ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thiết kệ mô hình hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha sử dụng rotor lồng sóc, với bộ điều khiển PLC S71200, encoder, biến tần INVT,....Trước sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng ngày càng nhiều nhà máy đa dạng về công nghệ. Ngành tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu của sản xuất. Ứng dụng công nghệ tự động hóa vào trong sản xuất là xu hướng tất yếu của Việt Nam đang trên con đường phát triển công nghiệp hóa và hội nhập cùng thế giới. Hiện nay hàng loạt các nhà cung cấp công nghệ đã và đang phát triển nhiều thiết bị, các chương trình giám sát và điều khiển dây chuyền sản xuất.
LỜI NÓI ĐẦU Trước phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, nước ta xây dựng ngày nhiều nhà máy đa dạng công nghệ Ngành tự động hóa khơng ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu sản xuất Ứng dụng cơng nghệ tự động hóa vào sản xuất xu hướng tất yếu Việt Nam đường phát triển cơng nghiệp hóa hội nhập giới Hiện hàng loạt nhà cung cấp công nghệ phát triển nhiều thiết bị, chương trình giám sát điều khiển dây chuyền sản xuất Để thực hiên công việc cách khoa học nhằm đáp ứng nhanh hiệu kinh tế Các nhà máy sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC Hệ thống điều khiển, giám sát, cảnh báo tự động dùng PLC làm giảm sức lao động cơng nhân mà lại đạt độ xác cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Việc lựa chọn tích hợp hệ thống việc vơ quan trọng kỹ sư tự động hóa Vì để giải vấn đề nhóm thực nghiên cứu giải pháp thiết kế hệ thống điều chỉnh giám sát tốc độ động không đồng ba pha sử dụng biến tần PLC S7 – 1200 Là kỹ sư Tự động hóa tương lai, chúng em nhận thức rõ vai trò hệ thống điều khiển giám sát sản xuất cơng nghiệp Do đó, chúng em lựa chọn đề tài tốt nghiệp là: “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động không đồng ba pha” nhằm tiếp cận nhiều tới thiết bị công nghệ sử dụng nhà máy, xí nghiệp – nơi làm việc sau chúng em trường Trong suốt thời gian nghiên cứu thực đề tài, nhóm gặp khơng cố, vướng mắc định song nhận nhiều giúp đỡ nhiệt tình quý báu Và để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời cho phép chúng em bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Viện truyền thụ kiến thức, kinh nghiệm quý báu thời gian học tập trường để giúp chúng em hồn thành đồán tốt nghiệp tự tin làm việc trường Cuối cùng, chúng em xin trân trọng cảm ơnthầy giáo tận tình giúp đỡ, đạo, cung cấp tài liệu tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em suốt trình nghiên cứu tìm hiểu xây dựngđồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực TÓM TẮT ĐỒ ÁN Ngày hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động ngày phổ biến công nghiệp Đề tài: “Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động không đồng ba pha” giúp phần hiểu kết cấu điều khiển động sản xuất công nghiệp, đồng thời cố thêm kiến thức chuyên nghành ápdụng kiến thức học vào thực tế Hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động cơlà thành phần quan trọng ứng dụng nhiều thực tế Các nhà máy khu cơng nghiệp hình thành với nhiều thiết bị máy móc đại có điều khiển giám sát tốc độ động dây chuyền để