Đồ Án PLC: ĐO VÀ ĐiỀU KHIỂN CẢNH BÁO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

MỤC LỤC Lời Nói Đầu 2 Chương I: Cơ Sở Lý Thuyết 3 I. Mục Đích 3 II. Tìm Hiểu Về PLC 4 1. Khái Quát Về PLC 4 2. Các Modul, đối tượng mở rộng 12 3. Giới Thiệu chung về Analog EM235 13 Chương II: Thiết Kế Hệ Thống 17 I. Lựa Chọn Thiết Bị 17 1. Đặc Điểm Chính Biến Tần SIEMENS MM440 18 2.Nguyên lý hoat động của biến tần MM44 22 3. Bảng Điều Chỉnh 23 4. Tìm Hiểu Vè CPU 224 25 5. Cảm Biến Vận Tốc ( ENCODER) 29 6. Bộ Đếm Tốc Độ Cao 32 II. Tìm Hiểu Về Phần Mềm WinCC 41 1.Giới Thiệu HMI 41 2. Tìm Hiểu Phần Mềm WinCC 45 III. Xây Dựng Sơ Đồ Khối, Sơ Đồ Đấu Dây, 54 1.Sơ Đồ Khối 54 2 Sơ Đồ Đấu Dây 59 3. Thuật Toán Và Chương Trình 61 Chương III: Kết Quả Đề Tài 69 1.Kết Quả Nghiên Cứu Lý Thuyết 69 2.Kết Quả Thực Nghiệm 70 Tài Liệu Tham Khảo 73

MỤC LỤC

Lời Nói Đầu 2

Chương I: Cơ Sở Lý Thuyết 3

I Mục Đích 3

II Tìm Hiểu Về PLC 4

1 Khái Quát Về PLC 4

2 Các Modul, đối tượng mở rộng 12

3 Giới Thiệu chung về Analog EM235 13

Chương II: Thiết Kế Hệ Thống 17

I Lựa Chọn Thiết Bị 17

1 Đặc Điểm Chính Biến Tần SIEMENS MM440 18

2.Nguyên lý hoat động của biến tần MM44 22

3 Bảng Điều Chỉnh 23

4 Tìm Hiểu Vè CPU 224 25

5 Cảm Biến Vận Tốc ( ENCODER) 29

6 Bộ Đếm Tốc Độ Cao 32

II Tìm Hiểu Về Phần Mềm WinCC 41

1.Giới Thiệu HMI 41

2 Tìm Hiểu Phần Mềm WinCC 45

III Xây Dựng Sơ Đồ Khối, Sơ Đồ Đấu Dây, 54

1.Sơ Đồ Khối 54

2 Sơ Đồ Đấu Dây 59

3 Thuật Toán Và Chương Trình 61

Chương III: Kết Quả Đề Tài 69

1.Kết Quả Nghiên Cứu Lý Thuyết 69

2.Kết Quả Thực Nghiệm 70

Tài Liệu Tham Khảo 73

Lời Nói Đầu

Đất nước ta trên con đường tiến lên một đất nước công nghiệp hóa hiện đạihóa Để đạt được mục tiêu đó thì ngành công nghiệp máy tính là một ngànhthen 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 tínhvào việc đo lường điều khiển tính toán, quán lý hành chính, nhờ có đặc điểmgọn nhẹ độ tin cậy cao Linh hoạt và đơn giản trong sử dụng đặc biệt là nềncông nghiệp hiện đại máy tính điện tử không những góp phần vào việc nângcao năng suất lao động, và công góp phần vao việc sức khỏe của con người

