Bài tập lớn điều khiển tốc độ động cơ sử dụng bộ đếm xung(HSC), PID và phát xung PWM của s7 1200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN PLC ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PLC S7 1200 SIEMENS GVHD: Sinh viên thực hiện: Nhóm Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN Sau trình học tập rèn luyện khoa … trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội với hướng dẫn đôn đóc tận tình cô giáo…… nhóm em hoàn thành tập lớn môn Chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến cô ……., người động viên giúp đỡ chúng em nhiều mặt tinh thần kiến thức để chúng em vượt qua ngày tháng khó khăn tìm tòi hiểu biết lĩnh vực để cuối hoàn thành tập lớn ngày hôm Một lần xin gửi lời cảm ơn đến cô, chúc cô mạnh khỏe có tháng năm công tác tốt thầy mong đợi Sinh viên thực hiện: Nhóm Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN Chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn đến thầy cô khoa … dìu dắt chúng em cho chúng em kiến thức, cho chúng em kiến thức chuyên nghành kinh nghiêm quý báu với nỗ lực chúng em hoàn thành tập lớn hôm LỜI NÓI ĐẦU Hiện giới phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật kéo theo phát triển nhiều lĩnh vực khác ngành sản xuất khác…Những công nghệ mới, tiên tiến lien tục đời để thay công nghệ cũ lạc hậu, nhằm phục vụ nhu cầu ngày cao người Không thể nằm quy luật phát triển đó, đất nước ta tiến hành công nghiệp hóa, đại hóa phần đấu đến năm 2020 trở thành nước công nghiệp phát triển Để điều trở thành thực phải không ngừng nghiên cứu phát triển, ứng dụng công Sinh viên thực hiện: Nhóm Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN nghệ tiên tiến vào thực tiễn để đẩy nhanh công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Trong ngành tự động hóa trình sản xuất chiếm ví trí quan trọng, mũi nhọn then chốt để giải vấn đề nâng cao suất chất lượng sản phẩm Một vấn đề quan trọng dây chuyền tự động hóa việc điều chỉnh tốc độ động cơ.Trong phải kể đến hệ thống điều khiển tốc độ động DC servo, loại động gần sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm bật so với động khác Chiếm ví trí quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình PLC ( Progammable logical controller) Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Không thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật role trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác chẳng hạn chuẩn đoán … Kỹ thuật điều khiển có hiệu với máy làm việc độc lập với hệ thống máy sản xuất linh hoạt, phức tạp Dùng PLC có nhiều ưu điểm như: nhỏ gọn, hoạt động xác, tin cậy đặc biệt thay đổi chương trình điều khiển cách dễ dàng Trong thời gian làm tập lớn với đề tài “ ứng dụng PLC Siemens điều khiển tốc độ động cơ” cô Tống Thị Lý hướng dẫn thực Bài tập lớn đề cập đến hệ thống ứng dụng PLC hãng Siemens điều khiển động cách tính toán lựa chọn tải Qua hướng dẫn cô chúng em chọn tải có: P=750W, U=109V, I=4,8A, n=3000v/p, f=0-250Hz Sinh viên thực hiện: Nhóm Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Phần 1: Giới thiệu s7-1200 I.Hình dạng bên Sinh viên thực hiện: Nhóm Page KHOA ĐI ỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN Để viết chương trình điều khiển tốc độ động ta viết nhiều hệ ngôn ngữ khác Nhưng với điểm ưu việt vượt trội s7-1200, tiếp nối phát triển S7-200 – điều khiển quen thuộc với người sử dụng Với thiết kế theo dạng