TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI Nghiên cứu, ứng dụng Bộ điều khiển PLC S7 1200 Siemens xây dựng hệ thống điều chỉnh tốc[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, ứng dụng Bộ điều khiển PLC S7 - 1200 - Siemens xây dựng hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha có cơng suất Pđm= 2,2KW, nđm=1450 v/P; Y/ - 380/220V GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS.Trần Thị Hồng Thắm SINH VIÊN THỰC HIỆN : Nguyễn Quang Nhất – 2018601445 Phạm Quang Thịnh – 2018601298 LỚP : Điện – K13 HÀ NỘI- 2022 Phụ lục BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên Nguyễn Quang Nhất Phạm Quang Thịnh Mã SV 2018601445 2018601298 Lớp/Khóa Ngành Điện - K13 CNKT ĐiệnĐiện tử Điện 2- K13 CNKT ĐiệnĐiện tử Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng Bộ điều khiển PLC S7 - 1200 - Siemens xây dựng hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha có cơng suất Pđm= 2,2KW, nđm=1450 v/P; Y/ - 380/220V Mục tiêu đề tài - Tổng quan hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha - Tìm hiểu tính điều khiển PLC S7-1200 - Siemens - Thiết kế mô hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha Kết dự kiến 1) 2) 3) 4) 5) Tổng quan hệ thống điều chỉnh tốc độ động Thiết kế mạch điều khiển mạch động lực Tính chọn thiết bị hệ thống điều khiển Thiết kế mô hệ thống điều khiển Đánh giá kết kết luận Thời gian thực hiện: từ 24/10/2022 đến 25/12/2022 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN P TRƯỞNG KHOA ThS.Trần Thị Hồng Thắm PGS.TS Trịnh Trọng Chưởng KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 - Siemens xây dựng hệ thống điều điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha có cơng suất Pđm= 2,2KW, nđm=1450 v/P; Y/ - 380/220V TT Nội dung công việc Người thực T/gian hồn thành Phân tích tổng quan hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha Dự kiến Tìm hiểu điều khiển PLC S7-1200 - Siemens Phân tích, thiết lập thuật tốn điều khiển; Lập trình điều khiển Tính chọn thiết bị sử dụng hệ thống điều Nguyễn Quang Nhất từ 24/10 Phạm Quang Thịnh Dự kiến từ 24/10 đến 31/10 Nguyễn Quang Nhất Dự kiến từ 1/11 đến 15/11 Phạm Quang Thịnh Dự kiến từ 16/11 đến 30/11 khiển Nguyễn Quang Nhất Phạm Quang Thịnh Nguyễn Quang Nhất Phạm Quang Thịnh Thiết kế mô hệ thống điều khiển Hoàn thiện báo cáo GV HƯỚNG DẪN đến 31/10 Dự kiến từ 1/12 đến 18/12 Dự kiến từ 19/12 đến 24/12 TRƯỞNG NHÓM Nguyễn Quang Nhất ThS.Trần Thị Hồng Thắm Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB PHA 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Hệ thống sử dụng PLC điều chỉnh tốc độ động KĐB 3pha 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh tốc độ động KĐB 3P 1.2.2 Thuật toán điều khiển PID 10 1.3 Cấu trúc hệ PLC- biến tần- động không đồng 25 1.3.1 Đặc điểm hệ PLC – Biến Tần – Động không đồng 26 1.3.2 Các ví dụ ứng dụng 26 1.4 Kết luận 27 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ TIA PORTAL 28 2.1 Tổng quan PLC S7 – 1200 28 2.2 Cấu hình điều hành SIMATIC S7-1200 29 2.2.1 Giới thiệu module CPU 29 2.2.2 Board tín hiệu (Signal boards) 32 2.2.3 Các module mở rộng tín hiệu (Signal Module) 33 2.2.4 Các module truyền thông 35 2.3 Những đặc điểm bật SIMATIC S7-1200 35 2.3.1 Thiết kế dạng Module 35 2.3.2 Phạm vi ứng dụng Simatic S7-1200 36 2.4 Cấu trúc nguyên lý hoạt động 36 2.4.1 Cấu trúc 36 2.4.2 Nguyên lý hoạt động PLC 37 2.5 Các ngôn ngữ lập trình 37 2.5.1 Ngơn ngữ lập trình LAD (Ladder Logic) 37 2.5.2 Ngôn ngữ lập trình FBD (Funtion Block Diagram) 39 2.6 Phần mềm TIA Portal 39 2.6.1 Khởi động nạp chương trình TIA PORTAL cho S7 1200 41 2.6.2 Các câu lệnh sử dụng toán 44 2.7 Giới thiệu WinCC Tia Portal 46 2.8 Kết Luận 48 CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 49 3.1 Tính chọn thiết bị sử dụng hệ thống 49 3.1.1 PLC điều khiển 49 3.1.2 Biến tần 50 3.1.3 Động KĐB 3P 51 3.1.4 Encoder phản hồi 51 3.1.5 Relay trung gian 52 3.