Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ động cơ và cảnh báo tốc độ động cơ với dải đo: 0 ÷1500 vp.

Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ động cơ và cảnh báo tốc độ động cơ với dải đo: 0 ÷1500vp.Chương 1: Cơ sở lý thuyết1.1Mục đích1.2Phương pháp đo (Tùy theo đề tài là đo đại lượng gì ?)1.3Tìm hiểu về đối tượng điều khiển.1.4Tìm hiểu về bộ điều khiển (Loại PLC, VĐK… mà mình lựa chọn)1.5Tìm hiểu về HMI (WinCC, OPC, Visual Basic, C++…)Chương 2: Thiết kế thệ thống2.1 Lựa chọn thiết bị (Các thiết bị, liên quan đến đại lượng đo và cơ cấu chấp hành mà đề tài thực hiện)2.2 Xây dụng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây2.3 Xây dựng thuật toán2.4 Xây dựng phần mềm2.5 Thiết kế giao diện HMIChương 3: Kết quả đề tài3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết3.2 Kết quả thực nghiệm (Chạy mô hình thực nếu có)Kết luậnPhụ lục

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Đề bài 3: Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ động cơ và

cảnh báo tốc độ động cơ với dải đo: [0 ÷1500]v/p

EncorderBiến tần

Trong đó:

PC: Máy tính điều khiển và giám sát

Bộ ĐK: Trạm điều khiển (PLC, VXL…)

Bảng điều khiển tại chỗ

• Các nút ấn START, STOP: để khởi động và dừng hệ thống,

• Đèn RUN; Báo hệ thống làm việc,

1.2 Phương pháp đo (Tùy theo đề tài là đo đại lượng gì ?)

1.3 Tìm hiểu về đối tượng điều khiển

1.4 Tìm hiểu về bộ điều khiển (Loại PLC, VĐK… mà mình lựa chọn)

1.5 Tìm hiểu về HMI (WinCC, OPC, Visual Basic, C++…)

Chương 2: Thiết kế thệ thống

2.1 Lựa chọn thiết bị (Các thiết bị, liên quan đến đại lượng đo và cơ cấu chấp hành

mà đề tài thực hiện)

2.2 Xây dụng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây

2.3 Xây dựng thuật toán

2.4 Xây dựng phần mềm

2.5 Thiết kế giao diện HMI

Chương 3: Kết quả đề tài

3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết

3.2 Kết quả thực nghiệm (Chạy mô hình thực nếu có)

Kết luận

Phụ lục

Lời nói đầu

Đất nước ta trên con đường tiến lên một đất nước công nghiệp hóa hiện đại hóa

Để đạt được mục tiêu đó thì ngành công nghiệp máy tính là một ngành then chốt để tiến lên công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

Ngày nay trong các nhà máy xí nghiệp hay công xưởng, đều sử dụng máy tính vào việc đo lường điều khiển tính toán, quán lý hành chính, nhờ có đặc điểm gọn nhẹ độ tin cậy cao Linh hoạt và đơn giản trong sử dụng đặc biệt là nền công nghiệp hiện đại máy tính điện tử không những góp phần vào việc nâng cao năng suất lao động, và đóng góp phần vào việc sức khỏe của con người

Để hoàn thành công việc trên chúng ta phải kết nối máy tính với nhau Và các thiết bị ngoại vi khác nhập dữ liệu sử lý dữ liệu cho các thiết bị khác, để thực hiện được trước tiên ta phải kết nối phần cứng cho phù hợp và viết chương trình truyền

dữ liệu

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

1.1.Mục đích:

Hiện nay các nghành công nghiệp đã và đang ứng dụng tự động hóa vào các quá trình sản xuất nhằm tạo ra năng suất cao, hạ giá thành sảm phẩm, giảm sức lao động của con người Việc ứng dụng SCADA vào điều khiển quá trình công nghệ

đã làm cho công việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở lên đơn giản và đem lại hiệu quả cao SCADA có khả năng lập trình được các quá trình phức tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng Ứng dụng biến tần động cơ được sử dụng nhiều, nó giúp cho việc điều khiển động cơ phù hợp với yêu cầu sử dụng, tiết kiệm dược năng lượng Trong đề tài này đề cập đến việc , xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ động cơ và cảnh báo tốc động cơ với dải đo: [0 ÷1500]v/p

1.2.Phương pháp đo:

Có 3 phương pháp dùng để đo tốc độ của vòng quay khác nhau, tùy từng vào mục đích sử dụng để có thể đo được tốc độ vòng quay động cơ chính xác nhất

1.2.1.Phương pháp đo tiếp xúc:

Đây là phương pháp cũ nhất trong các phương pháp đo rpm Tốc độ vòng quay của vật cần đo sẽ được cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu này

sẽ được thiết bị phân tích và hiển thị Phương pháp đo này vẫn được sử dụng thường xuyên nhưng chủ yếu dùng cho những vật có vận tốc quay thấp từ 20 rpm đến 20.000 rpm Sự bất lợi của phương pháp đo này là tốc độ quay của tải phụ thuộc rất nhiều vào lực tiếp xúc Ngoài ra, phương pháp đo này không thể đo cho những vật có kích thước nhỏ Nếu như tốc độ vòng quay quá lớn cảm biến sẽ bị trượt ra ngoài

1.2.2.Phương pháp đo không tiếp xúc ( đo rpm bằng phản quang )

Tốc độ vòng quay sẽ được đo bằng cách đo thời gian của chùm tia phản xạ tại vật cần đo Thiết bị sẽ phát ra 1 chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng này sẽ bị phản

xạ lại tại vật cần đo bởi tấm phản quang được dán trên vật cần đo Chú ý rằng khoảng cách lớn nhất giữa tấm phản quang và thiết bị đo không vượt quá 350 mm).Phương pháp đo này sẽ cao cấp hơn phương pháp đo tiếp xúc Tuy nhiên, không phải lúc nào ta cũng có thể dán được tấm phản quang lên trên vật cần đo.

Dải đo: 20 rpm đến 100.000 rpm

1.2.3.Phương pháp đo rpm sử dụng tần số chớp.

Dựa vào nguyên lý của tần số chớp, các vật thể sẽ đứng yên trong mắt người quan sát khi tần số chớp tốc độ cao đồng bộ với sự di chuyển của vật Phương pháp đo này có những đặc tính nổi bật hơn các phương pháp đo khác là: Phương pháp đo có thể đo được cho những vật rất nhỏ hoặc đo được ở những nơi ta không chạm đến được Không cần thiết phải dán tấm phản quang lên vật cần đo Ví dụ như ta không cần thiết phải dừng lại quy trình sản xuất

Dải đo: 30 rpm đến 20.000 rpm

1.3.Tìm hiểu về bộ điều khiển (PLC)

1.3.1 Khái quát về PLC

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhu cầu về một bộ điều khiển dễ

sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển các hệ thống điều khiển lập trình – một hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay các quá trình hoạt động Trong hoàn cảnh đó, bộ điều khiển lập trình được thiết kế nhằm thay thế phương pháp truyền thống dùng rơle và thiết bị rời cồng kềnh, và bộ điều khiển đã tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản Ngoài ra PLC còn có thể thực hiện những tác

vụ khác như: định thời, đếm,…làm tăng khả năng điều khiển cho những hoat động phức tạp, cả với loại PLC nhỏ nhất…

Cách hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích

ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào mà không cần có mạch giao tiếp hay rơle trung gian Tuy nhiên cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển các thiết bị có công suất lớn.Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối cứng, chỉ có sự thay đổi về chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng.

Hơn nữa chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.Về phần cứng PLC tương tự như máy tính truyền thống, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiêp:

• Có khả năng khử nhiễu tốt

• Kết cấu chắc chắn do đó nâng cao độ tin cậy đồng thời kết cấu nhỏ gọn giảm bớt không gian yêu cầu

• Dựa vào nền vi xử lí giúp nâng cao khả năng giao tiếp, khả năng đa nhiệm

• Cấu trúc dạng môđun cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng bằng việc nối thêm môđun mở rộng vào ra và có thêm các môđun chức năng chuyên dùng Các trạm vào ra từ xa giúp tiết kiệm dây và ống dẫn

• Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hóa

• Hiển thị chuẩn đoán làm cho việc chuẩn đoán dễ dàng hơn, giảm thời gian khắc phục sự cố

• Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và dễ sử dụng (ladder, instruction và functionchart)

• Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Cấu trúc của PLC có dạng module và linh hoạt cho phép các yếu tố phần mềm, phần cứng mở rộng khi các yêu cầu ứng dụng thay đổi.Khi mà ứng dụng vượt quá giới hạn của phần cứng PLC thì bộ PLC cũ có thể thay thế đơn giản với PLC mới có bộ nhớ và dung lượng vào ra lớn hơn trong khi phần cứng cũ có thể tái

sử dụng cho các ứng dụng nhỏ hơn Một hệ thống PLC mang lại nhiều lợi ích với giải pháp điều khiển từ độ tin cậy đến khả năng lặp lại chương trình

1.3.1.1 Liệt kê một số lợi ích mà PLC mang lại.

• Nhờ kết cấu chắc chắn nên độ tin cậy được nâng cao

• Bộ nhớ lập trình được do đó thay đổi đơn giản cũng như điều khiển linh hoạt

• Kích thước nhỏ gọn nên không gian yêu cầu giảm bớt

• Dựa vào nền vi xử lí giúp nâng cao khả năng giao tiếp, khả năng đa nhiệm

• Bộ đếm và bộ định thời bằng phần mềm giúp giảm bớt phần cứng, thay đổi giá trị đặt trước dễ dàng

• Role điều khiển bằng phần mềm làm cho giá thành dây dẫn, phần cứng giảm, đồng thời giảm yêu cầu không gian

• Tổ chức theo kiểu module cho phép cài đặt linh hoạt, dễ dàng,giảm giá trị phần cứng và có khả năng mở rộng

• Hạn chế được các tùy biến điều khiển, có khả năng điều khiển được nhiều thiết bị hơn nhờ giao diện vào, ra đa dạng

• Các trạm vào ra từ xa giúp tiết kiệm được dây và ống dẫn

• Hiển thị chuẩn đoán làm cho khả năng chuẩn đoán lỗi dễ dàng hơn do vậy giảm thời gian khắc phục sự cố

• Giao diện vào ra module làm cho panel điều khiển gọn gàng, dễ đi dây, dễ bảo dưỡng

• Ngắt vào/ra nhanh chóng mà không làm xáo trộn đến dây dẫn

Các biến hệ thống được lưu trong bộ nhớ dữ liệu thuận lợi cho việc quản lí, tạo báo cáo.

1.3.1.2 Các bộ PLC thường gặp.

Sau đây là một số các bộ PLC thường gặp sử dụng rộng rãi trong công nghiệp:

• Bộ PLC ALLEN-BRADLEY SLC500 của hãng AMATROL Mỹ

• Họ các bộ PLC Simatic S5, Simatic S7 của hãng Siemens, cộng hoà liên bang Đức

• Các họ PLC Series 90 TM của hãng Fanme, Nhật Bản

• Các họ PLC CQM1, CPM1, CPM1A và SRM1 của hãng OMRON, Nhật Bản

1.3.1.3 Chức năng của các bộ PLC.

Các bộ PLC cung cấp hệ điều khiển thích hợp cho các máy móc và các ứng dụng trong công nghiệp, chỉ với một máy tính để lập trình cho PLC, thay vì phải sử dụng các thiết bị phần cứng cồng kềnh như: các cuộn Rơle và các công tắc điện Các bộ PLC có thể điều khiển thích hợp với bất kỳ loại máy móc hay hệ thống công nghiệp nào như là:

• Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi (từ các cảm biến, các công tắc hành trình).

• Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chương trình

• Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu được từ các đầu vào

• Đưa các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp ở đầu ra

Các bộ phận của PLC.

Hình 1.1 Các bộ phận cơ bản của PLC

Hình 1.2 Sơ đồ khối của PLC

Mỗi môđun được cắm lên đáy hộp nhờ các giắc cắm và qua các giắc cắm nối với luồng liên lạc nội bộ Luồng này cũng có thể đưa tín hiệu ra ngoài Có hai cách nối nối với ngoài:

• Nối trực tiếp bằng dây dẫn

• Qua các mối liên lạc nối tiếp hoặc song song có giắc cắm

Số lượng môđun vào ra có thể thay đổi nhiều hay ít tuỳ theo nhu cầu điều khiển nhưng không thể vượt quá khả năng của bộ nhớ Nếu cần có thể tăng thêm

bộ nhớ phụ

Trung t©m

Xö lý

Nguån

M«®un Nguån

Bé nhí

M«®un phèi ghÐp

vµo ra

M«®un vµo

M«®un ra Luång liªn l¹c néi bé

Hình 1.3 Sơ đồ về sự liên lạc giữa các module.

1.3.1.5 Sự hoạt động của PLC theo vòng quét.

Hoạt động của một bộ PLC có thể được mô tả tóm tắt như sau: PLC tiến hành hoạt động bằng cách kiểm tra trạng thái các đầu vào của nó và so sánh chúng với logic chương trình Các đầu ra sau đó được kích hoạt on hay off tuỳ thuộc vào logic các dòng lệnh trong chương trình của PLC PLC không quan tâm đến việc thiết bị nào được nối với các môđun vào ra của nó mà chỉ kiểm tra xem trạng thái của các đầu vào là on hay off và thực hiện kích hoạt các đầu ra theo chương trình của nó Điều này làm cho PLC trở thành một bộ điều khiển lí tưởng cho mọi thiết

bị công nghiệp

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyền dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn

chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.

Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòng quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông trong vòng quét đó Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao

Hình 1.4: sự hoạt động của PLC theo vòng quét

PLC thực hiện vòng quét Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế

độ ngắt, ví dụ như khối OB40, OB80 , chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép

là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó Với hình thức xử lí tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét

Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lí ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế

độ ngắt trong chương trình điều khiển

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong giai

đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp tới cổng vào/ra.

• Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic) Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic

• Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram) Đây cũng

là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số

Ladder Diagram LAD Statement List STL Function Block Diagram

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL, nhưng ngược lại thì không Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD Rất nhiều phần mềm lập trình cho PLC cho phép người lập trình chuyển

từ chương trình viết theo dạng LAD hoặc FBD sang chương trình dạng STL

1.3.2 Các module, đối tượng mở rộng mở rộng.

1.3.2.1 Giới thiệu modul analog.

Trước hết bạn hãy so sánh việc cộng hai tín hiệu tương tự (analog) với việc cộng hai tín hiệu số (digital), công việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số phát triển như hiện nay?

Hay ta lấy một ví dụ đơn giản như sau : Ta cần điều khiển nhiệt độ của một

lò nung sao cho đạt được chất lượng nào đó Làm thế nào để đo nhiệt độ về và xử

lý nhiệt độ đó như thế nào trong bài toán điều khiển?

Một trong những công cụ được sử dụng là module analog

- Vậy Module analog là gì?

- Các bạn đã biết được những gì về module analog ?

- Bạn đã từng sử dụng chưa ?

- Nguyên lý hoạt động chung của module analog là gì ?

a, Khái niêm về modul analog

Modul analog là một công cụ để sử lý tín hiệu tượng tự thông qua việc sử lý các tín hiệu số

b, Analog input:

Thực chất đó là mộ bộ biến đổi tương tự số (A/D) nó chuyển tín hiệu tương tự

từ đầu vào thành các con số ở đầu ra dùng để kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiển chẳng hạn như đo nhiệt độ

c,Analog output

Analog output cũng là một phần của module analog Thực chất nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A) Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương

tự ở đầu ra Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz

d, Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong

công nghiệp.

Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng Vì vậy người ta cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến

Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện

- Điện áp : 0 – 10V, 0-5V, ±5V…

- Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA, ±10mA

Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn Vì vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp

1.3.2.2 Giới thiệu chung về analog EM235.

EM 235 là một modul tượng tự gồm 4 AI và 1 AO 12 bít có tich hợp các bộ chuyển đổi A/D ,D/A ở bên trong

Các thành phần của modul analog EM235

Hình 1.6 : Các thành phần của modul analog EM235

Thông tin sản phẩm

Thành phần

Mô tả

4 đầu vào tương tự

được kí hiệu bởi

các chữ cái

A,B,C,D

A+ , A- , RA Các đầu nối của đầu vào AB+ , B- , RB Các đầu nối của đầu vào BC+ , C- , RC Các đầu nối của đầu vào CD+ , D- , RD Các đầu nối của đầu vào D

1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO) Các đầu nối của đầu ra

Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân

giải

Sơ đồ khối của đầu vào Analog.

