TÌM HIỂU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CỦA HÃNG ALLEN-BRADLEY VÀ ỨNG DỤNG Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (8)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ MẠNG TRUYỀN THƠNG CỦA HÃNG ALLEN-BRADLEY VÀ ỨNG DỤNG Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : TS Đỗ Trọng Hiếu Sinh viên thực : Trần Minh Điệp Lớp : CN – ĐK & TĐH K59 MSSV : 20186185 Giáo viên duyệt : Hà nội, 6-2018 Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu mạng truyền thơng hãng Allen Bradley ứng dụng em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Đỗ Trọng Hiếu Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Trần Minh Điệp Mục lục MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv LỜI NÓI ĐẦU Chương 1.1 Tổng quan mạng công nghiệp Allen Bradley Giới thiệu mạng truyền thông công nghiệp 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Vai trò mạng truyền thông công nghiệp 1.1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp 1.1.4 Cấu trúc điều khiển 1.2 Các phương thức truyền sử dụng đề tài 11 1.2.1 DeviceNet 12 1.2.2 ControlNet 17 1.2.3 Ethernet/IP 20 1.3 Chương 2.1 Tổng kết mạng 26 Tìm hiểu hệ thống truyền thơng bảng thí nghiệm 27 Các thiết bị sử dụng mạng 27 2.1.1 ControlLogix 1756 module truyền thông 27 2.1.2 CompactLogix L32E module truyền thông 33 2.1.3 Biến tần PowerFlex 700S 36 2.1.4 Màn hình giám sát điều khiển PanelView 600 43 2.2 Tìm hệ thống mạng bảng thí nghiệm 44 2.2.1 Hệ thống mạng Ethernet/IP 44 2.2.2 Hệ thống mạng ControlNet 49 2.2.3 Hệ thống mạng DeviceNet 50 2.2.4 Hệ thống mạng hoàn chỉnh cho bảng thí nghiệm 53 2.3 Chương 3.1 Kết thu 55 Điều khiển biến tần mơ hình cắt vật liệu bảng thí nghiệm56 Điều khiển biến tần 56 Mục lục 3.1.1 Điều khiển cấp tốc độ qua I/O mở rộng mạng ControlNet 56 3.1.2 Điều khiển qua Module Analog Compactlogic L32E 58 3.1.3 Điều khiển qua mạng DeviceNet 60 3.2 Mơ hình cắt vật liệu 62 3.2.1 Yêu cầu công nghệ 62 3.2.2 Thiết kế mạch lực mạch điều khiển 63 3.2.3 Xây dựng chương trình ladder cho hệ 66 3.2.4 Thiết kế dao diện điều khiển 70 3.3 Kết thu 72 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75 Danh mục hình vé DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình phân cấp chức cơng ty sản xuất cơng nghiệp Hình 1.2 Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung Hình 1.3 Cấu trúc điều khiển phân tán với vào/ra phân tán 11 Hình 1.4 Mạng truyền thông Netlink 12 Hình 1.5 Mơ hình mạng DeviceNet 14 Hình 1.6 Cấu trúc bên cáp 15 Hình 1.7 Mini-sealed connector Micro-sealed connector 16 Hình 1.8 DeviceBox Tap 16 Hình 1.9 Cấu tạo bên cable đồng trục 19 Hình 1.10 Sự phụ thuộc chiều dài dây với số lượng module 20 Hình 1.11 Tỉ lệ sử dụng Ethernet công nghiệp 22 Hình 1.12 Các ngành sử dụng EtherNet 22 Hình 1.13 Các chuẩn EtherNet phổ biến 23 Hình 1.14 Kí hiệu Cad 23 Hình 1.15 Các loại cáp thông dụng 23 Hình 1.16 Ba kiểu mang Ethernet vói cap đồng trục vá đôi dây xoắn 24 Hình 2.1 Bộ điều khiển ControlLogix 27 Hình 2.2 Chassis 1756-A10 Power Supply 29 Hình 2.3 CompactLogix L32E module truyền thơng 33 Hình 2.4 Nguồn 1769-PA2 35 Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động biến tần 36 Hình 2.6 Biến tần PowerFlex 700s 39 i Danh mục hình vé Hình 2.7 Màn hình HMI PowerView 600 43 Hình 2.8 Vị trí chân cấp nguồn cổng truyền thông PV600 44 Hình 2.9 Sơ đồ mạng EtherNet bảng thí nghiệm 45 Hình 2.10 Stratix 2000 46 Hình 2.11 Router wifi 47 Hình 2.12 Cáp EtherNet 48 Hình 2.13 Nối đất mạng 48 Hình 2.14 Sơ đồ mạng