2.1. Lựa chọn cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất Danfoss MBS3000 được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực, điều kiện làm việc khác nhau trong công nghiệp, dải đo có thể từ 0-600 bar. Trong nhà máy bia, cảm biến áp suất MBS3000 được sử dụng rộng rãi như lắp đặt trên đường ống để đo áp suất hệ thống cấp nước nấu bia (hệ thống nước nóng 80 độ; hệ thống nước lạnh 2 độ và nước thường 26 độ), hệ thống xử lý nước (áp suất nước giếng cấp; áp suất vào lọc cát AGF; áp suất sau lọc cát AGF), hệ thống xử lý nước thải, ...
Lựa chọn cảm biến cảm biến áp suất MBS3000-20-2-1-1AB04 của hãng Danfoss
Hình 2.1 Cảm biến áp suất của hãng Danfoss Thông số cơ bản của cảm biến MBS3000-20-2-1-1AB04
- Dải đo 0 – 10 Bar
- Tín hiệu ngõ ra 4-20mA - Nguồn cung cấp 9 – 32 VDC - Dòng điện cực đại 34 mA - Nhiệt độ hoạt động -40 ÷ 85 °C 2.2. Lựa chọn cảm biến đo mức
Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát đi 1 xung tín hiệu và đo thời gian nhận được tín hiệu trở vể. Sau khi đo được tín hiệu trở về trên cảm biến siêu âm, ta tính được thời gian từ lúc phát đến lúc nhận được tín hiệu. Từ thời gian này có thể tính ra được khoảng cách.
Nếu đo được chính xác thời gian và không có nhiễu, mạch cảm biến siêu âm trả về kết quả cực kì chính xác. Điều này phụ thuộc vào cách viết chương trình không sử dụng các hàm delay.
Lưu ý: sóng siêu âm chỉ bị dội lại khi gặp 1 số loại vật cản, nếu phát sóng siêu âm vào chăn, nệm bạn sẽ không nhận được sóng phản hồi.
Chọn cảm biến siêu âm E4PA-LS600-M1-N của hãng Omron
Hình 2.2. Cảm biến siêu âm Omron E4PA-LS600-M1-N Các thông số cơ bản của cảm biến siêu âm E4PA-LS600-M1-N
- Nguồn cấp 12-24VDC ±10%
- Ngõ ra analog 4-20mA.
- Khoảng cách đo 400 – 6000mm.
- Tần số sóng siêu âm hoạt động 65-380 KHz.
- Góc phát sóng hẹp ± 80 , kiểm tra được các vật có diện tích nhỏ 100×100mm.
- Đèn báo chỉ thị trạng thái ngõ ra màu xanh.
- Nhiệt độ hoạt động -10~55°C, đạt độ kín IEC IP65.
- Lắp đặt dơn giản, dễ dàng bảo trì, thiết kế với tuổi thọ cao.
2.3. Lựa chọn PLC
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 của khách hàng.
Dưới đây là tóm tắt các tính năng nổi bật của SIMATIC S7-1200:
• Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
Cổng PROFINET trên CPU hỗ trợ các kết nối truyền thông đồng thời sau đây:
+ 3 kết nối đối với truyền thông HMI đến CPU
+ 1 kết nối đối với truyền thông thiết bị lập trình (PG) đến CPU
+ 8 kết nối đối với truyền thông chương trình S7-1200 bằng cách sử dụng các lệnh khối T (TSEND_C, TRCV_C, TCON, TDISCON, TSEN, TRCV)
+ 3 kết nối đối với một CPU S7-1200 thụ động giao tiếp với một CPU S7 tích cực
- CPU S7 tích cực sử dụng các lệnh GET và PUT (S7-300 và S7-400) hay các lệnh ETHx_XFER (S7-200).
