ứng dụng mạng truyền thông cclink để điều khiển và ổn định áp suất nước trong đường ống

Từ các kiếnthức được học ở trường và kinh nghiệm thực tiễn cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của giáoviên hướng dẫn và các anhchị đi trước nhóm đã lựa chọn các thiết bị cần thiết vàphương p

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

LỜI CAM ĐOAN vi

LỜI CẢM ƠN vii

PHIẾU TỔNG HỢP CÁC NỘI DUNG CHỈNH SỬA viii

MỤC LỤC ix

LIỆT KÊ HÌNH xiii

LIỆT KÊ BẢNG xvii

TÓM TẮT xviii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 3

1.4 Giới hạn 3

1.5 Bố cục 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Tổng quan về PLC Mitsubishi dòng QnA 5

2.2 PID 7

2.2.1 Đồ thị hệ dao động bậc 2 7

2.2.2 Lý thuyết về bộ điều khiển PID 8

2.2.3 Phương pháp Ziegler–Nichols thứ 2 13

2.3 Giới thiệu về mạng CC LINK 14

i

3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 20

3.2.1 Sơ đồ khối 20

3.2.2 Tổng quan thiết bị sử dụng 21

3.2.2.1 Nguồn PLC – A1S62P 22

3.2.2.2 CPU – Q2ASHCPU (S1) 23

3.2.2.3 Module I/O – A1SX48Y58 26

3.2.2.4 Module AI – A1S68AD 28

3.2.2.5 Module CClink – A1SJ61QBT11 31

3.2.2.6 Nguồn tổ ong 33

3.2.2.7 Đồng hồ 33

3.2.2.8 Cảm biến Keller PA-21Y 34

3.2.2.9 Biến tần 35

3.2.2.10 Bơm 3 pha 40

3.2.2.11 HMI GOT1000 V12 41

3.2.3 Sơ đồ điện 42

3.2.3.1 Sơ đồ kết nối các module phần cứng PLC 42

3.2.3.2 Sơ đồ kết nối module CC-Link với biến tần 42

3.2.3.3 Sơ đồ kết nối module AI với cảm biến 43

3.2.3.4 Sơ đồ kết nối module I/O với các nút nhấn và đèn báo 43

3.3 Giới thiệu phần mềm sử dụng 44

3.4 Giải thích chương trình 47

3.4.1 PLC Parameter 47

ii

3.4.4 Vòng lặp PID 54

3.4.5 Truyền thông CCLink 58

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 63

4.1 Thi công phần cứng 63

4.1.1 Bồn nước 63

4.1.1.1 Bồn nước dưới 63

4.1.1.2 Bồn nước trên 63

4.1.2 Khung sắt 64

4.1.3 Các mặt mica 65

4.1.3.1 Mặt trước 65

4.1.3.2 Mặt dưới 66

4.1.3.3 Mặt sau 66

4.2 Thiết kế phần mềm 67

4.2.1 Chương trình & Lưu đồ 67

4.2.1.1 Chương trình ( Xem phần Phụ lục) 67

4.2.1.2 Lưu đồ giải thuật 67

4.2.2 Giao diện HMI 70

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 73

5.1 Kết quả thi công 73

5.2 Nhận xét và đánh giá 75

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77

6.1 Kết luận 77

iii

Phụ lục 80

iv

Hình 2: CPU dòng QnA Mitsubishi 6

Hình 3: Đáp ứng quá độ của hệ dao động bậc 2 7

Hình 4: Bộ điều khiển PID của hệ thống 8

Hình 5: Biểu đồ mô phỏng P out với các K p khác nhau 10

Hình 6: Biểu đồ mô phỏng I out với các K i khác nhau 11

Hình 7: Biểu đồ mô phỏng D out với các K d khác nhau 12

Hình 8: Đáp ứng nấc của hệ kín khi K=K gh 13

Hình 9: Mô tả về mạng CCLink 16

Hình 10: Các thông số nổi bật của mạng CCLink 18

Hình 11: Các khối chức năng của hệ thống 20

