Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4d systems vào điều khiển công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÀN HÌNH 4D SYSTEMS VÀO ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN THANH BÌNH SVTH: NGUYỄN THANH HIẾU MSSV: 11141071 SVTH: TRỊNH MẠNH HÙNG MSSV: 11141388 SKL003910 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ-TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÀN HÌNH 4D SYSTEMS VÀO ĐIỀU KHIỂN TRONG CƠNG NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN THANH BÌNH SVTH: Nguyễn Thanh Hiếu 11141071 Trịnh Mạnh Hùng 11141388 Tp Hồ Chí Minh , tháng năm 2016 Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển công nghiệp PhầnA GIỚI THIỆU Phần A: Giới thiệu i Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển công nghiệp LỜI CAM ĐOAN Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, nhóm thực đề tài có tham khảo số tài liệu liên quan đến chuyên ngành Điện - Điện tử số tài liệu nước ngồi Nhóm thực đề tài xin cam đoan đề tài nhóm thực hiện, số liệu thu thập kết phân tích đề tài trung thực, đề tài không trùng với đề tài nghiên cứu khoa học Phần A: Giới thiệu ii Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển cơng nghiệp LỜI CẢM ƠN Lời nhóm thực xin gửi lời cảm ơn chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc cho bố mẹ.Những người cho chúng sống này, chochúngconăn học để đạt ngày hơm Cơng ơn khơng biết đền đáp Nhóm thực xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh nói chung thầy cô giáo khoa Điện – Điện Tử nói riêng tận tâm giảng dạy đưa hướng dẫn hữu ích giúp nhóm thực có kiến thức tảng Chính nhờ kiến thức giúp nhóm thực đề tài tiếp thu kiến thức cách dễ dàng tạo tiền đề đểnhóm nghiên cứu sâu đề tài thực Đặc biệt nhóm thực xin gửi lời cảm ơn đến thầy Th.S Nguyễn Thanh Bình, giảng viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh Trong thời gian thực đề tài, bận rộn với công việc giảng dạy thầy dành thời gian tâm huyết việc hướng dẫn, định hướng cho nhóm chọn đề tài quy trình thực phù hợp với khả năng, đồng thời cung cấp cho nhóm kiến thức tài liệu bổ ích liên quan đến đề tài Đồng thời nhóm thực đề tài gửi lời cảm ơn đến bạn, anh chị trước đóng góp ý kiến, chia sẻ kinh nghiệm, tài liệu tham khảo hỗ trợnhóm suốt trình nghiên cứu thực đề tài Nhóm SV thực đề tài: SV Trịnh Mạnh Hùng SV Nguyễn Thanh Hiếu Phần A: Giới thiệu iii Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển cơng nghiệp TĨM TẮT ĐỀ TÀI Trong ngành cơng nghiệp, động điện không đồng AC sử dụng phổ biến tính chất đơn giản tin cậy thiết kế chế tạo sử dụng Tuy nhiên sử dụng động không đồng sản xuất, đặc biệt động có cơng suất lớn việc điều chỉnh tốc độ động quan trọng khơng có biện pháp thích hợp dễ dẫn đến nguy gây nguy hiểm cho động lẫn thiết bị khác tính mạng người Sử dụng biến tần, có nghĩa bạn hưởng nhiều tính thơng minh, linh hoạt tự động dị thơng số động cơ; hỗ trợ nhiều phương thức giao tiếp đặc biệt tính điều khiển thơng qua chuẩn truyền thơng RS485; thiết lập nhiều cấp tốc độ; khống chế dịng khởi động động giúp q trình khởi động êm (mềm) nâng cao độ bền kết cấu khí, tránh sụt áp hệ thống điện q trình khởi động động cơng suất lớn, giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì, tiết