module, tính cao, SIMATIC S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình Đặc điểm bật S7-1200 tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụng chung phần mềm Simatic Step Basic cho việc lập trình PLC hình HMI Điều giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển nhanh chóng, đơn giản Bên cạnh CPU S7-1200 phần mềm lập trình mới, dải sản phẩm hình HMI dùng cho PLC S7-1200 giới thiệu Tất tạo giải pháp tích hợp, thống cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ (Micro Automation) S7-1200 bao gồm họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU có đặc điểm tính khác nhau, thích hợp cho ứng dụng khách hang II Cấu trúc bên trong: GIỚI THIỆU CHUNG Cũng giống PLC họ khác, PLC s7-1200 gồm phận bản: xử lý, nhớ, nguồn, giao tiếp xuất – nhập -Bộ xử lý gọi xử lý trung tâm (CPU) chứa vi xử lý, biên dịch tín hiệu nhập, thực hoạt động điều khiển theo chương trình Sinh viên thực hiện: Nhóm Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN lưu nhớ PLC, truyền định dạng tín hiệu hoạt động đến thiết bị xuất -Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC 24V cần thiết cho xử lý mạch điện modune giao tiếp nhập xuất hoạt động -Bộ nhớ nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều khiển kiểm soát vi xử lý -Các thành phần nhập xuất(input-output) nơi nhớ nhận thông tin từ thiết bị ngoại vi truyền thông tin đến thiết bị điều khiển Tín hiệu nhập từ công tắc, cảm biến…Các thiết bị xuất cuộn dây cảu khởi động động cơ, van solenoid 2.Đấu dây Ở chọn CPU 1212C, để trình bày đấu dây tiêu biểu: Chúng ta cung cấp nguồn 24VDC hay 100 – 230VAC cho PLC thông số điện áp thể hình Sinh viên thực hiện: Nhóm Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN Nguồn cung cấp cho PLC 100-230VAC với tần số từ 47Hz – 63Hz Điện áp thay đổi khoản từ 85V – 264V Ở 264V dòng điện tiêu thụ 20A Nguồn cung cấp 24VAC Điện áp tháy đổi khoảng20.4V – 28.8V dong tiêu thụ 20A Các ngõ vào tác động mức điện tiêu biểu 24VDC Các ngõ PLC mức công tắc hở hay điện áp 15VDC Thời gian đổi trạng thái từ “0” lên “1” từ “1” xuống “0” tối thiểu 0.1us để PLC nhận biết Các ngõ 5VDC – 30VDC hay 5VAC – 250VAC Tùy theo cầu thực tế mà ta nối nguồn khác để phù hợp với ứng dụng 3.Module mở rộng Sinh viên thực hiện: Nhóm Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN Họ PLC s7-1200 cung cấp nhiều module tín hiệhgu đa dạng mạch tín hiệu cho xử lý có khả mở rộng bạn cài đặt them module giao tiếp nhờ vào giao thức truyề thông 4.Phương phấp lập chương trình điều khiển Khác với phương pháp điều khiển cứng, hệ thống điều khiển lập trình, cấu trúc điều khiển cách đấu dây độc lập với chương trình Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển viết nhờ giúp đỡ máy tính Để thay đổi tiến trình điều khiển, cần thay đổi nội dung nhớ điều khiển, không cần thay đổi cách nối dây ben Qua ta thấy ưu điểm phương pháp điều khiển lập trình so với phương pháp điều khiển phần cứng Do phương pháp sử dụng rộng rãi lĩnh vực điều khiển mềm dẻo Phương pháp điều khiển lập trình thực theo bước sau: Sinh viên thực hiện: Nhóm Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐI ỆN 5.Các ngôn ngữ lập trình 5.1ngoon ngữ lập trình LAD (ladder logic) Chương trình LAD bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic với kí hiệu công tắc logic tạo thành nhánh mách điện logic nằm ngang.