Điều khiển động cơ DC

Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn Bài 11 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC 11.1 MỤC ĐÍCH - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động động DC ( Motor DC) Viết chương điều khiển động DC Viết chương trình điều khiển đảo chiều động Ứng dụng điều khiển băng truyền cho hệ thống đóng gói trái tự động 11.2 KIẾN THỨC CĂN BẢN Trong buổi học học viên cần nắm cho được: - Phương pháp thiết kế mạch giao tiếp với PLC trường hợp ngõ không sử dụng relay - Sử dụng tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường hở để điều khiển động 11.3 NỘI DUNG 11.3.1 Động Cơ DC (Hình 11 1) Hình 11 Hình dáng bên động DC Động DC ứng dụng rộng rãi thực tế như: điều khiển tốc độ, điều khiển vị trí, điều khiển chiều quay,…Cấu tạo động bao gồm stator, roto cổ góp trình bày Hình 11.2 Để điều khiển động phải có nguồn chiều cung cấp từ vào Nhiều động có nguồn cung cấp khác 6VDC, 12VDC, 24VDC,… Stato Rôto Cổ góp chổi điện Stato Hình 11.2 Cấu tạo động DC Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 106 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn Trong thí nghiệm này, động DC cấp nguồn VPP=12VDC Tuy nhiên nguồn sẵn có ngõ PLC 24VDC Do nguồn cấp trực tiếp cho động mà cần phải hạ áp xuống 12VDC Đối với PLC Siemen có hai loại ngõ relay transistor Giả sử trường hợp PLC sử dụng loại có ngõ transistor Do cần phải có mạch giao tiếp Hình 11.3 Hình 11.4 VPP VPP RELAY SPDT R19 100 K2 DR2 OUT_3 R24 C1815 5K6 QR2 OUT_3 JP8 MOTOR1 IN3 QR6 C2383 Hình 11.3 Mạch giao tiếp ngõ PLC với động DC dùng relay VCC M Hình 11.4 Mạch giao tiếp ngõ PLC với động DC dùng transistor 11.3.2 Mạch điều khiển động cở DC Để điều khiển ON/OFF động DC, người ta thường sử dụng transistor relay Trong thí nghiệm này, động DC điều khiển thông qua Relay (Hình 11.3) - Khi ngõ PLC chưa tác động, điện chân B transistor QR2 0V Do QR2 ngưng, làm cho transistor QR6 ngưng dẫn động M không quay Khi ngõ PLC trạng thái ON, tác động vào chân B transitor QR2, làm QR2 dẫn làm QR6 dẫn relay đóng kín mạch lại, động M quay theo chiều định trước Để tiến hành thí nghiệm điều khiển động DC quay theo chiều định, học viên kết nối ngõ Q0.1 PLC với tín hiệu IN3 (Hình 11.3) soạn thảo chương trình Hình 11.5 Hình 11.5 Chương trình điều khiển động DC quay theo chiều - Bật I0.0=1, quan sát ngõ Q0.1 độngc Lúc động quay hay ngưng? Tại sao? Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 107 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn - Bật I0.0=0, quan sát ngõ Q0.1 động Lúc động quay hay ngưng? Tại sao? - Bật I0.1=1, quan sát ngõ Q0.1 động Lúc động quay hay ngưng? Tại sao? 11.3.3 Mạch điều khiển đảo chiều Motor VPP K1 ML VPP R2 100 K2 3 2 5 DR5 DR6 5K6 Q1 Q2 C2383 VPP 100 RELAY SPDT JP1 C1815 L R R4 RELAY SPDT R1 MR C1815 R3 Q3 5K6 ML MR MOTOR1 Q4 C2383 Hình 11.6 Mạch điều khiển động quay theo hai chiều Mạch điều khiển động quay theo hai chiều kim đồng hồ ngược chiều kim đồng hồ mô tả Hình 11.6 Nguyên lý hoạt động mạch tương tự mạch điều khiển động chiều Hình 11.3 Để tiến hành thí nghiệm, học viên kết nối ngõ Q0.0 PLC với tín hiệu R ngõ Q0.1 PLC với tín hiệu L mạch Hình 11.6 Học viên soạn thảo chương trình điều khiển chiều quay động Hình 11.7 Hình 11.7 Chương trình điều khiển chiều quay động DC - Bật I0.0=1, học viên quan sát ngõ Q0.0 động Lúc động quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ? - Bật I0.0=0, học viên quan sát ngõ Q0.0 động Lúc động quay hay ngưng? Tại sao? - Bật I0.2=1, học viên quan sát ngõ Q0.1 động Lúc động quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ? - Bật I0.2=0, học viên quan sát ngõ Q0.1 động Lúc động quay hay ngưng? Tại sao? - Bật I0.0=1, học viên qua sát ngõ Q0.0 động Sau bật I0.1=1,lúc động quay hay ngưng? 