kiệm không gian lắp đặt, chế độ tiết kiệm lượng Việc giám sát điều khiển hoạt động thiết bị thơng qua hình để điều khiển từ xa áp dụng từ lâu đa số nhà máy, xí nghiệp dùng loại hình HMI với chi phí cao kích thước cồng kềnh Với xu hướng chung thay dần hình truyền thống yêu cầu thiết bị vừa thực yêu cầu vừa phải có kích thước nhỏ gọn, giá thành vừa phải Với đề tài nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems đưa vào ứng dụng điều khiển công nghiệp mà đối tượng mà nhóm chọn điều khiển biến tần Nhóm sâu khai thác chức năng, điểm mạnh có hình Với việc thiết kế giao diện cho hệ thống, hiển thị cho phép người dùng tương tác trực tiếp hình mà khơng cần điều khiển trực tiếp biến tần Ngồi với mục đích nghiên cứu tìm hiểu nhóm xây dựng thêm hai ứng dụng ứng dụng đếm sản phẩm với số đếm có cài đặt trước người dùng tự đặt hình ứng đo nhiệt độ bốn kênh Phần A: Giới thiệu iv Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển cơng nghiệp MỤC LỤC Trang bìa Quyết định giao đề tài Phần A:GIỚI THIỆU Lời cảm ơn i Tóm tắt đề tài ii Nhận xét giáo viên hướng dẫn iii Nhận xét giáo viên phản biện iv Mục lục v Liệt kê bảng viii Liệt kê hình ix Các thuật ngữ viết tắt xii Phần B:NỘI DUNG Chương 1: DẪN NHẬP 1.1.Đặt vấn đề 1.2.Mục tiêu đề tài 1.3.Giới hạn đề tài 1.4.Phương pháp nghiên cứu 1.5.Dàn ý nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Chuẩn truyền thông UART 2.1.1 Giới thiệu 2.2.Cách định dạng giao thực dùng truyền thông nối tiếp 2.2.1.Gửi liệu nối tiếp 2.2.2.Định dạng đồng 2.2.3.Định dạng không đồng 2.2.4.Cơ chế chống liệu 2.2.5.Bắt tay 2.2.6 Bộ đệm 2.2.7 Thăm dò ngắt 2.3 Chuẩn truyền thông RS485 10 2.3.1 Giới thiệu chuẩn RS485 10 2.3.2 Ưu nhược điểm 10 2.3.3 Tốc độ truyền nhận liệu so với khoảng cách truyền 10 2.3.4 Phương pháp điều khiển tốc độ 11 Chương3: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG .12 3.1.Tổng quan hình 4D Systems 13 3.1.1.Giới thiệu 13 3.1.2.Các tính Module 13 3.1.3 Các thơng số Module 14 3.1.4 Phần mềm Workshop4 IDE 18 3.2.Tổng quan biến tần 19 3.2.1 Giới thiệu biến tần Goodrive100 20 Phần A: Giới thiệu v Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển cơng nghiệp 3.2.2 Thơng số đặc tính kỹ thuật 20 3.2.3 Kết nối mạch điều khiển 22 3.2.4 Sơ đồ hoạt động hình 23 3.2.5 Kiểm tra nhanh biến tần 25 3.2.6 Thông số cài đặt biến tần 26 3.3 Tổng quan Arduino Mega 2560 33 3.3.1 Giới thiệu 33 3.3.2 Thành phần thông số kỹ thuật bo 34 3.3.3 Cài đặt chương trình Arduino IDE Driver cho Arduino 36 3.3.3.1.Cài đặt chương trình Arduino IDE 36 3.3.3.2.Cài đặt Driver 36 3.3.4.Arduino IDE 38 3.4.Tổng quan động 41 3.4.1 Giới thiệu động 41 3.4.2 Cấu tạo động không đồng pha 41 3.4.3.Nguyên lý làm việc động 44 3.5 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ DS18B20 45 3.6 Giới thiệu công tắc cảm biến hồng ngoại 49 Chương 4:THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 50 4.1.Thiết kế kết nối mạch phần cứng 51 4.1.1.Hệ thống điều khiển 51 4.1.2 Khối ngoại vi truyền thông 52 4.1.3 Khối thị 54 4.1.4 Khối biến tần động 55 Chương 5:THIẾT KẾ PHẦN MỀM HỆ THỐNG 57 5.1.Thiết kế lưu đồ cho ứng dụng 58 5.1.1 Lưu đồ giải thuật ứng dụng 58 5.1.