Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS giám sát bằng wincc

Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 1 - MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP PROFIBUS - 3 - 1.1 Giới thiệu chung về mạng Profibus. - 4 - 1.2 Profibus –FMS. - 6 - 1.3 Profibus –DP. - 7 - CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 – 300 - 11 - 2.1 Cấu trúc phần cứng PLC S7-300. - 11 - 2.2 Các thông báo lỗi bằng đèn LED. - 14 - 2.2.1 Thông báo lỗi của CPU bằng đèn LED hiển thị. - 14 - 2.2.2 Thông báo lỗi của CPU 31x-2 khi là DP Master bằng đèn BUSF. - 14 - 2.2.3 Thông báo lỗi của CPU 31x-2 khi là DP Slave bằng đèn BUSF. - 15 - CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MẠNG PROFIBUS VÀO MÔ HÌNH - 16 - ĐIỀU KHIỂN TỌA ĐỘ - 16 - 3.1 Mô tả hệ thống và yêu cầu công nghệ: - 16 - 3.2 Lựa chọn phương án điều khiển. - 19 - 3.3 Các phần tử trong hệ thống. - 21 - 3.3.1 CPU 313 C2-DP - 21 - 3.3.2Biến tần Micromaster 440(MM440). - 23 - 3.3.3 Động cơ không đồng bộ ba pha. - 31 - 3.3.4 Encoder. - 34 - 3.3.5 Hộp giảm tốc - 35 - 3.3.6 Vít me bi: - 36 - 3.3.7 Cảm biến từ tiệm cận (Inductive proximity sensor). - 37 - CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG LIÊN KẾT MẠNG VÀ - 38 - CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN - 38 - 4.1 Các phần tử liên kết mạng. - 38 - 4.1.1 Bus truyền Profibus. - 38 - 4.1.2 Cáp truyền thông PLC và PC (MPI). - 38 - 4.1.3 Module Profibus. - 40 - 4.2 Cài đặt các thông số phần cứng. - 42 - 4.2.1 Cài đặt phần cứng trong PLC S7-300.(CPU 313C-2DP). - 42 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 2 - 4.2.2 Module Profibus. - 45 - 4.2.3 Cài đặt thông số trên biến tần. - 45 - 4.3 Chương trình điều khiển. - 47 - 4.3.1 Các tín hiệu điều khiển. - 47 - 4.3.2 Cách thức truyền nhận dữ liệu giữa PLC S7-300 và biến tần MM440. - 47 - 4.4 Chương trình điều khiển. - 53 - 4.4.1 Lưu đồ thuật toán. - 53 - 4.4.2 Bảng ký hiệu. - 54 - 4.4.3 Khối liên kết truyền thông giữa PLC và biến tần để điều khiển DC . - 55 - 4.4.4 Khối giám sát tốc độ của động cơ sử dụng encoder. - 62 - 4.4.5 Khối chương trình chính OB1. - 74 - 4.5 Chương trình giám sát trên Win CC. - 79 - CÁC KẾT QUẢ ĐO KHẢO SÁT ĐƯỢC - 81 - KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ - 88 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 3 - CHƯƠNG 1 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP PROFIBUS Một nhà máy hay một phân xưởng được trang bị rất nhiều những thiết bị tự động hóa chúng thường được liên kết thông qua một mạng truyền thông công nghiệp nào đó. Vậy mạng truyền thông công nghiệp là gì? Và vì sao người ta hay sử dụng mạng Profibus, Ethernet, Asi, MPI,PPI ? Bởi vì chúng:  Dễ dàng đồng bộ hóa các hoạt động trong một dây chuyền sản xuất.  Điều khiển, giám sát và quản lý một cách dễ dàng. Điều này cũng giống như việc phân cấp quản lý trong các công ty, xí nghiệp.  Điều khiển các thiết bị từ khoảng cách rất xa qua các cáp nối kết mạng. Nếu chúng ta chỉ sử dụng PLC đơn thì chúng ta sẽ gặp phải nhiều khó khăn như thiếu các port, đường dây tín hiệu đi ra từ các port không thể đi xa và tín hiệu dễ bị nhiễu (đối với các tín hiệu tương tự) cũng như không kinh tế (đối với các qui trình sản xuất lớn). Ngoài ra, còn có các ưu điểm như :  Thích hợp cho mọi ứng dụng.  Là một hệ thống mở có thể sử dụng các thiết bị khác nhau.  Luôn đổi mới để thích hợp với mọi nhu cầu. Một mạng truyền thông thì bao gồm các thành phần:  Các giao thức phục vụ cho việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị.  