HỆ THỐNG HMI TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BIẾN TẦN (Có file lập trình)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG HMI TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BIẾN TẦN Nghành :ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niêm khóa : 2005-2009 LỜI CẢM ƠN Qua thời gian làm khóa luận , tiểu luận em nêu lên vấn đề HMI, PLC, Biến Tần, Động Cơ cơng nghiệp , chưa hồn thiện tất mặt, nhiên nỗ lực cá nhân Bên cạnh truyền đạt hướng dẫn tận tình thầy cô môn Điều Khiển Tự Động Qua em xin gửi lời cảm ơn tri ân sâu sắc tới thầy Lê ngọc Bích người trực tiếp hướng dẫn em từ ngày đầu nhận tiểu luận suất q trình thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Bạn, thầy tạo điều kiện góp ý cho em hồn thành khóa luận Và nhóm xin gửi lời cảm ơn tới tất bạn khóa giúp đỡ suất trình học tập trường ĐH Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Một lần em xin chân thành cảm ơn ! LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần điều khiển lập trình PLC sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp, giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa q trình sản xuất PLC đóng vai trị trung tâm điều khiển, dễ dàng lập trình ,cho phép nhanh chóng thay đổi chương trình điều khiển ,ứng dụng phạm vi rộng ,chuẩn hóa điều khiển, giá thành thấp dễ dàng bảo trì sửa chữa , độ xác cao mơi trường cơng nghiệp….Nhu cầu tích hợp điều khiển biến tần qua PLC từ quan tâm nhiều thêm vào giải pháp sử dụng giao diện người máy (HMI) trang bị hầu hết dây chuyền sản xuất Khi mà việc thực máy móc người điều hành thiên giám sát điều khiển Chính ứng dụng cấp độ điều khiển HMI-PLC-Biến tần-động ngày sử dụng rộng khắp Đây lý tạo nên động lực để nhóm vào tìm hiểu hệ Với mục đích làm quen dần có nhìn hệ thống Tuy nhiên hạn chế kinh nghiệm thực tế kiến thức thời gian thực nên tiểu luận tránh thiếu xót Do nhóm mong bảo thêm quý thầy cô tất bạn Tp.Hồ Chí Mình ngày … tháng ….năm 2010 MỤC LỤC Trang Chương 1: Mở đầu Lý tính thực tiễn Đối tượng nghiên cứu Giới hạn tiểu luận Chương 2: Tổng quan hệ thống HMI – PLC- INVERTER 1: INVERTER 1.1 Tổng quan biến đổi tần số (INVERTER ) 1.2 Ứng dụng chung biến tần 1.3 Khảo sát biến tần MicroMaster 420 SIEMENS 1.3.1 Thông số kĩ thuật 1.3.2 Sơ đồ đấu dây: 1.3.3 Các thông số 1.4 Các thông báo lỗi cảnh báo : PLC S7-200 16 18 2.1 Cấu trúc phần cứng 18 2.2 Nguyên lý hoạt động 23 2.3 Cấu trúc nhớ 23 2.4 Sơ đồ kết nối phần cứng CPU 224 XP 25 2.5 Giới thiệu giao thức USS 26 : Giao tiếp người vận hành HMI 32 Chương : Kết thi cơng mơ hình 3.1 Điều khiển biến tần qua giao thức USS 37 3.1.1 Sơ đồ khối lưu đồ thuật tốn cho mơ hình điều khiển USS 37 3.1.2 Yêu cầu điều khiển 38 3.1.3 Thiết lập liên kết Step Microwin S7-200 PC Access 39 3.1.4 Thực liên kết WinCC Flexile 41 3.1.5 Vận hành khảo nghiệm 43 3.2 Điều khiển biến tần qua modul Analog 3.2.1 Sơ đồ khối lưu đồ giải thuật cho mơ hình 44 3.2.2 Xây dựng cơng thức tính tốc độ RPM 45 3.2.3 Thiết kế giao diện điều khiển MicroSoft Excel 45 3.2.4 Vận hành khảo nghiệm 46 Chương : Kết luận thảo luận 4.1 Kết nghiên cứu 48 4.2 Thảo luận 49 4.3 Kết luận chung hướng phát triển tiểu luận Chương : Phụ lục 50 Chương trình PLC cho mơ hình điều khiển biến tần qua giao thức USS Chương trình PLC cho mơ hình điều khiển biến tần qua modul analog CHƯƠNG : MỞ ĐẦU : Lý tính thực tiễn tiểu luận Việc tự động hóa cơng nghiệp ổn định tốc độ động không cịn xa lạ với