Để có th truy n thông t t c các thi t b phể ề ấ ả ế ị ải được cài đặt chung các thông s , chố ọn các thông số của biến tần như sau:
Tốc độ baud 9600
Port 269 (Xem trong Hardware identifier trong Tia Portal c a board truyủ ền thông)
Parity b it 2 (Ki m tra ch n l ) ể ẵ ẻ Data bit 8
Stop bit 1
Table 4.4-1 Cài đặt chung thông s bi n tố ế ần để truyền thông Các bước để truyền thông Modbus RTU.
4.4.3.1 Cấu hình bi n tế ần FR-D700
Đọc Manual biến tần FR – D700, ta cấu hình các thông số sau:
Parameter Mô tả
Pr.1 = 50 Giới hạn t n s l n nh t ầ ố ớ ấ Pr.2 = 0 Giới hạn t n s ầ ốnhỏ nh t ấ
Pr. 79 = 2 Cho phép chuy n các chể ế độ PU, EXT, Net
Pr. 117 = 1 Vị trí trạm của biế ần t n Pr. 118 = 96 Tốc độ baud
Pr. 120 = 2 Kiểm tra ch n l ẵ ẻ(bằng 0: không ki m tra, ể bằng 1: ki m tra ch n, b ng 2: ki m tra l ) ể ẵ ằ ể ẽ Pr. 122 = 9999 Kiểm tra l i giao ti p (b ng 9999, không ỗ ế ằ
kiểm tra l i giao ti p) ỗ ế
Pr. 304 = 0 Hiển th s l i giao ti p c a truy n thông ị ố ỗ ế ủ ề Modbus - RTU
Pr. 549 = 1 Lựa ch n giao th c trọ ứ uyền thông (bằng 0: giao th c v i bi n t n Missubishi, b ng 1: ứ ớ ế ầ ằ giao th c modbus-RTU) ứ
Table 4.4-2 Cấu hình thông s bi n t n ố ế ầ
- Lưu ý: sau khi cài đặt đầy đủ các thông số trên, chuyển biến tần sang chế độ
Net, sau đó khởi động biến tần lại để điều khiển.
Ngoài ra có th cài thêm m t s khác, tham kh o Manual c a bi n t n FR-ể ộ ố ả ủ ế ầ D700.
Modbus là 1 chu n giao ti p (Protocol) lẩ ế ớp Ứng d ng. Mụ ọi ngườ thười ng nhầm Modbus là l p vớ ật lý. Điển hình là chu n Modbus RTU có th truyẩ ể ền theo chu n v t lý RS-ẩ ậ 232 ho c RS-485 và chúng ta có th dùng b chuy n RS232 - ặ ể ộ ể RS485 để giao ti p 2 hoế ặc nhiều thi t bế ị khác chu n vẩ ật lý trên cùng 1 mạng.
Trong 1 m ng Modbus ch có 1 Master và nhi u Slave ạ ỉ ề (31), để có th truy n thông ể ề tất c các thi t b phả ế ị ải được cài đặt chung các thông s : Tố ốc độ truyền, Độ dài Frame, Kiểm tra lỗi Parity, s bit Stop và khác thông s Station (Master có Station mố ố ặc định b ng 0). ằ
Phương pháp giao tiếp: Về cơ bản, Master sẽ gửi một thông điệp truy vấn (câu hỏi)
và m Slave v mtrạ trả ề ột thông điệp ph n h i (ph n hả ồ ả ồi).
Bằng cách truy cập vào địa ch thanh ghi Modbus (thanh ghi gi , ho c vùng nh ỉ ữ ặ ớ đặc biệt), chúng ta có thể đọc ho c vi t các giá tr cho bi n t n, ki m tra tr ng thái hoặ ế ị ế ầ ể ạ ạt động của bi n tế ần, ho c vi t lặ ế ệnh đầu vào c a biủ ến tần. Địa ch Modbus có giá tr tỉ ị ừ 40001 đến 49999.
Một số địa ch modbus ỉ
40001: Move giá tr ị 02H để điều khi n bi n t n ch y thu n. Theo dõi bể ế ầ ạ ậ ảng dưới đây để biết rõ hơn.