Ở hình bên, logic điều khiển được biểu diễn công tắc thường đóng ngoc relay logic Các kí hiệu công tắc dung để xây dựng lên mạch logic nào: kết hợp nhiều mạch logic biểu diễn mạch điều khiển cho ứng dụng có logic điều khiển phức tạp ĐIều cần thiết cho công việc thiết kế chương trình ladder lập tài liệu hệ thống mà mô tả hoạt động chúng để người sử dụng hiểu mạch ladder cách nhanh chóng xác Sinh viên thực hiện: Nhóm Page 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI V KHOA ĐI ỆN Chương trình điều khiển Cấu hình phần cứng HSC 1.1 khởi tạo HSC -khởi tạo HSC Sau khởi tạo HSC, ta bắt đầu config phần cứng : -Trong ‘ Type of count’ ta chọn kiểu đếm xung theo tần số -‘Operating phase’ chọn chức đếm: + pha + pha + pha với ngõ vào xung + pha với ngõ vào xung lệch 90 độ -‘user program’ cho người dùng tự điều khiển chuyển hướng HSC -‘initial counting direction’ gồm có đếm tiến ( count up) đếm lùi (count down) Sinh viên thực hiện: Nhóm Page 38 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Thời gian lấy xung đếm 1s, 0.1s, 0,01s -Địa phần cứng HSC -Địa lưu trữ giá trị đếm Cấu hình phần cứng PWM 1.1 khởi tạo - Sinh viên thực hiện: Nhóm Page 39 KHOA ĐI ỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI • Khởi tạo PWM • • • • • • KHOA ĐI ỆN Cycle time : chu kì phát xung( xác định tần số phát xung 100khz, 20khz,…) Signal type kiểu xung PWM Timer base có loại: Microseconds Miliseconds Pluse duration format: (định dạng thời gian xung) phần trăm (hundredths) Phần nghìn (thousandths) Phần mười ngìn ( ten thousandths) Hoặc 1/27648 (s7- analog) Cycle time: chu kỳ phát xung Initial pulse duration: độ rộng xung ban đầu Khối điều khiển ổn định tốc độ PID Tạo chu kỳ ngắt • Config PID compact Sinh viên thực hiện: Nhóm Page 40 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI • KHOA ĐI ỆN Ngõ vào Tham số Setpoint Input Kiểu liệu REAL REAL Input_PER INT Disturbance ManualEnable REAL BOOL ManualValue ErrorAck Reset REAL BOOL BOOL Mô tả Giá trị cài đặt mong muốn chế độ Auto Giá trị xử lý trình scale lại từ tín hiệu phản hồi cảm biến Tầm giá trị từ -100% đến +100% giá trị vật lý Điều kiện config.InputPerOn= False Giá trị xử lý trình nhập dạng I/O Điều kiện Config.InPutPerOn= True Giá trị gây nhiễu hệ thống Cho phép bật/tắt chế độ Manual • Khi có xung cạnh lên cho kích hoạt chế độ Manual, State = chế độ giữ lại k thay đổi • Khi có tín hiệu xung cạnh xuống kích hoạt chế độ dựa vào Mode Giá trị đặt cho chế độ Manual Reset lỗi cảnh báo ngõ với xung cạnh lên Resart điều khiển PID • Xung cạnh lên: - Chuyển sang chế độ “ Inactive” - Reset bit lỗi cảnh báo ngõ - Xóa giá trị khâu I Sinh viên thực hiện: Nhóm Page 41 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI • • ModeActive BOOL Mode INT • - Giữ nguyên tham số PID Tới Reset = True, PID_Compact giữ trạng thái chế độ “Inactive”(State = 0) Xung cạnh xuống phát hiện: PID_Compact chuyển sang chế độ hoạt động lưu lại tham số PID_Compact chuyển sang chế độ hoạt động lưu tham số có tín hiệu xung cạnh lên Miêu tả chế độ PID Ngõ Tham số ScaledInput Output Output_PER Output_PWM SetpointLimit_H SetpointLimit_L InputWarning_H InputWarning_L State KHOA ĐI ỆN Kiểu liệu Miêu tả REAL Giá trị trình dùng để giám sát REAL Ngõ PID định dạng theo số thực INT Ngõ PID định dạng theo Analog output BOOL Ngõ PID định dạng theo điều khiển độ rộng xung BOOL Nếu giá trị Setpoint >= Giá trị giới hạn SetpointLimit_H = True BOOL Nếu giá trị Setpoint