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển biến tần 59 5.1.3 Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt đô 60 5.1.4 Lưu đồ giải thuật đếm sản phẩm 61 5.2 Thiết kế giao diện cho ứng dụng 62 Chương 6:Kết thực 68 6.1.Kết nghiên cứu 69 Chương 7:Kết luận hướng phát triển đề tài 71 7.1.Kết luận 72 7.2.Hướng phát triển 72 Phần C:Phụ lục Tài liệu tham khảo Phần A: Giới thiệu vi Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển công nghiệp LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1: Bảng tốc độ truyền so với khoảng cách 10 Bảng 3.1:Chứcnăngcácđầunối 21 Bảng 3.2:Cácđầunốiđiềukhiển 21 Bảng 3.3: Mơ tả phím chức 24 Bảng 3.4: Mô tả đèn hiển thị 24 Bảng 3.5:Thôngsố Arduino Mega 2560 47 Bảng 3.6: Cấu hình độ phân giải cho DS18B20 48 Phần A: Giới thiệu vii Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển cơng nghiệp Khi người dùng chạm vào icon chế độ điều khiển có giao diện điều khiển tương ứng xuất  Thiết kế giao diện điều khiển biến tần: Hình 5.12:Giao diện điều khiển biến tần Khi người dùng chạm vào icon ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN giao diện điều khiển biến tần xuất hiện.Người dùng cài đặt chế độ điều khiển khác thông qua nút nhấn hình Khi nhấn nút START cho phép biến tần hoạt động, đèn RUN sáng Khi nhấn nút STOP biến tần dừng hoạt động,đồng đèn STOP sáng Khi nhấn nút FWD điều khiển động chạy thuận,đèn F/R tắt Khi nhấn nút REV điều khiển động chạy thuận,đèn F/R sáng Khi kéo trượt cài đặt tần số cho biến tần DigitalLED màu xanh hiển thị giá trị theo giá trị điều chỉnh trượt,tần số set cho biến tần để điều khiển động Khi nhấn nút REFRESH,giá trị tần số biến tần hiển thị DigitalLED màu vàng Khi nhấn nút RESET,các thông số cài đặt trả giá trị mặc định ban đầu Chương Thiết kế phần mềm hệ thống Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp  Thiết kế giao diện Đo nhiệt độ: Hình 5.13:Giao diện đo nhiệt độ Khi người dùng chạm vào icon ĐO NHIỆT ĐỘ giao diện đo nhiệt độ xuất Người dùng lựa chọn kênh đo thông qua nút nhấn hình hiển thị Khi nhấn nút kênh CH1,CH2,CH3,CH4 nhiệt độ tương ứng kênh 0 hiển thị thermometer bên phải với thang đo cài đặt từ C đến 100 C Khi nhiệt độ vượt qua ngưỡng cho phép(60 C) đèn ARLAM sáng để cảnh báo  Thiết kế giao diện đếm sản phẩm: Hình 5.14: Giao diện đếm sản phẩm Chương Thiết kế phần mềm hệ thống Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp Khi người dùng chạm vào icon ĐẾM SẢN PHẨM giao diện đếm sản phầm xuất hiện.Ứng dụng kết hợp với ứng dụng đo nhiệt độ để tạo thành hệ thống đếm sản phẩm có kèm theo thông số nhiệt độ Khi nhấn nút START cho phép đếm sản phẩm,đèn RUN sáng Khi nhấm nút STOP ngừng đếm sản phẩm,đèn STOP sáng.,đèn RUN tắt Khi nhấn nút RESET thông số quay giá trị mặc định ban đầu,đèn RUN,STOP tắt Chương Thiết kế phần mềm hệ thống Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp Chƣơng KẾT QUẢ THỰC HIỆN Chương : Kết thực Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp 6.1 Kết nghiên cứu Ứng dụng giao diện trang chủ hình 4D Systems hình bên : Hình 6.1: Kết hình Giao diện phần chọn chức điều khiển, có chế độ là: điều khiển biến tần, đo nhiệt độ, đếm sản phẩm Hình 6.2: Kết quảgiao diện chọn chế độ Chương : Kết thực Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển cơng nghiệp Trong phần điều khiển biến tần có giao diện hình bên dưới: Hình 6.3:Kết quảgiao diện điều khiển biến tần Phần đo nhiệt độ: Hình 6.4: Kết quảgiao diện đo nhiệt độ Chương : Kết thực Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển cơng nghiệp Đếm sản phầm Hình 6.5 :Kết quảgiao diện đếm sản phẩm  Hoàn thành giao diện chức đặt ra, giao diện gồm nhiểu form: Giao diện hình - Giao diện chọn chế độ - Giao diện điều khiển biến tần - Giao diện đo nhiệt độ - Giao diện đếm sản phẩm  Điều khiển biến tần hoạt động, chạy thuận, chạy ngược theo tần số đặt sẵn hiển thị lên hình -  Đo nhiệt độ kênh có led cảnh báo nhiệt độ cao  Đếm sản phẩm  Tìm hiểu thêm nhiều ứng dụng hình Arduino, cách cài đặt cấu hình cho bo Chương : Kết thực Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển cơng nghiệp Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Chương 7: Kết luận hướng phát triển đề tài Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp 7.1 Kết luận Với phương pháp tham khảo tài liệu chạy thực nghiệm hiểu chỉnh nhóm thực thành cơng ba ứng dụng đặt ban đầu đề tài yêu cầu Điều khiển biến tần hoạt động, đếm sản phẩm đo nhiệt độ, có số sai số hay thời gian trễ thao tác hay việc cập nhật liệu lên hình cịn có đề tài đáp ứng gần toàn mục tiêu đề ban đầu Trong thời gian thực đồ án, nhóm tìm hiểu viết ứng dụng điều khiển Arduino theo giao diện thiết kế trước hình 4D Systems Nhóm tìm hiểu thêm nhiều ứng dụng bo biết cách cài đặt sử dụng biến tần Sau thực đề tài nhóm tiếp thu thêm nhiều kiến thức hữu ích Ngồi nhóm thực đề tài tiếp cận với nhiều ngôn ngữ lập trình phương thức truyền nhận liệu thông qua chuẩn UART RS485 7.2 Hƣớng phát triển Sau hoàn thành đề tài, với hạn chế định kiến thức chuyên ngành liên quan giới hạn thời gian nghiên cứu hoàn thành đề tài tương đối ngắn, ứng dụng điều khiển hạn chế số tính đếm sản phẩm cịn chậm Để đề tài hồn thiện tốt hơn, có khả ứng dụng cao thực tiễn, nhóm sinh viên nhận thấy cần bổ sung hoàn thiện thêm cho hệ thống số tính như: - Nếu muốn ứng dụng vào cơng nghiệp tăng thêm cảm biến nhiệt độ để tận dụng hết tài nguyên có bo Arduino - Từ ngõ bo Arduino giao tiếp với biến tần qua chuẩn RS485 tối đa 32 Slave thay điều khiển với Có thể tăng lên hệ thống lớn khoảng cách truyền tối đa 1,2km với tốc độ truyền tỉ lệ nghịch với khoảng cách truyền Chương 7: Kết luận hướng phát triển đề tài Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp Phần C PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO Phần C: Phụ lục & tài liệu tham khảo Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển cơng nghiệp PHỤ LỤC Code chƣơng trình  Chƣơng trình set tần số cho biến tần: void SetFrequency_func(void) { int8_t transmit_length=8; memset(data_transmit, 0, sizeof(data_transmit)); // Clean array byte RTU_length=6; data_transmit[0]=0x01; data_transmit[1]=0x06; // Write data_transmit[2]=0x20; data_transmit[3]=0x00; data_transmit[4]=Set_Frequency*100>>8; data_transmit[5]=(Set_Frequency*100)&0x00FF; crc_cal_value(data_transmit,RTU_length); data_transmit[6]=crc_value&0x00FF; data_transmit[7]=crc_value>>8; digitalWrite(SerialTxControl, RS485Transmit); delay(10); Serial1.write(data_transmit,8); delay(10); digitalWrite(SerialTxControl, RS485Receive; }  