Giáo trình PLC nâng cao với mục tiêu giúp cho các đối tượng học sinh, sinh viên học nghề có thể tiếp cận dễ dàng hơn những kiến thức nâng cao bộ điều khiển khả trình này qua đó có thể ứng dụng giải quyết những bài toán phức tạp hơn trong tương lai.
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH PLC NÂNG CAO Hà Tĩnh, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Tự động hóa công nghiệp dân dụng ngày phát triển Bộ não hệ thống tự động hóa điều khiển lập trình.Việc học tập nghiên cứu điều khiển lập trình vận hành nhu cầu cấp thiết học sinh, sinh viên ngành kỹ thuật Và giáo trình PLC trước tác giả đời nhằm mục đích tạo tài liệu học tập loại PLC hệ Siemens đáp ứng nhu cầu học sinh sinh viên Tuy nhiên kiến thức giáo trình PLC chưa giải hết toán phức tạp đặt thực tiễn Vì giáo trình đời với mục tiêu giúp cho đối tượng học sinh, sinh viên học nghề tiếp cận dễ dàng kiến thức nâng cao điều khiển khả trình qua ứng dụng giải toán phức tạp tương lai Tài liệu chia làm bài, giới thiệu kiến thức nâng cao PLC HMI Siemens Mỗi phần lý thuyết cịn bổ sung thêm ví dụ minh họa tốn điều khiển ngồi thực tế giúp cho học sinh sinh viên nắm rõ loại PLC HMI Dù cố gắng nhiên tài liệu tránh khỏi sai sót Rất mong góp ý chân thành quý đọc giả để giúp tài liệu ngày hoàn thiện Mọi ý kiến góp ý xin gửi địa email dosinguyenbkdn@gmail.com Xin chân thành cảm ơn Hà Tĩnh, ngày 20 tháng 05 năm 2020 Tham gia biên soạn Đỗ Sĩ Nguyên - Chủ biên CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: PLC nâng cao Mã mơ đun: MĐ18 Thời gian thực mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 43 giờ; Kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun PLC nâng cao thực sau sinh viên học xong tất môn học mô đun sở chuyên môn nghề liên quan như: Trang bị điện, PLC bản, Kỹ thuật cảm biến, Lắp cài đặt biến tần - Tính chất: Là mô đun phần chuyên môn nghề II Mục tiêu mơ đun: - Về kiến thức: Trình bày nguyên lý điều khiển động KĐB pha thông qua PLC biến tần tín hiệu số tín hiệu Analog; - Về kỹ năng: Thiết kế giao diện điều khiển HMI; Lắp đặt lập trình mạch điện điều khiển động KĐB pha thông qua PLC biến tần tín hiệu số tín hiệu Analog; Cài đặt tham số biến tần; Sửa chữa lỗi phát sinh q trình hồn thiện sản phẩm; - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình trình thực hành III Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Thời gian(giờ) Số Tên mơ đun TT Bài 1: Màn hình điều khiển HMI Tổng quan hình điều khiển HMI Thiết kế giao diện HMI 2.1 Button 2.2 Switch Tổng Lý số thuyết 12 Thực hành, thí Kiểm nghiệm, thảo tra luận, tập 2.3 I/O field 2.4 Symbolic I/O field Bài 2: Lập trình sử dụng chương trình FB/FC Lập trình với chương trình FC 16 11 24 17 60 15 43 2 Khối liệu Data Block Lập trình với chương trình FB Bài 3: Xử lý tín hiệu Analog 1.Giới thiệu tín hiệu Analog Đấu nối tín hiệu Analog Lập trình xử lý tín hiệu Analog 3.1 Lập trình đọc tín hiệu Analog 3.2 Lập trình xuất tín hiệu Analog Bài : Lập trình điều khiển động KĐB pha thơng qua biến tần Giới thiệu biến tần Các phương pháp điều khiển biến tần sử dụng PLC Lập trình điều khiển biến tần tín hiệu số Lập trình điều khiển biến tần tín hiệu analog Cộng BÀI 1: MÀN HÌNH ĐIỀU KHIỂN HMI I Mục tiêu học - Trình bày bước thiết lập dự án lập trình sử dụng HMI phần mềm Tia Portal; - Thiết lập dự