Hình 12: Các khối chức năng của hệ thống (Chi tiết) 21

Hình 13: Nguồn A1S38B 22

Hình 14: Mặt bên nguồn A1S62P 22

Hình 15: PLC Q2ASHCPU-S1 23

Hình 16: So sánh thông số giữa các dòng CPU QnA 24

Hình 17: A1SX48Y58 26

Hình 18: Mặt bên A1SX48Y58 26

Hình 19: Sơ đồ đấu dây A1SX48Y58 26

Hình 20: Thông số kỹ thuật của A1SX48Y58 27

Hình 21: A1S68AD 28

Hình 22: Mặt bên A1S68AD 28

Hình 23: Thông số kỹ thuật chung của A1S68AD 29

Hình 24: Cấu trúc phần cứng-công tắc chuyển đổi A1S68AD 30

Hình 25: Module CC-Link 31

Hình 26: Cấu hình trạm và chế độ module 31

Hình 27: Chế độ điều khiển 32

v

Hình 30: Đồng hồ 33

Hình 31: Cảm biến Keller PA-21Y 34

Hình 32: Biến tần FR-E520 35

Hình 33: Mặt bên Biến tần FR-E520 35

Hình 34: Bên trong biến tần FR-E520 36

Hình 35: Cấu tạo biến tần FR-520 37

Hình 36: Biến tần FR-E720 38

Hình 37: Mặt bên biến tần FR-E720 38

Hình 38: Cấu tạo biến tần FR-E720 39

Hình 39: Máy bơm 3 pha 40

Hình 40: Mặt trước HMI GOT1000 41

Hình 41: Mặt sau HMI GOT1000 41

Hình 42: Các module phần cứng của PLC 42

Hình 43: Sơ đồ kết nối giữa module CC-Link với biến tần 42

Hình 44: Sơ đồ kết nối module AI với cảm biến 43

Hình 45: Sơ đồ kết nối giữa module I/O với các nút nhấn và đèn báo 43

Hình 46: Phần mềm GX Developer 45

Hình 47: Phần mềm GX Developer 45

Hình 48: Phần mềm GT Designer 3 46

Hình 49: Logo của phần mềm GX Developer và GT Designer 3 46

Hình 50: Phân vùng địa chỉ 47

Hình 51: Các bit đặc biệt của A1S68AD 47

Hình 52: Bộ nhớ đệm A1S68AD 48

Hình 53: Lưu đồ chương trình đọc tín hiệu chuyển đổi 49

Hình 54: Lệnh FROM 49

Hình 55: Lệnh TO 50

Hình 56: Chương trình con NORM 51

vi

Hình 59: Đồ thị chương trình con SCALE_P 53

Hình 60: Cấu tạo khối PID của QnA CPU 54

Hình 61: Lệnh PIDINIT 54

Hình 62: Thông số cho lệnh PIDINIT 55

Hình 63: Thông số cho lệnh PIDINIT 56

Hình 64: Lệnh PIdCONT 57

Hình 65: Thông số cho lệnh PIDCONT 57

Hình 66: Kết nối dây dẫn CCLINK 58

Hình 67: Truyền thông CCLINK 58

Hình 68: Chức năng của từng bit RX và RY 59

Hình 69: Chức năng của từng thanh ghi 59

Hình 70: Cấu hình CCLINK trong GX Developer 60

Hình 71: Địa chỉ bắt đầu của Module Master 61

Hình 72: Cấu hình cho CC-Link 61

Hình 73: Bồn nước dưới 63

Hình 74: Bồn nước trên 63

Hình 75: Khung sắt 64

Hình 76: File SolidWork mặt trước 65

Hình 77: Mặt dưới 66

Hình 78: Mặt sau 66

Hình 79: Lưu đồ chương trình chính 67

Hình 80: Lưu đồ chế độ MANUAL 68

Hình 81: Lưu đồ chế độ AUTO 69

Hình 82: Giao diện giới thiệu - đăng nhập - tóm tắt 70

Hình 83: Giao diện chế độ MONITOR 70

Hình 84: Giao diện chế độ AUTO 71

Hình 85: Giao diện chế độ MANUAL 71

vii

Hình 88: Bồn dưới 74

Hình 89: Táp lô điều khiển 74

Hình 90: Đồ thị chế độ AUTO 75

Hình 91: Đồ thị chế độ MANUAL 76

viii