người cơng tác nghành kỹ thuật điều khiểnvà đời biến tần mang lại công việc ổn định thay đổi tốc độ động cách dễ dàng mà hầu hết xí nghiệp sử dụng Sự kết hợp HMI , PLC INVERTER (biến tần )đã tạo hiệu tối ưu cho việc tự động hóa dây chuyền sản xuất cách linh hoạt.Vì cơng việc thực máy móc người thiên giám sát trực tiếp điều khiển.Chính nhà máy hướng dần đến xu Nhu cầu tích hợp điều khiển biến tần qua PLC quan tâm nhiều ,thêm vào giải pháp sử dụng mạng điều khiển, đặc biệt lĩnh vực tự động hóa cần thiết Mạng DDS (Distributed Driver System )đã giải pháp để điều khiển hệ Biến tần với độ tin cậy cao Mặt khác, để điều khiển hệ Biến tần dùng đầu vào số tượng tự làm tốn đầu vào số tương tự tương ứng PLC, làm tăng số lượng dây nối, giảm độ tin cậy làm tăng giá thành hệ thống Trong hệ DDS Siemens sử dụng giao thức USS để điều khiển Biến tần hiệu có độ tin cậy cao Nếu dùng giao thức USS PLC điều khiển tối đa 32 Biến tần mà khơng cần đầu mang lại hiệu kinh tế cao Thông qua giao thức này, từ PLC thay đổi giám sát phần lớn tham số Biến tần Để công việc điều khiển thuận lợi trực quan dễ dàng sử dụng cho khơng thiết phải dân kỹ thuật nhóm chọn phần mềm WinCC Flexible 2008 phần mềm bảng tính phổ thơng Microsoft Excel 2007 để thiết kế giao diện , tạo lập sở liệu, cảnh báo hình thành mạng SCADA mini để điều khiển giám sát hệ thống.Đây phần mềm ngôn ngữ cấp cao kết hợp bí SIEMENS lực MicroSoft người dùng yên tâm với công nghệ phần mềm này.Với lý nhóm định thực tiểu luận với mơ hình “ HMI cho biến tần SIEMENS MM420”trên phần mềm WinCC Flexible mơ hình HMI cho biến tần SIEMENS MM420 phần mềm MicroSoft Excel : Đối tượng nghiên cứu Biến tần MicroMaster 420 SIEMENS Bộ khả trình PLC S7-200 Phần mềm lập trình Step MicroWin Bộ mã hóa Encorder Phần mềm S7-200 PC Access Phần mềm bảng tính MicroSoft Excel Phần mềm WinCC Flexible : Giới hạn tiểu luận Do thời gian có hạn nên tiểu luận mang tính chất lý thuyết chưa đưa vào ứng dụng cụ thể Chỉ tập trung giới thiệu nêu lên ứng dụng giải pháp thực tế CHƯƠNG : TỔNG QUAN HỆ THỐNG HMI-PLC-INVERTER INVERTER 1.1 Tổng quan biến đổi tần số (INVERTER ) Bộ biến đổi tần số hay gọi biến tần thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều tần số thành dòng điện xoay chiều tần số khác mà thay đổi được.Đối với biến tần sử dụng điều chỉnh tốc độ động xoay chiều ngồi việc thay đổi tần số cịn thay đổi điện áp khác với điện áp vào cấp cho biến tần Phân loại biến tần Bộ biến tần chia làm nhóm : Biến tần máy điện Biến tần van  Biến tần máy điện Nguyên lý chung nhóm dùng máy phát điện xoay chiều làm nguồn điện có tần số thay đổi Hình 2.1 Biến tần máy điện Việc sử dụng điều khiển loại phức tạp phải sử dụng nhiều loại máy điện Diện tích lắp đặt lớn ,hiệu suất làm việc thấp ,gây ồn ,nền móng phải kiên cố nên giá thành cao  Biến tần van Nguyên lý làm việc biến tần van dùng tín hiệu điều khiển để đóng mở van ( thường Tiristor hay Transistor ) biến đổi lượng điện xoay chiều tần số thành lượng điện xoay chiều qua tần số khác.Biến tần van chia làm loại :  Biến tần trực tiếp  Biến tần gián tiếp Hình 2.2 Sơ đồ khối biến tần van Biến tần van ứng dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm : kích thước nhỏ nhẹ khơng gây ồn hệ số khuếch đại công suất lớn, hiệu suất cao.