Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết sử dụng thuật toán điều chế độ rộng xung (PWM) trong PLC S7 1200 để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha một cách linh hoạt. Tốc độ của động cơ được điều chỉnh bằng cách nhập lần lượt các giá trị phần trăm của độ rộng xung trên màn hình giám sát (HMI).
https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.038 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG THUẬT TOÁN PWM VỚI PLC S7 1200 VÀ BIẾN TẦN ATV310 Nguyễn Phương Trà(1), Nguyễn Thành Đoàn(1) (1) Trường Đại học Thủ Dầu Một Ngày nhận 20/02/2020; Ngày gửi phản biện 28/02/2020; Chấp nhận đăng 25/05/2020 Liên hệ email : tranp@tdmu.edu.vn https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.038 Tóm tắt Trong lĩnh vực tự động hóa, dây chuyền sản xuất đòi hỏi việc thay đổi tốc độ cách liên tục, linh hoạt, xác hiệu Bất kỳ thay đổi tốc độ không mong muốn gây thiệt hại lớn kinh tế trình sản xuất tạo nhiều sản phẩm lỗi Do đó, điều khiển tốc độ động nhiệm vụ sống nhà máy Nghiên cứu nhằm thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động sử dụng kết hợp thiết bị gồm điều khiển Logic lập trình (PLC) biến tần (Drive) thơng qua tín hiệu analog PLC Bài báo sử dụng thuật toán điều chế độ rộng xung (PWM) PLC S7 1200 để điều khiển tốc độ động không đồng ba pha cách linh hoạt Tốc độ động điều chỉnh cách nhập giá trị phần trăm độ rộng xung hình giám sát (HMI) Hệ thống điều khiển tốc độ động thực cách linh hoạt, xác hiệu Ngồi hệ thống cịn có khả điều khiển đảo chiều động cơ, thu thập thông số tốc độ, tần số, hiển thị kết điều khiển giám sát hình giao diện HMI Nghiên cứu cung cấp giải pháp tối ưu cho cho điều khiển tốc độ động cơ, giúp nâng cao hiệu hệ thống tự động hóa sản xuất, phục vụ hiệu cho q trình sản xuất cơng tác đào tạo nhà trường giai đoạn Từ khóa: hệ thống tự động, thuật tốn điều khiển Abstracts SPEED CONTROL OF MOTORS BY ALGORITHM PWM WITH PLC S7 1200 AND DRIVE ATV310 In the field of automation, the production lines require speed to be changed flexibly and accurately Any unwanted speed changes will cause great economic losses due to the manufacturing process producing many defective products Therefore, controlling the dynamic speed is an important task of factories This study aims to design a motor speed control system using a combination of devices including programmable logic controllers and drives through the PLC's analog signals The 94 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(46)-2020 paper uses pulse width modulation algorithm in PLC S7 1200 to control three-phase asynchronous motor speed flexibly The motor speed is adjusted by inputting the percentage values of the pulse width on the monitor screen Through experimentation, the motor speed control system is implemented flexibly, accurately and efficiently In addition, the system also has the ability to control the engine reversals, collect parameters on speed, frequency, display results and monitor control on the interface screen This study provides an optimal solution for motor speed control, helping to improve the efficiency of the automation system in production, effectively serving the production process as well as in the PLC training work Đặt vấn đề Trong thị trường cạnh tranh toàn cầu ngày nay, Tự động hóa sản xuất nhu cầu cấp thiết để doanh nghiệp tồn phát triển Các nhà máy tìm cách giảm thiểu việc điều khiển máy móc thủ cơng đồng thời tăng cường sản xuất cách tự động Các hệ thống tự động công nghiệp thường sử sụng thiết bị PLC, biến tần để điều khiển tốc độ động giám sát hệ thống chúng có nhiều ưu tiết kiệm lượng, dòng khởi động động thấp, lắp đặt đơn giản, vận hành