Bảng 1: Ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng hệ thống 12

Bảng 2: Thông số các bộ điều khiển theo phương pháp Ziegler–Nichols 2 13

Bảng 3: Thông số kỹ thuật chung của mạng CCLink 15

Bảng 4: Thông số kỹ thuật chung của cảm biến Keller PA-21Y 34

Bảng 5: Thông số kỹ thuật của máy bơm 3 pha 40

Bảng 6: Thông số kỹ thuật HMI GOT1000 41

Bảng 7: Thông số kỹ thuật HMI GOT1000 42

Bảng 8: Thông số chương trình con NORM 52

Bảng 9: Thông số chương trình con SCALE_P 53

ix

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu sợ lược về qui trình hoạt động của máybơm ổn định áp suất nước trong nhà máy, cũng như các tòa nhà cao tầng Từ các kiếnthức được học ở trường và kinh nghiệm thực tiễn cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của giáoviên hướng dẫn và các anh(chị) đi trước nhóm đã lựa chọn các thiết bị cần thiết vàphương pháp phù hợp để thực hiện đề tài này.

Trong mô hình nhóm sử dụng PLC Q2ASHCPU-S1 cho hệ thống và sử dụng HMIGOT 1000 để giám sát và điều khiển mô hình Cảm biến áp suất liên tục cập nhật giá trị

áp suất trong đường ống để gửi về PLC, đồng thời PLC sẽ gửi tín hiệu điều khiển tốc độmáy bơm thông qua biến tần E720 và E520

Nhóm đã hoàn thành mô hình ổn định áp suất nước trong đường ống với nhữngtính năng cơ bản, có thể tự động điều khiển tốc độ của máy bơm để ổn định áp suất trongđường ống

Mô hình hoạt động tương đối ổn định, nhưng bên cạnh đó vẫn còn một số hạn chếnhỏ như cơ chế hoạt động còn khá đơn giản, chưa mô phỏng được hết các lỗi hay gặpphải ngoài thực tế với mô hình

x

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Đặt vấn đề

- Hệ thống bơm nước ở trong các Nhà máy, Khu công nghiệp, Tòa nhà đa phần hoạt động

liên tục 100% tải từ khi khởi động cho đến khi dừng hệ thống Việc này gây ra rất nhiều

hạn chế và lãng phí cho hệ thống:

o Giờ cao điểm: Lượng nước cần sử dụng nhiều, hệ thống mặc dù chạy 100% tải

nhưng vẫn sẽ không đủ nước cung cấp cho Nhà máy truyền tải → Thiếu nước

cung cấp Nếu muốn bổ sung thêm nước, người vận hành phải tự thêm bơm khác

vào hệ thống bằng tay Việc này có rất nhiều hạn chế vì nhu cầu sử dụng nước

không cố định và thay đổi liên tục

o Giờ thấp điểm: Lượng nước sử dụng ít hơn nhưng bơm vẫn chạy 100% công suất

→ Gây lãng phí

- Vì vậy việc nghiên cứu, ứng dụng các hệ thống điều khiển ổn định áp suất cho đường

ống nước bằng PLC và biến tần là cần thiết, đúng đắn và đáp ứng được nhu cầu ngày

càng tăng của xã hội hiện đại hóa của chúng ta

Hình 1: Ứng dụng của đề tài

1.2 Mục tiêu

- Ứng dụng PLC vào hệ thống bơm nước để giảm bớt sức lao động, chi phí

- Tìm hiểu về hệ thống bơm nước trong các nhà máy Từ đó nhóm chúng tôi sẽ

thiết kế và thi công mô hình điều khiển và giám sát áp suất nước trong đường ống

bằng PLC.