phối hợp với nhu cầu sản suất, tạo xuất cao trình sản xuất Với phát triển khoa học kỹ thuật nghành Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa, tạo điều kiện choviệc điều khiển trở nên thuận tiện xong đặt vấn đề phải nghiên cứu hoàn thiện hệ điều khiển ngày cao thực tế sống phù hợp nhu phát triểnkhoa học công nghệ Nowadays, motor speed control and monitoring systems are more and more popular in industry Project: "Designing a model of a three-phase asynchronous motor speed control and monitoring system" helps to partially understand the motor control structures in industrial production, and at the same time reinforces knowledge expertise and apply the acquired knowledge in practice The engine speed control and monitoring system is one of the very important components that has been applied a lot in practice Factories in the industrial park are formed with many modern machinery and equipment, including control and monitoring of line motor speed to coordinate with production needs, creating higher productivity in the process manufacture With the development of science and technology, especially Control Engineering & Automation, it has created conditions for control to become more convenient, but it also poses the problem that it is necessary to study and perfect control systems increasingly of the reality of life and in line with the needs of science and technology development MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH SÁCH BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Yêu cầu đề tài 1.4 Cách thức giải vấn đề 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Động không đồng ba pha 12 2.2 Bộ mã hóa vịng quay Encoder 16 2.3 Biến tần INVT CD20 – 1R5G – 18 2.4 Màn hình HMI KINCO MT4414TE 21 2.5 Tổng kết chương 24 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ 25 3.1 Giới thiệu PLC S7 – 1200 25 3.2 Nạp chương trình mẫu cho PLC S7 - 1200 32 3.3 Khối hàm FC 37 3.4 Thiết lập PID Tia Portal 38 3.5 Chương trình điều khiển 40 3.6 Tổng kết chương 42 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 43 4.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 43 4.2 Chương trình điều khiển PLC S7-1200 hiển thị hình HMI 46 4.3 Kết 50 4.4 Phương hướng phát triển đề tài 51 4.5 Tổng kết chương 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 54 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát 10 Hình 2.1 Cấu tạo động khơng đồng ba pha 12 Hình 2.2 Stato (phần tĩnh) động khơng đồng ba pha 13 Hình 2.3 Rôto (phần động) động không đồng ba pha 13 Hình 2.4 Encoder tương đối tuyệt đối 16 Hình 2.5 Cấu tạo chung 17 Hình 2.6 Biến tần INVT CD20 – 1R5G - 19 Hình 2.7 Màn hình HMI 21 Hình 3.1 Tủ điều khiển dây chuyển sản xuất nhà máy 25 Hình 3.2 Bộ PLC Mỹ 26 Hình 3.3 PLC sản xuất năm 1970 26 Hình 3.4 PLC thường sử dụng 27 Hình 3.5 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 28 Hình 3.6 Tạo Project 33 Hình 3.7 Chọn CPU cần dùng 33 Hình 3.8 Chọn CPU cần dùng 34 Hình 3.9 Giao diện Tia Portal 35 Hình 3.10 Nhập địa IP cần nạp xuống chương trình 36 Hình 3.11 Kết nối PLC với máy tính 36 Hình 3.12 Đẩy chương trình xuống PLC 37 Hình 3.13 Hồn tất q trình nạp 37 Hình 3.14 Gọi hàm FC 38 Hình 3.15 Tạo Block Cyclic Interrupt 