NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SƠN TĨNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG DẠNG BỘT

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SƠN TĨNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG DẠNG BỘT Thực hiện NGUYỄN NGỌC HẠNH NGUYỄN ĐỨC MỸ Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành Cơ Điện Tử Giáo viê

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SƠN TĨNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG DẠNG BỘT

Thực hiện

NGUYỄN NGỌC HẠNH NGUYỄN ĐỨC MỸ

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN VĂN HÙNG

Thành Phố Hồ Chí Minh

Tháng 6/2012

LỜI CẢM TẠ

Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ cùng toàn thể quý thầy cô đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong thời gian học tập tại trường

Chúng em xin chân thành cám ơn các thầy cô đã giảng dạy chúng em, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Cơ điện tử

Chúng em xin chân thành cám ơn thầy TS Nguyễn Văn Hùng đã hướng dẫn và giúp chúng em hoàn thành tốt luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn đã giúp đỡ nhóm mình trong quá trình học tập và làm luận văn

Và cuối cùng chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha, mẹ và những người thân trong gia đình đã nuôi dưỡng, yêu thương và tạo điều kiện cho chúng em có được kết quả như ngày hôm nay

Chúng em xin cảm ơn tất cả mọi người !

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Thiết kế hệ thống sơn tĩnh điện tự động dạng bột” Được tiến hành tại trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh từ tháng 4 đến tháng 6 năm 2012

Đề tài nghiên cứu trình bày kết quả tính toán thiết kế của một hệ thống sơn tĩnh điện dạng bột tự động với các kết quả thu được:

Nghiên cứu thiết kế được buồng sơn tự động với các tay phun sơn bột, hệ thống hút bụi thu hồi sơn và lọc bụi

Đã nghiên cứu thiết kế hệ thống băng tải xích với phương pháp điều khiển tự động và giám sát trên máy tính điều khiển

Hoàn thành tính toán kích thước buồng sấy và điều khiển nhiệt độ theo yêu cầu sản xuất

Đã xây dựng được phương pháp điều khiển và chương trình điều khiển giám sát

hệ thống trên nền SCADA ứng dụng phần mềm WinCC và PLC S7-300

Các kết quả nghiên cứu có thể tiến hành chế tạo thực tế và kiểm nghiệm cho việc thiết kế các hệ thống tương tự

MỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ II TÓM TẮT III MỤC LỤC IV DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT VII DANH SÁCH CÁC HÌNH VII DANH SÁCH CÁC BẢNG XI

Chương 1_MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích 2

Chương 2_TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan hệ thống sơn tĩnh điện 3