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

Trước yêu cầu thực tế nhóm sinh viên chúng em được nhận đề tài” ĐO VÀĐiỀU KHIỂN CẢNH BÁO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ” sau khi nhận được đề tàinhóm chúng em tập chung và tìm hiểu cùng với sự hướng dẫn của cô , chúng

em hoàn thành đồ án

Hà Nội , ngày 21 tháng 2 năm 2014

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I 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 plc vào điều khiển quá trình công nghệ đã làm cho công việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở lên đơngiản và đem lại hiệu quả cao PLC có khả năng lập trình được các quá trình phức tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng Ứng dụng của plc biến tần động cơ được sử dụng trong 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 ứng dụng plc đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ với giải đo: [0-1500]v/p

Trong đó: Trong đó:

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

- Đèn RUN: Báo hệ thống làm việc

- Đèn SLA: cảnh báo tôc độ thấp

- Đèn SHA: cảnh báo tốc độ cao

II TÌM HIỂU VỀ PLC

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 hệthống điều khiển lập trình – một hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điềukhiển máy móc hay các qúa trình hoạt động Trong hoàn cảnh đó, bộ điềukhiển lập trình được thiết kế nhằm thay thế phương pháp truyền thống dùngrơle và thiết bị rời cồng kềnh, và bộ điều khiển đã tạo ra một khả năng điềukhiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơbản 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 vớiloại PLC nhỏ nhất…

Cách hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào đượcđưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình vàkích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng Với các mạchgiao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếpđến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyểnđổi 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 khiểncác thiết bị có công suất lớn

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển màkhông cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối cứng, chỉ có sự thay đổi vềchương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyêndùng

Hơn nữa chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt độngnhanh 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 mụcđích 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 giảmbớt 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 việcnối thêm môđun mở rộng vào ra và có thêm các môđun chức năng chuyêndùng 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 chuẩnhóa

- Hiển thị chuẩn đoán làm cho việc chuẩn đoán dễ dàng hơn, giảm thời giankhắc phục sự cố

- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và dễ sử dụng (ladder, instruction vàfunctionchart)

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Cấu trúc của PLC có dạng module và linh hoạt cho phép các yếu tố phầnmềm , phần cứng mở rộng khi các yêu cầu ứng dụng thay đổi.Khi mà ứngdụng vượt quá giới hạn của phần cứng PLC thì bộ PLC cũ có thể thay thế đơngiản với PLC mới có bộ nhớ và dung lượng vào ra lớn hơn trong khi phầncứng cũ có thể tái sử dụng cho các ứng dụng nhỏ hơn Một hệ thống PLCmang lại nhiều lợi ích với giải pháp điều khiển từ độ tin cậy đến khả năng lặplại chương trình

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 khiểnlinh 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 đanhiệm

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

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

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

- Hạn chế được các tùy biến điều khiển, có khả năng điều khiển đượcnhiều 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 dovậy 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 việcquản lí, tạo báo cáo

Các bộ PLC thường gặp:

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

- Bộ PLC ALLEN-BRADLEY SLC500 của hãng AMATROL Mỹ

- Họ các bộ PLC Simatic S5, Simatic S7 của hãng Siemens, cộng hoàliên 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.

 Chức năng của các bộ PLC:

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

(1) Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi (từ các cảm biến, cáccông tắc hành trình)

(2) Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chươngtrình

(3) Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh cácthông tin thu được từ các đầu vào

(4) Đưa các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp ở đầu ra

Các bộ phận cơ bản của PLC:

Hình 2 Các bộ phận cơ bản của PLC

Hình 3 Sơ đồ khối của PLC

Mỗi môđun được cắm lên đáy hộp nhờ các giắc cắm và qua các giắc cắm nốivới luồng liên lạc nội bộ Luồng này cũng có thể đưa tín hiệu ra ngoài Có haicách 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 điềukhiển nhưng không thể vượt quá khả năng của bộ nhớ Nếu cần có thể tăngthêm bộ nhớ phụ

Trung t©m

Xö lý

Nguån

M«®un Nguån

Bé nhí

M«®un phèi ghÐp

M«®un vµo

M«®un ra Luång liªn l¹c néi bé

Hình 4 Sơ đồ về sự liên lạc giữa các module.