39 Hình 3.16 Chọn PID_Compact V1 39 Hình 3.17 Kéo khối PID_Compact vào network 40 Hình 3.18 Thiết lập PID_Compact V1 40 Hình 4.1 Sơ đồ khối 43 Hình 4.2 Sơ đồ tủ điện 44 Hình 4.3 Giao diện bên tủ điện 44 Hình 4.4 Sơ đồ dây phía mặt nắp tủ 45 Hình 4.5 Sơ đồ dây bên tủ điện 45 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật HMI 22 Bảng 3.2 Các loại CPU PLC S7 – 1200 28 Bảng 3.3 Vùng nhớ địa 31 Bảng 3.4 Bảng địa cho chương trình điều khiển 40 MỞ ĐẦU Hiện nay, điều khiển giám sát ứng dụng rộng rãi công nghiệp nhằm nâng cao suất lao động Nên vấn đề “Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động không đồng ba pha” đơn vị, cá nhân nghiên cứu xây dựng nhiều, vấn đề bảo mật công nghệ nên thường không cơng khai kết nghiên cứu Do đó, chúng em xin đưa lịch sử giải vấn đề phạm vi nhà trường Việc giải vấn đề nội dung yêu cầu đồ án tốt nghiệp với nội dung: “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động không đồng ba pha” Đồ án trình bày với chương với nội dung với chương tóm tắt sau : - Chương 1: Tổng quan đề tài: đặt vấn đề, mục tiêu nghiên cứu, yêu cầu đề tài, cách thức giải vấn đề - Chương 2: Cơ sở lý thuyết: khái niệm, nguyên lý hoạt động đặc điểm kỹ thuật động không đồng ba pha, biến tần INVT GD20, hình HMI encoder - Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát tốc độ cho động cơ: tổng quan PLC S7 – 1200, khối hàm FC, PID, chương trình điều khiển - Chương 4: Xây dựng mơ hình thực nghiệm đánh giá kết quả: xây dựng mô hình thực nghiệm, số hình ảnh thực tế kết mô phỏng, phương hướng phát triển đề tài tổng kết Mặc dù chúng em cố gắng tìm hiểu để hồn thành đồ án, song kiến thức cịn hạn hẹp chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi sai sót, mong bổ sung góp ý thầy bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo thầy cô mônđã tận tình hướng dẫn giúp đỡ để chúng em hồn thành đồ án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trước phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, nước ta xây dựng ngày nhiều nhà máy đa dạng cơng nghệ Ngành tự động hóa không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu sản xuất Ứng dụng cơng nghệ tự động hóa vào sản xuất xu hướng tất yếu Việt Nam đường phát triển cơng nghiệp hóa, đại hóa hội nhập giới Hiện nay, hàng loạt nhà cung cấp công nghệ phát triển nhiều thiết bị, chương trình giám sát điều khiển dây chuyền sản xuất Điều có ý nghĩa lớn đến phát triển kinh tế, nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng suất, giảm giá thành sản phẩm,… Nhưng để sử dụng thiết bị điều khiển giám sát cách hiệu mang lại giá trị kinh tế cao địi hỏi người sử dụng cần có q trình tìm hiểu nghiên cứu lâu dài Là kỹ sư Tự động hóa tương lai, chúng em nhận thức rõ vai trò hệ thống điều khiển giám sát sản xuất công nghiệp đại Do đó, chúng em lựa chọn đề tài tốt nghiệp là: “Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động không đồng ba pha” nhằm tiếp cận nhiều tới thiết bị công nghệ sử dụng nhà máy, xí nghiệp – nơi làm việc chúng em sau trường 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Hiện nay, điều khiển giám sát ứng dụng rộng rãi công nghiệp nhằm nâng cao suất lao động Nên vấn đề “Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động