2.2 Yêu cầu của một hệ thống sơn tĩnh điện 3

2.3 Các hệ thống sơn trong và ngoài nước 4

2.4 Các thành phần hệ thống 5

2.5 Tổng quan buồng sơn 6

2.6 Tổng quan về tay sơn 7

2.7 Tổng quan bộ lọc Cyclone 8

2.8 Tổng quan quạt hút ly tâm 10

2.9 Tổng quan buồng sấy 11

2.10 Tổng quan cảm biến nhiệt PT100 12

2.11 Tổng quan băng tải xích 12

2.12 Tổng quan SIMATIC WinCC Explorer v7.0 14

2.13 Tổng quan PLC S7-300 15

2.14 S7-PLCSIM Simulating Modules v5.5 21

2.15 SIMATIC Manager 21

2.16 Tổng quan Biến tần Siements MicroMaster 440 (MM440) 23

2.17 Tổng quan Profibus 27

2.18 Tổng quan ProfiDriver 28

Chương 3_NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

3.1 Nội dung nghiên cứu 31

3.2 Phương pháp nghiên cứu 31

3.2.1 Phương pháp thiết kế buồng sơn 31

3.2.2 Phương pháp tính toán và chon loại Cyclone 35

3.2.3 Phương pháp thiết kế buồng sấy 37

3.2.4 Phương pháp thiết kế băng tải 40

3.2.5 Phương pháp thiết kế chương trình điều khiển, giám sát 42

Chương 4_KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46

4.1 Khảo sát hệ thống hiện có 46

4.1.1 Cấu tạo hệ thống 46

4.1.2 Nhận xét về hệ thống sơn bằng tay 48

4.2 Thiết kế hệ thống sơn tĩnh điện dạng bột tự động 49

4.2.1 Yêu cầu thiết kế 49

4.2.2 Xây dựng quy trình sơn sấy 49

4.2.3 Bố trí hệ thống 50

4.2.4 Thiết kế các bộ phận cơ khí 52

4.2.4.1 Buồng sơn 52

4.2.4.2 Tay sơn tự động 53

4.2.4.3 Hệ thống thu hồi sơn và lọc khí 56

4.2.4.3 Buồng sấy 59

4.2.4.4 Bộ phận dẫn động 62

4.2.5 Thiết kế bộ phận giám sát điều khiển 66

4.2.5.1 Sơ đồ đấu dây PC-PLC-MM440 66

4.2.5.2 Quá trình điều khiển 72

4.2.5.3 Chương trình điều khiển 73

Chương 5_KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 75

5.1 Kết luận 75

5.2 Đề nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC…… ……… 76

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADC: Analog to Digital Converter

AI: Analog Input

AO: Analog Output

DI: Digital Input

DO: Digital Output

PLC: Programmable Logic Control

WinCC: Windows Control Center

HMI: Human Machine Interface

SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition System

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Hệ thống sơn của công ty Power Cube Electro Controls 4