Sơ đồ khối đầu ra Analog

Dòng tiêu thụ từ L 60mA

Điện năng tiêu thụ 2W

Số đầu vào tương tự 4

Số đầu ra tương tự 1

Dạng đầu vào/ra Vi phân

Dải điện áp vào

0 đến 50 mV; 0 đến 100 mV; 0 đến 500 mV; 0 đến 1V

0 đến 5 V; 0 đến 10 V; +/- 25 mV; +/- 50 mV;+/- 100 mV; +/- 200 mV; +/- 500 mV; +/- 1 V; +/- 2.5 V; +/-5 V; +/- 10V

Dải dòng vào 0 đến 20 mA

Dải điện áp ra 10V~10V

Số bít chuyển đổi 12 bit với áp, 11 bit với dòng

Dải số chuyển đổi(2

Chế độ loại trừ chung 40db,DC to 60Hz

Chế độ điện áp Tín hiệu áp + điện áp chung≤12V

• Module đầu ra số: EM 222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/Relay/230VAC

• Module vào/ra số: EM 223 bao gồm 4/8/16 đầu vào số 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC/Relay/230VAC

• Module đầu vào tương tự: EM 231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 10V, 4-20mA

0-• Module đầu ra tương tự: EM 232 có 2 đầu ra

1.4.Tìm hiểu về phương pháp điều khiển.

1.4.1.Phương pháp điều khiển PID

Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) là bộ điều khiển

sử dụng kỹ thuật điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động Một bộ PID cố gắng hiệu chỉnh sai lệch tín hiệu ngõ ra và ngõ vào sau đó đưa ra một tín hiệu để điều khiển để điều khiển quá trình cho phù hợp

1.4.1.1 Hàm truyền đạt

1.4.1.2.Biến đổi bộ điều khiển PID

1.5.Tìm hiểu về HMI (WinCC ,…).

1.5.1.Giới thiệu về HMI

HMI là viết tắt của Human-machine-interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị

Nói một cách khác , bất cứ cách nào mà con người giao tiếp với một máy móc thì đó là một HMI ,cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọ phần mềm hoạt động từ xa trên ti vi đều là HMI

Bộ truyền và cảm biến trước kia không có HMI , nhiều thiết bị trong đó thậm trí không có cả HMI đơn giản như một hệ hiển thị đơn thuần rất nhiều trong số

đó không có hiển thị chỉ với một tín hiệu đầu ra Một số có một HMI thô sơ một hiên thị ASCII đơn hoặc hai dòng với tập hợp các arrow cho lập trình hoặc 10 phím nhỏ có rất ít các thiết bị hiện trường cảm biến và các bộ phận phân tích từng có bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp hình ảnh đồ họa tốt có cách thức

và nhập dữ liệu một cách đơn giản dễ hiều đồng thời cung cấp một cửa sổ có độ phân giải cao cho quá trình lập trình

HMI sử dụng bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế với các phòng điều khiển bởi vì mạch máy tính và màn hình ổ đĩa dễ hỏng vỏ bọc được phát triển

để giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể đinh vị bên ngoài sàn nhà máy nhưng rất rộng cồng kềnh và dễ hỏng do sức nóng độ ẩm sự rửa trôi và các sự cố khác ở sàn nhà máy

1.5.2 Thành phần HMI truyền thống.

• Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm…

• Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo…

1.5.3 Nhược điểm của HMI truyền thống

• Thông tin không đầy đủ

• Thông tin không chính xác

• Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế

• Độ tin cậy và ổn định thấp

• Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng

1.5.4 Các thiết bị HMI hiện đại

 Các ưu điểm của HMI hiện đại :

• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin

• Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.

• Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức

• Khả năng lưu trữ cao

 Các thành phần của HMI hiện đại.

- Các công cụ xây dựng HMI

- Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối

- Các công cụ mô phỏng

• Truyền thông:

- Các cổng truyền thông

- Các giao thức truyền thông

 Các thông số đặc trưng của HMI hiện đại

• Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI

• Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định

số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin

• Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác vận hành

• Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ

• Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ

• Các cổng mở rộng: Printer, USB, PC100

1.5.5.Giới thiệu về Win CC.

