Đang tải... (xem toàn văn)
Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số. các loại động cơ bước được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các hệ thống tự động, điều khiển xa và nhiều thiết bị điện tử khác, nổi bật là trong các lĩnh vực sau: điều khiển robot, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công, điều khiển máy dập giấy decal, … vv, … Và cũng trong điều khiển chính xác người ta cần những động cơ có thể đạt được độ chính xác cao theo đúng yêu cầu cả về lực và tốc độ. Động cơ bước là một trong những sự lựa chọn tốt để đáp ứng được những yêu cầu trên với khả năng chuyển động chính xác đến từng bước thậm chí là vi bước. Đặc biệt việc điều khiển motor bước được ứng dụng phổ biến trong xí nghiệp, nhà máy phục vụ trong công việc sản xuất hiện nay. Bên cạnh đó việc phát triển các phần mềm ứng dụng cũng ngày một cao hơn, đặc biệt với WinCC ( Windows Control Center), đây là phần mềm tích hợp giao diện người và máy HMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hóa, là phần mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của một hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất.Với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hóa một cách dễ dàng. Việc sử dụng những bộ điều khiển lập trình PLC riêng lẻ không đáp ứng yêu cầu điều khiển của một hệ thống Scada, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human Machine Interface) giao diện người và máy. Phần mềm này có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như Siemens, Mítubishi, Allen Bradley,v.v…,nhưng nó đặc biệt truyền thông rất tốt với PLC của hãng Siemens. Trong lãnh vực tự động hóa trong công nghiệp, WinCC là một trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp, chương trình dùng để điều hành các nhiệm vụ của màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất. WinCC được cài đặt trên máy tính và giao tiếp vơí PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS 232) của máy tính. Do đó, cần phải có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS232 sang chuẩn RS485 của PLC. WinCC còn có đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện ngườimáy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống. Đối với S71200 thì việc kết nối với WinCC một cách dễ dàng nhờ sự tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet. Phần mềm lập trình cho PLC và phần mềm điều khiển giám sát WINCC được tích hợp sẵn trong gói phần mềm TIA Portral. Đây cũng là phần mà đề tài đề cập đến.
TRƯỜNG ĐAI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN VĂN ĐỘ Sinh viên: NGUYỄN VĂN TUẤN MSSV:1405190516 Lớp DHTDHCK14A2 Nghệ An, năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KỸ THUẬT VINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA ĐIỆN NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên đề tài: Thiết kế mơ hình điều khiển giám sát động bước sử dụng PLC S7-1200 Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Động bước - Drive điều khiển động bước - Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 (Siemens) Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Giới thiệu tổng quan đề tài - Tìm hiểu điều khiển lập trình PLC S7-1200 phần mềm SCADA - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động phương pháp điều khiển động bước - Xây dựng mơ hình (Đặc tính, thơng số thiết bị sử dụng mơ hình) - Lập trình điều khiển giám sát cho mơ hình Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): - Bản vẽ ngun lý mơ hình - Sơ đồ kết nối Họ tên cán hướng dẫn: Ths: Nguyễn Văn Độ Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Ngày …… tháng …… năm …… Trưởng môn Cán hướng dẫn ( Ký, ghi rõ họ, tên) ( Ký, ghi rõ họ, tên) PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tinh thần, thái độ sinh viên trình làm đề tài …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Đánh giá chất lượng đề tài (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Cho điểm cán hướng dẫn: (Điểm ghi số chữ) Ngày … tháng … năm 2022 Cán hướng dẫn (Họ tên chữ kí) Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế mơ hình điều khiển giám sát động bước sử dụng PLC S7-1200” em tự thiết kế hướng dẫn thầy Ths Nguyễn Văn Độ Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Vinh, ngày … tháng … năm 2022 Sinh viên thực Nguyễn Văn Tuấn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề: Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động bước cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu thực trung thành lệnh đưa dạng số loại động bước sử dụng ngày rộng rãi hệ thống tự động, điều khiển xa nhiều thiết bị điện tử khác, bật lĩnh vực sau: điều khiển robot, điều khiển lập trình thiết bị gia cơng, điều khiển máy dập giấy decal, … vv, … Và điều khiển xác người ta cần động đạt độ xác cao theo yêu cầu lực tốc độ Động bước lựa chọn tốt để đáp ứng yêu cầu với khả chuyển động xác đến bước chí vi bước Đặc biệt việc điều khiển motor bước ứng dụng phổ biến xí nghiệp, nhà máy phục vụ công việc sản xuất Bên cạnh việc phát triển phần mềm ứng dụng ngày cao hơn, đặc biệt với WinCC ( Windows Control Center), phần mềm tích hợp giao diện người máy HMI (Integrated Human Machine Interface) cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với q trình tự động hóa, phần mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển thu thập liệu hệ thống tự động hóa q trình sản xuất.Với WinCC, người sử dụng tạo giao diện điều khiển giúp quan sát hoạt động q trình tự động hóa cách dễ dàng Việc sử dụng điều khiển lập trình PLC riêng lẻ không đáp ứng yêu cầu điều khiển hệ thống Scada, cần phải kết hợp thêm hiển thị HMI (Human Machine Interface) giao diện người máy Phần mềm trao đổi liệu trực tiếp với nhiều loại PLC hãng khác Siemens, Mítubishi, Allen Bradley,v.v…,nhưng đặc biệt truyền thông tốt với PLC hãng Siemens Trong lãnh vực tự động hóa cơng nghiệp, WinCC phần mềm HMI chuyên dùng hãng Siemens để quản lý thu thập liệu điều khiển q trình cơng nghiệp, chương trình dùng để điều hành nhiệm vụ hình hiển thị hệ thống điều khiển tự động hóa sản xuất WinCC cài đặt máy tính giao tiếp vơí PLC thơng qua cổng COM1 COM2 (chuẩn RS- 232) máy tính Do đó, cần phải có chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 PLC WinCC cịn có đặc tính mở Nó sử dụng cách dễ dàng với phần mềm chuẩn phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu cầu thực tế cách xác Những nhà cung cấp phát triển ứng dụng họ thông qua giao diện mở WinCC tảng để mở rộng hệ thống Đối với S7-1200 việc kết nối với WinCC cách dễ dàng nhờ tích hợp sẵn cổng truyền thơng Profinet Phần mềm lập trình cho PLC phần mềm điều khiển giám sát WINCC tích hợp sẵn gói phần mềm TIA Portral Đây phần mà đề tài đề cập đến Đề tài mà tơi thực ví dụ thực tiển: Mơ hình điều khiển giám sát động bước sử dụng PLC S7-1200 Nội dung đề tài bao gồm vấn đề sau: Tìm hiểu S7-1200 (CPU 1215C; DC/DC/DC) để lập trình Tìm hiểu WinCC Professional tích hợp TIA Portral Thiết kế mơ hình giám sát điều khiển động bước dùng PLC S7-1200 để thực quay động bước theo góc định sẵn có giám sát máy tính CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC Trong hệ thống tự động máy tính điện tử ngày sử dụng rộng rải hệ thống truyền động rời rạc Các hệ thống truyền động rời rạc thực nhờ loại động chấp hành đặc biệt gọi động bước Động bước thường động đồng dùng phổ biến tín hiệu điều khiển dươí dạng xung điện áp thành chuyển động góc quay chuyển động rotor có khả cố định rotor vào vị trí cấn thiết Động bước làm việc nhờ có chuyển mạch điện tử, để đưa tín hiệu điều khiển vào cuộn dây stator, theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rotor, phụ thuộc vào thứ tự chuyển tần số chuyển đổi 2.1 Phân loại cấu tạo Động bước chia làm loại: Động bước nam châm vĩnh cữu Động bước biến trở từ Động bước lai Động bước nam châm vĩnh cữu gồm lọai: Động bước đơn cực Động bước lưỡng cực Động bước nhiều pha 2.2 Động bước nam châm vĩnh cữu 2.2.1 Động bước đơn cực: Hình 2.1:Động bước đơn cực STEP loại đơn cực bao gồm cuộn dây, cuộn nối ngồi cuộn, thông thường thực tế loại động dây ra, STEP loại điều khiển bẳng cách cho đầu dây chung nối lên nguồn đầu dây lại nối mass Hình 2.2:Sơ đồ đấu dây động bước đơn cực Động bước đơn cực gồm có ngõ :trong có đầu dây coil dùng để điều khiển đầu dây common dùng để nối nguồn cung cấp Kí hiệu màu dây theo quy định hình dưới: Hình 2.3:Kí hiệu màu dây Động bước đơn cực có ngõ ra: có đầu dây coil dùng để điều khiển , đầu dây cịn lại dây common tách làm 2,khi dùng phải nối với nguồn cung cấp Hai dây common có màu 2.2.2 Động bước lưỡng cực: Hình 2.4: Động bước lưỡng cực Động loại lưỡng cực (Bipolar), thường có đầu Về cấu tạo đơn giản khó cho điều khiển phải đảo chiều dòng điện qua cuộn dây a,b 2.2.3 Động bước nhiều pha: Hình 2.5:Động bước nhiều pha Một loại động bước nam châm vĩnh cửu thơng dụng động bước có tât cuộn dây nối tiếp với thành vòng kín cặp dây có điểm gọi động bước nhiều pha hay đa cực Kiểu thông dụng kiểu pha pha 2.3 Động bước lai: Hình 2.6:Động bước lai STEP lai loại kết hộp STEP từ thông thay đổi loại nam châm vĩnh cửu Roto cho động STEP lai có nhiều , giống loại từ thơng thay đổi, chứa lõi từ hóa trịn đồng tâm xoay quanh trục Răng rotor tạo đường dẫn giúp định hướng cho từ thông ưu tiên vào lỗ khơng khí STEP lai lái giống STEP đơn cực lưỡng cực 2.4 Động biến từ trở: Hình 2.7: Động biến từ trở Thơng thường có ba bốn cuộn dây đấu chung đầu Đầu chung nối với nguồn dương, đầu cịn lại cho thơng với đất để quay rotor Trên hình vẽ, rotor có stator có cực Mỗi cuộn dây quấn hai cực đối Vì vậy, giả sử, cấp điện cho cực (stator), rotor quay cực gần (X) để thẳng với cực Cắt điện cuộn số 1, tiếp tục cấp điện cho cuộn 2, rotor quay tiếp sau (Y) cho thẳng với cực Cứ điều khiển quay rotor 2.5 Nguyên lý hoạt động động bước: Động bước hoạt động dựa việc cấp xung ,nó khơng có chuyển mạch bên nên tất mạch đảo phải điều khiển bên điều khiển Tại thời điểm có hay hai cuộn dây có điện(tùy vào phương pháp điều khiển đầy bước hay nửa bước).Khi trạng thái cấp xung thay đổi sinh moment xoắn làm cho roto quay Điều khiển chiều quay động :thay đổi thứ tự cấp xung ,giả sử động bước thứ ta cấp xung cho bước thứ lúc quay ngược lại Điều khiển tốc độ:thay đổi độ rộng xung tần số xung Trong : V: vận tốc trung bình động bước (vịng/giây) n: số lần dịch bước t: thời gian động thực n lần dịch bước (giây) : góc bước động (độ) f : tần số dịch bước 2.6 Các phương pháp điều khiển động bước Điều khiển đủ bước Điều khiển nửa bước Điều khiển vi bước 2.6.1 Điều khiển đủ bước: a Một pha: Tại thời điểm có mấu cấp điện Bảng 2.1:Thứ tự phát xung pha