Hình 2.2: hệ thống sơn tĩnh điện của công ty Sigmalink 5

Hình 2.3: Các thành phần hệ thống sơn tĩnh điện 5

Hình 2.4: Sơ đồ bố trí buồng sơn 6

Hình 2.5: Tay sơn tự động 7

Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động sung phun sơn 8

Hình 2.7: Bộ lọc cyclone 8

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý Cyclone 9

Hình 2.9: Quạt ly tâm gián tiếp 10

Hình 2.10: Cấu trúc buồng sấy 11

Hình 2.11: Biến trở PT100 12

Hình 2.12: Các thành phần của băng tải 13

Hình 2.13: Giao diện khởi động WINCC 14

Hình 2.14: PLC S7-300 CPU 313C-2DP 15

Hình 2.15: Module SM 335 17

Hình 2.16: Sơ đồ kết nối module SM 335 với S7-300 18

Hình 2.17: Cơ đồ khối module SM 335 18

Hình 2.18: Module SM 323 19

Hình 2.19: Sơ đồ kết nối module SM 323 với S7-300 19

Hình 2.20: Sơ đồ khối SM 323 20

Hình 2.21: Kết nối PLC – PC 20

Hình 2.22: Chạy mô phỏng trên PLCSIM 21

Hình 2.23: Khai báo CPU và phần cứng trong SIMATIC Manager 22

Hình 2.24: Chọn kiểu truyền thông và các thông số cho PLC 22

Hình 2.25: Viết chương trình trên SIMATIC Manager 23

Hình 2.26: Biến tần MicroMaster 440 23

Hình 2.27: Sơ đồ khối biến tần M440 24

Hình 2.28: Nguyên lý hoạt động biến tần M440 25

Hình 2.29: Sơ đồ kết nối điều khiển biến tần M440 26

Hình 2.30: Cấu hình Profidriver 29

Hình 3.1: Sơ đồ buồng phun sơn 31

Hình 3.2: Mô hình tay sơn tự động 32

Hình 3.3: Quá trình thiết kế Cylone 35

Hình 3.4: Các chi tiết trong Cyclone 36

Hình 3.5: Sơ đồ bố trí buồng sấy 38

Hình 3.6: Sơ đồ bố trí băng tải 40

Hình 3.7: Sơ đồ kết nối điều khiển 42

Hình 3.8: Các bước thực hiện chương trình trên SIMATIC Manager 43

Hình 3.9: Các bước thực hiện trên WinCC 44

Hình 4.1: Sơ đồ buồng sơn - sấy bằng tay 46

Hình 4.2: Bộ điều khiển nhiệt độ 48

Hình 4.3: Quy trình công nghệ sơn tĩnh điện dạng bột 49

Hình 4.4: Sơ đồ bố trí hệ thống sơn tính điện dạng bột 50

Hình 4.5: Mô hình hệ thống sơn tự động 51

Hình 4.6: Sơ đồ buồng phun sơn 52

Hình 4.7 tay sơn tự động 53

Hình 4.8: Bộ lọc Cyclone 56

Hinh 4.9: Buồng sấy 59

Hình 4.10: Bộ phận kéo xích băng tải 62

Hình 4.11: Lực tác dụng lên băng tải 64

Hình 4.12: Sơ đồ đấu dây các thiết bị 66

Hình 4.13: Sơ đồ đấu dây công tắc hành trình trên tay sơn 66

Hình 4.14: Sơ đồ điều khiển sao/tam giác 67

Hình 4.15: Quá trình điều khiển 72

Hình 4.16: Giao diện thiết kế trên WinCC 73

Hình 4.17: Giao diện điều khiển tự động 73

Hình 4.18: Giao diện điều khiển bằng tay 74

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của S7-300 16

Bảng 2.2: Các module mở rộng của S7-300 16

Bảng 2.3: Chiều dài tối đa cáp RS-485 27

Bảng 2.4: Các kiểu PPO 28

Bảng 4.1: Thông số cài đặt cho biến tần MM440 71

1966 – 1973 bốn loại hóa học khởi điểm - Epoxy, Hybrid, Polyurethane, và TGIC

- được giới thiệu trên thị trường Một vài loại Melamine và Acrylic vẫn chưa thành công

Đầu thập niên 1970 sơn tĩnh điện phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu

Đầu thập niên 1980 phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ và Nhật Giữa thập niên 1980 phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Viễn Đông (thềm Lục Địa Thái Bình Dương)

1985 – 1993 những loại bột sơn mới được giới thiệu trên thị trường Có đủ loại Acrylic và hỗn hợp của những loại bột sơn được tung ra

Hiện nay, ở Việt Nam các nhà máy đã trang bị nhiều hệ thống sơn tự động nhưng phần lớn nhập khẩu linh kiện, thiết bị từ nước ngoài về lắp ráp lại nên chưa phù hợp với năng suất và yêu cầu sản xuất tại Việt Nam Vì vậy chí phí lắp đặt rất cao dẫn đến lợi nhuận thấp và khi hư hỏng gặp nhiều khó khăn trong vấn đề thay mới thiết

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan hệ thống sơn tĩnh điện

Hiếm có một công nghệ hiện đại nào được phát minh và đưa vào sử dụng phục vụ sản xuất, thay thế cho công nghệ cũ mà cho chất lượng cao, vừa hạ giá thành sản phẩm nhưng chi phí đầu tư lúc ban đầu lại như công nghệ cũ – đó là Sơn Tĩnh Điện Sơn tĩnh điện còn được gọi là sơn khô vì tính chất phủ ở dạng bột của nó và khi sử dụng nó sẽ được tích một điện tích (+) khi đi qua một thiết bị được gọi là súng sơn tĩnh điện, đồng thời vật sơn cũng sẽ được tích một điện tích (-) để tạo ra hiệu ứng bám dính giữa bột sơn và vật sơn Sơn Tĩnh Điện là công nghệ không những cho ta những ưu điểm về kinh tế mà còn đáp ứng được về vấn đề môi trường cho hiện tại

và tương lai vì tính chất không có chất dung môi của nó Do đó về vấn đề ô nhiễm môi trường trong không khí và trong nước hoàn toàn không có như ở sơn nước