- Một kết nối truyền thông S7-1200 tích cực chỉ có thể thực hiện với các lệnh khối T
• Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
o 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz
o 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive)
o Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ...
o 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality)
• Thiết kế linh hoạt:
Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà không thay đổi kích thước hệ điều khiển.
o Mỗi CPU có thể kết nối 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra o Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU
o 3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vd module RS232 hay RS485 50KB work memory, 2MB load memory
o Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware
o Chẩn đoán lỗi online / offline Board tín hiệu của S7-1200
Board tín hiệu – một dạng module mở rộng tín hiệu vào/ra với số lượng tín hiệu ít, giúp tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng yêu cầu mở rộng số lượng tín hiệu ít
Gồm các board:
• 1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (+- 10VDC, 0-20mA)
• 2 cổng tín hiệu vào + 2 cổng tín hiệu ra số, 0.5A Modules mở rộng tín hiệu vào/ra
Các module mở rộng tín hiệu vào/ra được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU. Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog, giúp linh hoạt trong sử dụng S7-1200. Tính đa dạng của các module tín hiệu vào/ra sẽ được tiếp tục phát triển.
Module truyền thông
Bên cạnh tuyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU s7-1200 có thể mở rộng được 3 moulde truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt. Tại thời điểm giới thiệu S7-200 ra thị trường, có các module RS232 va RS485, hỗ trợ các protocol truyền thông như modbus, USS..
Hình: CPU và các Modul mở rộng của PLC S7-1200 2.3.1. Lựa chọn CPU cho PLC S7-1200
Chọn CPU loại PLC S7-1200, CPU 1212C, DC/DC/DC, 8DI, 6DO Mã hiệu: 6ES7211-1AE31-0XB0
CPU loại PLC S7-1200, CPU 1212C, DC/DC/DC, 8DI, 6DO + Power supply (Nguồn nuôi) 24VDC
+ Digital Inputs (Ngõ vào số) 8 DI DC + Digital outputs (Ngõ ra số) 6 DO DC
+ Expansion Analog module (Khả năng mở rộng Analog) 2 AI + Program language (Ngôn ngữ lập trình) Ladder / STL
+ RTC (thời gian thực) Tích hợp sẵn
+ Communication (truyền thông) RS485 qua cáp PC/PPI
+ Communication Expansion (truyền thông mở rộng) Modbus, Profibus, Devicenet
2.3.2. Lựa chọn Board tín hiệu cho S7-1200
Chọn Mô đun PLC s7-1200 SB 1223 DI/DO – 6ES7223-0BD30-0XB0
Mô đun PLC s7-1200 SB 1223 DI/DO – 6ES7223-0BD30-0XB0
Thông số kỹ thuật thiết bị Mô đun PLC s7-1200 SB 1223 DI/DO chi tiết bên dưới:
+ Điện áp nguồn: 24 V DC + Đo dòng vào từ 1mA ÷ 0,5A + Đo dũng ra từ 10àA ữ 0,5A + Dòng tiêu thụ: 0,5A
+ Công suất tiêu thụ: 1W
+ Nhiệt độ hoạt động: -40oC ÷ 70oC + Kích thước: 38 x 62 x 21 mm
2.3.3. Lựa chọn Module mở rộng tín hiệu vào/ra
Chọn Module loại SM 1221, 16DI 6ES7221-1BH32-0XB0
Module mở rộng cho CPU S7-1200, SM 1221, 16DI 6ES7221-1BH32-0XB0 Thông số kỹ thuật thiết bị Mô đun PLC s7-1200 SM 1221 DI chi tiết bên dưới
+ Điện áp nguồn: 24 V DC + Đo dòng vào từ 1mA ÷ 4mA + Công suất tiêu thụ: 2,5W
+ Số lượng đầu vào số là 16 trong 4 nhóm.
+ Nhiệt độ hoạt động: -40oC ÷ 70oC + Kích thước: 45 x 100 x 75 mm 2.3.4. Chọn Module truyền thông
Chọn Module truyền thông loại CM 1241-6ES7241-1CH32-0XB0
Module PLC s7-1200 CM 1241-6ES7241-1CH32-0XB0 Thông số kỹ thuật: CM 1241 – 6ES7241-1CH32-0XB0
+ Điện áp nguồn: 24 V DC + Dòng tiêu thụ: 220mA + Công suất tiêu thụ: 1,1W
+ Cổng truyền thông RS 422/RS 485 + Nhiệt độ hoạt động: -40oC ÷ 70oC + Kích thước: 30 x 100 x 75 mm 2.4. Lựa chọn động cơ bơm nước
Chọn máy bơm là động cơ KĐB 3 pha rôto dây quấn với số liệu:
Pđm = 3,6kW; Y-380V; f = 50 Hz; Iđm = 10A; nđm = 1500 rpm; cosφđm = 0,8
2.5. Lựa chọn biến tần
Chọn biến tần 3G3MX2-A4040 của Omron
• Các đặc tính kĩ thuật và đặc điểm của biến tần 3G3MX2-A4040 Các thông số và đặc điểm:
Thông số Đặc tính kĩ thuật
Công suất 4kW
Nguồn cấp 380V
Phương pháp điều
khiển Phase-to-phase điều rộng xung hình SIN (Sensorless vector control, close loop vector with motor feedback,
V/F)
Tần số ngõ ra 0.1~400Hz (hoặc 1000Hz ở chế độ tần số cao) Cấp chính xác ±0.01% ở tần số max. (digital set); ±0.2% ở tần số max.