Bit Định nghĩa
Điều khiển đầu vào Trạng thái biến tần
0 Start, Stop bi n t n ế ầ Đang chạy
1 Quay thu n ậ Đang quay thuận
2 Quay nghịch Đang quay nghịch
3 RH SU (Tăng tần số)
4 RM OL (Quá tải)
5 RL 0
6 0 FU (Phát hi n t n s ) ệ ầ ố
7 RT ABC (lỗi)
8 AU(Chọn 4 đầu vào cho thiết bị đầu
9 0 SO (Giám sát đầu ra an toàn) 10 MRS (Dừng ngõ ra) 0 11 0 0 12 0 0 13 0 0 14 0 0 15 0 Xảy ra l i ỗ
Table 4.4-3 Bảng địa chỉ Modbus
40002: Reset bi n t n ế ầ 40009: Trạng thái c a bi n t n ủ ế ầ
40014: Ch y t n s cho bi n t n (giá tr RAM) ạ ầ ố ế ầ ị 40015: Ch y t n s cho bi n t n (giá tr EEPROM) ạ ầ ố ế ầ ị
Trong đồ án, nhóm s dử ụng 2 địa ch ỉ Modbus để on, off bi n t n, và truy n t n s t ế ầ ề ầ ố ừ PLC xuống bi n t n (40001, 40014). ế ầ
4.4.3.3 Làm cáp truy n thông ề
Sơ đồ chân biến tần: biến tần sử dụng jack RJ-45, có sơ đồ chân như sau:
STT Pin Tên Mô tả 1 SG Nối đất 2 - 3 RDA Nhận tín hi u bi n t n ệ ế ầ + 4 SDB Gửi tín hiệu bi n t n ế ầ -
5 SDA Gửi tín hiệu bi n t n ế ầ
+
6 RDB Nhận tín hi u bi n t n ệ ế ầ
-
7 SG Nối đất
8 -
Table 4.4-4 Sơ đồ chân vào bi n t n ế ầ
Sơ đồ chân Board truyền thông RS485 (CB 1241 – RS485)
STT Pin Tên Mô tả
1 M Chân chung 2 TA Nhận tín hi u t bi n t n - ệ ừ ế ầ 3 TRA Nhận, g i tín hi u t bi n t n - ử ệ ừ ế ầ 4 TRB Nhận, g i tín hi u t bi n t n + ử ệ ừ ế ầ 5 TB Nhận tín hi u t bi n t n + ệ ừ ế ầ 6 RTS Reset
Table 4.4-5 Sơ đồ chân vào board truyền thông
Từ hai bảng trên, nhóm đã mua cáp RJ-45, một đầu b m h t mấ ạ ạng để đưa vào biến tần, đầu còn lại bấm cos đấu vào board.
u dây: Sơ đồ đấ
PLC (CB 1241) Biến tần
TRA RDA
TRB SDB
SDA
RD
4.4.3.4 Chương trình lập trình trong tia portal
Trước khi l p trình, ta c u hình cho board CB 1241 (RS-485) có các thông s giậ ấ ố ống
như cấu hình với biến tần. (Tốc độ baud, Port, Parity bit, Data bit, Stop bit)
Cấu hình truy n thông trên Tia portal: ề
Figure 4.4-7 Cấu hình truyền thông
Figure 4.4-8 Tạo chu k quét, x lý truy n thông ỳ ử ề
Figure 4.4-10 Start, stop biến tần
4.4.4 Chương trình lập trình PID
4.4.4.1 Mô hình hóa h ệthống, tính toán các thông s ốPID
Hệ thống gồm 2 bơm mắc song song, một bơm chạy nền để ữ ải ở ộ gi t m t mức ổn định, bơm còn l i s ạ ẽ được điều khi n b ng bi n t n, s dể ằ ế ầ ử ụng PID điều khiển để đảm bảo áp suất được ổn định.
Cấp t n sầ ố cho bơm, áp suất do bơm tạo ra tăng dần. Sau một thời gian áp suất đạt
đến bão hòa. Đặc tính áp suất theo thời gian có thể biểu diễn như sau:
Figure 4.4-12 Đặc tính của động cơ
Do đặc tính chính xác của động cơ bơm khá phức tạp nên ta xấp xỉ bằng đáp ứng
gần đúng.