án lập trình sử dụng HMI phần mềm Tia Portal; - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình trình II Nội dung Tổng quan hình điều khiển HMI 1.1 Định nghĩa - HMI từ viết tắt Human-Machine-Interface, nghĩa thiết bị giao tiếp người điều hành máy móc thiết bị Nói cách xác, cách mà người “giao tiếp” với máy móc qua hình giao diện HMI 1.2 Vị trí ứng dụng - Trong hệ thống tự động hóa tồn diện HMI đứng vị trí cấp điều khiển giám sát: - Một số ứng dụng HMI là: Hỗ trợ người vận hành điều khiển cách trực quan trình hoạt động máy nói riêng hệ thống nhà máy nói chung; Giám sát, thu thập, báo cáo lưu trữ liệu sản xuất nhà máy nhằm hỗ trợ việc quản lý khai thác cách hiệu máy sản xuất đóng góp vào việc tăng hiệu suất chất lượng sản phẩm; Hỗ trợ cảnh báo cố xảy cho người vận hành, giúp cho trình bảo trì bảo dưỡng diễn thuận lợi Đảm bảo tính an tồn vận hành sản xuất… 1.3 Phân loại HMI thường có hai loại là: HMI tảng PC, hình máy tính hiển thị giao diện điều khiển giám sát hệ thống SCADA DCS; HMI tảng nhúng, hình điều khiển giám sát riêng lẻ đặt tủ điện ist: Hoàn thiện thiết kế: Kết sản phẩm: BÀI 2: LẬP TRÌNH SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH CON FB/FC I Mục tiêu bi học - Trình bày ưu điểm việc lập trình sử dụng chương trình FB/FC; - Lập trình chương trình PLC sử dụng chương trình FB/FC; - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình trình II Nội dung Hệ điều hành chương trình ứng dụng Mỗi CPU có chứa hệ điều hành để tổ chức quản lý việc thực thi chương trình, trình tự hoạt động CPU độc lập với tác vụ điều khiển Nhiệm vụ hệ điều hành thực công việc sau: Thực warm restart Cập nhật nhớ process image ngõ vào ngõ Thực chương trình Thực thi chương trình ngắt gặp kiện ngắt Phát xử lý lỗi xảy Quản lý vùng nhớ Chương trình tạo để thực tác vụ cần điều khiển Nhiệm vụ chương trình sau: Kiểm tra điều kiện để thực warm restart khối khởi động Thực thi nhiệm vụ chương trình Thực thi chương trình ngắt gặp kiện ngắt Xử lý lỗi xảy thực chương trình Khối tổ chức (Organization Block) Khối tổ chức tạo giao tiếp hệ điều hành chương trình ứng dụng.Nó gọi từ hệ điều hành thực nhiệm vụ sau: Xử lý chương trình theo chu kỳ(Ví dụ OB1) Startup characteristics of the controller Xử lý chương trình ngắt Xử lý lỗi phát sinh Mỗi project cần có tối thiểu khối tổ chức (OB1) Khi kiện xảy ra, trình tự hoạy động khối OB cs thể xảy sau: Nếu OB gán cho kiện, kiện kích hoạt việc thực thi OB gán Nếu mức độ ưu tiên OB gán lớn mức ưu tiên OB thực thi, thực thi (ngắt) Nếu không, OB gán đợi OB ưu tiên cao thực thi hoàn toàn Nếu bạn chưa gán OB cho kiện, phản ứng hệ thống mặc định thực Bộ nhớ Process image chương trình vịng qt Khi thực chương trình CPU khơng trực tiếp truy cập vào mơ đun vào/ra mà truy cập thông qua mộ vùng nhớ gọi process image.Tiến trình thực sau: Bắt đầu vịng qt, chương trình gửi thơng điệp để kiểm tra trạng thái tín hiệu ngõ vào vật lý Trạng thái ngõ vào cập nhật nhớ process image of the inputs (PII) Bằng việc đọc nội dung nhớ CPU xác định trạng thái ngõ vào Sau đọc trang thái tín hiệu ngõ vào xong CPU thực thi lệnh chương trình kết trạng thái ngõ cập nhật vào nhớ process image of the outputs (PIQ) Kết thúc vòng quét vùng nhớ process image of the outputs (PIQ) chuyển trạng thái ngõ vào mô đun ngõ vật lý để thực thi đóng