(analog set) Độ phân giải tần số
đặt Digital set value: 0.01Hz; Analogue set value: 1/1000 ở tần số max.
Độ phân giải tần số
ngõ ra 0.01Hz
Momen khởi động 200%/0.5Hz (sensorless vector control)
Đặt tần số 0 to 10 VDC (10KΩ), 4 to 20mA (100Ω), RS485 Modbus, Network
Đặc tính V/F Constant/ reduced torque, free V/f
Ngõ vào analog 2 ngõ vào 0 to 10V (10KΩ), 4 to 20mA (100Ω) Ngõ vào Pulse train 0 to 10V (tối đa 24V), tần số đến 32KHz Bảo vệ quá dòng tức
thời
200% (tải hằng số)
Khả năng quá tải 150% trong 60s (tải hằng số); 120% trong 60s (tải biến thiên)
Khả năng quá áp 520V cho model 400V và 260V cho model 200V Khả năng thấp áp 345V cho model 400V và 172.5V cho model 200V Thời gian tăng/giảm
tốc 0.01 ~ 3600s
Sóng mang ngõ ra 2~15kHz
Chức năng bảo vệ Quá dòng, quá áp, thấp áp, quá nhiệt, quá dòng chạm đất, quá tải, điện áp đầu vào cao, lỗi đấu dây, lỗi bộ nhớ, lỗi CPU, lỗi USP , Lỗi truyền thông, khởi động đột ngột,Tự
khởi động sau mất điện nhất thời…
Truyền thông RS422/RS485, Modbus, DeviceNet, Profibus, Componet, Ethercat, ML-II and CanOpen
• Thông số cài đặt sử dụng biến tần:
Hình 1. Sơ đồ 3G3MX2-A4040
Tên khối Đặc điểm
Công tắc lực chọn chức năng
an toàn Bật công tắc khi dùng chức năng an toàn . Tắt nguồn trước khi bật công tắc này Công tắc lựa chọn chức
năng EDM
Bật công tắc này khi sử dụng đầu ra EDM của chức năng an toàn . Tắt nguồn trước khi bật công tắc . Kết nối USB Sử dụng cổng này để kết nối tới 1 máy tính cá
nhân .Tuy khi được điều khiển bởi một máy tính cá nhân nhưng vẫn có thể hoạt động điều khiển bởi môt
bộ điều khiển số khác . Khối kết nối tới bộ điều
khiển số
Dùng để kết nối với môt bộ điều khiển số Khôi kết nối tới bảng tùy
chọn Sử dung khối nay kết nối với bảng tùy chọn Kết nối đấu dây với mạch
chính
Dùng để kết nối với nguồn cấp cho biến tần và những động cơ cần điều khiển
Hiển thị LED phần mạch
đấu dây chính Xác nhận rằng trước khi nối dây đèn này tắt , Đèn LED chỉ thị phần đấu dây mạch chính sẽ dẫn khi điện
áp DC giữa chân P/+2 và N/- duy trì mức 45V hoặc trên khi điện áp nguồn bị ngắt .
