Mô hình điều khiển động cơ kđb 3 pha theo giao thức truyền thông modbus rtu giữa hmi và biến tần ig5a

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG V DANH MỤC HÌNH VI LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Bố cục đề tài CHƢƠNG HMI VÀ BIẾN TẦN IG5A 2.1 Tổng quan HMI PI3070ie 2.2 Biến tần LS IG5A 2.2.1 Các kiểu biến tần họ IG5 2.2.2 Các đặc tính kỹ thuật bản: 2.2.3 Sơ đồ kết nối biến tần 10 2.2.4 Cấu hình chân đấu: 11 2.2.5 Hƣớng dẫn cài đặt biến tần iG5A 14 2.2.5.1 Drive Group 15 2.2.5.2 Function Group 15 2.2.5.3 Function Group 15 2.2.5.4 Input/output group 16 2.2.5.5 Điều khiển PID - trình tự cài đặt PID 16 2.3 Kết nối truyền thông Modbus HMI Wecon PI3070ie biến tần IG5A: 17 2.4 Giới thiệu phần mềm lập trình PIStudio 17 2.4.1 Tạo dự án 19 I 2.4.2 Thêm hình 21 2.4.3 Giới hạn quy mô dự án 25 2.4.4 Biên dịch dự án 25 2.4.5 Mô 28 2.5 Cài đặt cấu hình truyền thơng biến tần IG5A 31 2.5.1 Cấu hình truyền thơng biến tần: 31 2.5.2 Bảng địa truyền thông biến tần LS: 32 2.5.3 Cài đặt cấu hình truyền thông HMI Wecon PI3070ie phần mềm PIStudio: 34 CHƢƠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆP 35 3.1 Khái quát chung 35 3.1.1 Khái niệm mạng truyền thông công nghiệp 35 3.1.2 Vai trò mạng truyền thông công nghiệp 35 3.1.3 Mơ hình phân cấp mạng truyền thơng cơng nghiệp 36 3.2 Cơ sở kỹ thuật thực mạng truyền thông công nghiệp 37 3.2.1 Các khái niệm 37 3.2.2 Chế độ truyền tải 39 3.2.3 Truyền đồng không đồng 40 3.2.4 Truyền chiều truyền hai chiều 40 3.3 Cấu trúc mạng – Topology 41 3.3.1 Cấu trúc bus 42 3.3.2 Kiến trúc giao thức 43 3.3.3 Truy nhập bus 44 3.3.4 Bảo toàn liệu 46 3.4 Kỹ thuật truyền dẫn 48 3.5 Các hệ thống bus tiêu biểu 50 II 3.5.1 Profibus 50 3.5.2 CAN 50 3.5.3 DeviceNet 50 3.5.4 MODBUS 51 3.5.5 INTERBUS 51 3.5.6 AS-i 51 3.5.7 Ethernet 51 3.6 Mạng truyền thông Modbus 52 3.6.1 Cơ chế giao tiếp 52 3.6.2 Chế độ truyền 53 3.7 Các giao thức chuẩn truyền thông mạng 55 3.7.1 Chuẩn truyền thông RS-232 55 3.7.2 Chuẩn truyền thông RS-485 57 3.7.2.1 Ƣu điểm 59 3.7.2.2 Nhƣợc điểm RS485 59 3.7.2.3 RS485 kết nối với máy tính 61 3.7.2.4 Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang USB 62 3.7.2.5 Bộ chuyển đổi RS485 sang Ethernet 62 CHƢƠNG THIẾT KẾ - THI CƠNG MƠ HÌNH VÀ HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG MƠ HÌNH 63 4.1 Lắp đặt thiết bị đấu nối dây dẫn cho mơ hình 63 4.1.1 Danh mục thiết bị sử dụng mơ hình 63 4.1.2 Lắp đặt thiết bị 64 4.1.3 Các bƣớc cài đặt tham số biến tần: 67 4.2 Cài đặt chƣơng trình phần mềm PIStudio 67 4.2.1 Các bƣớc thực 67 III 4.2.2 Giao diện HMI phần mềm PISTUDIO 82 4.2.3 Giao diện thực tế hình HMI 83 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 84 5.1 Kết luận: 84 5.2 Hƣớng phát triển đề tài: 84 IV DANH MỤC BẢNG Bảng Thông số kỹ thuật HMI Pi3070ie Bảng 2 Các chức phần mềm PIStudio 17 Bảng Chế độ ASCII 54 Bảng Chế độ RTU 54 Bảng 3 Các thông số quan trọng RS-232 56 Bảng Danh mục thông số thiết bị 63 V DANH MỤC HÌNH Hình 1 Phân bố lƣợng điện tiêu thụ lĩnh vực Hình Màn hình điều khiển cảm ứng HMI PI3070ie Hình 2 Biến tần LS IG5A Hình Các họ biến tần Ig5A Hình Các đặc tính kĩ thuật biến tần Ig5A Hình Sơ đồ kết nối biến tần LS iG5A 10 Hình Cấu hình chân đấu biến tần 11 Hình Keypad biến tần 12 Hình Các nhóm chức 14 Hình Sơ đồ chân COM HMI Wecon PI3070ie 17 Hình 10 Biểu tƣợng phần mềm PIStudio 19 Hình 11 Tạo dự án phần mềm 20 Hình 12 Thiết lập giao thức truyền thông 21 Hình 13 Thêm hình 23 Hình 14 Cài đặt cấu hình nút nhấn 24 Hình 15 Chức tạo biểu đồ phần mềm 25 Hình 16 Quy trình biên dịch dự án 26 Hình 17 Kiểm tra biên dịch 27 Hình 18 Kết biên dịch thành công 27 Hình 19 Chọn cổng liên kết với máy tính 28 Hình 20 Cấu hình tải xuống dự án 30 Hình 21 Tải dự án xuống HMI 31 Hình 22 Địa truyền thơng biến tần HMI 33 Hình 23 Cấu hình Truyền thơng 34 Hình 24 Cài đặt cổng truyền thơng cho cổng COM 34 Hình 25 Cài đặt thơng thống truyền thơng 35 Hình Mơ hình phân cấp hệ thống mạng công nghiệp 36 VI Hình Truyền bít song song 39 Hình 3 Truyền bit nối tiếp 39 Hình Truyền chiều chuyền hai chiều 41 Hình Cấu trúc mạch vòng 42 Hình Cấu trúc hình 43 Hình Cấu trúc hình 43 Hình Master/Slave 45 Hình Token Passing 45 Hình 10 Chu trình yêu cầu đáp ứng 53 Hình 11 Truyền thơng RS 232 55 Hình 12 Sơ đồ giắc cắm loại chân 57 Hình 13 Mã hóa bit NRZ 58 Hình 14 Cổng chuyển đổi USB sang RS485 60 Hình 15 Bộ chuyển đổi RS485 S177P1 61 Hình 16 Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang USB 62 Hình 17 Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet 63 Hình Bố trí thiết bị mơ hình 64 Hình Sơ đồ nối dây 66 Hình Biểu tƣợng phần mềm PIStudio 67 Hình 4 Cài đặt thông tin kĩ thuật cho HMI 69 Hình Cấu hình Truyền thơng 70 Hình Cài đặt cổng truyền thông cho cổng COM 70 Hình Cài đặt thông thống truyền thông 71 Hình Các chức 71 Hình Cài đặt tần số cho động 72 Hình 10 Cài đặt địa cho nút nhấn quay nghịch 73 Hình 11 Cài đặt địa cho nút nhấn dừng 74 Hình 12 Cài đặt địa cho nút nhấn quay thuận 75 Hình 13 Cài đặt địa hiển thị thời gian tăng tốc 76 VII Hình 14 Cài đặt địa hiển thị thời gian giảm tốc 77 Hình 15 Cài đặt địa hiển thị tốc độ quay động 77 Hình 16 Cài đặt địa hiển thị tần số 78 Hình 17 Cài đặt địa hiển thị dòng điện 79 Hình 18 Cài đặt địa hiển điện áp 80 Hình 19 Giao diện HMI phần mềm PISTUDIO 82 Hình 20 Giao diện thực tế hình HMI 83 VIII LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng nghiệp nay, việc ứng dụng mạng truyền thông để kết nối việc điều khiển giám sát thiết bị, cấu chấp hành ngày đƣợc sử dụng nhiều nhà máy, xí nghiệp, dây chuyền sản xuất Việc điều khiển hệ thống máy tính giúp việc giám sát nhƣ lƣu giữ giá trị đƣợc thuận tiện Một thuận lợi ngày có nhiều thiết bị, cấu chấp hành thiết bị điều khiển nhƣ PLC, hình HMI, biến tần đƣợc sử dụng kết nối giao tiếp chuẩn truyền thông nhƣ: Profibus, Modbus, Uss Protocol… Từ nhu cầu thực trạng trình bày trên, nhóm thực việc tìm hiểu mạng truyền thông công nghiệp theo giao thức truyền thơng Modbus RTU Uss Protocol, từ ứng dụng để xây dựng mơ hình điều khiển giám sát truyền thơng máy tính với, hình HMI biến tần với động không đồng pha làm cấu chấp hành: ―Mơ hình điều khiển động KĐB pha theo giao thức truyền thông Modbus RTU HMI biến tần IG5A‖ Đề tài đƣợc giới hạn nội dung sau: Chƣơng 1: Tổng quan mạng truyền thông công nghiệp Chƣơng 2: HMI Biến tần IG5A Chƣơng 3: truyền thông công nghiệp Chƣơng 4: Thiết kế - thi cơng mơ hình hƣớng dẫn sử dụng mơ hình Chƣơng 5: Kết luận hƣớng phát triển đề tài Trong q trình thực hiện, thành viên tích cực nghiên cứu, tìm hiểu để mơ hình hồn thiện Nhƣng thời gian hạn hẹp kiến thức cịn hạn chế chƣa có kinh nghiệm nhiều nên khơng thể tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến bổ sung quý Thầy Cơ đƣợc hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện! CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan đề tài - Tổng quan cơng trình nghiên cứu nƣớc liên quan tới vấn đề nghiên cứu đề tài (trích dẫn tài liệu nước)  Động điện hệ thống truyền động động điện (EDMS) sử dụng phần lớn lƣợng điện tiêu thụ nhiều gấp đôi so với ứng dụng chiếu sáng EDMS chiếm khoảng 43% - 46% điện tiêu thụ toàn cầu, làm tăng khoảng 6040 Mt CO2 phát thải Đến năm 2030, mà khơng có biện pháp sách sử dụng lƣợng tồn diện hiệu quả, lƣợng tiêu thụ từ động điện dự kiến tăng lên 13360 TWh năm lƣợng khí thải CO2 8570 Mt năm Khách hàng chi tiêu 565.000.000.000 USD năm điện sử dụng EDMS, vào năm 2030 tăng lên tới gần 900 tỷ USD [2] Hình 1 Phân bố lƣợng điện tiêu thụ lĩnh vực  Điểm chung tất thống kê lĩnh vực hình khả làm giảm đáng kể nhu cầu lƣợng động điện tồn cầu thơng qua việc thực phƣơng pháp cải tiến nhằm mục đích giảm nhu cầu lƣợng điều khiển động Có thể tiết kiệm đƣợc lƣợng điện lớn thông qua phƣơng pháp điều khiển chúng [1] Hình Cài đặt thơng thống truyền thông Cài đặt phƣơng thức giao tiếp tốc độ truyền liệu, Stop bit, databit parity HMI biến tần Nút nhấn Hiển thị văn Hiển thị thơng số Hình Các chức 71 Hình Cài đặt tần số cho động Cài đặt địa nhập tần số quay động hình HMI:  Vào mục General, chọn Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số  Vào mục Default Station No chọn 72 Hình 10 Cài đặt địa cho nút nhấn quay nghịch  Vào mục General, mục Value chọn (Quay nghịch), nhấn vào Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số  Và mục Default Station No chọn 73 Hình 11 Cài đặt địa cho nút nhấn dừng  Chọn General, mục Value chọn (Dừng), nhấn vào Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số (địa dừng biến tần)  Và mục Default Station No chọn 74 Hình 12 Cài đặt địa cho nút nhấn quay thuận  Vào mục General, mục Value chọn 2, nhấn Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số  Và mục Default Station No chọn  Mục Value set (Chạy thuận) 75 Hình 13 Cài đặt địa hiển thị thời gian tăng tốc  Vào mục General, nhấn vào Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số  Và mục Default Station No chọn 76 Hình 14 Cài đặt địa hiển thị thời gian giảm tốc  Vào mục General, nhấn vào Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số  Và mục Default Station No chọn Hình 15 Cài đặt địa hiển thị tốc độ quay động  Vào mục General, nhấn vào Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số 786  Và mục Default Station No chọn 77 Hình 16 Cài đặt địa hiển thị tần số  Vào mục General, nhấn vào Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số 10  Và mục Default Station No chọn 78 Hình 17 Cài đặt địa hiển thị dòng điện  Vào mục General, nhấn vào Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số  Và mục Default Station No chọn 79 Hình 18 Cài đặt địa hiển điện áp  Vào mục General, nhấn vào Edit xuất bảng thông tin  Tại mục Connection chọn 1-COM1  Mục Address Type chọn  Mục Address No điền số 11  Và mục Default Station No chọn Bƣớc Nhấn Compile để biên dịch Bƣớc Nnhấn Download để tải chƣơng trình xuống HMI 80 81 4.2.2 Giao diện HMI phần mềm PISTUDIO Hình 19 Giao diện HMI phần mềm PISTUDIO 82 4.2.3 Giao diện thực tế hình HMI Hình 20 Giao diện thực tế hình HMI 83 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận:  Trong trình nghiên cứu, tìm hiểu thực tế, tiến hành thực đề tài, đƣợc tham vấn hƣớng dẫn tận tình Thầy Lê Minh Tân thầy cô khoa Điện - Điện tử, đề tài hoàn thành đạt đƣợc kết sau: - Tìm hiểu mạng truyền thơng cơng nghiệp - Truyền thơng hình HMI biến tần để điều khiển động không đồng pha - Thực kết nối truyền thông từ HMI với biến tần để khởi động điều khiển động - Hƣớng dẫn cài đặt sử dụng mô hình 5.2 Hƣớng phát triển đề tài: - Tiếp tục cập nhật giao diện để hiển thị đƣợc nhiều thông số HMI - Xây dựng mạng truyền thông HMI điều khiển đƣợc nhiều biến tần nhiều động - Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển từ xa qua mạng - Mở rộng mơ hình đến cấu chấp hành thực tế 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Minh Tân ―Điều khiển tốc độ động không đồng ba pha theo nhiệt độ ‖ – Trƣờng cao đẳng công nghệ Thủ đức - 2021 [2] WECON Technology Co., Ltd-― PIStudio Programming Software User Manual‖ [3] LS ELECTRIC ― SV- iG5A User Manual‖ [4] Hoàng Minh Sơn- ― Mạng truyền thông công nghiệp‖- NXB KHKT 2005 [5] Đồ án ―Mô hình điều khiển - giám sát hệ thống mạng truyền thông công nghiệp‖ - Trƣờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Cao Hà Nội 85