cắt cổng Và trình tự diễn liên tục dừng chương trình vịng qt Chú ý: Thời gian để CPU cần để thực thi chu trình gọi chu kỳ quét.Thời gian phụ thuộc vào độ dài chương trình hiệu CPU Hàm (Functions) Định nghĩa: Hàm (FC) đoạn chương trình để thực thi nhiệm vụ cụ thể Chức năng: Khi gọi hàm thực thi đoạn chương trình có sẵn sử dụng cần thực tác vụ lặp lặp lại Ví dụ: Hàm xử lý tốn học Hàm xử lý kỹ thuật Hàm xử lý quy trình… Một hàm gọi nhiều lần thời điểm khác chương trình Ví dụ: Xậy dựng hàm điều khiển tay cho trạm phân loại sử dụng băng tải mô tả sau: Trạm phân loại sử dụng băng tải cấp điện cơng tắc nguồn Q0, bật Q0 rơ le K0 tác động đưa tín hiệu báo có nguồn PLC Trạm phân loại có hai chế độ hoạt động tay “Manual” tự động “Auto” lựa chọn công tắc S0 (Manual =0, Auto = 1) Trong chế độ tay “Manual” băng tải chạy thỏa mãn điều kiện sau: Tín hiệu cho phép băng tải chạy mức logic “1” Công tắc chọn chế độ vị trí Manual Một hai nút nhấn S3 (quay thuận) S4 (quay ngược) nhấn, nhả băng tải dừng Cơng tắc dừng khẩn cấp chưa tác động Tín hiệu cho phép băng tải chạy mức logic “1” thoãn mãn điều kiện sau: Cơng tắc nguồn bật Xy lanh M4 trạng thái thu Hai nút nhấn S3 S4 không nhấn lúc Địa Kiểu liệu Ký hiệu I 0.0 BOOL A1 Chức Công tắc dừng khẩn Ghi NC I 0.1 BOOL K0 Cơng tắc nguồn NO I 0.2 BOOL S0 Công tắc chọn chế độ Manual/Auto (Manual =0, Auto = 1) I 0.5 BOOL B1 I 1.4 BOOL S3 I 1.5 BOOL S4 Q 0.0 BOOL -Q1 Cảm biến xy lanh M4 thu Nút nhấn cho băng tải quay thuận chế độ manual Nút nhấn cho băng tải quay ngược chế độ manual NO NO NO Băng tải quay thuận Căn vào yêu cầu toán ta xây dựng hàm điều khiển băng tải chế độ tay đặt tên “Manual_mode” Bước 1: Xác định tham số đầu vào đầu hàm Các tham số đầu vào hàm “Manual_mode” điều kiện để băng tải chạy chế độ tay.Cụ thể là: Tín hiệu từ cơng tắc lựa chọn chế độ Tín hiệu cho phép băng tải chạy Tín hiệu chạy băng tải Tín hiệu dừng khẩn Tham số đầu hàm “Manual_mode” tín hiệu để kích hoạt cơng tắc tơ điều khiển băng tải.Như để điều khiển băng tải chạy hai chiều ta sử dụng hàm FC1 tham số gán vào khác tương ứng với chiều quay Input Kiểu liệu Ghi Bật chế độ manual BOOL Đưa vào tín hiệu chọn chế độ hoạt động cho băng tải Tín hiệu chạy băng tải BOOL Đưa vào tín hiệu để băng tải chạy Tín hiệu cho phép băng tải chạy BOOL Điều kiện để băng tải chạy Tín hiệu dừng khẩn BOOL Tín hiệu dừng khẩn băng tải BOOL Ngõ công tắc tơ điều khiển băng tải Output Băng tải chạy Bước 2: Xây dựng hàm Mở rộng Program blocks => Add new block để tạo hàm Cửa sổ Add new Dựa theo tài liệu nhà sản xuất tín hiệu analog đấu nối từ cảm biến đến PLC sau: Đối với cảm biến analog ngõ dạng áp (0 – 10V): có dây dương (+) âm (-) đấu hai chân dương (+) âm (-) tương ứng PLC mô đun Analog Đối với cảm biến analog ngõ dạng dịng (0/4-20mA): có loại dây, dây có cách đấu sau: Ví dụ: Đấu nối tín hiệu analog cảm biến siêu âm ngõ analog với CPU 1214C Nếu sử dụng ngõ ananlog dạng áp (0 – 10V) đấu trực tiếp với ngõ vào Analog CPU: Nối chung nguồn cấp cho PLC cảm biến Nối chân số cảm biến vào chân AI0 PLC Nối chân số cảm biến vào chân 2M PLC Nếu sử dụng ngõ ananlog dạng dịng (4 – 20mA) ta đấu trực tiếp với ngõ vào Analog CPU mà phải gắn thêm signal board SB 1231AI mô đun mở rộng analog input SM 1231 AI: Nối chung nguồn cấp cho PLC cảm biến Nối chân R với chân 0+ Nối chân số cảm biến vào chân 0+ lại signal board Nối chân số cảm biến vào chân 0- signal board 2.1 Đấu nối tín hiệu ngõ analog Dựa theo tài liệu nhà sản xuất tín hiệu ngõ analog đấu nối từ PLC đến thiết bị chấp hành: Chân 0M (Analog output) đấu nối với chân analog input AI- thiết bị cần điều khiển Chân 0/1 (Analog output) đấu nối với chân analog input AI+ thiết bị cần điều khiển Ví dụ: Đấu nối tín hiệu ngõ analog PLC S7-1200 CPU 1215C với biến tần Danfoss FC51 Ngõ analog CPU 1215C Hướng dẫn đấu nối Nối chân 2M PLC với chân 55 biến tần Nối chân AQ0 PLC với chân 60 biến tần (Lưu ý: Ngõ analog PLC S7-1200 CPU 1215C ngõ dạng dịng (0/4 – 20mA) Lập trình xử lý tín hiệu Analog 3.1 Các hàm xử lý tín hiệu analog 3.1.1 Hàm Normal_X Ký hiệu: Ví dụ: Lệnh NORM_X dùng để chuyển đổi giá trị đầu vào nằm giới hạn [Min, Max] với ngõ thay đổi tuyến tính giới hạn [0.0, 1.0] Cơng thức tốn học lệnh NORM_X là: OUT = (VALUE – MIN) / (MAX-MIN) Các tham số lệnh NORM_X: Tham số Khai báo EN Input BOOL ENO Output BOOL MIN Input VALUE Input Kiểu liệu Integers, floatingpoint numbers Integers, floatingpoint numbers Vùng nhớ Mô tả I, Q, M, D, L or constant I, Q, M, D, L I, Q, M, D, L or constant I, Q, M, D, L or constant Ngõ vào cho phép hoạt động Ngõ cho phép hoạt động Giới hạn giá trị Giá trị đưa vào MAX Input OUT Output Integers, floatingpoint numbers Floating-point numbers I, Q, M, D, L or constant I, Q, M, D, L Giới hạn giá trị Kết đầu nằm giới hạn [0.0, 1.0] Đồ thị biểu diễn hoạt động lệnh NORM_X 3.1.2 Hàm Scale_X Ký hiệu: Ví dụ: Lệnh SCALE_X dùng để chuyển đổi giá trị ngõ vào VALUE sang tầm giá trị phù hợp với yêu cầu sử dụng Khi hàm SCALE thực giá trị VALUE chuyển đổi nằm giới hạn [Min, Max] lưu trữ vào vùng nhớ OUT Cơng thức tốn học lệnh SCALE_X là: OUT = [VALUE * (MAX – MIN)] + MIN Các tham số lệnh SCALE_X: Tham số Khai báo EN Input BOOL ENO Output BOOL MIN Input VALUE Input MAX Input OUT Output Kiểu liệu Integers, floatingpoint numbers Integers, floatingpoint numbers Integers, floatingpoint numbers Floating-point numbers Vùng nhớ Mô tả I, Q, M, D, L or constant I, Q, M, D, L I, Q, M, D, L or constant I, Q, M, D, L or constant I, Q, M, D, L or constant I, Q, M, D, L Ngõ vào cho phép hoạt động Ngõ cho phép hoạt động Giới hạn giá trị value Giá trị ngõ vào Giới hạn giá trị value Kết đầu trả giới hạn [Min, Max] Đồ thị biểu diễn hoạt động lệnh SCALE_X 3.2 Lập trình đọc tín hiệu Analog 3.2.1 Cơ sở lý thuyết Trong thực tế có nhiều cảm biến đọc tín hiệu tương tự như: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến siêu âm, cảm biến màu, cảm biến lưu lượng… cảm biến trả tín hiệu tương tự chuẩn như: Tín hiệu dịng điện: 0/4 – 20mA Tín hiệu điện áp: ±10V, 0-10V, ±5V, 0-5V Tín hiệu tương tự trả từ cảm biến qua mô đun đọc analog ADC chuyển đổi sang dạng số Interger Và đồ thị biểu diễn mối quan hệ giá tri cần đo thực tế giá trị chuyển đổi mô đun analog Với: Hi_Lim giá trị đo lớn cảm biến thu Lo_Lim giá trị nhỏ cảm biến thu K1 giá trị chuyển đổi tương ứng với giá trị Lo_Lim K2 giá trị chuyển đổi ứng với giá trị Hi_Lim Từ đồ thị ta thấy tín hiệu Analog trả tín hiệu tuyến tính, từ viết phương trình tính tốn giá trị analog đo từ tín hiệu cảm biến sau: OUT = [((Float(IN) - K1)/(K2-K1)) * (Hi_Lim – Lo_Lim)] + Lo_Lim Trong đó: OUT : Là giá trị thực tế cần