Sơ đồ khối mô tả đối tượng điều khiển:
T n s f ầ ố Áp suất đầu ra
r(t) c(t)
Hàm truyền được xác định gần đúng theo:
𝐺(𝑠) = 𝐶(𝑠)
𝑅(𝑠)
Tín hiệu đầu vào của hệ thống d ng hàm nở ạ ấc đơn vị, nên ta có
𝑅(𝑠) = 1
𝑐(𝑡) = 𝑓(𝑡 − 𝐿)
Trong đó: 𝑓(𝑡) = 𝐾(1 − 𝑒−𝑡𝑇)
Biến đổi laplace ngược, ta được:
𝐹(𝑠) = 𝐾
𝑠(1 + 𝑇𝑠)
Áp dụng tính ch t tr cấ ễ ủa biến đổi Laplace:
𝐶(𝑠) = 𝐾𝑒 −𝑠𝐿 𝑠(1 + 𝑇𝑠) Hàm truy n hề ệ thống: 𝐺(𝑠) = 𝐶(𝑠) 𝑅(𝑠)= 𝐾𝑒−𝑠𝐿 1 + 𝑇𝑠
Tuyến tính hóa ta được:
𝐺(𝑠) = 𝐾
𝑠(1 +𝑇𝑠)(1 +𝐿𝑠)
Hệ thống có áp suất t -0.03 ừ 10 bar, tương ứng với tần s t 0 50Hz ố ừ
Ta xác định được K = 10
Chọn L = 0,5, T = 0,08
Xác định thông số Kp, Ki, Kd
Theo phương pháp Zeigler-Nichols, ta có: Kp = 1,2T/(L.K) = 0.0192 Ki = Kp/Ti = Kp/(2L) = 0.0192 Kd = Kp.Td = Kp.(0,5.L) = 0.0048
4.4.4.2 Mô phỏng hệ thống trong Matlab
Xây d ng mô hình Simulink, v i các thông s ự ớ ố ở phần trước và m t s thông s nhóm ộ ố ố đã tìm hiểu từ 1 số hệ thống thực tế.
Figure 4.4-13 Mô hình Simulink-Matlab
Figure 4.4-14 Thông s PID ố
Figure 4.4-15 K t qu mô phế ả ỏng PID
Với các thông s ố PID tính được ở trên, ta th y h ấ ệthống có thời gian đáp ứng kho ng ả 27s, không có v t l , sai s xác l p nh . ọ ố ố ậ ỏ
4.4.4.3 Chương trình PLC
Cấu hình khối PID Compact
Trước tiên, tạo một khối OB Cyclic (từ 30 tr đi), có chu kỳ ngắt là 300ms, ngắt ở
Figure 4.4-16 Tạo chương trình ngắt trong PLC
Tiếp theo, s c u hình cho khẽ ấ ối PID compact. Đầu tiên là ch n lo i muọ ạ ốn điều khi n ể PID, có các loại như: nhiệt độ, áp suất, tần s ,... ố Ở đây, nhóm chọn là tần số.
Figure 4.4-17 Chọn loại điều khiển PID trong PID compact
Giá tr vào là giá tr c m biị ị ả ến analog, đã qua xử lí tín hi u analog, vì v y, ngõ vào là ệ ậ input. Ngõ ra là tín hi u s , truy n thông qua bi n t n, v y ch n tín hi u ngõ ra là Output ệ ố ề ế ầ ậ ọ ệ per.
Figure 4.4-18 Chọn parameters ngõ vào, ngõ ra
Điền các giá trị đã tính toán vào bảng PID Parameters. Vì đã tính được các giá trị
Figure 4.4-19 PID Parameter
Chương trình lập trình PID trên Tia Portal V14
Figure 4.4-21 Chương trình sửa lỗi PID và Auto run
Chương trình tinh chỉnh PID bằng tay: Sẽ có 1 nút nhấn hai tác động được thiết kế
trên WinCC. Ở trạng thái đầu tiên, PID Compact s s d ng thông sẽ ử ụ ố trực ti p tế ừ trương trình, không cho phép nh p Kp, Ti, Td t màn hình WinCC vào vùng nh c a b PID ậ ừ ớ ủ ộ Compact. Ởtrạng thái th ứ 2, thì người dùng s ẽ được tinh ch nh các thông s Kp, Ti, Td cỉ ố ủa hệ thống theo ý muốn.