ổn định tin cậy Các nghiên cứu điều khiển tốc độ động giới tập trung theo hai xu hướng Xu hướng điều khiển tốc độ đề xuất nghiên cứu giải vấn đề điều khiển tốc độ động sử dụng thuật tốn PLC máy tính Trong (Ahir, 2011), tác giả đề xuất phương pháp thay đổi tốc độ động thơng qua thuật tốn PWM PLC Bài báo thực nghiên cứu kết nối PLC máy tính chưa sử dụng thiết bị biến tần cho động Một nghiên cứu khác (Pandey & Bhatt, 2015), tác giả đề xuất phương pháp sử dụng thuật toán PID PLC để điều khiển ổn định tốc độ động Bài báo thực thử nghiệm điều khiển, thu thập liệu ghi lại nhật ký Xu hướng thứ hai điều khiển tốc độ nghiên cứu hệ thống điều khiển tốc độ động sử dụng PLC kết nối với biến tần (Zajmović, Salkić, & Stanić, 2012) Trong hệ thống này, tác giả thực kết nối PLC với biến tần 5.5 kW Schneider Altivar ATV312HU55N4 thông qua giao thức Modbus TCP/IP Trong (Dorjee, 2014) nghiên cứu việc điều khiển biến tần thông qua PLC Tuy nhiên, báo chưa sử dụng thuật toán PLC để cung cấp tín hiệu cho biến tần Trong (Tiwari, Singh, Dixit, & Sen, 2016) tác giả đề xuất điều khiển tốc độ phương pháp V/F biến tần Bên cạnh kết đạt hướng nghiên cứu cịn tồn số hướng tiếp tục nghiên cứu như: Một số hệ thống chưa sử dụng thuật toán điều khiển PLC PWM, PID; số hệ thống chưa sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ cách liên tục tiết kiệm lượng; số hệ thống chưa sử dụng SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) để điều khiển giám sát hình HMI Nghiên cứu thực hệ thống điều khiển giám sát tốc độ động sử dụng thuật toán PWM PLC S7 1200 Hệ thống bao gồm PLC S7 1200, 95 https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.038 biến tần ATV310, động không đồng pha máy tính sử dụng hình HMI Trong đó, PLC S7 1200 giữ vai trị tạo tín hiệu điều khiển tốc độ cung cấp cho biến tần Biến tần nhận tín hiệu từ PLC thơng qua ngõ vào analoge AI1 để thay đổi tốc độ động không đồng ba pha Máy tính sử dụng làm hình giao diện HMI để nhập thơng số điều khiển, giám sát hiển thị kết Kết nghiên cứu cung cấp giải pháp hiệu để điều khiển tốc độ động công nghiệp, đồng thời cung cấp tài liệu phục vụ cho hoạt động đào tạo lĩnh vực tự động hóa Cơ sở khoa học phương pháp Giới thiệu PWM: Điều chế độ rộng xung (PWM) kỹ thuật để điều khiển mạch tương tự với đầu kỹ thuật số xử lý PWM sử dụng nhiều ứng dụng từ đo lường truyền thông đến điều khiển chuyển đổi lượng (Barr, 2001; Bora, 2005) Phương pháp PWM PLC S7 1200: Trong chế độ điều chế độ rộng xung, đầu cấu hình tương ứng cung cấp tín hiệu đầu điều chế độ rộng xung Điều chế độ rộng xung đặc trưng chu kỳ xung hệ số nhiệm vụ (duty factor) Hệ số nhiệm vụ mơ tả mối quan hệ thời gian làm việc xung chu kỳ xung Thời gian làm việc xung tính từ chu kỳ hệ số nhiệm vụ: Thời gian ON xung = hệ số nhiệm vụ x chu kỳ Ví dụ hệ số nhiệm vụ 50% chu kỳ 10ms: Thời gian ON xung 0,5 x 10ms = 5ms Tín hiệu đầu tín hiệu sóng vng (chuỗi xung bật tắt) Hình 1.Dạng sóng tín hiệu ngõ dạng xung vuông PLC Chu kỳ T; Thời gian ON; điện áp ngõ PLC tính: (1.1) Ta thay đổi giá trị độ rộng xung (Thời gian ON) theo phần trăm khác để thay đổi điện áp ngõ PLC Nghiên cứu sử dụng tín hiệu ngõ cơng thức (1.1) cấp cho đầu vào analog biến tần để điều khiển tốc độ động thông qua biến tần 96 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(46)-2020 Hệ thống điều khiển giám sát tốc độ sử dụng PWM Giới thiệu cấu trúc hệ thống: Toàn hệ thống chia thành hai phần: phần cứng phần mềm Các thiết bị liệt kê bảng hệ thống có sơ đồ hình Bảng Danh sách thiết bị Số TT Tên linh kiện Số lượng PLC S7 1200 1214C DC/DC/DC Động không đồng pha 0,75 kW Biến tần ATV310 Hình Sơ đồ khối hệ thống Đấu nối cài đặt phần cứng: Hình mơ tả