- Điều khiển áp suất trong đường ống từ giá trị cảm biến áp suất trả về

- Điều khiển tốc độ, tần số của máy bơm bằng biến tần thông qua giao tiếp với PLC bằng

truyền thông CC-Link

- Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động của máy bơm thông qua màn hình

HMI GOT1000

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu về PLC MITSUBISHI Q2ASH CPU-S1

- Tìm hiểu về truyền thông CC-Link

- Tìm hiểu về bộ điều khiển PID

- Thiết kế và thi công mô hình điều khiển áp suất trong đường ống

- Thiết kế và thi công táp lô điều khiển

- Kết nối PLC với biến tần

- Thiết kế, lắp ráp các khối vào mô hình

- Vẽ lưu đồ điều khiển, thiết kế giao diện HMI

- Mô hình chỉ mô phỏng hệ thống điều khiển bơm nước đơn giản trong thực tế: gồm 2

bơm, bồn chứa và bồn tiêu thụ

- Mô hình ổn định áp suất có giá trị nhỏ từ 0-1bar

- Mô hình truyền thông giữa PLC và biến tần qua mạng CCLink để điều khiển bơm chạy

ở các tần số khác nhau

1.5 Bố cục

 Chương 1: Tổng quan

Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu

đề tài, giới hạn và bố cục đề tài

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày sơ lược lý thuyết về PLC MITSUBISHI, lý thuyết điều khiển

PID và truyền thông CC-Link

 Chương 3: Tính toán và thiết kế

Trình bày tổng quan về hệ thống, sơ đồ khối; lựa chọn thiết bị sử

dụng, trình bày các thông số kĩ thuật của thiết bị; sơ đồ điện và

giải thích chương trình

 Chương 4: Thi công hệ thống

Thiết kế phần cứng, trình bày lưu đồ giải thuật và thiết kế giao

diện HMI

 Chương 5: Kết quả thực hiện

Trình bày kết quả thực hiện mô hình, cũng như những yêu cầu đã

đạt được và chưa đạt được với mục tiêu đề ra Từ đó đưa ra nhận

xét, đánh giá kết quả đồ án

 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Kết luận về những gì đạt được trong quá trình thực hiện đồ án Đưa

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về PLC Mitsubishi dòng QnA

- Mitsubishi Electric là một nhà sản xuất tự động hóa công nghiệp (FA)

toàn diện trên tất cả lĩnh vực từ sản xuất bộ điều khiển đến thiết bị

điều khiển truyền động, thiết bị điều khiển phân phối điện và cơ điện tử

công nghiệp

- PLC Mitsubishi là một trong các dòng PLC đang được dùng phổ biến

nhất trên thế giới và Việt Nam, được sản xuất bởi tập đoàn Mitsubishi

Electric (Nhật Bản)

- PLC Mitsubishi có ưu điểm lớn về giá thành, chất lượng sản phẩm và khả năng đáp ứng

đa dạng các cấu hình yêu cầu các tính năng như: Giao tiếp truyền thông, ngõ vào ra tương

tự, bộ đếm ngõ vào tốc độ cao, ngõ ra phát xung tốc độ cao, các module đọc nhiệt độ,

loadcell,….không thua kém gì các hãng PLC khác

- Một số dòng PLC của Mitsubishi có thể kể đến: dòng ALPHA (AL), dòng L, dòng A,

dòng QnA, dòng Q, dòng FX mang trong mình thiết kế đơn giản nhỏ gọn,… đáp ứng

nhiều yêu cầu điều khiển từ cấp độ nghiên cứu học thuật đến tự động sản xuất

- Trong số đó, QnA CPU là dòng CPU có hiệu suất cao, đa chức năng, là bước chuyển

tiếp giữa dòng A và dòng Q, gồm: Q2A, Q2ASH CPU-S1,Q3A,Q4A, Q4AR,…

Hình 2: CPU dòng QnA Mitsubishi

Những tính năng nổi bật của CPU QnA

 Tốc độ xử lý nhanh

- Các yêu cầu về tốc độ xử lý của các hệ thống PLC ngày càng được kiểm soát chặt chẽ

chính xác, và chất lượng được nâng cao hơn trong các ứng dụng MSP (Mitsubishi

Sequence Processor) đã được cải thiện rất nhiều so với các loại được sử dụng trong

AnA / AnUCPU QnACPUs nhanh hơn khoảng 3 lần tốc độ xử lý so với AnUCPUs

 Bộ nhớ lưu trữ dữ liệu chương trình lớn và có thể tùy chọn thẻ IC Card

- Mỗi CPU được trang bị bộ nhớ tương đối lớn Với bộ nhớ lớn nhất có sẵn, các Q4A và

Q4ARCPU có thể kiểm soát lên đến một chương trình có 124k bước Tiết kiệm thời gian

cho việc tải chương trình lên / xuống và gỡ lỗi vì chương trình kích thước nhỏ

 Đa dạng hóa module tương thích

- Mỗi module tương thích có thể được sử dụng cho từng chức năng cụ thể như: truyền

thông, Digital Input/Output, Analog,… ; dễ dàng tháo rời để sửa chữa mà không ảnh

hưởng đến các module khác

- Dễ dàng chuẩn hóa các module và có thể được sử dụng liên tục cho các dự án khác

tương tự sau này

 tr (rise time): thời gian lên từ 10% - 90% giá trị xác lập.

 tp (peak time): thời gian đáp ứng

 ts (set time): thời gian để sai số xác lập nhỏ hơn 2%

- Mục tiêu của 1 bộ điều khiển :

 Triệt tiêu sai số xác lập e(t)

 Giảm thời gian xác lập (ts) và độ vọt lố (POT)

 Hạn chế dao động (biên độ dao dộng khoảng 2%)

2.2.2 Lý thuyết về bộ điều khiển PID

- Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ - Proportional Integral Derivative là 1 bộ điều khiển

vòng kín được sử dụng rộng rãi cho các hệ thống đòi hỏi điều chỉnh sai lệch giữa giá trị

phản hồi và giá trị mong muốn ( thường là điều chỉnh áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, ) Một

bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị điều khiển ở ngõ ra của hệ thống sao cho giảm tối

đa sự sai lệch trên

Hình 4: Bộ điều khiển PID của hệ thống

- Bộ điều khiển PID bao gồm ba khâu: khâu tỉ lệ P, khâu tích phân I và khâu vi phân D

- Khâu tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, khâu tích phân xác định tác động của

tổng các sai số quá khứ và khâu vi phân thì xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số

để dự đoán sai số tương lai

- Tương tự, bộ điều khiển PI thì chỉ gồm khâu P và I; bộ điều khiển PD thì chỉ gồm khâu

P và D và bộ điều khiển P thì chỉ có mỗi khâu P Lý do có nhiều bộ điều khiển như vậy,

là bởi vì mỗi bộ điều khiển có ưu nhược điểm riêng, thích hợp cho từng loại hệ thống

- Biểu thức cuối cùng của giải thuật PID:

- Trong đó:

 u(t) hay MV(t): giá trị điều khiển ngõ ra của hệ thống

 Pout, Iout, Dout : giá trị tính toán của ngõ ra ở từng khâu

 Kp: độ lợi tỷ lệ

 Ki: độ lợi tích phân

 Kd: độ lợi vi phân

 [e(t)= SV-PV ]: sai lệch giữa giá trị đặt (SV) và giá trị phản hồi (PV)

- Lý do chọn bộ điều khiển PID:

 Bộ điều khiển kinh điển, có nhiều tài liệu

 Ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

 Áp dụng được cho hệ SISO =>Phù hợp với mô hình

 Tính chính xác cao, tiết kiệm năng lượng cho bơm hơn là chế độ ON-OFF

 Nhược điểm: Thuật toán phức tạp, cần thời gian nghiên cứu và áp dụng

- Khâu tỉ lệ:

 Khâu tỉ lệ (độ lợi) tỉ lệ với giá trị sai số hiện tại e(t) qua độ lợi tỷ lệ Kp

 Đáp ứng hệ thống càng nhanh nếu cho Kp càng lớn Tuy nhiên, quá lớn sẽ dẫn đến

hệ thống mất ổn định

- Công thức:

Hình 5: Biểu đồ mô phỏng P out với các K p khác nhau

- Khâu tích phân:

 Tỉ lệ thuận với cả biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy ra sai số

 Là tổng sai số tức thời tích lũy theo thời gian để bù sai số trước đó

 Tích lũy sai số được nhân với Ki (độ lợi tích phân) tạo ra giá trị điều khiển Iout

 Nếu chỉ sử dụng khâu I cho hệ thống thì thời gian đáp ứng sẽ lâu Do đó, người ta

thường sử dụng kết hợp khâu P, tạo nên bộ điều khiển PI giúp triệt tiêu sai số xác

lập

- Công thức:

Hình 6: Biểu đồ mô phỏng I out với các K i khác nhau

- Khâu vi phân:

 Dout được tính toán bằng cách xác định độ dốc của sai số theo thời gian (tức là đạo

hàm bậc một theo thời gian ) và nhân tốc độ thay đổi sai số này với độ lợi vi

phân Kd

 Giá trị Kd càng lớn càng giảm độ vọt lố, nhưng lại làm chậm đáp ứng quá độ và có

thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi phân sai số

- Công thức:

:

Hình 7: Biểu đồ mô phỏng D out với các K d khác nhau

Bảng 1: Ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng hệ thống

2.2.3 Phương pháp Ziegler–Nichols thứ 2

- Phương pháp Ziegler–Nichols là phương pháp thực nghiệm để thiết kế bộ điều khiển P,

PI hay PID bằng cách dựa vào đáp ứng quá độ của đối tượng điều khiển, gồm 2 cách

chọn bộ thông số cho hệ hở và hệ kín

- Vì đề tài là hệ thống phản hồi vòng kín nên nhóm sử dụng phương pháp Ziegler–

Nichols thứ 2

- Phương pháp: Tăng dần hệ số khuếch đại K của hệ kín cho đến khi đạt giá trị giới hạn

Kgh, khi đó đáp ứng ra của hệ kín ở trạng thái xác lập là dao động ổn định với chu kỳ Tgh

Hình 8: Đáp ứng nấc của hệ kín khi K=K gh

- Khi đó, thông số của bộ điều khiển được chọn theo bảng sau:

2.3 Giới thiệu về mạng CC LINK

- CCLink là một mạng lưới Fieldbus xử lý cả hai chu kỳ dữ liệu I / O dữ liệu và các dữ

liệu tham số mạch hở với tốc độ cao CCLink được phát triển bởi Mitsubishi và ngày nay

được quản lý bởi CCLink Partner Association (CLPA) CCLink là 1 mạng phổ biến ở

Châu Á Hơn nữa, nó được sử dụng cho các ứng dụng chú trọng thời gian dựa trên công

nghệ tự động của Mitsubishi CCLink được chứng nhận bởi CLPA

- Khả năng kết nối:

Safety(CCLS)

2048 S-Rx

2048 S-Ry

Not supported

CC-Link doesnot supportSafety I/O

registers(Safety Input/OutputWords)

128 S-RWw

128 S-RWr

Not supported

supports

specificationsfor non-safetycommunication

Standard Remoteregisters

of 42 SafetySlave stations)

decreases to 42

depending onstation type

the necessarycertifications to

be used as asafety networkConnect to Standard Remote I/O

stations?

blocks(communicatesbit data)

Connect to Standard Remote

Device stations?

modules(communicatesbit and worddata)

Connect to Intelligent Device

stations?

transientcommunication

; not currentlysupported by

CC-Link

Safety

Connect to Standby Master

stations?

