sử dụng tín hiệu áp suất điều khiển tốc độ động cơ sử dụng plc s7 1200 và biến tần siemens v20

Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Mục đích đề tài a) Đặt vấn đề Sự phát triển PLC đem lại nhiều thuận lợi làm cho thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng tin cậy Nó có khả thay hoàn toàn cho phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay, khả điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình lệnh logic bản, giải vấn đề toán học công nghệ Biến tần (Inverter, Variable Speed Drive – VSD) thiết bị dùng để điều khiển tốc độ động dựa thay đổi tần số làm việc Trên giới nay, biến tần áp dụng rộng rãi công nghiệp Ngoài ý nghĩa mặt điều khiển, có nhiều chức khác khởi động mềm, hãm, đảo chiều, điều khiển thông minh… Trong đa số trường hợp, việc/ sử dụng biến tần mang lại hiệu kinh tế (tiết kiệm điện tiêu thụ) Biến tần ứng dụng nhiều cho động có yêu cầu thay đổi tốc độ như: bơm, quạt, băng tải, thang máy… b) Mục đích đề tài Mục tiêu đề tài ổn định áp suất đường ống ngưỡng đặt trước thông qua điều khiển PLC biến tần, hệ thống bơm dựa tín hiệu mà cảm biến áp suất đường ống đưa 1.2 Phương pháp đo a) Định nghĩa Áp suất đại lượng có giá trị tỉ số lực tác dụng vuông góc lên mặt với diện tích Trang1 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Công thức: P: áp suất F: lực tác dụng S: tiết diện Đối với chất lỏng, khí ( gọi chung chất lưu), áp suất thông số quan trọng xác định trạng thái nhiệt động học chúng Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa lớn việc đảm bảo an toàn thiết bị, giúp cho việc kiểm tra điều khiển hoạt động máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị áp suất Pascal: Pascal áp suất tạo lực có độ lớn 1N phân bố đồng diện tích 1m2 theo hướng pháp tuyến b) Phương pháp đo áp xuất - Có cách đo : Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu áp suất tĩnh Do vậy, đo áp suất chất lưu thực chất xác định lực tác dụng lên diện tích thành bình Đối với chất lưu không chuyển động chứa ống hở đặt thẳng đứng, áp suất tĩnh điểm M cách bề mặt tự khoảng h xác định theo công thức: p = p0 + ρgh Trong đó: p0 áp suất khí ρ: khối lượng riêng chất lưu g: gia tốc trọng trường Trang2 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC - Trong cách đo thứ hai, người ta gắn lên thành bình cảm biến đo ứng suất để đo biến dạng thành bình Đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu (p) tổng áp suất tĩnh (p t) áp suất động (pđ): p = pt + pđ Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên chất lỏng không chuyển động Áp suất động chất lưu chuyển động gây nên có giá trị tỷ lệ với bình phương vận tốc chất lưu : Khi dòng chảy va đập vuông góc với mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng áp suất tổng Do áp suất động đo thông qua chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh Thông thường việc đo hiệu áp suất (p - pt) thực nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ống Pitot (như hình vẽ bên dưới), cảm biến (1) đo áp suất tổng, cảm biến (2) đo áp suất tĩnh HÌNH 1: PHƯƠNG PHÁP ĐO ÁP SUẤT Trang3 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC • Có thể đo áp suất động cách đặt áp suất tổng lên mặt trước áp suất tĩnh lên mặt sau màng đo, tín hiệu đo cảm biến cung cấp chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh Đo áp suất động màng 1.3 Tìm hiểu PLC S7 200 1.3.1 Khái quát PLC S7 200 a.Giới thiệu PLC - PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC xếp vào họ máy tính, sử dụng ứng dụng công nghiệp thương mại - PLC đặt biệt sử dụng ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi kiện - PLC có đầy đủ chức tính toán vi xử lý Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm số hàm chuyên dùng điều khiển PID, dịch chuyển khối liệu, khối truyền thông,… - PLC có ưu điểm: + Có kích thước nhỏ, thiết kế tăng bền để chịu rung động, nhiệt, ẩm tiếng ồn, đáng tin cậy + Rẻ tiền ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp + Dễ dàng nhanh chống thay đổi cấu trúc mạch điều khiển + PLC có chức kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi + Có thể nhân đôi ứng dụng nhanh tốn Cấu trúc bên PLC Trang4 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC HÌNH 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG BÊN TRONG PLC Một hệ thống lập trình phải gồm có phần: Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O) b Giới thiệu PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY Thông tin: - Nguồn cấp: 85-264VAC 47-63Hz - Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm - Dung lượng nhớ chương trình: 4096 words - Dung lượng nhớ liệu: 2560 words - Bộ nhớ loại EEFROM - Có 14 cổng vào, 10 cổng - Có thể thêm vào modul mở rộng kể modul Analog - Tốc độ xử lý lệnh logic Boole 0.37µs - Có 256 timer , 256 counter, hàm số học số nguyên số thực - Có đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz - Có điều chỉnh tương tự - Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,… Trang5 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC - Đồng hồ thời gian thực - Chương trình bảo vệ Password - Toàn dung lượng nhớ không bị liệu 190 PLC bị điện -Xuất sứ: Siemens Germany HÌNH 3: HÌNH ẢNH CPU S7-200 CPU 224 - CPU cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 24Vdc, mức 0Vdc) 10 ngõ dạng relay ™ Mô tả đèn báo S7-200: - SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu PLC có hỏng hóc - RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC chế độ làm việc thực chương trình nạp máy - STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC chế độ dừng, không thực chương trình có - Ix.x (đèn xanh)chỉ trạng thái logic tức thời cổng Ix.x Đèn sáng tương ứng mức logic - Qx.x (đèn xanh): trạng thái logic tức thời cổng Qx.x Đèn sáng tương ứng mức logic ™ Cách đấu nối ngõ vào PLC: Trang6 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC HÌNH 4: SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY CỦA CPU 224 AC/DC/RELAY Cách đấu nối S7-200 module mở rộng: S7-200 module vào/ra mở rộng nối với dây nối Hai đầu dây nối bảo vệ bên PLC module.Chúng ta kết nối PLC module sát để bảo vệ hoàn toàn dây nối CPU224 cho phép mở rộng tối đa module 1.4 Tìm hiểu PLC S7-1200 1.4.1 Giới thiệu chung PLCS7-1200 PLC S7-1200 (Promamable Logic Controller) kết hợp I/O lựa chọn cấp nguồn, bao gồm module cấp nguồn VAC – VDC – cấp nguồn với kết hợp I/O DC Relay Các module tín hiệu để mở rộng I/O module giao tiếp dễ dàng kết nối với mặt điều khiển Tất mặt điều khiển Tất phần cứng Simatic S7-1200 gắn DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp bảng điều khiển, giảm không gian chi phí lắp đặt Được đời vào năm 2009 để dùng thay dần cho S7-200 có tính trội Các thành phần PLC S7-1200 bao gồm: • điều khiển nhỏ gọn với phân loại phiên khác giống điều khiển AC DC phạm vi rộng Trang7 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC • mạch tương tự số mở rộng điều khiển mô-đun trực tiếp CPU làm giảm chi phí sản phẩm • 13 module tín hiệu số tương tự khác • module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP • Bổ sung cổng Ethernet • Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC điện áp 24 VDC S7- 1200 có dòng CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C HÌNH 5:HÌNH ẢNH S7-1200 S7-1200 trang bị them tính bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU chương trình điều khiển Các đặc tính CPU S7-1200 thể bảng sau: Trang8 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Trang9 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 1.4.2 CPU 1212C Trong đề tài em sử dụng CPU 1212C DC/DC/relay a) Hình dạng bên CPU 1212C HÌNH 6: HÌNH ẢNH CPU 1212C CPU 1212C gồm 10 ngõ vào ngõ ra, có khả mở rộng thêm modul tín hiệu (SM), mạch tín hiệu (SB) modul giao tiếp (CM) • Các đèn báo CPU 1212C:  STOP / RUN (cam / xanh): CPU ngừng / thực chương trình nạp vào nhớ  ERROR (màu đỏ): màu đỏ ERROR báo hiệu việc thực chương trình xảy lỗi Trang10 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Trình tự bước thiết kế chương trình điều khiển Hình 13 : Sơ đồ thiết kể chương trình điều khiển Giao diện phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian người lập trình PLC Hình14 Giao diện phần mềm Để tạo project ta thực theo bước sau: Từ giao diện phần mềm, chọn Start / Create new project / Create / Create a Trang21 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC PLC program / Main Lúc vùng soạn thảo chương trình dạng Ladder Hình 15: Giao diện lập trình Các công cụ thường dùng: Mở chương trình Mở chương trình có sẳn Lưu chương trình Kiểm tra lỗi chương trình Nạp chương trình xuống PLC Run Trang22 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Stop Chèn / xóa network Thanh công cụ lệnh Các phần tử lập trình thường dùng: Các lệnh logic: Các lệnh Timer Các lệnh Counter Trang23 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Các lệnh So sánh Các lệnh Toán học Trang24 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Các lệnh Chuyển đổi Trang25 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Trang26 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 2.4.2 Xây dựng chương trình điều khiển Bảng định địa chỉ: Ký hiệu Start Stop Đèn Run Đèn PLA Đền PHA Tín hiệu Tín hiệu Tín hiêu - Địa I0.0 I0.1 M0.0 M0.1 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Chức Nút bấm khởi động hệ thống Nút bấm dừng hệ thống Khởi động hệ thống từ Wincc Dừng hệ thống từ Wincc Đèn báo hệ thống hoạt động Đèn báo áp suất thấp Đèn báo áp suất cao Tín hiệu điều khiển cấp tốc độ Tín hiệu điều khiển cấp tố độ Tín hiệu điều khiển cấp tốc độ Chương trình hoạt động theo điều khiển tín hiệu • Từ chân biến tần điều khiển theo cấp tốc độ giá trị tần số cố định cài đặt biến tần • Cấp tín hiệu đầu PLC với tín hiệu vào biến tần dựa vào tín hiệu áp suất để điều khiển • Thiết kế gồm chế độ:  chế độ tay  chế độ tự động Chương trình chính: Trang27 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Trang28 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Chương trình con: Chế độ tự động: Trang29 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Trang30 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC Chế độ tay: Trang31 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC 2.5 Cài đặt thông số cho biến tần V20 Trang32 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC  Sau đưa tín hiệu PLC vào biến tần Ta tiến hành cài đặt số thông số nó, điều khiển tốc độ máy bơm nước, nhằm ổn định áp suất đường ống  Đưa tín hiệu tương tự AQW0 vào đầu vào analog số 1(+), chân số biến tần  Cài đặt thông số cho biến tần điều chỉnh tốc độ máy bơm • P3=4 (chọn mức độ mở rộng biến tần) • P10=1 • P300=1(động không đồng bộ) • P304= điện áp định mức động cơ(V) • P305=dòng điện định mức động cơ(A) • P307=công suất định mức động cơ(KW) Với P100=0 • P308=hệ số định mức động • P309=hiệu suất định mức động cơ(%) • P310=tần số định mức động cơ(Hz) • P311=tốc độ định mức động cơ(V/ph) • Sau cài đặt thông số động xong trả P10=0 • P700=2(chế độ chạy ngoài) • P701=1 • P702=15(bit cấp tốc độ thứ 0) • P703=16(bit cấp tốc độ thứ nhất) • P704=17(bit cấp tốc độ thứ hai) • P1000=3(chạy theo tần số cố định) • P1001=50Hz(cấp tốc độ thứ nhất) • P1002=40hz(cấp tốc độ thứ 2) • P1003=35Hz(cấp tốc độ thứ 3) • P1004=30Hz(cấp tốc độ thứ 4) • P1005=25Hz(cấp tốc độ thứ 5) CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận nội dung đề tài - Đề tài giúp chúng em hiểu thêm cấu tạo, nguyên lí hoạt động, ứng dụng… của: • • • • - Biến tần PLC Cảm biến áp suất Động không đồng pha mà chúng em học lớp Hiểu thêm số phần mềm Trang33 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC - Hiểu nguyên tắc lập trình điều khiển áp suất đường ống dùng lập trình PLC Đưa lưu đồ sơ đồ khối 4.2 Các hạn chế - Chưa có điều kiện quan sát thực tiễn trạm bơm nước thực nên kiến thức thực tế 4.3 Biện pháp khắc phục - Cần tìm hiểu kĩ biến tần, PLC, cảm biến, thực tế - Cần tìm hiểu thêm phần mềm Tìm hiểu hoạt động máy bơm thực tế Tài liệu tham khảo Điều khiển lập trình plc mạng – Lê Văn Tiến Dũng – Đại học kĩ thuật Công Nghệ thành phối HCM – 2003 Giáo Trinh Đo Lường Điện Cảm Biến Đo Lường Nguyễn Văn Hòa, Bùi Đăng Thành, Hoàng Sỹ Hồng – NXB Giáo Dục Giáo Trình Cấp Thoát Nước KS Đỗ Trọng Miên – KS Vũ Đình Dịu – NXB Xây Dựng Nguyên tắc xây dựng dự án Wince – Nguyễn Kim Ánh trường ĐH Bách khóa Đà Nẵng Các tài liệu mạng internet Trang34 Bài Tập Lớn Điều Khiển Lập Trình PLC MỤC LỤC Trang35 ... hiệu điều khiển cấp tố độ Tín hiệu điều khiển cấp tốc độ Chương trình hoạt động theo điều khiển tín hiệu • Từ chân biến tần điều khiển theo cấp tốc độ giá trị tần số cố định cài đặt biến tần •... chuyển động, áp suất chất lưu (p) tổng áp suất tĩnh (p t) áp suất động (pđ): p = pt + pđ Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên chất lỏng không chuyển động Áp suất động chất lưu chuyển động. .. • Cấp tín hiệu đầu PLC với tín hiệu vào biến tần dựa vào tín hiệu áp suất để điều khiển • Thiết kế gồm chế độ:  chế độ tay  chế độ tự động Chương trình chính: Trang27 Bài Tập Lớn Điều Khiển