cấu tạo mơ hình, gồm thành phần chính: Bộ PLC S7 1200 biến tần ATV310 kết nối với động không đồng pha Bảng Cài đặt thông số cho biến tần STT 10 Thông số 301 401 501.0 501.1 512.0 512.2 204 307 404 503 Giá trị cài đặt 00 01 3.0 3.0 50 10U 1500 01 L2H 97 Ý nghĩa 50Hz Nhận tín hiệu từ PWM PLC Thời gian tăng tốc Thời gian giảm tốc Tốc độ thấp Tốc độ cao theo tần số Ngõ vào 0-10VDC Tốc độ định mức Đảo chiều LI2 Hoạt động https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.038 Hình Hệ thống điều khiển động tốc độ động Thiết kế phần mềm: Begin Khởi tạo PWM cài đặt thông số Biến tần No Kiểm tra ngõ phát xung PLC ` Yes Độ rộng xung mặc định(%) Nhập độ rộng xung theo yêu cầu(%) Motor End Hình Lưu đồ chương trình 98 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(46)-2020 Thử nghiệm kết Chúng thực kết nối phần cứng PLC biến tần động cơ; Khai báo địa cài đặt thơng số cho biến tần Lập trình điều khiển giám sát thông số tần số tốc độ động hình HMI Trong hệ thống thực điều khiển động chạy thuận, chạy nghịch thay đổi tốc độ động cách linh hoạt cách nhập độ rộng xung thay đổi từ đến 100% xuất kết tốc độ tần số hình (hình 5) Hình Màn hình điều khiển giám sát hệ thống Kết luận Điều khiển tốc độ vấn đề cốt yếu hệ thống điều khiển công nghiệp Trong nghiên cứu này, thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ vô linh hoạt tin cậy với thiết bị chuyên dụng công nghiệp PLC biến tần Hệ thống chúng tơi có chi phí thấp, hiệu dễ thực Phương pháp thảo luận báo áp dụng cho nơi có sử dụng động khơng đồng ba pha Tốc độ điều khiển liên tục theo yêu cầu sản xuất thông qua giao hình nhập xuất liệu hình Tuy nhiên, hệ thống chưa thực điều khiển tốc độ tải thay đổi Trong tương lai, tiếp tục ổn định tốc độ động phương pháp PID điều khiển từ xa thơng qua mạng wifi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ahir, J (2011) Design and Development of PLC and SCADA Based Control Panel for Continuous Monitoring of 3-Phase Induction Motor Paper presented at the National Conference on Recent Trends in Engineering & Technology 99 https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.038 [2] Barr, M (2001) Pulse width modulation Embedded Systems Programming, 14(10), 103104 [3] Bora, G C (2005) Pulse width modulation (PWM) technique in precision anhydrous ammonia application and its valve durability: Kansas State University [4] Dorjee, R G (2014) Monitoring and control of a variable frequency drive using PLC and SCADA International Journal on Recent and Innovation Trends in Computing and Communication, 2(10), 3092-3098 [5] Pandey, R., & Bhatt, N (2015) Industrial Burner Automation based on PLC HMI & SCADA International Journal for Scientific Research and Development, 3(9) [6] Tiwari, A., Singh, A P., Dixit, A., & Sen, D (2016) PLC Application for Speed Control of Induction Motors Through VFD Global Journal of Advanced Engineering Technologies, 5(1-2016) [7] Zajmović, M., Salkić, H., & Stanić, S (2012) Management of Induction (Asynchronous) Motors Using PLC JITA-JOURNAL OF INFORMATION TECHNOLOGY AND APLICATIONS, 4(2) 100 ... nối phần cứng PLC biến tần động cơ; Khai báo địa cài đặt thông số cho biến tần Lập trình điều khiển giám sát thơng số tần số tốc độ động hình HMI Trong hệ thống thực điều khiển động chạy thuận,... hai điều khiển tốc độ nghiên cứu hệ thống điều khiển tốc độ động sử dụng PLC kết nối với biến tần (Zajmović, Salkić, & Stanić, 2012) Trong hệ thống này, tác giả thực kết nối PLC với biến tần. .. hình HMI Trong đó, PLC S7 1200 giữ vai trị tạo tín hiệu điều khiển tốc độ cung cấp cho biến tần Biến tần nhận tín hiệu từ PLC thơng qua ngõ vào analoge AI1 để thay đổi tốc độ động khơng đồng ba