không đồng ba pha” đơn vị, cá nhân nghiên cứu xây dựng nhiều, vấn đề bảo mật công nghệ nên thường không công khai kết nghiên cứu Do đó, chúng em xin đưa mục tiêu nghiên cứu vấn đề phạm vi nhà trường nắm vững, hiểu rõ cách thức hoạt động, điều khiển động từ PLC HMI Từ xây dựng mơ hình thực tế, tạo giao diện, thuật toán điều khiển lập trình cho động 1.3 Yêu cầu đề tài Yêu cầu đề tài “Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiẻn giám sát tốc độ động không đồng ba pha” là: - Tìm hiểu tổng quan hệ thống điều khiển giám sát (PC – PLC – Biến tần) - Xây dựng mơ hình điều khiển giám sát tốc độ động không đồng ba pha sử dụng PLC – Biến tần – Máy tính - Cài đặt tham số cho biến tần - Xây dựng lưu đồ thuật tốn, viết chương trình cho PLC S7 – 1200 - Xây dựng giao diện điều khiển máy tính Giao diện điều khiển giám sát máy tính hiển thị thay đổi tốc độ động 1.4 Cách thức giải vấn đề Dựa yêu cầu cụ thể cần đạt đề tài, chúng em tiến hành nghiên cứu lý thuyết hệ thống điều khiển giám sát với phần tử PC, PLC biến tần Sau trình nghiên cứu, tìm hiểu, chúng em đưa sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động không đồng ba pha với chức năng, thiết bị sử dụng khối sau: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát Chức khối hệ thống: - Động cơ: Phần tử chấp hành hệ thống Động sử dụng đề tài động không đồng ba pha với thơng số trình bày cụ thể mục 2.1 chương - Biến tần: Dựa yêu cầu điều khiển PLC, biến tần thực chức điều khiển chạy / dừng, đảo chiều động cơ, thay đổi tốc độ động Do đặc điểm bật hẳn biến tần INVT GD20 (được trình bày rõ mục 2.3) nên chúng em lựa chọn sử dụng biến tần INVT GD20 đề tài - Phản hồi: Thực chức đo giá trị tốc độ động phản hồi giá trị tốc độ PLC Có nhiều phương pháp đo tốc độ động sử dụng máy phát tốc, encoder,… Trong đề tài chúng em sử dụng encoder độ xác tương đối cao - PLC: Thực chức điều khiển biến tần, từ điều khiển tốc độ động Chương trình PLC phải thực nhiệm vụ sau: điều khiển ON / OFF biến tần (chạy / dừng động cơ), đảo chiều động cơ; chuyển đổi giá trị tần số đặt giao diện điều khiển để điều khiển thay đổi tần số đầu biến tần → thay đổi tốc độ động thông qua đầu tương tự PLC đầu vào tương tự biến tần; xử lý tín hiệu từ khối phản hồi → đưa kết tốc độ động - PC: Thực giám sát hệ thống Để giám sát hệ thống, PC cần kết nối truyền thơng với PLC cài đặt phầm mềm giám sát, lập trình Do PC 10 b Hiển thị trạng thái thông số Trong trạng thái chạy, có 22 thơng số chọn khơng Các thơng số là: Tần số chạy, tần số đặt, điện áp, điện áp ngõ ra, momen ngõ ra, PID tham chiếu, PID phản hồi, trạng thái ngõ vào terminal, trạng thái ngõ terminal, dòng chạy đa cấptốc độ, đếm xung, AI1, AI2, phần trăm tải động cơ, phần trăm tải biến tần, tốc độ tuyến tính P07.05 P07.06 chọn thơng số để hiển thị khơng bít dịch thơng số từ trái qua phải (P07.12) dịch từ phải đến trái c Hiển thị trạng thái lỗi Nếu biến tần nhận tín hiệu báo lỗi, chuyển thành trạng thái Pre-Alarm Keypad hiển thị thông số lỗi Đèn TRIP sáng trạng thái lỗi reset nút Trên Keypad, terminal điều khiển lệnh truyền thông giao tiếp d Hiển thị trạng thái mã hàm Trong trạng thái dừng, chạy hay lỗi, ấn nút để chuyển trạng thái (Nếu có password xem P7.00) Trạng thái chuyển hiển thị cấp menu vào là: nhóm code chức năng/ số code chức thông số code chức năng, ấn DATA/ENT để hiển thị thơng số ấn để Hình I.2 Màn hình hiển thị 59 e Cách định nghĩa mã hàm biến tần Biến tần có cấp menu, bao gồm: Nhóm số code chức năng( cấp đầu tiên) Nhóm tab code chức (cấp thứ 2) Nhóm đặt giá trị code chức (cấp thứ 3) 1.3 Điều khiển động nút nhấn biến trở Thay sử dụng cơng tắc ta cài đặt biến tần để sử dụng nút nhấn.