Ở loại biến tần điện áp xoay chiều chuyển thành chiều nhờ mạch chỉnh lưu ,qua lọc nghịch lưu lại thành điện áp xoay chiều với tần số f2 Điện áp Trong hộp Box Item Properties ta khai báo thuộc tính cho đối tượng cần liên kết hình khai báo nhãn có tên RUN_STOP gắn với địa M0.1.kiểu liệu BOOL đọc ghi bit PLC S7-200 PC WINC Tương tự ta tạo nhãn có tên speed out gắn với địa VD8 kiểu liệu REAL đọc liệu 32 bit OPC- 22 kết ta Item hình Sau kiểm tra việc liên lạc PC Access PLC S7-200 mục Quality thể chất lượng liên lạc PC Access PLC S7-200 3.1.4 Thực liên kết WinCC Flexible liên kết WinCC Flexible PC Access Liên kết địa với PC Access Thiết kế giao diện WinCC Flexible Kết thu chế độ RunTime 3.1.5 Vận hành khảo nghiệm Bước Reset hệ thống cách click chuột vào nút nhấn RESET, sau nhập tần số cần chạy vào số1 Nhấn nút RUN_STOP lần khởi động động nhấn lần dừng động , trình chạy ta giám sát tần số dịng điện ô 4, điện áp ô 5, giá trị chuyển đổi 0-10V analog tín hiệu đầu vào biến tần ,hay tốc độ động ,có thể thay đổi chiều quay động phần mềm cách nhấn vào nút DIR thay đổi dây mạch động lực Nhấn nút OFF2 động dừng tự thay dừng với thời gian giảm tốc.Exit để khỏi chương trình làm việc Nhận xét Qua vận hành cho thấy mơ hình đáp ứng yêu cầu đặt với tần số đáp ứng nhanh Hạn chế ghi tần số xuống cần phải dừng hệ thống lại làm tính liên tục hệ thống 3.2 ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN QUA MODUL ANALOG 3.2.1 Sơ đồ khối lưu đồ thuật tốn cho mơ hình điều khiển Analog Lý thực hiện: Với mục đích sử dụng ngõ vào tương tự PLC đưa tới ngõ vào tương tự số biến tần để điều khiển đo tốc độ trục để điều chỉnh vô cấp tốc độ trục.Tùy thuộc vào yêu cầu mà ta lựa chọn điều chỉnh tốc độ cho phù hợp.Đo tốc độ trục ứng dụng nhiều công nghiệp cắt giấy xác, máy CNC ,điều khiển vị trí … 3.2.2 Xây dựng cơng thức tính tốc độ RPM: Về lý thuyết ta tính RPM dựa vào tần số số cặp cực động theo cơng thức N RPM Trong F tần số lưới điện đặt động P: số cặp cực Nhưng số vòng quay thực tế động tuỳ thuộc vào ma sát trục ROTOR hệ số trượt động nên tốc độ khơng xác ( Hệ số trượt động không đồng ) Giả sử khoảng thời gian T phút (thời gian lấy mẫu ) encoder đếm X xung Vậy khoảng thời gian lấy mẫu T phút động quay vòng suy số tốc độ thực tế rotor B vòng/ phút tốc độ đọc tốc độ thực tế rotor 3.2.3 Thiết kế giao diện điều khiển MicroSoft Excel Kết mô hình hồn chỉnh Khi biến thái Stop tần trạng Khi biến tần trạng thái Run 3.2.4 Vận hành khảo nghiệm Trên hình giao diện có nút nhấn START nút nhấn STOP Nhấn START biến tần bắt đầu khởi động.Khi tốc độ động thay đổi theo hiển thị số vòng quay động phút.Đồng thời biểu đồ biểu diễn cột tốc độ thay đổi theo.Giá trị Analog ngõ AQW0 hiển thị theo.Nhấn nút Stop biến tần ngưng hoạt động cột tốc độ giảm theo số vòng quay động Nhận xét : hình giao diện đơn giản trực quan ,đáp ứng nhanh với kiện bên ngồi Cịn hạn chế lập trình VisuaBasic Application CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN 4.1 Kết nghiên cứu Với giúp đỡ tận tình thầy Lê Ngọc Bích ,thầy Lê Văn Bạn, thầy mơn bạn khóa sau thời gian làm tiểu luận nhóm thu kết sau : Về phần lý thuyết : Tìm hiểu lý thuyết biến tần Micro Master 420 SIEMENS Tìm hiểu lý thuyết PLC S7-200 SIEMENS Lý thuyết giao thức USS biến tần MM420 Tìm hiểu phần mềm PC Access Tìm hiểu phần mềm MicroSoft Excel Tìm hiểu Encoder lý thuyết đếm tốc độ cao Phần mềm WinCC Flexible 2008 Về phần thực hành ; Cài đặt thực hành biến tần MM420 Thiết lập liên kết Step MicroWin – PC Access MicroSoft Excel Viết chương trình điều khiển PLC S7-200, Tạo giao diện giám sát phần mềm MicroSoft Excel