11.4 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ Để điều khiển tốc độ động người ta thường thay đổi điện áp cấp cho (Hình 11 8) sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation, xem Hình 11 9) Trong nhiều ứng dụng thực tế, phương pháp PWM Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 108 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn sử dụng nhiều Trong giảng này, phương pháp PWM sử dụng PLC để điều khiển tốc độ động VPP + A MOTOR - R1 1K Hình 11 Điều khiển tốc độ động sử dụng chiết áp VPP + D1 A MOTOR - R2 Q1 NPN BCE 1K Hình 11 Điều khiển động phương pháp điều chế độ rộng xung Trong S7-200, lệnh PLS (Pulse output, xem Hình 11 11) sử dụng để điều khiển tốc độ động Lệnh dùng để kiểm soát chuỗi xung ngõ PTO (Pulse train output) chức PWM đặt ngõ tốc độ cao Q0.0 Q0.1 Điều có nghĩa dây cấp nguồn động phải nối với Q0.0 Q0.1 S7-200 Dây cấp nguồn lại động đưa lên nguồn DC xuống mass Người sử dụng điều khiển tốc độ động thông qua việc thay đổi số xung độ rộng xung Các giá trị lưu biến nhớ đặc biệt SM (Special memory): byte điều khiển (8 bit), đếm xung (32 bit không dấu) độ rộng xung (16 bit không dấu) Người sử dụng chọn chu kỳ tín hiệu ngõ từ 50µs-65565µs từ 2ms đến 65565ms Và độ rộng xung từ 0µs-65565µs từ 0ms-65565ms Độ rộng xung/chu kỳ tín hiệu ngõ Độ rộng xung >= chu kỳ tín hiệu Ảnh hưởng Ngõ PWM trạng thái ON, động chạy 100% Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 109 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn Độ rộng xung/chu kỳ tín hiệu ngõ Ảnh hưởng Độ rộng xung Không có xung PWM ngõ ra, tức ngõ bị OFF Chu kỳ nhỏ lần Chu kỳ gán mặc định Bảng 11 Cycle time Pul se wi dth Hình 11 10 Xung PWM Có hai cách để tạo dạng xung PWM ngõ ra: cập nhật đồng cập nhật bất đồng - Cập nhật đồng bộ: Nếu thay đổi chu kỳ, việc cập nhật đồng thực Và dạng sóng ngõ xảy biên chu kỳ Chính chuyển đổi ON OFF mịn (động quay giật hơn) - Cập nhật bất đồng bộ: Độ rộng xung thay đổi chu kỳ không đổi Tuy nhiên chu kỳ thay đổi, việc cập nhật bất đồng sử dụng làm hãm môment động Do người dùng nên sử dụng phương pháp cập nhật đồng Thanh ghi điều khiển PWM: Lệnh PLS đọc liệu lưu biến nhớ đặc biệt dựa vào để phát xung tương ứng Biến SMB67 điều khiển PWM0 SMB77 điều khiển PWM1 Bảng ghi điều khiển mô tả ghi dùng để điều khiển hoạt động PWM Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 110 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn Thanh ghi điều khiển PWM mô tả Q0.0 Q0.1 Trạng thái bit SM67.0 SM77.0 Giá trị cập nhật chu kỳ (0: không cập nhật, 1: cập nhật) SM67.1 SM77.1 Giá trị cập nhật độ rộng xung (0: không cập nhật, 1: cập nhật) SM67.2 SM77.2 Giá trị đếm xung (0: không cập nhật, 1: cập nhật) SM67.3 SM77.3 Chọn lựa đơn vị thời gian đếm (0: 1ms; 1: 1µs) SM67.4 SM77.4 Phương pháp cập nhật (0: cập nhật không đồng bộ, 1: cập nhật đồng bộ) SM67.5 SM77.5 Chế độ hoạt động PTO (0: hoạt động đơn đoạn, 1: hoạt động đa đoạn) SM67.6 SM77.6 Chọn chế độ hoạt động (0: PTO, 1: PWM) SM67.7 SM77.7 Cho phép hoạt động (0: cấm PWM/PTO, 1: cho phép PWM/PTO) SMW68 SMW78 Chu kỳ PWM (2-65.535) SMW70 SMW80 Độ rộng xung (0-65.535) SMD72 SMD82 Giá trị đếm xung PTO (14.294.967.295) SMB166 SMB176 Số đoạn chương trình (chỉ dùng cho PTO) SMW168 SMW178 Bắt đầu địa bảng với byte V0 (chỉ dùng cho PTO) Bảng 11 Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 111 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn Bảng 11 giá trị tham chiếu byte điều khiển cho PWM Thanh ghi điều khiển (dạng Hex) Phương pháp cập nhật Đơn vị chu kỳ Đếm xung Độ rộng xung 16#D1 Đồng 1µs/chu kỳ 16#D2 Đồng 1µs/chu kỳ Được load 16#D3 Đồng 1µs/chu kỳ Được load 16#D9 Đồng 1ms/chu kỳ 16#DA Đồng 1ms/chu kỳ Được load 16#DB Đồng 1ms/chu kỳ Được load Chu kỳ Được load Được load Được load Được load Bảng 11 Các bước thiết lập giá trị ban đầu cho PWM: Người ta khuyến khích người dùng nên sử dụng bit quét (SM0.1) để thiết lập xung ngõ ban đầu Sử dụng bit để gọi chương trình ban đầu rút ngắn thời gian quét thực thi chương trình Bit ON chu kỳ quét có chuyển từ chế độ STOP sang chế độ RUN Sau để cấu hình ngõ xung PWM Q0.0 dùng chương trình để thiết lập giá trị ban đầu Bước Cấu hình byte điều khiển cách nạp giá trị sau cho SMB67: 16#D3 (để chọn chu kỳ quét 1µs) 16#DB (để chọn chu kỳ quét 1ms) Bước Nạp giá trị chu kỳ vào SMW68 Bước Nạp độ rộng xung cho SMW70 Bước Thực thi lệnh PLS Bước Nạp byte điều khiển để thay đổi độ rộng xung (chỉ tùy chọn), nạp giá trị sau cho SMB67: 16#D2 (µs) 16#DA (ms) Chú ý: Trước cho phát xung PWM, người lập trình phải đặt ngõ cần xuất xung mức ngõ tương ứng Lệnh tạo chuỗi xung ngõ Ngõ vào cho phép Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 112 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn Xung PWM xuất (0: Q0.0, 1:Q0.1) Hình 11 11 Lệnh tạo chuỗi xung ngõ Học viên thực bước sau để điều khiển tốc độ động sử dụng PWM: - Khởi động Step7 MicroWin - Mở chương trình lưu với tên D:\pwm1.mwp - Soạn thảo chương trình Hình 11 12 - Biên dịch download chương trình D:\pwm1.mwp xuống PLC - Chuyển PLC sang chế độ RUN - Nhận xét kết quan sát Chương trình Chương trình SBR_0 Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 113 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 DAT © hoangdung@ctu.edu.vn Chương trình SBR_1 Hình 11 12 Chương trình điều khiển tốc độ động DC dùng PWM 11.5 Chương trình điều khiển hệ thống đóng gói trái Học viên thực bước sau: - Khởi động Step7 MicroWin - Mở chương trình lưu với tên D:\demtraicay.mwp - Soạn thảo chương trình Hình 11.13 - Biên dịch download chương trình D:\demtraicay.mwp xuống PLC - Chuyển PLC sang chế độ RUN - Nhận xét kết quan sát Hình 11.13 Chương trình điều khiển đóng gói trái 11.6 BÀI TẬP 11.6.1 Học viên sửa chương trình mục 6.4 để điều khiển xung PWM ngõ Q0.0 11.6.2 Viết chương trình để điều khiển tốc độ động cho việc chọn tốc độ từ ngõ vào I0.1 (motor không chạy), I0.2 (motor chạy với tốc độ 50%) I0.3 (motor chạy với tốc độ 100%) 11.6.3 Hiện băng tải trái băng tải hộp chương trình mục 11.5 chạy nhanh, học viên sửa chương trình lại cho tốc độ băng tải chậm lại 11.7 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Manual document for Step7 MicroWin 3.2, Siemens energy & automation Inc [2] Nguyễn Hoàng Dũng, Bài giảng PLC, Đại Học Cần Thơ, 2008 [3] Phạm Văn Tấn, Giáo trình PLC, Đại Học Cần Thơ, 2008 Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ Trang 114 Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200 Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ DAT © hoangdung@ctu.edu.vn Trang 115