Hình 2 . Sơ đồ đấu dây cấp nguồn
Chân đấu dây Đặc điểm
R/L1 Cấp nguồn chính mach đầu vào biến tần
các chân S/L2
T/L3
U/T1 Chân đầu ra những động cơ cần điều khiển
V/T2 W/T3
P/+2 Những chân kết nối với điện trở hãm
RB
P/+2 Phần kết nối với khối hãm tái sinh
N/-
G Chân nối đất
P/+2 Chân đấu nối với nguồn 1 chiều DC
1+
Hình 3. Chân đấu dây mạch điều khiển
Hình 2. Biến tần 3G3MX2 –sơ đồ cấu trúc
• Thông số cài đặt cho biến tần:
Thông số Chức năng Giá trị Giá trị cài khi chạy
Ghi chú d001 Hiển thị tần số
ra 1.0 đến 400 Chọn 100 Hz Tần số máy
bơm nước sử dụng trong khoảng 0- 50Hz d001 Hiển thị tần số
cao 0.00 đến 1000
B163 Cho phép cài đặt hiển thị tần số
00-Vô hiệu hóa 01-Cho phép
Chọn 01 Tần số xuất ra có thể thay đổi d001 đến d007
D002 Hiển thị dòng
ra 0.0 đến 655.3 Chọn 15 Chọn giá trị
chênh lệch gần nhất với giá trị dòng ra động cơ D003 Hiển thị chiều
quay động cơ F-Thuận o-Dừng r-Ngược
Chọn F/r
D0004 Hiển thị giá trị
phản hồi PID 1.0 đến 99.99 100 đến 999.9 1000 đến 9999
D005 Thay đổi giá trị
trên bảng BOP để dẫn và không cho dẫn đầu vào đa chức năng
Giá trị 1 là cho phép kết nối cổng đầu vào Không hiển thị led là không cho phép truyền .
D006 Thay đổi giá trị
trên bảng BOP để dẫn và không cho dẫn đầu ra đa chức năng
Giá trị 1 là cho phép kết nối cổng đầu vào Không hiển thị led là không cho phép truyền . D007 Hiển thi tần số
ra
Giá trị cho phép là 0.00 đến 9999.9 B163 Cho phép hiển
thị d007
00-Không cho phép
01-Có cho phép D008 Hiển thị tần số
thực
Giá trị từ
-999.99 đến 999.99 D009 Hiển thị giá trị
mô men xoắn
-200 đến 200 Chọn trong khoảng -200 đến 200
Đơn vị %
D010 Hiển thị đọ lệch mô men (Trong điều khiển vecto)
-200 đến 200 Chọn trong khoảng -200 đến 200
%
D013 Hiển thị giá trị điện áp ra
0.0 đến 600
D014 Chọn công
suất đầu vào 0.0 đến 100 kW
D060 Hiển thị chế độ
biến tần I-C Chế độ tải nặng I-V Chế độ tải nhẹ H-I Chế độ tần số cao
Đây là động cơ bơm nước /tải nhẹ .Chọn I-V
D080 Đếm lỗi 0 đến 9999
D081-D086 Hiển thị lỗi 2-Tần số 3-Dòng điện 4-Điện áp DC 5-Thời gian chạy RUN
6-Thời gian chạy ON
D102 Hiển thi điện áp DC
0.0 đến 999.9
Phần cài đặt chức năng biến tần
Thông số Chức năng Giá trị Giá trị cài khi chạy
Ghi chú B049 Chọn loại tải 00-Chế độ tải nặng
01-Chế độ tải nhẹ
Chọn 01 Động cơ bơm
nước là dạng tải nhẹ (VT) A044/A024
4
Chế độ điều khiển 1/2
Đối với tải nặng : 00-Momen tăng 01-Momen giảm 02-Chế độ chạy tần số V/f
03-Chế độ điều khiển vecto Đối với tải nhẹ (VT)
00-Điều khiển moman tăng 01-Điều khiển moman giảm 02-Điều khiển theo chế độ điện áp /tần số (V/f)
Loại tải sử dụng là tải nhẹ nên chọn chế độ V/f Chọn 02
Thông số Chức năng Tải nặng Tải nhẹ
Giá trị cài đặt Giá trị cài đặt
A054 Sử dụng năng
lượng hãm DC (hãm động cơ 3 pha )
0 đến 100% 0 đến 70%
A057 Năng lượng sử dụng khi hãm động cơ bằng dòng 1 chiều ban đầu
0 đến 100 % 0 đến 70%
A059 Tần số khi sử dụng hãm bằng dòng 1 chiều
2 đến 15kHz 2 đến 10kHz
(Giá trị chọn trong công nghiệp là 2kHz)
H003/H203 Năng lượng mà động cơ tiêu tốn khi sử dụng chế độ điều khiển 1/2
0.1 đến 18.5kW 0.1 đến 18.5 kW
• Cài đặt với động cơ bơm nước:
Bước 1: Cài đặt đặc tính của động cơ:
1. Lệnh A003: đặt tần số đối với đặc tính của động cơ, động cơ 50Hz thể đặt 50, 60Hz thể đặt 60. -Lệnh A004: đặt tần số lớn nhất cần điều khiển (chú ý đặt trong dải tần số mà động cơ có thể đáp ứng được) .