2.2 Yêu cầu của một hệ thống sơn tĩnh điện

Lợi điểm cũng như yêu cầu của công nghệ sơn tĩnh điện:

a Về kinh tế: 99% sơn được sử dụng triệt để (bột sơn dư trong quá trình phun sơn được thu hồi để sử dụng lại) Không cần sơn lót, làm sạch dễ dàng những khu vực bị ảnh hưởng khi phun sơn hay do phun sơn không đạt yêu cầu Tiết kiệm thời gian hoàn thành sản phẩm

b Về đặc tính sử dụng: quy trình sơn có thể được thực hiện tự động hóa dễ dàng (dùng hệ thống phun sơn bằng súng tự động) Dễ dàng vệ sinh khi bột sơn bám lên

người thực hiện thao tác hoặc các thiết bị khác mà không cần dùng bất cứ loại dung môi nào như đối với sơn nước

c Về chất lượng: tuổi thọ thành phẩm lâu dài, độ bóng cao, không bị ăn mòn bởi hóa chất hoặc bị ảnh hưởng của tác nhân hóa học hay thời tiết Màu sắc phong phú

và có độ chính xác cao

2.3 Các hệ thống sơn trong và ngoài nước

Hệ thống sơn của công ty Power Cube Electro Controls

Hình 2.1: Hệ thống sơn của công ty Power Cube Electro Controls

Hệ thống sơn tĩnh điện của công ty Sigmalink.

Hình 2.2: hệ thống sơn tĩnh điện của công ty Sigmalink 2.4 Các thành phần hệ thống

Hình 2.3: Các thành phần hệ thống sơn tĩnh điện

1 Khu vực treo tải và hạ tải

2 Khu vực tiền xử lý trước khi sơn

3 Buồng sấy

4 Buồng sơn

5 Bộ phận kéo băng tải

6 Băng tải

2.5 Tổng quan buồng sơn

Buồng sơn là nơi phun sơn lên vật sơn đã qua xử lý như: xử lý bề mặt treatment) Làm khô (Drying) Phun sơn (Spray Painting) Sấy (Paint Baking) Các thành phần buồng sơn như hình 2.4:

(Pre-Hình 2.4: Sơ đồ bố trí buồng sơn

1 Khung buồng sơn

2 Tay sơn tự động

3 Cửa sơn bù

4 Máng hứng sơn dư

5 ống hút bụi sơn

6 Bộ lọc thu hồi sơn

7 Sơn được thu hồi

8 Quạt hút bụi sơn

2.6 Tổng quan về tay sơn

Tay sơn là thiết bị phun sơn tự động, trên tay sơn gắn các sung phun sơn chứa các hạt sơn được tích điện

Hình 2.5: Tay sơn tự động

Tùy theo góc mở đầu súng phun, các hạt sơn sẽ bay ra với tốc độ và góc như hình 2.6

Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động súng phun sơn

Máy biến áp tĩnh điện:

Sơn tĩnh điện còn được gọi là sơn khô vì tính chất phủ ở dạng bột của nó và khi

sử dụng nó sẽ được tích một điện tích (+) khi đi qua súng sơn tĩnh điện, đồng thời vật sơn cũng sẽ được tích một điện tích (-) để tạo ra hiệu ứng bám dính giữa bột sơn

Cyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên Không khí vào cyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ Khi xuống tới phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc

và qua ống tâm thoát lên trên

Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý Cyclone

Hạt bụi sơn trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sơn sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài Cyclon Đồng thời, hạt bụi sơn sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt bụi sơn dịch chuyển dần về vỏ ngoài của Cyclon, va chạm với vỏ sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu

Vật liệu chế tạo: được làm bằng thép SS400 có phủ sơn cách nhiệt, hoặc được chế tạo bằng inox 201, 304

Các ưu điểm của Cyclone:

 Xử lý bụi sơn, bụi công nghiệp công nghiệp hiệu suất ~90%

 Không có phần chuyển động

 Có thể làm việc ở áp suất và nhiệt độ cao (đến 5000c)

 Có khả năng thu bụi mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt cyclone