WinCC ( Windows control center) : là chương trình kết hợp với PLC để giám sát,thu thập dữ liệu và điều khiển tự động hóa các quá trình sản xuất Nó là một chương trình HMI hỗ trợ người dùng thiết kế giao diện người,máy

WinCC là hệ thống trung tâm điều khiển của cả hệ thống,nó cung cấp các tính năng như :hiển thị hình ảnh,các số lệu,lưu trữ dữ liệu ,cảnh báo,giao diện thân thiện,dễ điều khiển,…

Chương 2: Thiết kế thệ thống

2.1 Lựa chọn thiết bị

2.1.1 Biến tần Siemens MM440

Hình 2.1: biến tần Siemens MM440.

Các sản phẩm biến tần Siemens dòng Micromaster 440 (MM440) Micromaster 440 chính là một họ biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu chuẩn Khả năng điều khiển vector cho tốc độ Moment hay khả năng điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống truyền động quan trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ thống định vị Không chỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho người dùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách tự động.

2.1.1.1 Đặc điểm chính của biến tần SIEMENS MM440.

Micromaster 440 là loại biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu chuẩn Khả năng điều khiển vector ổn định tốc độ hay khả năng điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống truyền động quan trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ thống định vị Không chỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho người dùng sự linh hoạt tối

đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách tự động

2.1.1.2 Nét nổi bật của MICROMASTER 440:

• Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt

• Điều khiển Vector vòng kín (Tốc độ/Moment)

• Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROFIBUS, Device Net, CANopen

• bộ tham số trong 1 nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động khác nhau

• Định mức theo tải Moment không đổi hoặc Bơm, Quạt

• Dự trữ động năng để chống sụt áp

• Tích hợp sẵn bộ hãm dùng điện trở cho các biến tần đến 75kW

• tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động cơ hoặc lên máy

• Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay

• Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC / KTY

• Khối chức năng Logic tự do: AND, OR, định thời, đếm

• Moment không đổi khi qua tốc độ 0

• Kiểm soát Moment tải

2.1.1.3 Thông số kỹ thuật:

Điện áp vào và Công suất(200V đến 240V 1 AC ± 10% 0,12 đến 3kW ) ;

(200V đến 240V 3 AC ± 10% 0,12 đến 45kW) ; (80V đến 480V 3 AC ± 10% 0,37 đến 200kW)Tần số điện vào 47 đến 63Hz

Tần số điện ra 0 đến 650Hz

Hệ số công suất 0.95

Hiệu suất chuyển đổi 96 đến 97%

Khả năng quá tải Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 giây ở

mỗi 300 giây hay 2 x dòng định mức trong 3 giây ở mỗi 300 giây

Dòng điện vào khởi động Thấp hơn dòng điện vào định mức

Phương pháp điều khiển Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f;

điều khiển dòng từ thông FCC, Vector, MomentTần số điều rộng xung

(PWM)

2kHz đến 16kHz (ở bước 2kHz)

Tần số cố định 15, tuỳ đặt

Dải tần số nhảy 4, tuỳ đặt

Độ phân giải điểm đặt 10 bit analog: 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng) :

0,01Hz digitalCác đầu vào số 6 đầu vào số lập trình được, cách ly Có thể

chuyển đổi PNP/NPNCác đầu vào tương tự 2 *0 tới 10V, 0 tới 20mA và —10 tới +10V

Các đầu ra rơ le 3, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở),

250VAC/2A (tải cảm)Các đầu ra tương tự 2, tuỳ chọn chức năng; 0,25 — 20mA

Cổng giao tiếp nối tiếp RS-485, vận hành với USS protocol

Tính tương thích điện từ Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 55

011, Class A hay Class B (Tùy chọn)

Cấp bảo vệ IP 20

Dải nhiệt độ làm việc CT -10oC đến +50oC : VT -10oC đến +40oC

Nhiệt độ bảo quản -40oC đến +70oC

Độ ẩm 95% không đọng nước

Độ cao lắp đặt 1000m trên mực nước biển

Các chức năng bảo vệ Thấp áp, quá áp, quá tải, chạm đất, ngắn mạch,

chống kẹt, I2t quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khoá tham số PIN