ControlNet bảng thí nghiệm 49 Hình 2.15 Sơ đồ mạng DeviceNet bảng thí nghiệm 51 Hình 2.16 Lớp vật lý DeviceNet 52 Hình 2.17 Cách ghép nối nút 52 Hình 2.18 Hệ thống mạng hoàn chỉnh 53 Hình 3.1 Sơ đồ nối dây điều khiển biến tần I/0 mở rộng số 56 Hình 3.2 Chế độ dây qua ControlNet 58 Hình 3.3 Sơ đồ nối dây điều khiển biến tần Module Analog 58 Hình 3.4 Chế độ điều khiển qua Analog 59 Hình 3.5 Chế độ điều khiển qua DeviceNet 61 Hình 3.6 Chế độ điều khiển qua máy tính 62 Hình 3.7 Mơ hình cắt phơi tự động 62 Hình 3.8 Sơ đồ mạch lực 64 Hình 3.9 Sơ đồ mạch điều khiển 65 Hình 3.10 Giản đồ Grafcet 68 Hình 3.11 Chế độ điều khiển tự động 71 Hình 3.12 Chế độ điều khiển tay 71 Hình 3.13 Màn hình điều khiển máy tính 72 ii Danh mục bảng số liệu DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1.1 Bảng quy định màu chức sợi 15 Bảng 1.2 Mối quan hệ tốc độ truyền chiều dài cáp 16 Bảng 2.1 Cổng kết nối va chức 40 Bảng 2.2 Các cổng kết nối TB1 Terminals 41 Bảng 2.3 Các cổng kết nối TB2 Terminals 42 Bảng 3.1 Bảng đặt tốc độ biến tần qua I/O số 57 Bảng 3.2 Hệ thống ghi input output biến tần 60 Bảng 3.3 Ý nghĩa kí hiệu giản đồ 66 iii Danh mục từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt I/O Input/Output Đầu vào /đầu DC Direct Current Dòng chiều AC Voltage Alternating Current Dòng xoay chiều CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm LAN Local Area Network Mạng cục SCADA Supervisory Control And Data Hệ thống điều khiển giám sát Acquisition thu thập liệu PLC Programmable Logic Controller Thiết bị điều khiển lập trình HMI Human Machine Interface Dao diện người máy PID Proportional Integral Derivative Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ IP Industrial Protocal Giao thức cơng nghiệp iv Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Trong thời buổi khoa học kỹ thuật tự động hóa ngày phát triển vượt bậc ứng dụng rộng rãi hầu hết xí nghiệp, phân xưởng Các hệ thống điều khiển dùng PLC ngày sữ dụng rộng rãi phổ biến để thay cho thao tác chân tay không đạt đựơc độ xác cao Xu hướng phân tán, mềm hóa chuẩn hóa ba nhiều điểm đặc trưng cho thay đổi Sự ứng dụng rộng rãi hệ thông mạng truyền thông công nghiệp,đặc biệt hệ thống điều khiển giám sát , ví dụ tiêu biểu Mạng truyền thơng cơng nghiệp khơng phải lĩnh vực hồn tồn mới, mà thực chất công nghệ kế thừa, chắt lọc phát triển từ kỹ thuật truyền thông nói chung cho phù hợp với yêu cầu cơng nghiệp Từ thực tế chúng em xin tìm hiểu đề tài: “Tìm hiểu, thiết kế panel thí nghiệm mạng truyền thông ứng dụng” hướng dẫn thầy giáo TS Đỗ Trọng Hiếu Nội dung đồ án gồm: Chương Tổng quan mạng cơng nghiệp Allen Bradley Chương Tìm hiểu hệ thống truyền thơng cho bảng thí nghiệm Chương Điều khiển biến tần mơ hình cắt bảng thí nghiệm Sau thời gian hướng dẫn thầy TS.Đỗ Trọng Hiếu em bạn nhóm hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên thời gian lực nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận dạy ý kiến đóng góp thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Trần Minh Điệp Chuwomg Điều khiển biến thần mơ hình cắt vật liệu bảng thí nghiệm Hình 3.13 Màn hình điều khiển máy tính 3.3 Kết thu Chương chương nặng kĩ lập trình tìm hiểu đọc tài liệu để áp dụng vào cấu hình chân cho thiết bị Quan phần chúng em thực nhiệm vụ sau - Đấu nối dây điều khiển từ I/O mở rộng đến biến tần, cài đặt thơng số tốc độ parameter từ lập trình điều khiển biến tần - Kết nối dây từ module analog DeviceNet đên khồi TB1 biến tần điều khiển - Hiểu ghi vào/ra biến tần từ đưa