 Thu bụi dạng khô

 Trở lực gần như cố định

 Hiệu quả không phụ thuộc sự thay đổi nồng độ bụi

 Chế tạo đơn giản, rẻ

2.8 Tổng quan quạt hút ly tâm

Hình 2.9: Quạt ly tâm gián tiếp

Quạt ly tâm gián tiếp có hiệu suất cao, lưu lượng lớn, truyền tải không khí có áp

Sử dụng cấp thoát không khí theo đường ống dẫn trong những nhà cao tầng, tầng hầm hay dùng để hút khói, bụi, nhiệt ở những công trình phức tạp mà quạt thông gió hướng trục không thể làm tốt được

2.9 Tổng quan buồng sấy

Hình 2.10: Cấu trúc buồng sấy

Buồng sấy dược dùng để nung vật sơn sau khi phun sơn, vật sơn đi vào buồng sấy

theo băng tải xích ở trên Buồng sấy phải đảm bảo các yêu cầu về nhiệt độ không

quá thấp làm sơn không cháy và không quá cao làm sơn bị cháy

2.10 Tổng quan cảm biến nhiệt PT100

Hình 2.11: Biến trở PT100

PT100 là cảm biến nhiệt công nghiệp với dải nhiệt đo được từ 0-4000C Cảm biến thường dùng trong các lò sấy, nung với độ bền cao Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi giá trị điện trở khi nhiệt độ thay đổi, đầu ra dạng analog với 2 dây dẫn

2.11 Tổng quan băng tải xích

Băng tải dùng để di chuyển vật sơn qua các khâu từ lúc vật sơn được treo lên cho đến khi hoàn thiện Băng tải phải chịu được các yếu tố về nhiệt trong buồng sấy để đảm bảo vận hành tốt Các thành phần băng tải như hình 2.12

Hình 2.12: Các thành phần của băng tải

1 Băng tải vận chuyển

2 Vật sơn treo trên băng tải

3 Ray băng tải

4 Các bánh lăn của băng tải

5 Gá treo vật sơn

2.12 Tổng quan SIMATIC WinCC Explorer v7.0

WinCC là phần mềm hiệu quả trong việc quản lý hệ thống và thu thập dữ liệu Với các tài nguyên có sẵn, việc thiết kế hệ thống điều khiển đơn giản nhanh chóng hiệu quả

Hình 2.13: Giao diện khởi động WINCC

Các thư viện thường được dùng trong thiết kế điều khiển:

 Tag Management: quản lý xuất nhập dữ liệu và tạo các biến nội trong quá trình điều khiển

 Graphics Designer: thiết kế giao diện đồ họa, đây là phần rất quan trọng của WinCC giúp giám sát được hệ thống trong quá trình làm việc

 Menus and Toolbars: thư viện các công cụ chức năng nhằm tiện lợi trong quá trình thiết kế và điều khiển

 Alarm Logging: các thông báo cảnh báo người dùng về trạng thái hệ thống hoặc các lỗi xảy ra khi vận hành

 Report Designer: thực hiện sao lưu và in ấn dữ liệu phuc vụ cho việc báo cáo tổng kết hoạt động sản xuất của nhà máy

2.13 Tổng quan PLC S7-300

Hình 2.14: PLC S7-300 CPU 313C-2DP

PLC S7-300 là sản phẩm thuộc dòng PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản

lý bộ nhớ tốt và kết nối mạng công nghiệp Dùng PLC dòng mới giúp thuận tiện

trong thiết kế và nâng cấp về sau mà không cần thay mới thiết bị Về tính năng,

S7-300 có nhiều cải tiến so với S7-200:

 Dung lượng bộ nhớ lớn, tốc độ truy cập nhanh

 Các module được nối với nhau qua khe cắm

 Ngôn ngữ lập trình đa dạng: STL, LAD, FBD, Graph, Hi-Graph, SCL…

 Khả năng quản lý các module mở rộng lớn

 Thực hiện các phép toán logic và biểu thức logic với ngôn ngữ STL được cải tiến cho phù hợp với cách viết thông thường