2. Lệnh H003: đặt giá trị khống chế công suất (dòng điện ) ra động cơ, thường đặt đúng bằng công suất động cơ.
3. Lệnh H004: đặt số cực cho động cơ (loại động cơ thông thường 1400- 1500PRM thì số cực là 4 – mặc định).
4. Lệnh F002 : Thời gian tăng tốc (s/100Hz) 5. Lệnh F003 : Thời gian giảm tốc (s/100Hz) Bước 2: Cài đặt chế độ điều khiển cho động cơ:
1. Lệnh A001: đặt tần số thay đổi bởi: 00- Núm volume trên biến tần; 01- biến trở nối vào chân FS(nguồn +10V), FV(đầu vào điện áp), FC(0V).
Hoặc điện áp (0-10V) giữa chân FV và FC. Hoặc dòng (0-20mA) giữa chân FI và FC; 02-Nút Lên, Xuống trên biến tần. 03-truyền thông.
2. Lệnh A002: đặt giá trị cho phép động cơ chạy, dừng bởi: 01-Chân S1~S6 nối với chân SC 02-Phím Run, Stop trên biến tần. 03-Truyền thông.
3. Lệnh C001: lập trình chức năng đầu vào số cho chân S1 -Lệnh C002: lập trình chức năng đầu vào số cho chân S2
4. Lệnh C003: lập trình chức năng đầu vào số cho chân S3 -Lệnh C004: lập trình chức năng đầu vào số cho chân S4
5. Lệnh C005: lập trình chức năng đầu vào số cho chân S5 -Lệnh C006: lập trình chức năng đầu vào số cho chân S6 (có các giá trị : 00-chạy thuận, 01-chạy ngược, 02~06-bốn bit chọn tần số đặt trước trong A20~A35.) Bước 3: (chủ yếu sử dụng 2 lệnh A001 và A002)
Điều khiển động cơ bơm nước chạy/ dừng sử dụng phím ấn trên biến tần, điều khiển tần số sử dụng núm volume trên biến tần :
a. Đặt thông số: A001 = 00; A002 = 02; 2, Điều khiển động cơ chạy/ dừng sử dụng chuyển mạch bên ngoài, điều khiển tần số sử dụng biến trở ngoài .
b. Đặt thông số: A001 = 01; A002 = 01; 3, Điều khiển động cơ chạy/ dừng sử dụng chuyển mạch bên ngoài; điều khiển tần số sử dụng chọn tần số đã đặt sẵn, bằng chuyển mạch ngoài.
c. Đặt thông số: A002 = 01; A001 = xx;( Chuyển mạch chọn tần số đặt sẵn luôn luôn chọn được ưu tiên ở bất kỳ chế độ nào.), riêng để chọn được giá trị tần số speed reference 0 (A20) thì phải chọn A001 =02.
Các thông số khi sử dụng PID:
Thông số Chức năng Giá trị Mặc định
A001 Hiển thị tần số Chọn 01 Giá trị mặc định là
02
A071 Lựa chọn phản hồi
PID
Lựa chọn dùng PID 00-Cho phép dùng 01-Không dùng PID
A076 Cho phép phản hồi
PID
00-Phản hồi dòng điện
01-Phản hồi điện áp
B040 Lựa chọn giới hạn
momen 02- Đầu vào giá trị
điện áp tương tự 00
P033 Điều khiển momen
, đặt giá trị đầu vào momen
00-Điện áp 10V=200%
01-Dòng điện 20mA=200%
C001 –C007 Điều khiển momen
lựa chọn đầu vào đa chức năng
52:ATR
Chú ý : Trong trường hợp điều khiển bằng PID chọn giá trị của C001- C007 là 16.Nếu sử dụng công tắc bật tín hiệu Analog (FV/FI)