Thiết lập liên kết Step MicroWin – PC Access phần mềm HMI WinCC Flexible Thiết kế giao diện giám sát phần mềm WinCC Flexible Vận hành mơ hình 4.2 Thảo luận 4.2.1 Với mơ hình điều khiển giám sát mạng biến tần qua chuẩn USS em thấy Ưu điểm :  Nếu sử dụng PLC để điều khiển qua chuẩn tiết kiệm tối đa ngõ vào, số ngõ vào tương tự Hiệu rõ rệt hệ thống trang bị với số lượng biến tần lớn (không cần sử dụng ngõ PLC )  Thủ tục kết nối đơn giản ,tiết kiệm chi phí sử dụng dây dẫn điện bình thường điều khiển đựợc mạng  Cài đặt hiệu chỉnh phần lớn tham số biến tần,thay đổi đổi tần số hay tốc độ cách dễ dàng  Đọc giá trị dòng, áp ,tần số ,hướng quay, tốc độ, …của động hay giá trị analog biến tần  Tích hợp hệ thống lập thành mạng SCADA để điều khiển giám sát mạng Nhược điểm:  Nhược điểm lớn thiết lập mạng thời điểm ta đọc ghi thơng số  Tín hiệu phản hồi từ biến tần đọc liên tục được.Ta cần tạo xung cho (ví dụ SM0.5 tạo TIMER )  Các lệnh giao thức USS khơng thể viết chương trình chương trình ngắt,làm cách giải tốn chương trình trở nên cồng kềnh ,khó tốn có u cầu độ phức tạp cao,số lượng biến tần lớn  Biến tần phải hãng, tích hợp  Cần trang bị phần mềm hình HMI làm giá thành lên cao yêu cầu điều khiển đơn giản, số lượng biến tần nhỏ 4.2.2 Với mơ hình đo hiệu chỉnh hiển thị tốc độ động em thấy : Ưu điểm :  Thủ tục kết nối đơn giản  Sử dụng phần mềm phổ thơng MicroSoft Excel làm giảm đáng kể chi phí đầu tư toán cần giao diện giám sát  Thực lưu trữ tính tốn báo cáo đơn giản Nhược điểm :  Người sử dụng cần phải có kiến thức lập trình ngơn ngữ cấp cao VBA  Thư viện công cụ cho việc thiết kế giao diện  Chưa tạo đồ thị theo thời gian 4.3 Kết luận chung hướng phát triển tiểu luận  Kết luận : Các mơ hình thực u cầu đặt cịn mang nặng tính lý thuyết thiếu mặt ứng dụng cụ thể làm khó hình dung ưu nhược điểm  Hướng phát triển tiểu luận Thiết kế phải đưa vào ứng dụng Khai thác tối đa chức điều khiển giám sát phần mềm WinCC Flexible 2008 Khai thác tối đa chức điều khiển giám sát Excel , tìm hiểu lập trình cao qua ngôn ngữ VBA Nâng cấp lên thành cấp độ giám sát sản xuất xa cấp độ giám sát nhà nhà máy qua mạng Ethernet Thiết kế điều khiển trạm bơm ,quản lý điện tiêu thụ (vì đọc được,dịng áp ) , tự động xuất báo cáo qua MicroSoft Excel theo ngày TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Doãn Phước , Phan Thu Minh- Tự Động Hóa với SIMATIC S7-200 Trần Thu Hà ,Phạm Quang Huy,Tự động hóa cơng nghiệp với WinCC ThS.Lê Văn Bạn, KS Lê Ngọc Bích Giáo Trình PLC Tạp chí cơng nghiệp Tự Động Hóa Google.com www.Support.Automation.Siemens.com … TĨM TẮT 10 Tiểu luận “ HỆ THỐNG HMI TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BIẾN TẦN “ tiến hành môn “ Điều Khiển Tự Động “ trường đại học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh thời gian từ ngày 2-10-2010 đến ngày 10-12-2010 ... áp vào cấp cho biến tần Phân loại biến tần Bộ biến tần chia làm nhóm : Biến tần máy điện Biến tần van  Biến tần máy điện Nguyên lý chung nhóm dùng máy phát điện xoay chiều làm nguồn điện có tần. .. cách Để thay đổi giá trị setpoint điều khiển phản hồi biến tần cần đầu vào đầu analog ,ngoài phải cần đầu vào số PLC để điều khiển biến tần Điều khiển biến tần qua mạng Profibus loại MicroMaster... động điều khiển lưu trữ liệu lập trình.Một vài lớp cấp độ điều khiển giao tiếp yêu cầu độ tin cậy vận hành hệ thống cấp thiết bị ,cấp điều khiển cấp giám sát HMI có khả hiệu chỉnh chương trình điều