Bảng 3: Thông số kỹ thuật chung của mạng CCLink

- CCLink là một Fieldbus cho mạng truyền thông tốc độ cao giữa các bộ điều khiển và

thiết bị trường thông minh như I/Os, cảm biến và bộ truyền động trong các mạng lưới với

hơn 65 trạm, nó cung cấp khả năng truyền thông thật sự mà không cần lặp lại

- Được hỗ trợ bởi mật độ rộng của thiết bị tự động từ nhiều nhà máy, CCLink cung cấp

yếu tố truyền thông cho sản xuất tích hợp và hiệu quả hoặc cho quá trình cơ sở thông qua

cáp đơn

- Sự đáp ứng thời gian nhanh là kết quả của các giao thức đơn giản và hiệu quả cao

CCLink bao hàm nhiều đặc tính cấp cao như tính năng stand-by master, tháo gỡ và tự

động trở về chức năng Slave cũng như tự động khôi phục từ các tính năng lỗi truyền

thông Có khả năng kết nối tương tác với nhiều thiết bị có hỗ trợ tương tác :

 CC-Link IE: Là một chuẩn mới với công suất cao 1Gbs Ethernet, trong công

nghiệp sử dụng đường truyền cáp quang

 CC-Link Safety: Mạng an toàn mở, sử dụng trong hệ thống cấu trúc đòi hỏi độ

an toàn cao

 CC-Link LT: CC-Link/LT bổ sung cho hệ thống CC-Link Fieldbus với phiên

bản tối ưu hóa cho truyền thông I/O cấp thấp

 Mạng CC-Link: Mạng chuẩn thiết bị trường với công suất lên tới 10Mbps

- Đặc điểm của mạng CCLINK:

 Tốc độ cao, công suất truyền tải dữ liệu lớn (10Mbps), có thể truyền thông dữ

liệu bit và word

 Khoảng cách cho phép của CC-link hỗ trợ lên đến 1,2km (156Kbps), tăng thêm

bằng cách sử dụng T-branch và module quang lặp lại (Optical repeater module)

 Giao tiếp giữa những bộ điều khiển phân tán: CC-link sử dụng chu kỳ truyền ổn

định cao, cho bởi giao thức N:N giữa các bộ điều khiển

 Đa dạng các sản phẩm được cung cấp từ đối tác của nhà sản xuất ( hơn 450 loại

sản phẩm hỗ trợ từ hơn 400 công ty trên toàn thế giới)

 Thời gian truyền thông mạng cố định

- Lý do thêm truyền thông mạng CCLink vào đề tài:

 Tính năng mở: tích hợp được nhiều thiết bị vào hệ thống

 Tiết kiệm chi phí và thời gian nối dây

 Độ tin cậy cao: có chẩn đoán lỗi, chống nhiễu, đọc/ghi trạng thái thiết bị

 Nghiên cứu, lấy kinh nghiệm để làm việc trong nhà máy sau này

- Thông số kỹ thuật của mạng CC-Link:

Hình 10: Các thông số nổi bật của mạng CCLink

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ3.1 Yêu cầu điều khiển

- Mô hình thiết kế bao gồm:

 Hai máy bơm để cấp nước vào đường ống

 Hai bồn nước để tích trữ và cung cấp nước cho máy bơm

 Đồng thời có thêm cảm biến áp suất để theo dõi áp suất trong đường ống

 Ngoài ra còn có thêm táp lô với các nút nhấn và đèn báo để điều khiển theo yêu

cầu và màn hình HMI để theo dõi cũng như điều khiển

- Nguyên lý hoạt động sẽ như sau:

 Với chế độ MANUAL: chúng ta sẽ có thể làm cho động cơ chạy theo tần số

mong muốn bằng cách nhập trực tiếp trên màn hình HMI

 Với chế độ AUTO: khi chúng ta chuyển qua chế độ AUTO thì chúng ta sẽ đặt

áp suất mong muốn vào màn hình HMI và động cơ sẽ chạy để đạt được áp suất

đặt với tần số thay đổi liên tục

3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống

3.2.1 Sơ đồ khối

- Đề tài thiết kế gồm các khối như sau:

Hình 11: Các khối chức năng của hệ thống

- Chức năng của từng khối:

 Khối nguồn: có chức năng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.