Các phương tiện truyền tải, các thành phần truyền tải và nối kết, cũng như các kỹ thuật truyền tải thích hợp. Để thực hiện các chức năng trong các dây chuyền sản xuất tự động, mạng có các dạng truyền thông cũng như các thành phần mạng khác nhau thích hợp với từng trường hợp cụ thể. Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 4 - 1.1 Giới thiệu chung về mạng Profibus. Là hệ thống bus trường được phát triển tại Đức năm 1987. Hệ thống bus này được ứng dụng để kết nối các thiết bị trường với các thiết bị điều khiển giám sát. Đây là hệ thống bus nhiều chủ cho các thiết bị vào/ra phân tán, các thiết bị đo thông minh, thiết bị điều khiển… nối vào cùng một đường bus. Các trạm chủ thường là các PC, PLC được quyền kiểm soát truyền thông trên bus. Các trạm tớ thường là các module vào/ra phân tán, các thiết bị đo thông minh…không được phép truy nhập bus, mà chỉ xác nhận hoặc trả lời các yêu cầu từ trạm chủ. Profibus gồm 3 loại tương thích với nhau: Profibus – FMS, Profibus – DP, Profibus – PA. Profibus – FMS được dùng chủ yếu trong việc nối mạng các máy tính điều khiển và điều khiển cấp giám sát. Profibus – DP được dùng để kết nối các thiết bị trường với các máy tính điều khiển còn Profibus – PA được sử dụng trong các lĩnh vực tự động hoá các quá trình có môi trường dễ cháy nổ. Hình 1.1: Cấu trúc điển hình về hệ thống mạng Profibus. [1]  Cấu trúc bức điện. Có 3 loại khung có khoảng cách Hamminh 4 và một loại khung đặc biệt đánh dấu Token được quy định như sau: Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 5 - Khung có chiều dài thông tin cố định, không mang dữ liệu. SD1 DA SA FC FSC ED Khung có chiều dài thông tin cố định, mang 8byte dữ liệu. SD3 DA SA FC DU FSC ED Khung có chiều dài thông tin khác nhau, mang 1 – 246 byte dữ liệu. SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DU FCS ED Token. SD4 DA SA DA, SA, FC và DU được coi là phần mang thông tin, mỗi ô có chiều dài 8bit (trừ DU). Ý nghĩa của các trường trong khung:  SD1 SD4 (Start Delimiter): Byte khởi đầu để phân biệt các loại khung:SD1=10H, SD2=68H, SD3=A2H; SD4=DCH  LE( Length): Chiều dμi dữ liệu (4- 249 byte).  LER( Length Repeated): Chiều dμi truyền lại.  DA (Destination Address): Địa chỉ trạm nhận, từ 0 – 127.  SA (Source Address): Địa chỉ trạm gửi, từ 0 – 127.  DU (Data Unit): Đơn vị dữ liệu.  FC (Frame Control): Kiểm tra khung.  FCS (Frame Check Sequence): Kiểm soát lỗi.  ED (End Delimiter Byte): Kết thúc, ED=16H. Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 6 - 1.2 Profibus –FMS. Đây là Bus hệ thống dùng để kết nối các thiết bị ở cấp điều khiển giám sát với nhau và với các thiết bị ở cấp điều khiển, do đặc điểm của giao tiếp giữa các cấp này mà dữ liệu được trao đổi chủ yếu với tính chất không định kỳ. Hình 1.2: Cấu hình FMS tiêu biểu [1]  Các lớp mạng. Bao gồm 2 lớp con là FMS và LLI. Lớp LLI (Lower Layer Interface) có vai trò thích ứng, chuyển các dịch vụ giữa lớp FMS và lớp FDL. Giao diện giữa lớp FMS với các quá trình ứng dụng được thực hiện bởi lớp ALI (Application Layer Interface). Lớp FMS (Fieldbus Message Specification) thực chất là một tập con của MMS (Munufacturing Message Specification), đây là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp 7 của mô hình OSI có giao tiếp hướng thông báo (Message-oriented communication) được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp.  Phương pháp truy nhập đường truyền. Ngoài hình thức gửi đồng loạt và gửi tới nhiều đích, việc trao đổi thông tin trong Profibus-FMS luôn được thực hiện giữa hai đối tác truyền thông dưới hình thức có nối theo cơ chế Client/Server. Một Client được hiểu là một chương trình ứng dụng gửi yêu cầu để truy nhập đối tượng. Còn Server chính là một chương trình cung cấp các dịch vụ truyền thông thông qua các đối tượng. Về nguyên tắc chương trình ứng dụng có thể đóng vai trò của cả Client vàServer [1] . Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 7 -  Giao tiếp hướng đối tượng. Profibus - FMS cho phép thực hiện giao tiếp hớng đối tượng theo cơ chế Client/Server. Ý nghĩa của giao tiếp hướng đối tượng là quan điểm thống nhất trong giao tiếp dữ liệu, không phụ thuộc vào các đặc điểm của nhà sản xuất thiết bị hay các lĩnh vực ứng dụng cụ thể. Các phần tử có thể truy cập được từ một trạm trong mạng, đai diện cho các đối tượng thực hay các biến quá trình đợc gọi là đối tượng. Việc truy nhập vào đối tượng có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau, một phương pháp hiệu quả là truy cập đối tượng thông qua tên hình thức (nhãn) hay còn gọi là các Tag. Mỗi đối tượng có một tên hình thức phân biệt thống nhất. Phương pháp này thể hiện tính trực quan, dễ theo dõi trong quá trình thực hiện dự án. 1.3 Profibus –DP. Được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu về trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị cấp trường với các thiết bị cấp điều khiển. Việc trao đổi dữ liệu chủ yếu thực hiện theo cơ chế Master/ Slave, ngoài ra Profibus – DP còn hỗ trợ các dịch vụ truyền thông không tuần hoàn, phục vụ tham số hoá, vận hành và chuẩn đoán các thiết bị trường thông minh. Các hàm DP cơ sở (trong User Interface Layer) chủ yếu phục vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn, thời gian thực thì các hàm DP mở rộng lại cung cấp các dịch vụ truyền số liệu không tuần hoàn như tham số thiết bị, thông tin chuẩn đoán Hình 1.3: Cấu hình DP tiêu biểu [1] . Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 8 -  Các lớp mạng. Lớp DP Master 1: Lớp mạng này bao gồm ccs phần tử điều khiển trung tâm trao đổi thông tin với các trạm phân tán theo phương pháp hỏi vòng. Các phần tử Master trong lớp mạng này có các chức năng sau:  Thu thập các thông tin từ các trạm DP Slave.  Tạo chu trình trao đổi thông tin với các DP Slave.  Đặt thông số và thiết lập cấu hình cho các DP Slave.  Điều khiển các DP Slave với các câu lệnh điều khiển. Các chức năng này được đặt độc lập dựa trên giao diện người sử dụng của dịch vụ giao diện. Các thiết bị điển hình cho lớp mạng này là các PLC, CNC, Robot Controler Lớp DP Master 2: Đây là lớp các thiết bị lập trình, thiết lập cấu hình và chuẩn đoán. Lớp này được thiết lập ngay cả khi cài đặt mạng DP. Lớp mạng này có thể giao tiếp với DP Master lớp 1 và DP Slave. Với DP Master lớp 1 có các chức năng sau:  Nhập các thông tin chuẩn đoán của các DP Slave với các DP Master lớp 1.  Upload và download mảng thông tin.  Đặt và kích hoạt thông số hệ thống bus.  Kích hoạt nhiều hoặc 1 DP Slave.  Hiệu chỉnh hoạt động DP Master lớp 1. Với DP Slave, các DP Master lớp 2 có các chức năng sau:  Đọc thông tin cấu hình các DP Slave.  Đọc các thông tin vào ra.  Đặt địa chỉ các DP Slave. Lớp DP Slave: Các trạm DP Slave có thể là các bộ điều khiển, phần tử đọc mã, các cơ cấu chấp hành cảm biến gọi là các trạm ngoại vi. Các trạm này trao đổi dữ liệu với các trạm chủ với độ dài dữ liệu lớn nhất 246 bytes, điển hình thường sử dụng các thiết bị có độ dài dữ liệu sử dụng max 32 bytes. Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 9 -  Phương pháp truy nhập. Là hệ thống mạng Master/Slave. Tuy nhiên ta cũng có thể xây dựng mạng Profibus có nhiều trạm chủ bằng phương thức truy nhập thẻ bài(Token - passing), khi đó một thẻ bài sẽ được đưa lên mạng và chỉ những phần tử nào trong mạng có thẻ bài mới được phép điều khiển mạng, mỗi trạm được giữ thẻ bài trong một khoảng thời gian nhất định, hết khoảng thời gian này thẻ bài sẽ được chuyển qua trạm khác và quá trình chuyển này được thực hiện theo vòng tròn [1] . Đặc điểm: chỉ những trạm chủ mới có quyền nhận thẻ bài và điều khiển mạng. Khi có thẻ bài trạm chủ đó sẽ thực hiện việc truyền dữ liệu với các trạm chủ khác và các trạm tớ.  Thiết lập mạng. Có thể thiết lập số trạm tối đa trong mạng là 126, DP cho phép sử dụng cấu hình 1 trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều chủ (Multi Master). Trong cấu hình nhiều chủ, các trạm chủ có thể cùng được dữ liệu từ các trạm tớ, nhưng chỉ có 1 trạm chủ duy nhất được đưa yêu cầu tới các trạm tớ. Chuẩn DP quy định các quy tắc hoạt động nhằm đảm bảo tính tương thích và khả năng thay thế lẫn nhau của thiết bị. Chúng được xác định thông qua trạng thái hoạt động của các thiết bị chủ. CLEAR: Trạm chủ lấy thông tin từ các trạm tớ và giữ các đầu ra ở vị trí an toàn. OPERATE: Trạm chủ ở chế độ trao đổi dữ liệu đầu vào và đầu ra tuần hoàn với các trạm tớ. Đồng thời trạm chủ cũng thường xuyên gửi thông tin trạng thái của nó tới các trạm tớ sử dụng lệnh gửi đồng loạt với các khoảng thời gian đặt trước. STOP: Không truyền số liệu sử dụng giữa trạm chủ và trạm tớ, chỉ để chuẩn đoán. Sử dụng chuẩn truyền RS – 485. Có thể truyền tín hiệu sử dụng cable quang hoặc cable xoắn 2 dây(0.22mm 2 ) có vỏ bọc chống nhiễu. Sử dụng các trở kết thúc ở hai đầu cable. Có thể thiết lập và mở rộng mạng với các phần tử ngoại vi ngay cả khi mạng đang hoạt động. Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS - 10 - 1.4 Profibus – DP. Đây là loại Bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển dùng trong các ngành công nghiệp dễ cháy nổ. Thực chất nó là hệ thống Bus mở rộng của Profibus- DP với kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu cùng nguồn nuôi (IEC 1158-2) đồng thời cũng đưa thêm ra một số quy định đặc biệt về thông số và đặc tính cho thiết bị trường. Hình 1.4: Cấu trúc PA tiêu biểu [1].  Các yêu cầu cho môt Profibus – PA an toàn:  Một đoạn mạng chỉ được phép có một nguồn nuôi tích cực.  Mỗi trạm tiêu thụ một dòng cơ sở cố định (≥10mA) ở trạng thái xác lập.  Mỗi trạm được coi như một tải tiêu thụ dòng thụ động.  Mỗi trạm khi phát tín hiệu đi không được nạp thêm nguồn vào đường Bus. Kết luận: Để phù hợp với thực tế cũng như yêu cầu của đề tài qua phân tích đặc điểm và tính chất của các mạng đã đề cập ở trên chúng em đã chọn mạng Profibus DP cho hệ truyền động. [...]... stato 0 : Tốc độ đồng bộ R1, R2', Xnm là thông số dây quấn stato và rôto s : Hệ số trượt của động cơ - 31 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB:  Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Thyristor  Điều chỉnh điện trở Rôto bằng bộ biến đổi xung Thyristor  Điều chỉnh công suất trượt Ps  Điều chỉnh... Tối ưu hóa thiết bị điều khiển tốc độ P1960 Để tối ưu hóa thiết bị điều khiển tốc độ, phải bật chế độ điều khiển vector vòng kín (P1300 = 20 hoặc 21) Sau khi chọn xong chế độ tối ưu hoấ (P1960 = 1), thì đèn báo A05452 không hiển thị P3900 Kết thúc quá trình cài đặt nhanh thông số Bắt đầu quá trình tính toán động cơ - 30 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS 0 Không ở chế độ cài đặt nhanh thông... DC Hãm kết hợp để cải thiện việc hãm động cơ Với chương trình điều khiển thời gian khởi động / dừng động cơ mềm Sử dụng chức năng điều khiển vòng kín PI  Các đặc tính bảo vệ Bảo vệ cho cả biến tần và động cơ Bảo vệ quá áp và thấp áp Bảo vệ quá nhiệt biến tần - 25 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS Bảo vệ lỗi nối đất Bảo vệ ngắn mạch Bảo vệ nhiệt động cơ theo phương thức I2t 3.3.2.4... thông Profibus, ngoài ra cần phải có một vài chức năng tích hợp bên trong như module như: Số lượng các đầu vào ra số, bộ đếm xung cao tần Do đó để thực hiện được nhiệm vụ của đồ án cần phải cần tối thiểu CPU 313C-2DP - 15 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MẠNG PROFIBUS VÀO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỌA ĐỘ 3.1 Mô tả hệ thống và yêu cầu công nghệ:  Mô tả hệ thống:  Hệ thống điều. .. của động cơ (A) – dòng điện ghi trên nhãn của động cơ Công suất định mức của động cơ (kW/hp) Hệ số công suất (Cos) định mức của động cơ P0308 Nếu như cài đặt là 0, giá trị được tự động tính toán - 27 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS Hiệu suất định mức của động cơ (%) P0309 Nếu như cài đặt là 0, giá trị được tự động tính toán Tần số định mức động cơ (Hz) P0310 Số đôi cực được tự động... cho động cơ (Hz) P1080 Đặt tần số động cơ nhỏ nhất tại đó động cơ sẽ chạy mà không tính đến tần số điểm đặt Giá trị cài đặt ở đây có tác dụng cho cả quay thuận và ngược Tần số lớn nhất cho động cơ (Hz) P1082 Đặt tần số động cơ lớn nhất tại đó động cơ sẽ chạy mà không tính đến tần số điểm đặt Giá trị cài đặt ở đây có tác dụng cho cả quay thuận và ngược - 29 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS. .. chiều quay của động cơ mà bàn dao sẽ được tịnh tiến sang trái hoặc sang phải - 16 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS Ba cảm biến từ tiệm cận để cảm nhận vị trí giữa hành trình, đầu hành trình và cuối hành trình Gốc tọa độ được lấy ở giữa, từ đó bàn dao có thể dịch chuyển sang trái hoặc sang phải Encoder được gắn ở trục tốc độ cao của động cơ nhằm giám sát, số vòng quay của động cơ Khi ta... Slave(PLC, biến tần ), khi sử dụng các bộ Repeater thì số lượng tối đa lên tới 127 trạm + Nhược điểm: Các thiết bị PLC sử dụng trong hệ thống có giá thành cao nên bị hạn chế về mặt kinh tế Chỉ phù hợp trong các nhà máy lớn Yêu cầu điều khiển phức tạp nên đòi hỏi người vận hành phải có trình độ nhất định - 20 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS Giải pháp lựa chọn mạng truyền thông để thực... Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n1 Có sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stato duy trì được dòng điện I2 và mômen M Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ - 32 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt: ; Trong đó: n là tốc độ quay... + Ưu điểm: - 19 - Đề tài: Điều khiển tọa độ sử dụng mạng PROFIBUS Việc kết nối truyền thông là đơn giản, dễ thực hiện, phù hợp trong những yêu cầu truyền thông ở các nhà máy nhỏ và vừa Các thiết bị sử dụng có giá thành thấp hơn so với sử dụng hệ thống mạng PLC S7-300 Do đó có lợi thế hơn về kinh tế + Nhược điểm: Bị hạn chế về việc mở rộng kết nối với các thiết bị khác - Sử dụng hệ thống PLC S7-300 thông