2.2 Hệ thống điều khiển áp suất

Sử dụng biến tần Mitsubishi E720 điều khiển động cơ bơm, công suất tiêu thụ củađộng cơ sẽ được biến tần điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu phụ tải Động cơ thứ 2 sẽ sửdụng chạy nền nếu sau này phụ tải phát triển lớn hơn Một sensor áp suất được đưa vàođầu ra nước cấp của Nhà máy để đo áp lực nước đưa về hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là 1 PLC S7-1200 (Siemens) đảm bảo cho việc tự động hóahoàn toàn quá trình bơm cấp nước của Nhà máy Vận hành hệ thống thông qua Tia Portal

Figure 1: Biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển bơm

Như vậy với viêc đưa biến tần vào hệ thống sẽ hoạt động bám sát theo đúng thực tếlưu lượng phụ tải, do vậy sẽ giảm đáng kể năng lượng tiêu hao không cần thiết vào cácgiờ phụ tải thấp điểm

Hệ thống sẽ tự động giám sát áp suất nước trên đường ống và điều khiển ngược lại

để đảm bảo giữ đúng áp suất theo yêu cầu PLC sẽ điều khiển áp suất nước trên đườngống theo đồ thị phụ tải hàng ngày, tức là hệ thống sẽ điều khiển áp suất theo thời gianthực Hệ thống điều khiển tự động này thực hiện một số chức năng chính sau:

 Đo lường: do đầu đo áp suất đo lường và chuyển đổi để đưa về CPU của 1200

S7- Xử lý thông tin: bộ điều khiển trung tâm sẽ đảm nhiệm vấn đề này

 Điều khiển: S7-1200 sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu

 Giám sát: S7-1200 sẽ kết nối đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động

 Giao tiếp giữa người vận hành và thiết bị: sử dụng phần mềm giao diệnngười máy Tia Portal

Đồng thời để cho phép mở rộng và phát triển phụ tải sau này, hệ thống có thể sửdụng cùng lúc hai bơm nếu cần Bơm thứ hai sẽ được đóng chạy trực tiếp thông quacontactor như là một bơm nền và bơm có biến tần sẽ chạy điều chỉnh cho phù hợp với phụtải

3 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 3.1 Giới thiệu về PLC S7-1200

3.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của PLC

3.1.1.1 Định nghĩa

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic khảtrình), được dùng để thay thế chức năng của các bộ rơle, bộ đếm hay bộ định thời trongcác thiết bị điều khiển, đồng thời có thêm khả năng tính toán cơ bản giúp khả năng điềukhiển dễ dàng được thực hiện

Hiệp hội những nhà sản xuất điện quốc gia (NEMA) định nghĩa “PLC là thiết bịđiện tử định hướng kĩ thuật số, sử dụng bộ nhớ có thể lập trình được để thực hiện nhữngchức năng đặc biệt như logic, chuỗi, định thời, đếm và tính toán thông qua các mô-đunvào/ra số hoặc tương tự, có khả năng điều khiển các máy móc và các bộ xử lí khác nhau”

3.1.1.2 Lịch sử ra đời

Khái niệm PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng General Motors vào năm 1968,với ý tưởng ban đầu là thiết kế và chế tạo một thiết bị với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đápứng những yêu cầu điều khiển sau:

- Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển

- Cấu trúc dạng mô-đun dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa

- Đảm bảo độ tin cậy hơn bộ điều khiển rơle

- Đầu ra phải có khả năng kết nối tới các máy tính bậc cao hơn

- Có hiệu quả kinh tế hơn so với bộ điều khiển rơle

- Điện áp đầu vào sử dụng nguồn 115 VAC

- Điện áp đầu ra 115 VAC, 2A

- Trang bị bộ nhớ có khả năng lập trình được

- Có khả năng mở rộng mà không cần phải thay đổi toàn bộ hệ thống

Năm 1970, bộ điều khiển logic khả trình đầu tiên đã ra đời, đáp ứng được cácthông số kỹ thuật cơ bản và mở ra sự phát triển cho một công nghệ điều khiển mới

PLC có thể được coi là một tiến bộ mới với những chức năng giống như hệ điềukhiển sử dụng rơle, thiết bị tương tự, hay các bộ xử lý logic khác Theo thời gian, các

chức năng của PLC ngày càng được cải thiện nhưng các tiêu chí thiết kế cũng như chi tiết

kỹ thuật vẫn dựa trên những ý tưởng ban đầu là dễ sử dụng và có khả năng tái sử dụng