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển 53 3.2.1 Chương trình 53 3.2.2 Chương trình 54 3.3 Lập trình PLC điều khiển 55 3.3.1 Khởi động phần mềm tạo Project chương trình 55 3.3.2 Lập trình khối hàm tính tốn tốc độ động 56 3.3.3 Cấu hình PID 60 3.3.4 Lập trình hàm chuyển đổi PID_Output sang Frequency 64 3.4 Kết luận 65 CHƯƠNG : MÔ PHỎNG HỆ THỐN ĐIỀU KHIỂN 66 4.1 Mô hệ thống điều khiển 66 4.2 Thuyết minh mô 69 4.3 Kết đạt 69 4.4 Kết luận 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 Tài Liệu Tham Khảo 71 Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh tốc độ động KĐB Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín 10 Hình 1.3: Sơ đồ khối bội điều chỉnh PID 11 Hình 1.4: Đặc tính đáp ứng đầu điều khiển 12 Hình 1.5: Cấu trúc mắc song song 14 Hình 1.6: Cấu trúc mắc nối tiếp 15 Hình 1.7: Đáp ứng khâu P 16 Hình 1.8: Đáp ứng khâu I PI 18 Hình 1.9: Đáp ứng khâu D PD 19 Hình 1.10: Đáp ứng khâu P, PI, PID 20 Hình 1.11: Sơ đồ khối PID 21 Hình 1.12: Xác định tham số cho mơ hình bậc có trễ 23 Hình 1.13: Mơ hình điều khiển Kgh 25 Hình 1.14: Xác định hệ số khuếch đại tới hạn 25 Hình 1.15: Cấu trúc hệ PLC – Biến Tần – Động không đồng 26 Hình 2.1: Module CPU PLC S7-1200 29 Hình 2.2: Board tín hiệu 33 Hình 2.3: Module mở rộng tín hiệu 33 Hình 2.4: Module truyền thơng 35 Hình 2.5: Biểu tượng phần mềm lập trình 41 Hình 2.6: Configure a device 41 Hình 2.7: Chọn CPU 1212 DC/DC/DC 42 Hình 2.8: Giao diện phần mềm TIA Portal 42 Hình 2.9: Khai báo module SM1223 43 Hình 2.10: Giao diện lập trình OB 43 Hình 2.11: Download to device 44 Hình 2.12: Giao diện WinCC Tia Portal 46 Hình 3.1: PLC s7_1200 CPU1212 DC/DC/DC 49 Hình 3.2: Biến tần CHF100A -2R2G – S2 50 Hình 3.3: Động KĐB 3p 51 Hình 3.4: Encoder 51 Hình 3.5: Relay trung gian 52 Hình 3.6: Chương trình 53 Hình 3.7: Lưu đồ tính tốn tốc độ động 54 Hình 3.8: Lưu đồ Convert PID_Output to Frequency 54 Danh mục bảng biểu Bảng 1.1: Ảnh hưởng Kp, Ki, Kd hệ kín 12 Bảng 1.2: Lựa chọn thông số điều khiển 24 Bảng 1.3: Thông số điều khiển theo phương pháp thực nghiệm 25 Bảng 2.1: Chức loại CPU 30 Bảng 2.2: Tín hiệu mở rộng dung lượng CPU 31 Bảng 2.3: Tập lệnh S7 1200 44 Bảng 2.4: Thông số Timer TON S7 1200 45 Bảng 2.5: Thông số đếm counter S7 1200 46 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay, Điều khiển tự động hóa khơng cịn xa lạ hầu hết ngành công nghiệp Sự phát triển nhanh chóng khoa học máy tính cơng nghệ truyền thông giúp cho việc điều khiển, vận hành dây chuyền sản xuất trở nên đơn giản, xác, nhanh chóng hiệu hết Chính vậy, việc học tập, nghiên cứu ứng dụng ngành sử dụng công nghệ cao yêu cầu cần thiết có tác dụng to lớn kỹ sư kỹ thuật Và số thành tựu lĩnh vực điều khiển tự động ứng dụng điều khiển lập trình PLC vào sản xuất Nhờ đặc tính trội mà PLC ứng dụng vào nhiều nghành công đoạn sản xuất khác như: hệ thống nâng vận chuyển, hệ thống đóng gói, Robot lắp ráp sản phẩm, điều khiển máy bơm, cơng nghệ chế biến thực phẩm, lọc hóa dầu Để vận dụng PLC vào thực tế nhóm em áp dụng vào đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng Bộ điều khiển PLC S7 - 1200 - Siemens xây dựng hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha có cơng suất Pđm= 2,2KW, nđm=1450 v/P; Y/ - 380/220V.” Thông qua đồ án này, chúng em có hội tiếp cận sử dụng PLC; đồng thời chúng em có trải nghiệm thực tế vơ hữu ích q trình làm đồ án Nó giúp chúng em củng cố vững học nhà trường phát triển kĩ làm việc thực tế Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Trần Thị Hồng Thắm tận tình hướng dẫn, bảo cho chúng em suốt trình làm đồ án Đồ án thực chắn khơng tránh khỏi thiếu sót cịn hạn chế kiến thức chuyên môn, điều kiện thời gian thực Do chúng em mong đóng góp ý kiến thầy giáo Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB PHA 1.1 Đặt vấn đề Trước kia, khoa học kỹ thuật chưa thực phát triển vấn đề điều khiển tốc độ động không đồng xoay chiều pha gặp nhiều khó khăn, phạm vi ứng dụng điều chỉnh hẹp, chủ yếu sử dụng động chiều có đặc tính điều chỉnh đơn giản Tuy nhiên với kỹ thuật công nghệ nay, việc điều khiển tốc độ động không đồng trở lên dễ dàng nhiều Với ưu điểm như: dễ vận hành, làm việc liên tục dài hạn, đấu nối trực tiếp với nguồn pha, động không đồng pha ngày sử dụng rộng rãi Động khơng đồng pha có cấu trúc phức tạp nên ta thấy có nhiều tham số cần điều chỉnh khiến cho tốn điều khiển khó khăn việc điều khiển độc lập tham số việc xây dựng mơ hình điều khiển Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ, số phương pháp điều chỉnh tần số Muốn điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi tần số ta phải có nguồn xoay chiều điều chỉnh tần số điện áp cách đồng thời thông qua biến tần Để tạo biến tần có U f thay đổi người ta thiết kế nhiều loại biến tần đồ án ta xét đến biến tần nguồn áp làm việc theo chế phản hồi vòng điều khiển PID (PIDProportional Integral Derivative) Bộ biến tần đáp ứng u cầu điều chỉnh, đồng thời cịn tạo điện áp dịng điện gần giống hình sin Đây phương pháp điều chỉnh triệt phép thay đổi tốc độ động cách thay đổi tần số.Trong hệ điều khiển thường gặp PLC điều khiển tốc độ động thông qua biến tần 1.2 Hệ thống sử dụng PLC điều chỉnh tốc độ động KĐB 3pha Điều chỉnh tốc độ động thông qua biến tần điều khiển PLC hệ thống giúp điều chỉnh tốc độ động cách dễ dàng, quan sát điều chỉnh tốc độ động từ xa thơng qua hình HMI 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh tốc độ động KĐB 3P Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh tốc độ động KĐB Trong đó: - Màn hình giao diện người máy: có nhiệm vụ giám sát trình làm việc hệ thống - Bộ điều khiển PLC: gồm khối xử lí trung tâm, nhớ, đầu vào dùng để thực thi chương trình điều khiển - Biến tần: có nhiệm vụ dung để điều chỉnh tốc động KĐB, nối với PLC 57 Bước 2: Lập trình phần tính tốn tốc độ động - Giao diện phần lập trình 58 - Lấy khối HSC: Chọn Technology => Counting => Other => Ctrl_HSC 59 3.3.3 Cấu hình PID Bước 1: Tạo khối OB30 Bước 2: Ta tạo khối DB gọi setpoint data 60 - Tạo data khối DB setpoint data Bước 3: Lập trình PID - Lấy PID_Compact: Tại mục Technology => PID Control => Compact PID => chọn PID_Compact kéo thả vào Network 61 Sau ta cài đặt PID - Giao diện cài đặt 62 - Tiến hành cài đặt 63 3.3.4 Lập trình hàm chuyển đổi PID_Output sang Frequency 64 3.4 Kết luận Trong chương này, tính chọn thiết bị sử dụng hệ thống, thiết lập lưu đồ thuật toán viết chương trình điều khiển Qua tiến gần bước tới mơ hệ thống ứng dụng vào điều khiển thiết bị thật 65 CHƯƠNG : MÔ PHỎNG HỆ THỐN ĐIỀU KHIỂN 4.1 Mơ hệ thống điều khiển Vì mơ PID chức nâng cao, PLC S7-1200 PLCSim thường khơng đáp ứng Do ta phải thay PLC S7-1200 sang dòng PLC S7-1500 PLCSim thường thành PLCSim Advanced Bước 1: Run PLCSim Advanced Bước Cấu hình để kết nối với PLC 66 Bước 3: Cho phép chế độ mô Nhấn tổ hợp Alt + Enter để mở Properties, tích chọn hình phép mơ Bước 4: Download chương trình chạy mơ PLC 67 Bước 5: Kích hoạt chương trình mơ PID Kích đúp vào biểu tượng chấm than để tiến hành mô Bước 6: Tiến hành mô Ấn Start Tại Setpoint ta dùng để thay đổi giá trị Đường đặc tính thay đổi sau ta nhập giá trị vào 68 4.2 Thuyết minh mô Lưu ý: Các giá trị tham số mô mang tính chất lấy ví dụ, giá trị tham số tần số hay tốc độ động khơng có sử dụng thiết bị thật Mục đích việc mơ đánh giá hiểu chỉnh điều khiển PID dựa vào giá trị setpoint PID_Input cho kết PID_Output Từ sử dụng PID để điều khiển hiệu chỉnh tốc độ động thiết bị thật Sau bắt đầu mô phỏng, ta tiến hành cài đặt tham số mô cho PID: + Trường hợp 1: tham số Input nhỏ giá trị setpoint output tăng, đường đặc tính output lên + Trường hợp 2: Tham số Input lớn giá trị setpoint output giảm, đường đặc tính output xuống 4.3 Kết đạt Phần mô PID thực trường hợp giá trị input nhỏ giá trị setpoint lớn giá trị setpoint Thời gian đáp ứng khoảng từ đến giây Giá trị output giao động quanh giá trị setpoint mà ta cài vào 4.4 Kết luận Trong chương này, mô hệ thống điều chỉnh tốc độ động cách sử dụng điều khiển PID Tuy chưa phải sử dụng thiết bị thật, tham số cài vào mang tính chất ví dụ qua mơ thấy cách thức hoạt động phương pháp điều khiển PID, từ tiến tới áp dụng điều khiển thiết bị thật 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu tìm đọc lý thuyết làm mơ đề tài, chúng em gặp nhiều vấn đề trình thực hiện: Đạt được: ⁃ Tổng quan hệ thống điều khiển tốc độ động KĐB 3pha PLC ⁃ Tìm hiểu PLC s7-1200, phần mềm TIA PORTAL ⁃ Mở rộng thêm kiến thức lập trình PLC ⁃ Phân tích thiết lập lưu đồ thuật tốn ⁃ Thiết kế, mơ hệ thống điều khiển Chưa đạt được: ⁃ Kết nối thiết bị với phần cứng ⁃ Kiến thức PLC nhiều hạn chế ⁃ Phần mềm sử dụng hạn chế KIẾN NGHỊ Do thời gian hạn chế, chúng em chưa sâu khai thác đầy đủ chức nâng cao PLC chức PID phần mềm TIA PORTAL Nếu có thêm thời gian chúng em nghiên cứu thêm PID cấu hình kết nối, áp dụng thực tế với thiết bị thật 70 Tài Liệu Tham Khảo Tài liệu tham khảo: Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA Portal – Trần Văn Hiếu Tài liệu PLC công nghiêp - Tạ Văn Phương Giáo trình PLC - Hà Văn Trí PGS.TS Trần Thu Hà – KS Phạm Quang Huy, Tự động hóa với WinCC, Nhà xuất Hồng Đức, 2011 https://www.youtube.com/@ttautomation7088 https://www.youtube.com/@ATVNAutomation https://dattech.com.vn/huong-dan-dieu-khien-bien-tan-bang-plc/ http://www.dientuvietnam.net/forums/forum/ https://hgautomation.vn/tai-lieu-bo-lap-trinh-plc-siemens-s7-1200tieng-viet.html 71 ... đổi tốc độ động cách thay đổi tần số.Trong hệ điều khiển thường gặp PLC điều khiển tốc độ động thông qua biến tần 1.2 Hệ thống sử dụng PLC điều chỉnh tốc độ động KĐB 3pha Điều chỉnh tốc độ động. .. HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB PHA 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Hệ thống sử dụng PLC điều chỉnh tốc độ động KĐB 3pha 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh tốc độ động KĐB... qua biến tần điều khiển PLC hệ thống giúp điều chỉnh tốc độ động cách dễ dàng, quan sát điều chỉnh tốc độ động từ xa thông qua hình HMI 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh tốc độ động KĐB 3P