 S7-300 sử dụng 2 thanh ghi đặc biệt AR1 và AR2 làm con trỏ, sử dụng hai thanh ghi trung gian ACCU1 và ACCU2 để lưu kết quả khi làm việc với các lệnh Byte, Word, Double Word

 Các thông số kỹ thuật của S7-300 như hình:

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của S7-300

Bảng 2.2: Các module mở rộng của S7-300

Các module mở rộng được dùng trong hệ thống:

Module SM 335: High Speed Analog Input/Output

Hình 2.15: Module SM 335

Module này dùng để nhận tín hiệu Analog từ cảm biến nhiệt độ chuyển thành tín hiệu Digital cho PLC xử lý, đồng thời xuất điện áp 0 – 10V điều khiển tần số cho biến tần điều khiển động cơ Sơ đồ kết nối với CPU và sơ đồ khối lần lượt như hình 2.16 và hình 2.17

Hình 2.16: Sơ đồ kết nối module SM 335 với S7-300

Hình 2.17: Cơ đồ khối module SM 335

Module SM 323: Digital I/O

Hình 2.20: Sơ đồ khối SM 323

Cáp truyền thông PLC và PC (MPI):

SIMATIC PC Adapter USB được dùng để kết nối PC tới giao diện MPI/DP của S7/C7/M7 thông qua USB

Khoảng truyền dữ liệu lớn nhất trong mạng lưới MPI/DP lên tới 12 Mbaud PC Adapter USB cung cấp đường truyền lớn nhất 1,5 Mbauds, có thể sử dụng trong mạng MPI và Profibus Khoảng cách truyền và tốc độ truyền phụ thuộc vào từng loại mạng

2.14 S7-PLCSIM Simulating Modules v5.5

Chương trình mô phỏng với đầy đủ các khối chức năng tương ứng phần cứng đã khai báo trên PLC

Hình 2.22: Chạy mô phỏng trên PLCSIM 2.15 SIMATIC Manager

Phần mềm lập trình cho PLC S7-300, với các hàm và thư viện có sẵn giúp dễ

dàng lập trình và kiểm tra chương trình Ngoài ra nó còn hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình trong đó LAD là ngôn ngữ giúp lập trình theo kiểu mạch điện thuận lợi cho việc xây dựng các hệ thống điều khiển vào/ra

Hình 2.23: Khai báo CPU và phần cứng trong SIMATIC Manager

Liên kết giữa PLC với WINCC và các thiết bị khác thông qua PC Adapter (MPI), địa chỉ = 2, tốc độ truyền 187,5 kbps

Hình 2.24: Chọn kiểu truyền thông và các thông số cho PLC

Lập trình cho PLC S7-300 theo dạng LAD giúp dễ dàng kiểm tra hoạt động và sửa lỗi chương trình

Hình 2.25: Viết chương trình trên SIMATIC Manager

2.16 Tổng quan Biến tần Siements MicroMaster 440 (MM440)

Biến tần là thiết bị biến đổi tần số dòng điện xoay để điều khiển tốc độ và moment cho động cơ

Hình 2.26: Biến tần MicroMaster 440

MM440 là họ biến tần mạnh nhất trong dòng các biến tần tiêu chuẩn Khả năng điều khiển Vector cho tốc độ và Moment với khả năng điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác cao cho các hệ thống quan trọng như: nâng chuyển, định vị…Ngoài ra, các khối logic có sẵn cung cấp sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt các thao tác một cách tự động

Hình 2.27: Sơ đồ khối biến tần M440

Nguyên lý hoạt động của biến tần thể hiện như hình Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 1 chiều Sau đó, điện áp 1 chiều được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng bằng phương pháp điều rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) Với công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn, tần số chuyển mạch xung có thể thay đổi nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ

và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hình 2.28: Nguyên lý hoạt động biến tần M440