Sự hoạt động của PLC theo vòng quét:

Hoạt động của một bộ PLC có thể được mô tả tóm tắt như sau: PLC tiếnhành hoạt động bằng cách kiểm tra trạng thái các đầu vào của nó và so sánhchúng với logic chương trình Các đầu ra sau đó được kích hoạt on hay off tuỳthuộc vào logic các dòng lệnh trong chương trình của PLC PLC không quantâm đến việc thiết bị nào được nối với các môđun vào ra của nó mà chỉ kiểmtra xem trạng thái của các đầu vào là on hay off và thực hiện kích hoạt cácđầu ra theo chương trình của nó Điều này làm cho PLC trở thành một bộ điềukhiển lí tưởng cho mọi thiết bị công nghiệp

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi làmột vòng quét (scan) (Hình 5) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạnchuyền dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạnthực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ

TruyÒn th«ng vµ kiÓm tra néi bé

ChuyÒn d÷ liÖu

tõ Q tíi cæng ra

ChuyÒn d liÖu tõ cæng vµo tíi I

Thùc hiÖn

Ch ¬ng tr×nh

Vßng QuÐt

lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End) Sau giai đoạn thựchiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới cáccổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ vàkiểm tra lỗi

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

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòngquét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòngquét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòngquét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trongchương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông trongvòng 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 đúngbằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tínhthời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quétcàng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như khốiOB40, OB80 , chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòngquét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khối chương trìnhnày 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 báongắt 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 chươngtrình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó Với hình thức xử lí tín hiệu ngắt nhưvậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiệntrong vòng quét Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điềukhiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lí ngắt quá dài hoặc quá lạmdụng 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 cổngtrong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi tronggiai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý Ở một số module CPU, khigặp 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

 Các loại ngôn ngữ lập trình cho PLC:

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụcác ứng dụng khác nhau Có 3 ngôn ngữ lập trình chính đó là:

- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List) Đây làdạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Một chương trình đượcghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm mộthàng và đều có cấu trúc chung “tên lệnh + toán hạng”

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

- 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 mạchđiều khiển số

Ladder Diagram LAD Statement List STL Function Block Diagram

Hình 7: Ba kiểu ngôn ngữ lập trình cho PLC

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 trongLAD hay FBD Rất nhiều phần mềm lập trình cho PLC cho phép người lậptrình chuyển từ chương trình viết theo dạng LAD hoặc FBD sang chươngtrình dạng STL

2 CÁC MODULE, ĐỐI TƯỢNG MỞ RỘNG

. Giới thiệu chung về modul analog.

Trước hết bạn hãy so sánh việc cộng 2 tín hiệu tương tự (analog) với việccộng 2 tín hiệu số (digital) Cộng việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật sốphát triển như hiện nay

Hay ta lấy ví dụ đơn giản ta cần điều khiển nhiệt độ của một lò nung sao chođạt được chất lượng nào đó làm thế nào để đạt được nhiệt độ về và xử lýnhiệt độ đó như thế nào trong bài toán điều khiển

Một trong nhưng công cụ được sử dụng là modul analog như vậy modulanalog là gì ?

Các bạn đã biết được những gì về modul analog ?

Bạn đã từng sử dụng chưa? Nguyên lý hoạt động của modul analog?