Figure 4.4-22 Tinh ch nh PID ỉ
Figure 4.4-24 Kiểm tra setpoint run PID và RS-485
4.4.5 Tạo giao diện điều khi n Win CC và kể ết nối 4.4.5.1 Cấu hình và kết nối 4.4.5.1 Cấu hình và kết nối
Đầu tiên, tạo 1 màn hình WinCC Runtime Pro
Figure 4.4-25 Tạo WinCC RT
Figure 4.4-26 CP IE ( IE general)
Kiểm tra Connect giữa WinCC và PLC. Đầu tiên, vào ph n connect c a HMI, và ầ ủ kiểm tra xem lo i connect gì. ạ
Figure 4.4-27 Kiểm tra connect
Sau đó vào Control panel của máy tính, mở phần mềm Set PG/PC interface và cấu hình gi ng loố ại đã xem trong HMI connect. Card mạng ph i phù h p v i loả ợ ớ ại máy tính đang dùng trong Tia portal (ở đây, loại k t n i là Cp_L2_1, Card m ng là Wireless -Aế ố ạ C 8260.TCPIP).
Figure 4.4-28 Set PG/PC interface
Địa ch Ip c a WinCC RT và Ip c a máy tính ph i trùng nhau. Ip c a PLC và WinCC ỉ ủ ủ ả ủ
RT phải cùng NetWork và khác Host.
Figure 4.4-29 IP c a WinCC và PLC ủ
4.4.5.2 Thiết kế giao di n Win CC ệ
Giao diện Win CC nhóm thiết kế ồ g m 3 trang.
- Trang 1: trang ch , hi n th ủ ể ị tên đề tài, tên thành viên, giảng viên hướng dẫn,… - Trang 2: giao diện điều khiển
- Trang 3: tinh chỉnh PID và biểu đồ theo dõi
Figure 4.4-30 Giao di n trang Home ệ
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết quảđạt được
- Thiết kế và l p ráp hoàn ch nh mô hình. ắ ỉ
- Hệ thống hoạt động với áp suất luôn giữ ổn định theo giá trị đặt. - Truyền thông gi a PLC và bi n t n theo chu n RS485. ữ ế ầ ẩ
- Thiết kế giao diện WinCC để giám sát và điều khi n h ể ệthống trên máy tính.
5.2 Hạn ch ế
- Hệ thống s dử ụng 2 bơm ghép song song, khi áp suất nước trên đường ng ố quá cao, s dẽ ẫn đến đóng van một chi u gây tri t tiêu áp su t l n nhau, làm ề ệ ấ ẫ giảm áp suất trên đường ng. ố
- Chương trình điều khiển chưa được tối ưu.
5.3 Hướng phát triển của đề tài
- Khắc phục được những h n ch trong viạ ế ệc ghép song song 2 bơm.
- Sử dụng 2 bơm nền, 2 bơm này sẽ chạy luân phiên với nhau để tránh làm việc quá lâu làm gi m tu i th cả ổ ọ ủa động cơ cũng như dự phòng khi hệ thống có một bơm bị trục trặc.
TÀI LIỆU THAM KH O Ả
[1] Nguy n Th ễ ị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng. Lý thuyết điều khi n t ể ự động. NXB DHQG, 2005.
[2] Tr n Thu Hà, Ph m Quang Huy. T ng hóa trong công nghi p L p trình vầ ạ ự độ ệ – ậ ới S7 & WINCC. NXB Hồng Đức, 2008.
[3] S7-1200 Programmable controller 1548 System Manual, V4.2, 09/2016.
[4] Hoàng Minh Sơn. Mạng truy n thông công nghi p. NXB KH&KT Hà N i, 2006. ề ệ ộ
Tài liệu trích d n t Internet: ẫ ừ
[5] Công ty Hệ thống điện và Tự động hóa. X lý tín hi u Analog trong PLC S7-ử ệ 1200. http://www.fulle.com.vn/analog-voi-plc-siemens- -1200-n44.htmls7