Đặc điểm nút nhấn ngưng tác động quay trạng thái ban đầu mở Cài đặt thông số điều khiển: + P00.01 = điều khiển chạy Terminal + P00.07 = P00.06 = chỉnh tốc độ tham chiếu biến trở nối với chân AI2 + P05.01 = chân S1 dùng để chạy thuận + P05.02 = chân S2 dùng để chạy nghịch + P05.03 = chân S3 dùng để dừng (S3 đóng cho phép chạy, S3 mở cấm chạy) + P05.13 = cài đặt chế độ điều khiển dây Sơ đồ đấu dây điều khiển nút nhấn: Hình I.3 Sơ đồ đấu dây điều khiển nút nhấn 60 1.4 Điều khiển động sử dụng tần số cố định Cài đặt thông số điều khiển động sử dụng tần số cố định sau: + P00.01 = (điều khiển biến tần) (điều khiển cơng tắc ngồi) + P00.03 = 50Hz tần số tối đa + P00.04 = 50Hz tần số giới hạn + P00.05 = 50Hz tần số giới hạn + P00.06 = điều khiển tần số cấp tốc độ + P00.11 = thời gian tăng tốc + P00.12 = thời gian giảm tốc + P02.01 = công suất động + P02.02 = tần số động + P02.03 = tốc độ động + P02.04 = điện áp động + P02.05 = dòng điện động Sơ đồ đấu dây chạy cấp tốc độ: Hình I.4 Sơ đồ đấu dây chạy cấp tốc độ 61 Bài Các bước lập trình PLC 2.1 Lập trình PLC đọc tín hiệu từ encoder - Đầu tiên, ta cho phép cấu hình cho chân, lựa chọn chế độ đếm xung - Tiếp theo, ta theo dõi địa vào ô nhớ địa đọc đếm xung.Địa quan trọng đến đấu nối phần cứng lây giá trị encoder địa đọc lưu nhớ - Ngồi ra, phần lưu ý nhiều người bỏ qua làm chỉnh thời gian trích mẫu xung, phần cốt lõi để đáp ứng tốc độ quanh nhanh trục encoder, dẫn tới số xung trả vô nhanh 62 - Ở ta chọn giá trị, mặc định 6,4ms ta lên đến 0.1 micro Như ta giải thích cấu hình xong đếm xung Tiếp theo ngồi hàm Main 63 2.2 Lập trình điều khiển giám sát tốc độ động qua chuẩn truyền thông - Cấu hình giao tiếp: - Tạo khối liệu Modbus: 64 - Tạo đếm để phân phối đọc/ghi truyền thông: - Cấu hình truyền thơng: 65 - Lệnh cài đặt tần số: - Lệnh điều khiển động cơ: 66 67 - Lệnh giám sát liệu: 2.3 Lập trình cho HMI điều khiển giám sát tốc độ động - Sơ đồ kết nối: 68 - Lập trình S7-1200 dùng ngôn ngữ LAD: Sử dụng phần mềm Tia portal viết chương trình LAD Điều khiển động cảm biến tiệm cận đượcmô tả sau: + Hệ thống chia làm phần, chế độ tự động (Auto) chế độ thủ công (Manu) + Ở chế độ tự động, bật nút START hệ thống hoạt động động 1chạy, cảm biến có tín hiệu động chạy đồng thời động dừng, khơng có tín hiệu động chạy động dừng Cảm biến thứ với động thứ cảm biến thứ động tươngtự Cảm biến thứ có tín hiệu hệ thống tạm dừng, nhấn nút STOP tắt chế độ tự động + Ở chế độ thủ cơng điều khiển động nút nhấn ON, OFFtrên HMI - Thiết kế chương trình: Lập trình cho PLC S7-1200 + Đầu tiên tạo khối FC khối điều khiển thủ công, khối tự động vàkhối đầu OUTPUT cách kích đúp vào phần “Add new block” chọn khối “funtion” đặt tên cho + Khối Main 69 + Khối “FC_TU_DONG” 70 + Khối “FC_ĐK_THU_CONG” 71 72 + Khối “OUTPUT” 73