Những tiến bộ về phần cứng:

- Dung lượng bộ nhớ lớn hơn

- Số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn

- Nhiều loại mô-đun chuyên dụng hơn

- Có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra từ xa thông qua kỹ thuật truyền thông

- Phát triển và hoàn chỉnh hơn về tốc độ xử lý cũng như hiệu suất làm việc bằngcách áp dụng những tiến bộ trong công nghệ điện tử và vi xử lý

- Các lệnh lập trình đơn giản nhờ có sự mở rộng của các khối chức năng - Hệthống chuẩn đoán và phát hiện lỗi đã được mở rộng và đơn giản hóa, nhằm phát hiện lỗitrong điều khiển bao gồm chuẩn đoán máy, tìm lỗi trong quá trình điều khiển

- Từ các lệnh logic đơn giản thì ngày nay các bộ PLC được hỗ trợ thêm các lệnh

về tác vụ định thời, tác vụ đếm, sau đó làcác lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu,

xử lý xung ở tốc độ cao, tính toán số thực 32-bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch giúpPLC có khả năng thực hiện các yêu cầu phức tạp

- Thao tác và xử lý dữ liệu được đơn giản hóa phù hợp với các yêu cầu điều khiểnphức tạp

Ngày nay, PLC cung cấp khả năng dự đoán cao Chúng có thể giao tiếp với các hệthống điều khiển khác, đưa ra các báo cáo sản xuất, lập kế hoạch sản xuất, và dự đoán lỗicủa hệ thống trong quá trình hoạt động Chính những tiến bộ đó đã góp phần làm cho PLC

ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu về chất lượng và năngsuất công việc.

Table 1: Lịch sử ra đời của PLC

lý được 128 điểm vào/ra

Ngày nay Các PLC có thể kết nối với nhau tạo thành các hệ thống điều khiển phân

tán

3.1.1.3 Tiêu chuẩn của PLC

a) Tiêu chuẩn IEC (Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế)

Ngày nay, nhiều người đã gặp những khó khăn nhất định với ngôn ngữ lập trình vàtruyền thông khi làm việc với PLC của các nhà sản xuất khác nhau Để giải quyết vấn đề,IEC đã thống nhất và đưa ra tiêu chuẩn quốc tế IEC 1131 Tiêu chuẩn này bao gồm 5phần

3.1.2 Giới thiệu về PLC S7-1200

3.1.2.1 Giới thiệu chung

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nỗi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soátnhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làmcho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200, baogồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra(DI/DO).

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trìnhđiều khiển:

 Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vàoPLC

 Tính năng “Know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mìnhS7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.Ngoài ra bạn có thể dùng các Module truyền thông mở rộng kết nối bằngRS485 hoặc RS232

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ 3 ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD

và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 14 của Siemems

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal V14 phần mềm này đãbao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.

(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượnggiúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

 3 tại 80kHz

4

 3 tại 100kHz 1 tại 30kHz

 3 tại 80 kHz

1 tại 20 kHz

6

 3 tại 100kHz 3 tại 30kHz

 3 tại 80 kHz

3 tại 20 kHz

Thời gian lưu giữ đồng

Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out

16 x DC In

16 x DC Out

16 x RelayOut

16 x DC In / 16 x

DC Out

16 x DC In / 16 xRelay Out

2 x DC In / 2 x

DC Out

Module truyền thông (CM)

 RS485

 RS232

3.1.2.3 Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng

có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước củaCPU

 SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

 SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

Figure 3: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200

(1) Các LED trạng thái trên SB(2) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

3.1.2.4 Các module tín hiệu.

Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng.Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU

Figure 4: Các Module tín hiệu của PLC S7-1200

Hình 3.3: Các Module tín hiệu của PLC S7-1200(1) Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu(2) Bộ phận kết nối đường dẫn

(3) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

3.1.2.5 Các module truyền thông.

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổsung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

 CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông.\

 Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một

CM khác)

Figure 5: Các Module truyền thông của PLC S7-1200

(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông(2) Bộ phận kết nối truyền thông

3.1.2.6 Ưu điểm PLC S7-1200 so với những dòng PLC trước

3.1.2.6.1 Về phần cứng

Khả năng mở rộng:

Figure 6: PLC S7-1200 và S7-200

Tín hiệu I/O và tín hiệu trên PLC:

Figure 7: Bảng I/O

Về cấu hình phần cứng:

 Đối với PLC S7 – 200 không thể thay đổi được vùng địa chỉ I/O mà nó tự động nhận.