thơng số tốc độ qua mạng Decvice CompactLogic L32E để điều khiển Mặc dù chúng em hoàn thành hệ thống điều khiển ứng dụng vài thiết sót chưa có động biến tần điều khiển thơng qua biến tần để trả tốc độ thực tế động để xây thực điều khiển vòng kín Bên cạnh hệ thống cắt sản phẩm chưa mang tính thực tiễn cao, xảy lỗi nhỏ, động cắt sản phẩm chưa tối ưu, cắt không hết Mặc dù xét khn khổ mội thí nghiệm hệ thống làm việc ổn định, đáp ứng yêu cầu điều khiển 72 Kết luận KẾT LUẬN Dựa chúng em tìm hiểu, vận hành bảng thí nghiệm hệ thống mạng truyền thơng hãng Allen Bradley giúp chúng em có cách nhìn hệ thống mạng cơng nghiệp, cách cấu hình module cũng, biến tần nhiều thiết bị trường khác Tổng kết lại chúng em thu kết sau: - Tìm hiểu hệ thống mạng truyền thơng ứng dụng quan trọng cơng nghiệp - Tìm hiểu mơ hình mạng: DeviceNet, ControlNet EtherNet hãng Allen Bradley - Tìm hiểu cấu tạo phương pháp điều khiển biến tần - Thực hành tính chọn, lắp đặt sử dụng thiết bị trường như: Cảm biến, xi lanh, động cơ,…áp dụng vào cấu cắt sản phẩm Trong trình tìm hiểu chúng em cố gắng để hoàn thành mục tiêu đề , khơng thể tránh khỏi sai sót báo cáo trình bày Kính mong nhận đóng góp từ q thầy bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Đỗ Trọng Hiếu giúp chúng em nhiều kiến thức, kinh nhiệm hỗ thiết bị phịng thí nghiệm để chúng em thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 12 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Trần Minh Điệp 73 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Hồng Minh Sơn, Mạng truyền thơng cơng nghiệp, nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội – 2006 [2] TS.Hoàng Minh Sơn, Hệ thống điều khiển phân tán, 8/2013 [3] Tổng quan EtherNet/IP: Industrial Protocol White Paper , 2018 [4] DeviceNet-UM072C-EN-P, Rockwell Automation, July 2004 [5] ControlNet-UM001F-EN-P, Rockwell Automation Technologies, Inc All Rights Reserved Printed in the U.S.A, February 2018 [6] EtherNet-UM001P-ENP, Rockwell Automation Technologies, Inc All Rights Reserved Printed in the U.S.A, August 2017 74 Phụ lục PHỤ LỤC Chương trình Ladder điều khiển biến tần thông qua module Analog Devicenet 75 Phụ lục Các thiết bị sử dụng mô hình cắt vật liệu a) Nguồn Bộ nguồn cấp 24VDC-5A có chức cấp nguồn choc động cơ, cuộn hút van phân phối 76 Phụ lục Hình 3.14 Bộ nguồn cấp 24VDC-5A b) Xi lanh khí nén Hình 3.8 Cấu tạo xy lanh khí nén Xy lanh khí nén (hay ben khí nén) thiết bị vận hành khí nén Cụ thể, xi lanh khí nén hoạt động cách chuyển hóa lượng khí nén thành động năng, khiến pít tơng xi lanh chuyển động theo hướng mong muốn, qua truyền động đến thiết bị Khi đưa khí nén vào xi lanh, lượng khí đưa vào tăng dần lên, theo chiếm khơng gian xy lanh khiến pít tơng dịch chuyển, truyền động điều khiển thiết bị bên c) Van điều khiển, phân phối Hình 3.9 Van điều khiển 5/2 đầu lị xo - Van điện từ khí nén 5/2 có cấu tạo gồm phần chính: Coid điện thân van + Coid điện: Tiếp nhận nguồn điện từ bên phép van hoạt động, tùy vào nguồn điện cung cấp mà chọn loại coid điện cho hợp lí Có thể nguồn AC DC24v, 220v 77 Phụ lục + Thân van: Có cấu tạo gồm cửa vị trí, thân có lỗ bắt vít vào truyền động khí nén Một lỗ đầu vào để tiếp nhận khí nén hệ thống đầu để chuyển hóa khí nén quay vòng d) Động cắt động băng tải Hình 3.10 Động băng tải động cắt e) Cám biến quang Chúng ta thường gặp tiếp điểm PNP NPN cảm biến báo mức cảm biến tiệm cận Trong tiếp điểm thường dùng hai loại tiếp điểm PNP dùng phổ biến NPN Do đầu vào Flex I/O đấu kiểu sink nên ta chọn cảm biến quang lại PNP Do đầu vào Flex I/O đấu kiểu sink nên ta chọn cảm biến quang lại PNP Hình 3.11 Cảm biến quang PNP Cảm biến PNP gì? Cảm biến PNP tác động tạo kết nối với VCC.Đối với cảm biến thường mở (NC) loại này, trạng thái tác động dịng từ chân VCC chân Signal, nên ta dùng cảm biến PNP PLC ngõ vào rút dòng 78 Phụ lục (sinking) Dòng từ chân Signal, vào chân INPUT, vào PLC, xuống chân COM PLC xuống GND Kín mạch PLC nhận tín hiệu Tiếp điểm ngõ NPN bắt buộc phải dùng tín hiệu môi trường chống cháy nổ với chứng Atex Zone Do môi trường chống cháy nổ nên tiếp điểm thường không mang điện tích dương dể xảy cháy – nổ Chính tiếp điểm ngõ dạng NPN tức khơng có áp trện tiếp điểm hạn chế tối đa khả cháy nổ cố xảy Tất nhiên với tiếp điểm NPN phải có tiêu chuẩn quốc tế phịng nổ cơng nghiệp T6 có khả phịng nổ f) Cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình thiết bị chuyển đổi chuyển động thành tín hiệu điện Tín hiệu cơng tắc hành trình phục vụ cho q trình điều khiển giám sát Dùng để đóng cắt mạch dùng lưới điện hạ áp Nó có tác dụng giống nút ấn động tác ấn tay thay động tác va chạm phận khí, làm cho q trình chuyển động khí thành tín hiệu điện Hình 3.12 Cơng tắc hành trình kiểu tế vi g) Role trung gian Rơ le trung gian kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp điểm Rơle trung gian cịn gọi rơ le kiếng cơng tắc chuyển đổi hoạt động điện Gọi công tắc rơ le có hai trạng thái ON OFF Rơ le trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay khơng 79 Phụ lục Hình 3.13 Role trung gian Cơng dụng Rơle trung gian làm nhiệm vụ "trung gian" chuyển tiếp mạch điện cho thiết bị khác, ví bảo vệ tủ lạnh chẳng hạn-khi điện yếu rơle ngắt điện ko cho tủ làm việc cịn điện hoẻ nóp lại cấp điện bình thường Trong nạp ắc quy xe máy, tơ máy phát điện đủ khoẻ rơ le trung gian đóng mạch nạp cho ác quy Chương trình Ladder điều khiển hệ thống cắt vật liệu  Các tín hiệu vào Loại tín hiệu Ký hiệu Địa Start DNB_N21_S00_COS_I.Data.0 INPUT Stop DNB_N21_S00_COS_I.Data.1 INPUT ModeA DNB_N21_S00_COS_I.Data.15 INPUT ModeB DNB_N21_S00_COS_I.Data.16 INPUT ModeC DNB_N21_S00_COS_I.Data.17 INPUT CB1 DNB_N21_S00_COS_I.Data.2 INPUT CB2 DNB_N21_S00_COS_I.Data.3 INPUT CB3 DNB_N21_S00_COS_I.Data.4 INPUT CB4 DNB_N21_S00_COS_I.Data.5 INPUT 80 Phụ lục CB5 DNB_N21_S00_COS_I.Data.6 INPUT CB6 DNB_N21_S00_COS_I.Data.7 INPUT CB7 DNB_N21_S00_COS_I.Data.8 INPUT CB8 DNB_N21_S00_COS_I.Data.9 INPUT CB9 DNB_N21_S00_COS_I.Data.10 INPUT CB10 DNB_N21_S00_COS_I.Data.11 INPUT CBa DNB_N21_S00_COS_I.Data.12 INPUT CBb DNB_N21_S00_COS_I.Data.13 INPUT CBc DNB_N21_S00_COS_I.Data.14 INPUT A DNB_N21_S01_COS_O.Data.0 OUTPUT B DNB_N21_S01_COS_O.Data.1 OUTPUT C DNB_N21_S01_COS_O.Data.2 OUTPUT XLK+ DNB_N21_S01_COS_O.Data.3 OUTPUT XLK- DNB_N21_S01_COS_O.Data.4 OUTPUT XLC DNB_N21_S01_COS_O.Data.5 OUTPUT BT1 DNB_N21_S01_COS_O.Data.6 OUTPUT BT2 DNB_N21_S01_COS_O.Data.7 OUTPUT Dcc DNB_N21_S01_COS_O.Data.8 OUTPUT 81 Phụ lục  Chương trình điều khiển 82 Phụ lục 83 Phụ lục 84 Phụ lục 85 Phụ lục 86 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ MẠNG TRUYỀN THƠNG CỦA HÃNG ALLEN-BRADLEY VÀ ỨNG... đoan đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu mạng truyền thơng hãng Allen Bradley ứng dụng em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Đỗ Trọng Hiếu Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em... cắt phôi tự động 62 Hình 3.8 Sơ đồ mạch lực 64 Hình 3.9 Sơ đồ mạch điều khiển 65 Hình 3.10 Giản đồ Grafcet 68 Hình 3.11 Chế độ điều khiển tự động