Chƣơng trình điều khiển chạy thuận nghịch: void Run_func(int F_R) { int8_t transmit_length=8; memset(data_transmit, 0, sizeof(data_transmit)); // Clean array byte RTU_length=6; data_transmit[0]=0x01; data_transmit[1]=0x06; data_transmit[2]=0x10; data_transmit[3]=0x00; data_transmit[4]=0x00; if(F_R==1) data_transmit[5]=0x01; else data_transmit[5]=0x02; crc_cal_value(data_transmit,RTU_length); data_transmit[6]=crc_value&0x00FF; data_transmit[7]=crc_value>>8; digitalWrite(SerialTxControl, RS485Transmit); delay(10); Serial1.write(data_transmit,transmit_length); delay(10); Phần C: Phụ lục & tài liệu tham khảo Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển cơng nghiệp digitalWrite(SerialTxControl, RS485Receive); }  Chƣơng trình dừng biến tần: void Stop_func() { int8_t i=0,transmit_length=8; memset(data_transmit, 0, sizeof(data_transmit)); // Clean array byte RTU_length=6; data_transmit[0]=0x01; data_transmit[1]=0x06; // Write data_transmit[2]=0x10; data_transmit[3]=0x00; data_transmit[4]=0x00; data_transmit[5]=0x05; crc_cal_value(data_transmit,RTU_length); data_transmit[6]=crc_value&0x00FF; data_transmit[7]=crc_value>>8; digitalWrite(SerialTxControl, RS485Transmit); delay(10); Serial1.write(data_transmit,transmit_length); delay(10); digitalWrite(SerialTxControl, RS485Receive); }  Đọc tần số từ biến tần void Get_OutputFreq() { int8_t i=0,transmit_length=8; memset(data_transmit, 0, sizeof(data_transmit)); byte RTU_length=6; data_transmit[0]=0x01; data_transmit[1]=0x03; data_transmit[2]=0x30; data_transmit[3]=0x00; data_transmit[4]=0x00; data_transmit[5]=0x01; crc_cal_value(data_transmit,RTU_length); data_transmit[6]=crc_value&0x00FF; data_transmit[7]=crc_value>>8; digitalWrite(SerialTxControl, RS485Transmit); delay(10); Serial1.write(data_transmit,transmit_length); delay(10); digitalWrite(SerialTxControl, RS485Receive); } Phần C: Phụ lục & tài liệu tham khảo Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách Tham Khảo: [1] Ngơ Diên Tập, “Vi Điều Khiển Với Lập Trình C”, NXB Khoa Học Kỹ Thuật,năm 2006 [2]Massimo Banzi, “Getting Started with Arduino”, O’Reilly Media, 2009 [3] John Boxall, “Arduino Workshop”, William Pollock, 2013 [4] Nguyễn Đình Phú,“Giáo trình vi xử lý II”,Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, năm 2007 [5] Hà A Thồi, “Giáo trình kỹ thuật số”, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật, năm 2004 Website tham khảo:  www.4dsystems.com  http://arduino.vn/  www.google.com  www.alldatasheet.com/  http://www.dientuvietnam.net/ Phần C: Phụ lục & tài liệu tham khảo ... , tháng năm 2016 Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển cơng nghiệp PhầnA GIỚI THIỆU Phần A: Giới thiệu i Nghiên cứu ứng dụng hình 4D systems vào điều khiển cơng nghiệp LỜI CAM ĐOAN... thống Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp 3.1 Tổng quan hình 4D Systems 3.1.1 Giới thiệu Hình 3.1 :Màn hình 4D Systems Hiển thị có kích thước lớn,có thể giám sát điều khiển. .. Nội dung Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp Chƣơng DẪN NHẬP Chương : Dẫn nhập Nghiên cứu ứng dụng hình 4D Systems vào điều khiển công nghiệp 1.1 Đặt vấn đề Trong thời