 Đối với PLC S7 – 1200 có thể thay đổi được vùng địa chỉ I/O tùy theo người sử dụng

3.1.2.6.2 Về kết nối, phần mềm

SIMATIC S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từnhỏ đến trung bình

Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet

(Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và các màn hình HMI Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển được nhanh chóng, đơn giản Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các màn hình HMI mới dùng cho S7-1200 cũng được giới thiệu Tất cả cùng tạo ra một giải pháp tích cực, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ

S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU có đặc điểm

và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng Bên cạnh truyền thông Ethernet được tích hợp sẵn, CPU S7-1200 có thể mở rộng được 3 module truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt

3.2 Giới thiệu biến tần Mitsubishi

3.2.1 Khái niệm và vai trò của biến tần

3.2.1.1 Khái niệm

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động

cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùngđến các hộp số cơ khí Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần

tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor)

Figure 8 Sơ đồ cấu tạo biến tần

3.2.1.2 Vai trò của biến tần

Năng lượng là nguồn lực quan trọng cho mọi hoạt động sản xuất, là yếu tố đảm bảocho sự phát triển của mỗi quốc gia Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng lãng phí và kémhiệu quả vẫn còn rất lớn Phần lớn các doanh nghiệp hiện nay sử dụng các thiết bị, côngnghệ lạc hậu có hiệu suất thấp, việc quản lý năng lượng chưa được chú ý dẫn đến tổn thấtcao Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng biến tần nhằm nâng cao hiệu suấtcho động cơ xoay chiều trong các dây chuyền sản xuất

Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:

- Hiệu suất làm việc của máy cao

- Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ động

cơ và các cơ cấu bền hơn

- An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhâncông phục vụ và vận hành máy

- Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành

- Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm Từ trungtâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống

và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay ), trạng thái làm

việc cũng như cho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảyra.

- Điều khiển biến tần ở chế độ PU là sử dụng các phím chức năng được tíchhợp trong phần cứng của biến tần để điều khiển hoặc được đưa ra mặt tủthông qua cáp kết nối

Figure 9 Biến tần Mitsubishi

3.2.3 Đặc điểm nổi bật của biến tần Mitsubishi

- Thân thiện với môi trường: bộ lọc EMC giảm nhiễu điện từ (được tích hợptrong FR-A800, FR-F800) Có thể được kết hợp với cuộn kháng AC và DC

để triệt tiêu dòng điện hài nhằm cải thiện hệ số công suất Biến tầnMitsubishi đáp ứng các tiêu chuẩn hạn chế chất độc hại (RoHS) của EU,thân thiện với con người và với môi trường

- Nâng cao hiệu suất điều khiển: Biến tần Mitsubishi cung cấp khả năng điềukhiển mạnh mẽ và chính xác Nâng cao hiệu suất động cơ Cung cấp giảipháp giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

- Độ bền cao và dễ bảo trì: Tuổi thọ quạt làm mát và tụ điện lên tới 10 năm

Độ suy giảm của tụ điện mạch chính, tụ điện mạch điều khiển và điện trởgiới hạn dòng điện có thể được theo dõi Biến tần tự chẩn đoán mức độ suygiảm và đưa ra cảnh báo, cho phép ngăn ngừa sự cố Việc nâng cấp cũngnhư bảo trì rất dễ dàng

- Dễ sử dụng: Cài đặt thông số biến tần trực tiếp thông qua bảng điều khiểnhoặc cài đặt từ xa trên máy tính thông qua FR Configurator, FRConfigurator2

Biến tần Mitsubishi có các dòng sản phẩm:

FR-A800 Series

Figure 10 Biến tần Mitsubishi FR-A800 inverter

- Biến tần FR-A800 Plus dùng cho các tải nặng như cần cẩu, máy cuốn,

- Biến tần FR-A800 dùng cho tải nặng như băng tải, máy công cụ, thang

FR-F800 Series

Figure 11 Biến tần Mitsubishi FR-F800 inverter

- Biến tần FR-F800 dùng cho quạt, bơm, điều hòa,

FR-A700 Series

Figure 12 Biến tần Mitsubishi FR-A700 inverter

- Biến tần FR-A700 dùng cho băng tải, thang máy, máy đóng gói, máy công

cụ, máy ép,

FR-E700 Series

Figure 13 Biến tần Mitsubishi FR-E700 inverter

- Biến tần FR-E700 dùng cho băng tải, thang máy, máy đóng gói, máy công

cụ, máy ép,

FR-F700 Series

Figure 14 Biến tần Mitsubishi FR-F700 inverter

- Biến tần FR-F700PJ dùng cho quạt, điều hòa,

FR-D700 Series

Figure 15 Biến tần Mitsubishi FR-D700 inverter

- Biến tần FR-D700 dùng cho băng tải, thang máy, máy đóng gói,

3.3 Giới thiệu Module CP 1242 - 7 V2 GPRS

3.3.1 Tổng quan về Module truyền thông GPRS CP 1242 - 7

Figure 16 Module truyền thông GPRS CP 1242 - 7 V2

Ứng dụng Telecontrol

Gửi tin nhắn bằng SMS : Thông qua CP 1242-7, PLC của Trạm từ xa có thể nhậnhay gửi tin nhắn thông qua mạng GSM

Figure 17: Sending message sms từ S7-200

Truyền thông với trung tâm điều khiển: CP 1242-7 được cài đặt ở chế độTelecontrol Trạm từ xa truyền thông thông qua mạng GSM hoặc mạng Internet đến máychủ Ngoài ra nó cũng có thể giao tiếp với các hệ thống phức tạp hơn nhờ vào hệ thốngOPC

Figure 18: Giao tiếp giữa S7-1200 và trung tâm điều khiển

Truyền thông giữa các trạm S7-1200 thông qua mạng GSM

Dựa vào các dịch vụ GSM và chế độ của CP, truyền thông giữa các trạm được thựchiện bằng nhiều cách khác nhau:

- Truyền thông giữa các trạm thông qua 1 trạm chủ

- Truyền thông trực tiếp giữa các trạm với nhau

Figure 19: Truyền thông giữa các trạm S7-1200

TeleService bằng GPRS

Kết nối Teleservice được thiết lập giữa trạm kỹ thuật có cài đặt STEP7 và trạm từ

xa thông qua mạng GSM

Ta có thể sử dụng ứng dụng này để tải chương trình hay dự án đến CPU của trạmhoặc có thể kiểm tra dữ liệu ở trạm từ xa.

Truyền thông trực tiếp giữa các trạm trường với nhau thông qua GPRS

Truyền thông giữa trạm trường với trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet có cảtrạm kỹ thuật để download chương trình tới trạm trường hoặc tìm, chẩn đoán lỗi của trạmtrường

Ngoài ra phần mềm này cũng cho phép phân phối các trạm, quản lý các ứng dụngcùng lúc trên cùng 1 máy chủ.

Máy tính có kết nối internet được cài đặt TCSB được gọi là Telecontrol Server haycòn gọi là trạm trình tâm

- Chế độ Telecontrol

 Truyên thông dựa trên các dịch vụ không dây

 Hoạt động của PLC không phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ

 Hoạt động của PLC sẽ được bảo mật tuyệt đối nhờ vào APN của nhàmạng

 Trạm trung tâm sẽ giám sát hoạt động của các trạm từ xa

 Kết nối các trạm từ xa với trạm trung tâm thông qua giao diện OPC

- Chế độ TeleService

 Dowload chương trình hay dự án đến các trạm từ xa

 Tìm và chuẩn đoán lỗi của các trạm từ xa

- Chế độ bảo vệ

Để bảo vệ các trạm khỏi sự truy cập bất hợp pháp, ta có các cách sau:

 Tài khoản và mật khẩu (User và Password)

 Sự cho phép người sử dụng (User permissions)

 Đăng kí chủ số điện thoại (Authorized phone numbers)

3.3.3 Đèn Led của CP 1242 – 7 V2 GPRS

Vị trí của các thành phần hiển thị và kết nối điện:

 Các đèn LED để hiển thị chi tiết về các trạng thái Module được bố trísau nắp trên của Module