Phù hợp theo các tiêu

chuẩn CE mark

Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC, loại có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC

Kích thước và tuỳ chọn

(không có tuỳ chọn)

Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg : A (73 x 173 x

149 1,3) ; B (49 x 202 x 172 3,4) ; C(185 x 245

x 195 5,7) ; D (75 x 520 x 245 17) ; E( 275 x

650 x 245 22) ; F (không lọc 350 x 850 x 320 56) ; F (có lọc 350 x 1150 x 320 75)

Hình 2.2 : Nguyên lý hoat động của biến tần MM440

2.1.1.4 Nguyên lý hoat động của biến tần MM440.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên nguồn điện xoay chiều 1 pha hoăc 3 pha được điều chỉnh và chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 1 chiều bằng phẳng công đoạn này được thực hiện bằng bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy hệ số công suất cos phi của biến tần đểu có giá trị không phu thuộc vào tải và có giá trị it nhất là 0.96 điện áp một chiều này được biến đổi ( nghịch lưu ) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này được thực hiện thông qua quan hệ IGBT bằng cách điều chế độ rộng xung(PWM).Nhờ tiến độ của bộ công nghệ xử lý và công nghệ bán đẫn hiện nay

động cơ giảm tổn thất trên lõi sắt của động cơ Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha

có thể thay đổi giả trị biên độ và tần số và cấp tùy theo bộ điều khiển theo lý thuyeert giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tùy theo chế độ diều khiển Đối với tải có momen không đổi tuy vậy đổi với tải bơm hoặc quạt quy luật này lại là hàm bâc 4 , điện áp là hàm bậc 4 của tấn số điều này tạo ra đặc tính momen là hàm bậc 2 của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải do bản thân momen cũng là hàm bâc 2 của điện áp

Ngoài ra biến tần ngày nay còn tích hợp rất nhiều điều khiển khác nhau hầu hết phù hợp với các phụ tải khác nhau ngày nay biến tần có tích hợp bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau rất phù hợp cho điều khiển và giám sát hệ thống

2.1.1.5 Bảng điều chỉnh.

Bảng điều

khiển/ Nút

Hiển thị Màn hình LCD hiển thị các chế độ cài đặt

hiện hành của bộ biến tần

trạng tháiKhởi động

trên đường truyền BOP

OFF2 Ấn nút này hai lần (hoặc ấn một lần

và giữ một khoảng thời gian)khiến động cơ dừng tự do

BOP: Nút này luôn luôn có tác dụng

(không phụ thuộc vào thông số P0700 hoặc P0719)

Đảo chiều Ấn nút này làm động cơ đảo chiều quay

Đảo chiều được hiển thị bằng dấu(-) hoặc điểm chấm nháy Nút này không tác dụng ở mặc định

Kích hoạt nút: hãy xem nút “Khởi động

bộ biến tần”.

Chạy nhấpđộng cơ

Ở trạng thái sẵn sàng chạy, khi ấn nút này, động cơ khởi động và quay với

tấn số chạy nhấp được cài đặt trước Động

cơ dừng khi thả nút này ra Ấnnút khi động cơ đang làm việc không có tác động gì

Nút chứcNăng

Nút này có thể dùng để xem thêm thông tin

Khi ta ấn và giữ khoảng 2 giây nút này hiển thị các thông tin sau, bắt đầu

từ bất kỳ thông số nào trong quá trình vận hành:

1 Điện áp một chiều trên mạch DC (hiển thị bằng d- đơn vị V)

2 Dòng điện ra (A)

3 Tần số ra (Hz)

4 Điện áp ra (hiển thị bằng o- đơn vị V).

5 Giá trị được chọn trong thông số P0005 (Nếu như P0005 được cài đặt

để hiển thị bất kỳ giá trị nào trong số các giá trị từ1-4 thì giá trị này không

được hiển thị lại)

Ấn thêm sẽ làm quay vòng các giá trị trên bảng hiển thị Ấn giữ trong

khoảng 2 giây để quay về chế độ hiển thị thông thường