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất cao Ngoài ra, biến tần được tích hợp nhiều kiểu điều khiển và bộ điều khiển PID, các chuẩn truyền thông khác nhau giúp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA Sơ đồ kết nối điều khiển và kết nối với động cơ lần lượt như hình 3.24 và hình 3.25

Hình 2.29: Sơ đồ kết nối điều khiển biến tần M440

Biến tần có thể được điều khiển từ giao diện màn hình hoặc điều khiển bằng các đầu vào input như hình

Các đầu vào thường được dùng trên biến tần:

 1,2,3,4 đầu vào tương tự để thay đổi tần số dòng điện xoay chiều

 5 bật/ tắt biến tần

 6 đảo chiều quay động cơ gắn vào biến tần

Ngoài ra còn một kiểu điều khiển rất quan trọng của biến tần đó là Profibus, đây

là kiểu truyền thông giữa biến tần và các hệ thống thông minh trong hệ SCADA giúp quản lý dữ liệu tốt hơn Kiểu truyền thông Profibus có thể điều khiển tốc độ động cơ chính xác và hồi tiếp các trạng thái hoạt động của động cơ và biến tần về thiết bị điều khiển một cách đầy đủ

2.17 Tổng quan Profibus

Cáp truyền thông Profibus là phần Bus truyền Profibus: là phần tử trung gian giữa PLC và biến tần trong việc truyền và nhận dữ liệu Cáp được sử dụng là cáp kết nối RS485

Trong một đường truyền Profibus có tổng số là 124 thiết bị có thể được kết nối Trong một cấu trúc tuyến tính trên 1 độan bus có thể kết nối được 32 thiết bị Nếu muốn kết nối thêm cần đặt các bộ lặp

Chiều dài lớn nhất của cáp phụ thuộc vào tốc độ truyền Trong trường hợp này các bộ lặp RS-485 cũng có thể được cài đặt để tăng chiều dài của 1 đoạn Chiều dài cáp lớn nhất ứng với các tốc độ truyền như bảng sau:

Bảng 2.3: Chiều dài tối đa cáp RS-485

Tốc độ truyền Chiều dài lớn nhất/ đoạn (m)

nó có thể làm việc được trong trường hợp biến tần đã bị ngắt nguồn

Module cũng cung cấp file GDS để tương thích giữa thiết bị chủ và biến tần MicroMaster 4

Module truyền thông cung cấp các kiểu dữ liệu để trao đổi với hệ thống chủ Đó

là các kiểu PPO Tùy thuộc vào lượng dữ liệu cần truyền sẽ sử dụng các loại PPO khác nhau Các loại PPO như bảng 2.4

Profidrive giao tiếp giữa bộ điều khiển (PLC,HMI,PC…) và drive thông qua Control Word và Status Word

Control Word là 1 lệnh số 16 bit, mỗi bit có 1 chức năng cụ thể để điều khiển drive Status Word là biểu thị 1 tổ hợp trạng thái 16 bit Sau khi drive nhận được lệnh điều khiển từ Control Word, drive sẽ thực thi lệnh và trả về Status Word để báo cho người vận hành biết trạng thái của drive

Để điều khiển tốc độ của drive thông qua Main set point và Actual value Main setpoint giống như giá trị speed reference trong drive Actual value là giá trị speed feedback trong drive Các khái niệm cơ bản trong ProfiDriver như sau:

Hình 2.30: Cấu hình Profidriver

Khái niệm PPO:

PPO được gọi là xử lý dữ liệu theo đối tượng ProfiDriver hỗ trợ 5 loại PPO Trong mỗi đối tượng ProfiDriver gồm có 4 đặc tính cơ bản sau :

 Main setpoint

 Actual value

 Profidrive control word

 Profidrive status word

Main setpoint:

Maint setpoint là giá trị tham chiếu tốc độ reference trong ProfiDriver Tầm giá trị

từ -15 bit đến +15 bit và giới hạn -200% đến +200% của giá trị tốc độ cực đại

Actual Value:

Actual Value là giá trị tốc độ phản hồi được định nghĩa trong ProfiDriver Tầm