đo (Lo_Lim ≤ OUT ≤ Hi_Lim) IN: giá trị sau chuyển đổi mô đun đọc analog Dựa vào công thức lệnh NORM_X SCALE_X kết hợp hai lệnh để tạo thuật tốn chuyển đổi tín hiệu analog sau: 3.2.2.Yêu cầu công nghệ: Một cảm biến siêu âm dùng để đo mức nước bồn chứa, giá trị mức nước giám sát từ 0.2 m đến 5m ứng với giá trị analog từ cảm biến trả – 10V Xây dựng chương trình giám sát mức nước bồn chứa hiển thị HMI Muốn đo mức nước bồn chứa ta phải đọc giá trị tín hiệu analog trả từ cảm biến Mặt khác giá trị analog trả từ cảm biến qua chuyển đổi chuyển thành giá trị số theo quy định Siemens CPU sau đọc giá trị chuyển đổi từ địa ngõ vào analog Giá trị analog đọc PLC chuyển đổi thành giá trị số kiểu Int Giá trị nằm khoảng từ – 27648 tương ứng với – 10V theo quy định Siemens: 3.2.3 Hướng dẫn lập trình Bước 1: Khởi tạo project với PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bước 2: Truy cập phần cứng CPU để kiểm tra địa ghi analog input: Device configuration Device view CPU…Properties AI I/O Address PLC S7-1200 CPU 1214C có hai ngõ vào analog AI AI tương ứng có hai ghi chứa giá trị chuyển đổi từ mơ đun analog Địa hai ghi IW64 IW66 Bước 3: Khai báo tag theo u cầu tốn Khai báo tag Tín hiệu analog ngõ vào với địa IW64 (Địa bắt đầu ghi analog input) Khởi tạo Data block đặt tên Data_analog để lưu trữ giá trị thực tế cần giám sát: Bước 4: Tạo Function đặt tên là: Đo giá trị mức nước [FC5] viết chương trình Khai báo tham số cho Function: Viết chương trình cho Function: Bước 5: Gọi hàm gán tham số tương ứng Bước 6: Xây dựng giao diện giám sát HMI: 3.3 Lập trình xuất tín hiệu Analog 3.3.1 Cơ sở lý thuyết Để xuất tín hiệu analog PLC S7-1200 CPU 1214C cần phải gắn thêm mô đun signal board analog output Mơ đun có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị số t khoảng từ – 27648 sang giá trị điện áp (0 – 10V) dòng điện (0/4 – 20mA) Tương tự mô đun đọc tín hiệu analog mơ đun xuất tín hiệu analog chuyển đổi giá thị theo hàm số tuyến tính đồ thị biểu diễn mối quan hệ giá trị cần điều khiển thực tế giá trị chuyển đổi mô đun analog: Với: Hi_Lim giá trị thực tế lớn cần điều khiển Lo_Lim giá trị thực tế nhỏ cần điều khiển K1 giá trị ghi analog output tương ứng với giá trị Lo_Lim K2 giá trị ghi analog ứng với giá trị Hi_Lim Từ đồ thị viết phương trình tính tốn giá trị ghi analog output theo giá trị thực tế cần điều khiển sau: OUT = [(Value – Lo_Lim) / (Hi_Lim – Lo_Lim) * (K2 – K1)] + K1 Trong đó: OUT : Là giá trị ghi analog output (K1 ≤ OUT ≤ K2) IN: giá trị thực tế cần điều khiển (Lo_Lim ≤ IN ≤ Hi_Lim) Dựa vào công thức lệnh NORM_X SCALE_X kết hợp hai lệnh để tạo thuật tốn xuất tín hiệu analog sau: Giá trị thực tế Giá trị cần điều khiển ghi analog output 3.2.2 Yêu cầu công nghệ: Cho hệ thống bơm nước tự động vào bể chứa(5m), với tốc độ bơm (0% 100%) điều khiển tín hiệu analog Mực nước giám sát cảm biến siêu âm ngõ analog Nếu mức nước 0.2m bơm tự động bật hoạt động với tốc độ 100% , mức nước đạt 2.5m bơm giảm tốc độ cịn 50% đầy bể chứa bơm tự động dừng lại Viết chương trình điều khiển tốc độ bơm 3.2.3 Hướng dẫn lập trình Bước 1: Khởi tạo project với PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bước 2: Cấu hình phần cứng với signal board analog output SB1232 AQ Vào phần Hardware catalog để thêm vào signal board Mở rộng Signal board AQ Chọn signal board analog SB1232 AQ Kéo thả signal board vào CPU Kiểm tra địa ghi analog output cách kích đúp vào signal board Địa ghi analog output QW80 Bước 3: Khai báo tag theo yêu cầu tốn Khai báo tag Tín hiệu analog ngõ vào với địa IW64 Khai báo tag Thanh ghi analog output với địa QW80 Khởi tạo Data block đặt tên Data_analog để lưu trữ giá trị thực tế cần giám sát: Bước 4: Tạo Function đặt tên là: Đo giá trị mức nước [FC5] viết chương trình điều khiển Khai báo tham số cho Function: Viết chương trình cho Function: Bước 5: Tạo Function đặt tên là: Điều khiển tốc độ bơm nước [FC4] viết chương trình điều khiển Khai báo tham số cho Function: Viết chương trình cho Function: Bước 6: Gọi hàm gán tham số tương ứng Bước 6: Hồn thiện chương trình điều khiển Gọi function đọc giá trị mức nước: Bật bơm cho chạy tốc độ 100% mức nước 0.2m: Cho bơm chạy tốc độ 50% mức nước đạt 2.5m: Tự động tắt bơm nước đầy: Gọi hàm điều khiển tốc độ bơm: BÀI 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB PHA THƠNG QUA BIÊN TẦN I Mục tiêu học - Trình bày nguyên lý điều khiển động KĐB pha thơng qua PLC biến tần tín hiệu số tín hiệu Analog; - Lắp đặt, lập trình mạch điều khiển động KĐB pha thông qua PLC biến tần tín hiệu số tín hiệu Analog; - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình trình thực hành II Nội dung Giới thiệu biến tần 1.1 Khái niệm biến tần Biến tần thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều tần số thành dòng điện xoay chiều tần số khác 1.2 Cấu tạo biến tần Trên thực tế biến tần chia làm hai loại biến tần gián tiếp biến tần trực tiếp Tuy nhiên thị trường phổ biến sử dụng rộng rãi biến tần gián tiếp với nhiều ưu điểm vượt trội so với biến tần trực tiếp Với biến tần gián tiếp cấu tạo bao gồm ba phận chính, là: Bộ phận chỉnh lưu: Có tác dụng biến dịng điện xoay chiều pha thành dòng điện chiều Bộ lọc: Có tác dụng san phẳng điện áp chiều sau chỉnh lưu Bộ phận nghịch lưu: Có tác dụng biến ngược lại từ dịng điện chiều sang dòng điện xoay chiều ba pha 1.3 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động biến tần gián tiếp sau: Dòng điện xoay chiều đầu vào có tần số f1 qua chỉnh lưu trở thành dòng điện chiều, nhiên dòng điện chiều có dạng sóng nhấp nhơ, chưa phẳng Sử dụng lọc điện áp giúp san phẳng dạng sóng nâng cao chất lượng dòng điện chiều sau chỉnh lưu Cuối dòng điện chiều đưa đến phận nghịch lưu biến đổi trở lại thành dòng điện xoay chiều Bằng việc điều khiển thời gian đóng cắt khóa chuyển mạch phận nghịch lưu mà ta điều chỉnh tần số f2 dòng điện xoay chiều đầu Dạng sóng điện áp dịng điện đầu biến tần 1.4 Ứng dụng biến tần Ngày với phát triển ngành cơng nghiệp biến tần sử dụng rộng rãi nhà máy sản xuất Và ứng dụng biến tần điều khiển động khơng đồng ba pha, cụ thể sau: Điều khiển on/off đảo chiều động Điều chỉnh tốc độ quay động Điều chỉnh mô men quay động Điều khiển trình khởi động, dừng hãm động theo yêu cầu đặc biệt 1.5 Phân loại biến tần Phân loại theo cấu tạo nguyên lý hoạt động: Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp Phân loại theo pha dòng điện Biến tần đầu vào pha Biến tần đầu vào ba pha Phân loại theo điện áp dòng điện đầu vào: Biến tần sử dụng điện áp pha 220V Biến tần sử dụng điện áp pha 380/400V Các phương pháp điều khiển biến tần sử dụng PLC Trên thực tế biến tần điều