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

analog input: thực chất đó là mộ bộ biến đổi tương tự số (A/D) nó chuyển tínhiệu 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

analog output: cũng là một phần của modul analog thực chất nó là bộ biếnđổi tương tự (D/A) nó chuyển đổi tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương

tự ở đầu ra dùng để điều khiển các thiết bị với giải đo tương tự chẳng hạnnhư điều khiển van mở góc 0 đến 100% hay điều khiển tốc độ biến tần 0 –50hz

 Nguyên lý hoạt động của các cảm biến là tín hiệu đo chuẩn trong côngnghiệp

Thông thường đầu vào của các modul analog là các tín hiệu điện áp hoặcdòng điện trong khi đó các tín hiệu tương tự cần sử lý lại thường là các tínhiệu không điện như nhiệt độ , độ ẩm , áp suất, tốc độ , khối lượng… vì vậyngười ta phải có thiết bị trung gian để chuyển tín hiệu này về dạng tín hiệuđiện áp hoặc tín hiệu điện thiết bị này được gọi là đầu đo hay cảm biến

Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của modul analog input và tín hiệu

ra của modul analog output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp có 2loại chuaant phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện

- Điện áp 0-10v, 0-5v, 5v

- Dòng điện 4-20ma, 0-20ma, 10ma…

3 Giới thiệu chung về analog EM235

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

Các thành phần của modul analog EM2

Thông số kỹ thuật

Dòng tiêu thụ từ bus 20mA

Dòng tiêu thụ từ L 60mA

Điện năng tiêu thụ 2W

Số đầu vào tương tự 4

Số đầu ra tương tự 1

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

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

Dải số chuyển đổi(2 cực) -32,000 to +32,000

Dải số chuyển đổi(đơn cực) 0 to +32,000

Độ dài cáp(ko chống nhiễu) 300m

Trở kháng đầu ra ≥10M Ω với tín hiệu áp

250 Ω với tín hiệu dòng Thời gian chuyển đổi <250µs

- Module vào/ra số: EM 223 bao gồm 4/8/16 đầu vào số 24VDC và4/8/16 đầu ra 24VDC/Relay/230VAC.

- Module đầu vào tương tự: EM 231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu0-10V, 4-20mA

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

- Module vào/ra tương tự: EM 235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra

- Ngoài ra còn có các loại module thích hợp với các ứng dụng khác nhưmodule điều khiển vị trí, module truyền thông,…

Hình 25 Chức năng module EM 235

I LỰA CHỌN THIẾT BỊ

Top of Form

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 cấpcho người dùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách tự động

1.ĐẶC ĐIỂM CHÍNH 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 khiểnvòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thốngtruyền động quan trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ thống định vị Khôngchỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho ngườidùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách tựđộng

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

- 3 bộ tham số trong 1 nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động khácnhau

- 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

- 4 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

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

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, Moment Tần 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

digital Các đầu vào số 6 đầu vào số lập trình được, cách ly Có thể chuyển đổi

PNP/NPN Các 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)

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

Nhiệt độ bảo quản -40 o C đến +70 o C

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, I 2 t 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).

2.Nguyên lý hoat động của biến tần MM440

Nguyên lý hoạt động cơ bản của biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiênnguồn điện xoay chiều 1 pha hoăc 3 pha được điều chỉnh và chỉnh lưu và lọcthành 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 tầnđểu có giá trị không phu thuộc vào tải và có giá trị it nhất là 0.96 điện ápmột chiều này được biến đổi ( nghịch lưu ) thành điện áp xoay chiều 3 pha đốixứng Công đoạn này được thực hiện thông qua quan hệ IGBT bằng cách điềuchế độ rộng xung(PWM).Nhờ tiến độ của bộ công nghệ xử lý và công nghệbán đẫn hiện nay tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âmnhằm giảm tiếng ồn cho động cơ giảm tổn thất trên lõi sắt của động cơ Hệthống điện áp xoay chiều 3 pha có thể thay đổi giả trị biên độ và tần số và cấptùy theo bộ điều khiển theo lý thuyeert giữa tần số và điện áp có một quy luậtnhất định tùy theo chế độ diều khiển Đối với tải có momen không đổi tuyvậy đổi với tải bơm hoặc quạt quy luật này lại là hàm bâc 4 , điện áp là hàmbậc 4 của tấn số điều này tạo ra đặc tính momen là hàm bậc 2 của tốc độ phùhợp 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 khácnhau hầu hết phù hợp với các phụ tải khác nhau ngày nay biến tần có tíchhợp bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau rất phù hợpcho điều khiển và giám sát hệ thống

3.Bảng điều chỉnh

Bảng điều

khiển/ Nút

Hiển thị trạng thái

Màn hình LCD hiển thị các chế độ cài đặt hiện hành của bộ biến tần.

đường truyền BOP

P0700 = 5 hoặc P0719 = 50…56 trên đường

truyền COM Dừng bộ

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 nhấp động 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 Ấn

nút khi động cơ đang làm việc không có tác động gì.

Nút chức năng

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.

Ấn nút này cho phép người sử dụng truy nhập tới các thông số.

Tăng giá trị Ấn nút này làm tăng giá trị được hiển thị

Giảm giá trị Giảm giá trị Ấn nút này làm giảm giá trị được

hiển thị.

Trình đơn AOP

Gọi trình đơn AOP ngay lập tức (chức năng này chỉ có ở AOP).

bộ nhớ

bộ sử lý ( CPU )

nguồn cung cấp giao diện nhập giao diện suất

Hình 1.1.sơ đồ khối plc

Hình 1.2 Các địa chỉ vào ra của CPU 224

4.2 Cổng mở rộng cổng vào ra.

Hệ Simatic S7-200 rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao do những đặc tính sau:

- Có nhiều Modul mở rộng khác nhau như các Modul ngõ vào/ra tương tự, Modul ngõ vào/ra số

- Phần mền STEP7 Micro/win sofwarl.

Hình 1.3 Hình dáng thực tế của CPU 224

4.3 Đặc điểm của CPU 224:

Analog I/O cực đại 32 In/ 32 Out

4.4 Các đèn báo trên S7-200 CPU224:

 SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.

 RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc

và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy

 STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ

dừng chương trình và đang thực hiện lại

 Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của

cổng Ix.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logiccủa công tắc

 Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của

cổng Qx.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logiccủa cổng

Chế độ làm việc:

PLC có 3 chế độ làm việc:

 RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ

chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chươngtrình gặp lệnh STOP

 STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang

chế độ STOP

 TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho

PLC hoặc RUN hoặc STOP

4.5 Cổng truyền thông

S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân

để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLCkhác Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud Tốc độtruyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 38.400 baud

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.

Hình 1.4 Địa chỉ các cổng RS232 và sơ đồ ghép nối với máy tính

5 CẢM BIỂN VÂN TỐC (ENCODER).

Khái niệm:

Bản chất của encoder là sự kết hợp cảm biến quang với 1 đĩa mã hóa Ta có thể xem một cách đơn giản là trên đia mã hóa có các phần cho ánh sang đi qua và các phần không cho ánh sang đi qua một cách xen kẽ nhau Đĩa sẽ quay do tác động của chuyển động quay của đối tượng cần đo tốc độ Encoder

là thiết bị có thể phát hiện sự chuyển động hay vị trí của vật , phổ biến là tốc

độ động cơ trong công nghiệp

Sơ đồ hoạt động đĩa quang mã hóa

Nguồn sang lắp đặt sao cho ánh sáng liên tục được tập trung xuyên qua đĩa

mã hóa Bộ phận thu nhận ánh sáng được lắp ở mặt sau của đĩa mã hóa sao

cho có thể nhân được ánh sáng đĩa được lắp đặt trên trục của động cơ hay thiết bị khác cần đo tốc độ hoặc xác định vị trí sao cho khi trục quay , đĩa cũng sẽ quay Khi đĩa quay bộ phận nhân ánh sáng sẽ nhận được ánh sáng một cách rời rạc kết quả là tín hiệu nhận được ở ngõ ra là dạng xung vuông.

ENCODER LOẠI TƯƠNG ĐỐI

ENCODER QUANG LOẠI 2 KÊNH

MACH GIẢI MÃ ENCODER

Cách đơn giản nhất để thực hiện giả mã là dung Flip_Flop

Mạch giải mã và dạng song giải mã của V1 và V2

từ mode 0 đến mode 11

Cần phải sử dụng lệnh HDEF trước khi thực hiện cho mỗi HSC.

-Chỉ có một lệnh HDEF có thể sử dụng trên một counter

-Có thể có tới 6 bộ HSC tùy theo CPU

6.3 HOẠT ĐỘNG HSC

HSC dùng để đếm sự kiện tốc độ cao mà không phụ thuộc vào chu kì quét trong PLC và có tương ứng 12 mode hoạt động khác nhau Tần số đếm lớn nhất của HSC phụ thuộc vào loại CPU có thể đạt tối đa 30khz

Mỗi counter có các ngõ vào xác định hỗ trợ các chức năng: xung clock, hướng điều khiển, reset và start.Trong chế đọ đếm 2 pha, cả 2 xung clock có thể hoạt động ở tốc độ lớn nhất Còn trong chế độ một phần tư, thì tùy ý chọn hoạt động theo kiểu 1x và 4x Tất cả các counter hoạt động ở tốc độ lớn nhất khi không giao tiếp với các hoạt động khác

HSC sử dụng một shaft encoder để xác định số xung trên một vòng quay

và reset số xung đó trên một vòng quay Số xung clock và xung reset từ shaft encoder cung cấp đến các ngõ vào của HSC Dặt giá trị đếm xung tương ứng

PV, khi số xung hoạt động CV bằng với CV thì xảy ra ngắt, một giá trị đặt PVmới sẽ được setup

Sơ đồ sau trình bày các chức năng của mỗi counter tùy vào MODE

Ví dụ có reset mà không có start

Ví dụ hoạt động bằng reset và start

6.4.CÁC LOẠI HSC VÀ MODE HOẠT ĐỘNG

6.4 1 Các loại HSC

S7 200 có 6 bộ đếm tốc độ cao từ HSC0 đến HSC5 Các ngõ vào trong PLC tương ứng với xung clock, hướng điều khiển, start và reset các chức năng ngõ vào này và mode HSC được cho dưới bảng sau

6.4.2 Mode HSC1(CPU 224, 226)

6.5 ĐỊA CHỈ HSC

Để truy xuất giá trị đếm cho HSC, cần phải xác định địa chỉ của HSC bằngcách ử dụng các loại vùng nhớ HSC và số counter(ví dụ HC0) Giá trị hiện hành của HSC là giá trị chỉ đọc và có địa chỉ ở dạng double word

Dạng: HC[Số HSC]HC2

Chọn trạng thái tác động của mode 1x và 4x.

Byte điều khiển

Mỗi HSC có một byte điều khiển cho phép counter hoạt động hay không? Bảng địa chỉ chỉ mô tả các bit điều khiển

Sắp đặt các giá trị hiện hành CV và giá trị đặt PV:

Mỗi HSC có một giá trị hiện hành 32 bit và giá trị đặt 32 bit Cả hai giá trị này là các gia trị nguyên có dấu Để load giá trị PV hoặc CV mới vào HSC, cần phải setup byte điều khiển và byte nhớ đặc biệt Khi đó cần phải thực hiệnlại lệnh HSC Bảng sau mô tả các byte nhớ đặc biệt sử dụng để nạp các giá trị

CV và PV mới

Byte trạng thái

Được cung cấp cho mỗi HSC từ các bit nhớ trạng thái để chỉ định hướng đếm hiện hành, và giá trị đếm có lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt Bảng sau định nghĩa các bit trạng thái cho mỗi HSC

Các ngắt HSC

Tất cả các mode counter đều HSC hỗ trợ ngắt khi giá trị hiện hành bằng giá trị đặt Các sự kiện ngắt được định nghĩa từ bảng sau