 Các ổ cắm để cung cấp điện nằm trên đỉnh của Module Kết nối cho ăng-ten bên ngoài nằm dưới của Module

Cách mở thiết bị:

 Mở nắp trên hoặc dưới cảu thiết bị bằng cách kéo nó xuống hoặc lên nhưtrong hình bên dưới

Figure 21: Cách mở Module CP 1242-7 V2 GPRS

Đèn LED của Module

Các CP có các đèn LED sau để hiển thị trạng thái:

- "DIAG" LED trên bảng điều khiển phía trước

- Các "DIAG" LED đó là luôn luôn nhìn thấy được cho thấy các trạng thái cơbản của các Mudule

LED/ Tên màu Ý nghĩa

Tình trạng của các kếtnối với mạng khôngdây di động

Màu xanh lá

Kết nối

Tình trạng của kết nốitới trạm chủ

Màu vàng /xanh lá cây

Chất lượng tín hiệu

Chất lượng tín hiệucủa mạng di độngkhông dây

Màu xanh lá

Teleservice

Tình trạng của các kếtnối Teleservice

Table 3: Đèn LED bên dưới nắp trên của module

Chú thích:

Màu sắc Led khi khởi động

Khi Module khởi động, tất cả Led thấp sáng trong một thời gian ngắn Tại thờiđiểm này màu sắc các Led là không rõ ràng

Hiển thị các hoạt động và tình trạng giao tiếp:

3.3.4 Ứng dụng và chức năng

3.3.4.1 Kết nối S7-1200 với mạng GSM

Giao tiếp WAN dựa trên IP qua GSM Sử dụng CP, bộ điều khiển SIMATIC

S7-1200 có thể được kết nối với mạng GSM CP cho phép các loại truyền thông WAN sauđây:

+ Truyền thông từ trạm từ xa đến máy chủ điều khiển từ xa (TCSB) trongtrạm chủ (truyền thông từ xa)

+ Giao tiếp giữa các trạm+ Truyền thông giữa các trạm và trạm tổng thể (truyền thông từ xa)+ Giao tiếp trực tiếp

+ Truyền thông trực tiếp giữa các trạm (Open User Communication)

CP hỗ trợ các dịch vụ sau cho truyền thông qua mạng GSM và Internet:

+ GPRS (General Packet Radio Service)Dịch vụ định hướng gói để truyền dữ liệu "GPRS" được xử lý thông quamạng GSM

Lưu ý: CP không phù hợp với mạng GSM, trong đó sử dụng phương phápmultiplex mã số "Multiple Division Access Division" (CDMA)

3.3.4.2 Các dịch vụ truyền thông

- Truyền thông với trung tâm điều khiển

Các trạm S7-1200 từ xa truyền thông qua mạng không dây di động và Internetvới một máy chủ điều khiển từ xa trong trạm chủ Máy chủ điều khiển từ xa

truyền thông với một hệ thống điều khiển cấp cao hơn sử dụng chức năng tíchhợp OPC server.

- Gửi tin nhắn theo định hướng bằng tin nhắn SMS hoặc e-mail

- Liên lạc giữa các trạm giữa các trạm S7-1200 thông qua máy chủ điều khiển từ xa

- Truyền thông giữa các trạm S7-1200 thông qua mạng không dây di động

- Tin nhắn SMS và e-mail qua mạng không dây di động

3.3.5 Cấu hình và cài đặt CP 1242-7 GPRS V2

Để đảm bảo rằng CP 1242-7 V2 có thể gửi hoặc nhận tin nhắn SMS, bạn phải:

+ Thiết lập truyền thông di động, + Thiết lập APN,

+ Nhập số điện thoại được ủy quyền

Bảng dưới đây chỉ ra cách cấu hình trạm S7-1200 với CP 1242-7 GPRS V2 đểgửi/nhận tin nhắn SMS

Table 5 Cấu hình và cài đặt CP 1242-7 V2

- Make the required mobile communication settings

- “Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > Mobile wirelesscommunications settings”:

+ Activate the PIN number+ Enable data services and GPRS+ Make APN settings / depending on provider

6

Kích hoạt chức năng bảo mật

Tạo một người dùng cho chức năng bảo mật

“Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > Security > Security properties”

“Properties of the CP 1242-7 GPRS V2 > Security > Authorized phonenumbers”