 Khối cảm biến: có chức năng đọc giá trị áp suất trong đường ống và gửi tín

hiệu về khối xử lí trung tâm

 Khối điều khiển: bao gồm các nút nhấn và màn hình HMI có chức năng điều

khiển hoạt động của hệ thống

 Khối xử lí trung tâm: có chức năng xử lý tín hiệu và điều khiển hoạt động của

3.2.2 Tổng quan thiết bị sử dụng

Hình 12: Các khối chức năng của hệ thống (Chi tiết)

3.2.2.1 Nguồn PLC – A1S62P

Hình 13: Nguồn A1S38B Hình 14: Mặt bên nguồn A1S62P

- Chức năng: cung cấp điện áp hoạt động cho PLC và các module thông qua đế 8 slot

A1S38B

- Điện thế đầu vào: 100/110/120VAC hoặc 200/220/240VAC – 50/60 Hz

- Điện thế đầu ra: 5VDC-3A hoặc 24VDC-0.6A

3.2.2.2 CPU – Q2ASHCPU (S1)

Hình 15: PLC Q2ASHCPU-S1

- Chức năng: Tính toán & Xử lí tín hiệu trả về từ module I/O, module AI, HMI và xuất

tín hiệu điều khiển 2 biến tần chạy 2 máy bơm

Hình 16: So sánh thông số giữa các dòng CPU QnA

- Các thông số nổi bật của PLC Q2ASHCPU-S1:

 Tốc độ xử lý: 0.075 to 0.225 μs/step.s/step.

 Dung lượng chương trình: max 60K steps/ 60 files.

 Bộ nhớ chương trình: 2036k bytes.

 Số I/O tích hợp sẵn (relay nội - vùng nhớ M) : 1024 points.

 Có thể tăng số I/O bằng nhiều module Input, Output và Input/Output tương

thích

 Timer (T): 1024 points / Counter (C): 1024 points.

 Thanh ghi kết nối: 8192 points.

 Khối lượng: 0.5 kg.

 Kích thước: Như hình trên

 Hoạt động 4 chế độ bằng cách vặn chìa: STOP, RUN, RESET và L.CLEAR

 Cổng truyền thông: RS232, USB, Ethernet,

 Hãng sản xuất: Mitsubishi - Nhật Bản.

3.2.2.3 Module I/O – A1SX48Y58

Hình 17: A1SX48Y58 Hình 18: Mặt bên A1SX48Y58

- Chức năng: Kết nối với các nút nhấn và đèn báo để trả tín hiệu điều khiển ở táp lô về

PLC

Hình 19: Sơ đồ đấu dây A1SX48Y58

- Như sơ đồ, có thể thấy ngõ vào thuộc dạng Source, ngõ ra thuộc dạng sink

Hình 20: Thông số kỹ thuật của A1SX48Y58

3.2.2.4 Module AI – A1S68AD

Hình 21: A1S68AD Hình 22: Mặt bên A1S68AD

- Chức năng: Chuyển đổi tín hiệu dòng 4-20 mA (tương ứng áp suất 0-10 bar) về tín

hiệu số 0-4000

- Các đặc điểm nổi bật của Module A1S68AD:

 Tương thích với nhiều dòng CPU: AnS, AnSH, QnA, QnAS,QnASH,…

 Chuyển đổi tận 8 kênh chỉ với 1 module

 Cho phép/Không cho phép các kênh hoạt động quá trình chuyển đổi, giúp rút ngắn

thời gian chuyển đổi

 Có thể lựa chọn giá trị dòng hay áp đầu vào bằng các công tắc ở mặt bên module

 Cho phép chuyển đổi tốc độ cao

 Ba chế độ chuyển đổi: Sampling (lấy mẫu liên tục), Average Time (lấy mẫu sau 1

khoảng thời gian) và Average Count ( lấy mẫu sau 1 số lần chuyển đổi)

Hình 23: Thông số kỹ thuật chung của A1S68AD

Hình 24: Cấu trúc phần cứng-công tắc chuyển đổi A1S68AD

- Với cảm biến áp suất: xuất tín hiệu ra dòng 4-20 mA vào bộ chuyển đổi kênh 1, ta gạt

các công tắc SW1-1, SW2-1 và SW3 sang ON hết