khiển phương pháp sau: Điều khiển trực tiếp bàn phím biến tần Điều khiển từ xa qua thiết bị nút nhấn, công tắc, chiết áp nối trực tiếp biến tần Điều khiển từ xa thông qua PLC Với phương pháp điều khiển thông qua PLC có kiểu điều khiển ứng với dạng tín hiệu sau: Điều khiển biến tần tín hiệu số: PLC xuất tín hiệu ngõ số đưa đến ngõ vào số biến tần Điều khiển biến tần tín hiệu analog: PLC xuất tín hiệu ngõ số kết hợp với tín hiệu ngõ analog đưa đến ngõ vào số analog biến tần Điều khiển biến tần tín hiệu truyền thơng: PLC kết nối với biến tần mạng truyền thơng cơng nghiệp với PLC master cịn biến tần slave Ưu điểm phương pháp với PLC điều khiển nhiều biến tần qua tiết kiệm dây dẫn, cơng sức đấu nối, bảo trì chuẩn đốn cịn nhược điểm giá thành chi phí thiết bị cao Lập trình điều khiển biến tần tín hiệu số u cầu cơng nghệ: Đấu nối lập trình điều khiển on/off, đảo chiều điều chỉnh cấp tốc độ động KĐB ba pha sử dụng kết hợp PLC S7-1200 biến tần Danfoss FC51 3.1 Cơ sở lý thuyết Để kết nối PLC S7-1200 với biến tần FC51 ta cần phải tìm hiểu sơ đồ nguyên lý chân điều khiển biến tần nhà sản xuất cung cấp: Nhìn vào sơ đồ nguyên lý chân điều khiển biến tần Danfoss FC1 ta có chân đầu vào số chân 18, 19, 27, 29, 33 với chân 20 chân chung nhóm chân đầu vào số Như muốn điều khiển hoạt động biến tần ta cần nối chân đầu số PLC với chân đầu vào số biến tần Theo u cầu tốn điều khiển on/off, đảo chiều điều chỉnh ba cấp tốc độ động ta sử dụng chân ngõ số PLC bao gồm chân Q0.0, Q0.1, Q0.2, Q0.3 kết nối với chân biến tần 18, 19, 27, 29 Mặt khác để điều khiển biến tần mức điện áp tín hiệu ngõ số PLC với mức điện áp chân ngõ vào số biến tần Vì ta phải nối chung chân điện áp âm PLC với chân điện áp âm biến tần ta nối chân 3M PLC S7-1200 với chân 20 biến tần Chức điều khiển chân ngõ số PLC sau: Chân Q0.0 (nối với chân 18): Có chức điều khiển on/off động với mức tín hiệu logic tương đương off tương đương on Chân Q0.1 (nối với chân 19): Có chức điều khiển chiều động với mức tín hiệu logic tương quay theo chiều thuận tương đương quay theo chiều ngược lại Hai chân Q0.2 (nối với chân 27) Q0.3 (nối với chân 29) chân điều chỉnh cấp tốc độ cho động Nguyên lý điều chỉnh tốc độ tuân theo bảng sau: Mức logic chân 27 Mức logic chân 29 0 1 1 Cấp tốc độ Cấp tốc độ Cấp tốc độ Cấp tốc độ Cấp tốc độ Ứng với giá trị mức logic hai chân 27 29 biến tần trạng thái mặc định ban đầu chưa điều khiển ta bỏ qua tổ hợp để lấy ba tổ hợp lại cho việc điều khiển ba cấp tốc độ động Tổng hợp lại kiến thức nêu ta thiết kế mạch điều khiển PLC S7-1200 với biến tần Danfoss FC51 thơng qua tín hiệu số sau: 3.2 Hướng dẫn lập trình Bước 1: Khởi tạo project với PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bước 2: Khai báo tag vào cho PLC Bước 3: Viết chương trình điều khiển Chức on/off biến tần: Chức đảo chiều biến tần: Chức điều khiển cấp tốc độ biến tần: - Tốc độ - Tốc độ - Tốc độ Bước 4: Xây dựng giao diện giám sát HMI: 3.3 Cài đặt biến tần Để chức điều khiển động biến tần với yêu cầu công nghệ ta phải cài đặt biến tần với tham số phù hợp: Reset biến tần: Tham số 0-51 chọn [9] Cài đặt tốc độ tham chiếu: Tham số 3-03 Cài đặt cấp tốc độ: Tham số 3-10 Giá trị (1) Giá trị (2) Giá trị (3) Tần số thực tế biến tần = (Giá trị [n] x Giá trị tham số 3-03)/100 Chân 18 với chức on/off động cơ: Tham số 5-10 chọn [8] Chân 19 với chức đảo chiều động cơ: Tham số 5-11 chọn [10] Chân 27 với chức điều chỉnh tốc độ: Tham số 5-12 chọn [16] Chân 29 với chức điều chỉnh tốc độ: Tham số 5-13 chọn [17] Lập trình điều khiển biến tần tín hiệu analog u cầu cơng nghệ: Đấu nối lập trình điều khiển on/off, đảo chiều điều chỉnh vô cấp tốc độ động KĐB ba pha sử dụng kết hợp PLC S7-1200 biến tần Danfoss FC51 4.1 Cơ sở lý thuyết Theo yêu cầu toán muốn điều khiển on/off đảo chiều động ta sử dụng tín hiệu ngõ số PLC để kết nối với ngõ vào số biến tần Còn yêu cầu điều khiển vô cấp tốc độ động ta phải sử dụng PLC xuất tín hiệu analog để đưa vào chân analog input biến tần Nhìn vào sơ đồ nguyên lý chân điều khiển biến tần Danfoss FC1 ta có chân đầu vào analog chân 53 (0-10VDC 0/4-20mA) chân 60 (0/420mA ) với chân 55 (chân chung âm nhóm chân đầu vào analog) Như muốn điều khiển hoạt động biến tần ta cần nối chân đầu số PLC với chân đầu vào số biến tần Theo u cầu tốn điều khiển on/off, đảo chiều ta sử dụng chân ngõ số PLC bao gồm chân Q0.0, Q0.1 để kết nối với chân biến tần 18, 19 Mặt khác để điều khiển vô cấp tốc độ động ta phải nối chân ngõ analog PLC với chân ngõ vào analog biến tần Mặt khác ta phải nối chung chân điện áp âm PLC với chân điện áp âm biến tần ta nối chân 3M PLC S7-1200 với chân 20 biến tần Chức điều khiển chân ngõ số PLC sau: Chân Q0.0 (nối với chân 18): Có chức điều khiển on/off động với mức tín hiệu logic tương đương off tương đương on Chân Q0.1 (nối với chân 19): Có chức điều khiển chiều động với mức tín hiệu logic tương quay theo chiều thuận tương đương quay theo chiều ngược lại Sử dụng signal board SB1232 AQ gắn vào PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC để xuất tín hiệu analog Ta nối chân signal board với chân 53 chân 0M signal board với chân 55 biến tần 4.2 Hướng dẫn lập trình Bước 1: Khởi tạo project với PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bước 2: Khai báo tag vào cho PLC Bước 3: Viết chương trình điều khiển Chức on/off biến tần: Chức đảo chiều biến tần: Chức điều khiển vô cấp tốc độ biến tần: Bước 4: Xây dựng giao diện giám sát HMI: 4.3 Cài đặt biến tần Để chức điều khiển động biến tần với yêu cầu công nghệ ta phải cài đặt biến tần với tham số phù hợp: Reset biến tần: Tham số 0-51 chọn [9] Cài đặt tốc độ tham chiếu: Tham số 3-03 Chân 18 với chức on/off động cơ: Tham số 5-10 chọn [8] Chân 19 với chức đảo chiều động cơ: Tham số 5-11 chọn [10] Cài đặt giá trị analog nhỏ nhất: Tham số 6-10 cài đặt giá trị Cài đặt giá trị analog lớn nhất: Tham số 6-11 cài đặt giá trị 10 Cài đặt giá trị tần số nhỏ nhất: Tham số 6-14 Cài đặt giá trị tần số lớn nhất: Tham số 6-15 ... BÀI 2: LẬP TRÌNH SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH CON FB/FC I Mục tiêu bi học - Trình bày ưu điểm việc lập trình sử dụng chương trình FB/FC; - Lập trình chương trình PLC sử dụng chương trình FB/FC; - Đảm bảo... thức giáo trình PLC chưa giải hết toán phức tạp đặt thực tiễn Vì giáo trình đời với mục tiêu giúp cho đối tượng học sinh, sinh viên học nghề tiếp cận dễ dàng kiến thức nâng cao điều khiển khả trình. .. học - Trình bày bước thiết lập dự án lập trình sử dụng HMI phần mềm Tia Portal; - Thiết lập dự án lập trình sử dụng HMI phần mềm Tia Portal; - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình