Giới thiệu chung về phần mềm Starter
Nhằm mục đích đơn giản hóa, nâng cao độ tin cậy của quá trình vận hành, bảo trì các hệ thống biến tần mới nhà sản xuất siemens đã phát triển phần mềm chuyên dụng starter, phần mềm cho phép tự động đọc thông số từ các thiết bị trong hệ thống biến tần do đó rút ngắn thời gian và tránh nhầm lẫn trong quá trình thiết lập thông số. Phần mềm được cung cấp miễn phí trên trang chủ của hãng Siemens, gồm nhiều phiên bản cài đặt trên nhiều hệ điều hành khác nhau. Phần mềm Starter cho phép thiết lập các tham số, nạp chương trình, phát hiện lỗi và bảo trì hệ thống khi cần, các chức năng quan trọng :
- Khôi phục cấu hình nhà máy
- Hỗ trợ nhiều Wizard vận hành đa đạng với nhiều chức năng - Cài đặt tất cả các tham số cần thiết
- Cung cấp Panel điều khiển trực quan, cho phép thiết lập và giám sát trực tiếp động cơ
- Tạo và lưu trữ dữ liệu tiện lợi
- Chuyển đổi dữ liệu lưu trữ linh hoạt từ RAM sang ROM - Nạp trực tiếp Project đã thiết lập trên PC/PG xuống khối CU
- Lấy chương trình lưu trong khối CU về PC/PG để tiến hành chỉnh sửa - Tạo và kích hoạt chức năng an toàn qua phần mềm
- Hỗ trợ bảo vệ quá trình ghi dữ liệu và bảo mật nội dụng dữ liệu.
Kết nối phần cứng và phần mềm
Để thực hiện cài đặt online thông qua phần mềm Starter thì ta cần thiết lập kết nối giữa phần cứng ( khối CU) và phần mềm trên PC/PG thông qua các cổng truyền thông, Siemens hỗ trợ 3 phương pháp kết nối chính :
- Thông qua truyền thông Profibus - Thông qua truyền thông Ethernet
- Thông qua truyền thông Profinet (chỉ áp dụng cho khối CU3xx-PN)
Hình 3.8 Sơ đồ nối dây kết nối Profibus
Ta kết nối phần cứng qua cáp truyền thông Profibus (cáp RS485) và bộ Adapter kết nối PC/PG bằng cổng COM, đầu cáp RS485 kết nối với cổng X126 trên khối CU và thiết lập địa chỉ bằng tay qua 2 núm xoay DP-Adresse. Sau đó trên máy tính thực hiện các bước sau :
- Trong Starter chọn “Project > Set PC/PG interface > chọn loại giao diện truyền thông Profibus tương ứng”
- Nếu không có giao diện đã được cài đặt trước , ấn vào “select” để chọn giao thức cần và chọn “install” để cài đặt giao thức
- Sau khi hoàn tất cài đặt giao diện, trong hộp thoại “Set PC/PG interface” để cấu hình chi tiết cho Profibus.
- Kích hoạt tùy chọn “PG/PC is the only master on the bus” để hoàn thành tạo kết nối phần mềm về phần cứng qua Profibus.
* Kết nối truyền thông Ethernet:
Ta nối dây cáp RJ45 từ cổng Ethernet từ máy tính đến cổng LAN X127 của khối CU.
Hình 3.9 Sơ đồ nối dây kết nối Ethernet
Trên máy tính ta thực hiện các thao tác sau :
38 - Vào mục “Settings” của máy tính , chọn “Control Panel > Network
connections”
- Kích chuột phải vào kết nối muốn dùng chọn “properties”, kích chọn “Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv4) , sau đó kích chọn “use the following IP adress”
- Đặt địa chỉ IP trên máy tính là 169.254.11.1 , subnetmask 255.255.0.0 - Chọn Ok.
Hình 3.10 Thiết lập địa chỉ IP máy tính
Thiết lập địa chỉ IP cho khối điều khiển CU :
Để máy tính có thể giao tiếp với khối CU của biến tần thì khối CU cũng cần được đặt địa chỉ IP và đặt tên máy (nếu có nhiều CU kết nối với một máy tính). Địa chỉ IP và tên máy sau khi được đặt một lần sẽ được lưu trữ lại trong bộ nhớ ROM của CU. Để đặt địa chỉ IP cho khối CU ta làm như sau:
- Kiểm tra xem CU đã có IP hay chưa: từ menu ta chọn Project > accessible nodes (hoặc click biểu tượng accessible nodes trên thanh công cụ).
- Nếu địa chỉ hiện ra là 0.0.0.0 tức là khối CU chưa được đặt IP - Kích chuột phải vào “ Bus node…” chọn “edit ethernet node”
- Ta đặt địa chỉ IP cho máy là 169.254.11.x ( với x là một số nguyên hai chữ số). Subnet mask : 255.255.0.0 (như hình 3.10).
Hình 3.12 Cài đặt IP cho khối CU
Thiết lập kết nối trên Starter:
Vì có thể kết nối theo nhiều chuẩn giao diện khác nhau , nên ta cần chọn giao diện muốn sử dụng để kết nối. Từ mục option chọn Set PG/PC interface → chọn giao diện muốn sử dụng từ trong hộp thoại. Cửa sổ chính của STARTER được hiển thị:
- Click vào “ Options > Set PG/PC interface ”. - Cửa sổ “Set PG/PC interface” mở ra như hình 3.13
40 - Chọn “Access point of the application” là “DEVICE (STARTER SCOUT)”. Trong hộp danh mục “interface parameter assignment used: ” chọn giao diện mong muốn. Nếu giao diện mong muốn không có trong danh mục, ta có thể thêm vào bằng cách click vào “ Select… ”.
- Giao diện đã được thiết lập ở trong cửa sổ “install/uninstall interface”. Nếu giao diện mong muốn chưa có, bạn phải tự thiết lập nó. Những đầu vào đó được hiện ra ở phía bên trái của cửa sổ. Chọn giao diện muốn có ở phía bên trái, rồi click vào “install--->”. Giao diện đó sẽ được chuyển sang phía bên phải như hình 3.14.
Hình 3.14 Cài đặt giao diện
- Chọn giao diện mong muốn và đóng cửa sổ để hoàn thành thiết lập kết nối.
Tham số hệ thống với đầu vào/ra dữ liệu
Cấu trúc của các chức năng truyền động và mối quan hệ của các tham số riêng lẻ với các tham số khác được hiển thị trong sơ đồ chức năng. Ta sẽ đi vào tìm hiểu ý nghĩa và ký hiệu của từng loại:
* Tham số (parameters):
Trong hệ Sinamics S120, các chức năng hệ thống được đánh số quy ước dưới dạng các tham số lưu trong bộ nhớ theo thứ tự các thanh ghi, có 2 loại tham số chính :
- Tham số giám sát : ký hiệu rxxxx[y] hoặc rxxxx[y…z] hoặc rxxxx[y].ww hoặc rxxxx.ww
+ “r” ý nghĩa là tham số giám sát , là tham số chỉ đọc.
+ “xxxx” ý nghĩa là số thứ tự tham số ( mỗi chữ số đại diện cho một chức năng được quy ước sẵn)
+ “[y]” ý nghĩa là vị trí thanh ghi dùng để lưu tham số
+ “[y…z]” ý nghĩa là một mảng thanh ghi dùng để lưu tham số
+ “ww” ý nghĩa là số thứ tự bit được trong thanh ghi [y] dùng để lưu tham số.
- Tham số cài đặt : ký hiệu pxxxx[y] hoặc pxxxx[y…z] hoặc pxxxx[y].ww hoặc pxxxx.ww
+ “p” ý nghĩa là tham số cài đặt , là tham số có thể thay đổi
+ “xxxx” ý nghĩa là số thứ tự tham số (mỗi chữ số đại diện cho một chức năng được quy ước sẵn)
+ “[y]” ý nghĩa là vị trí thanh ghi dùng để lưu tham số
+ “[y…z]” ý nghĩa là một mảng thanh ghi dùng để lưu tham số
+ “ww” ý nghĩa là số thứ tự bit được trong thanh ghi [y] dùng để lưu tham số.
+ Ví dụ : thông số bộ điều khiển, chức năng hệ thống ,….
* Đầu vào ra dữ liệu:
Ta có 4 loại đầu vào ra :
- Đầu vào dữ liệu dạng word (CI) : dữ liệu ở dạng chữ số thập phân - Đầu vào dữ liệu dạng bit (BI) : dữ liệu dưới dạng số nhị phân - Đầu ra dữ liệu dạng word (CO) : dữ liệu ở dạng chữ số thập phân - Đầu ra dữ liệu dạng bit (BO) : dữ liệu dưới dạng số nhị phân
Ký hiệu trong sơ đồ chức năng cho đầu vào CI như hình 3.15 :
Hình 3.15 Ký hiệu đầu vào CI
“pxxxx” hoặc “pxxx[y]” hoặc “pxxxx[y…z] là tham số đầu vào cần nhận dữ liệu. “xxxx” hoặc “xxxx[y]” hoặc “xxxx[y] là nguồn dữ liệu truyền đi , có thể đến từ tham số cài đặt khác hoặc tham số giám sát.
Ví dụ :
Hình 3.16 Ví dụ cho đầu vào CI
“p1070[0]” là tham số đầu vào cần nhận dữ liệu, dữ liệu ở đây là tốc độ đặt cho động cơ.
“p1002” là nguồn dữ liệu truyền đến, ở đây là giá trị tốc độ được nhập trước lưu với tham số p1002.
42
Ký hiệu trong sơ đồ chức năng cho đầu vào BI như hình 3.17 :
Hình 3.17 Ký hiệu đầu vào BI
“pxxxx” hoặc “pxxx[y]” hoặc “pxxxx[y…z] là tham số đầu vào cần nhận dữ liệu dạng nhị phân.
“def” là nguồn tín hiệu nhị phân từ tham số cài đặt hoặc tham số giám sát. Ví dụ :
Hình 3.18 Ví dụ cho đầu vào BI
“p1055” là tham số cài đặt dạng bit kích hoạt chế độ chạy nhấp.
“r722.0” là tham số giám sát dạng bit, chính là đầu vào số DI0 của khối điều khiển CU.
Tức là khi đầu vào số DI0 lên 1 tức tham số r722.0 = 1 sẽ truyền tín hiệu đó cho tham số p1055 để ra lệnh thực hiện chạy nhấp.
Ký hiệu trong sơ đồ chức năng đầu ra CO như hình 3.19 :
Hình 3.19 Ký hiệu đầu ra CO
“rxxx[y…z]” hoặc “rxxx[y]” là tham số mà dữ liệu đầu ra sẽ truyền đến. Ví dụ :
Ta thấy với đầu ra CO là tham số p1002[0] được nhập trước thì cài đặt sẽ thể hiện tham số p1070[0] là giá trị tốc độ đặt nhận từ đầu ra CO của p1002[0].
Ký hiệu trong sơ đồ chức năng đầu ra BO như hình 3.21 :
Hình 3.21 Ký hiệu đầu ra BO
“rxxx[y…z]” hoặc “rxxx[y]” là tham số mà dữ liệu đầu ra sẽ truyền đến. Ví dụ :
Hình 3.22 Ví dụ cho đầu ra BO
Ta cài đặt tham số p1055[0] liên kết với đầu vào số DI0 hay tham số r722.0, nhìn từ phía p1055[0] thì DI0 chính laf1 cổng đầu ra BO.
Tóm lại, việc cài đặt vận hành hệ SINAMICS S120 bằng phần mềm Starter chính là đi cài đặt tham số giám sát và cài đặt hợp lý, kết hợp liên kết các tham số bằng chọn lựa chức năng đầu vào/ra.Ngoài ra, với từng chế độ điều khiển lựa chọn sẽ có các sơ đồ chức năng cụ thể theo khối kết hợp đầu vào/ra chứa tham số để người dùng cài đặt dễ dàng hơn. Các thao tác cài đặt cụ thể sẽ được chúng em trình bày trong chương sau và được thực hiện trên bộ thí nghiệm SINAMICS S120 tại phòng thí nghiệm bộ môn.
44
CHƯƠNG 4.THỰC NGHIỆM HỆ BIẾN TẦN SINAMICS S120 4.1 Cấu trúc phần cứng bộ thí nghiệm
* Các thành phần chính bộ thí nghiệm:
- 1 Khối lọc sóng công suất 16 kW ( Active interface module) - 1 Khối điều khiển CU320_DP (Control Unit)
- 1 Khối chỉnh lưu công suất 16kW - 1 Khối nghịch lưu điều khiển 1 động cơ
- 1 biến tần PM340 được điều khiển bằng khối CU320_2_DP thông qua khối CUA31 gắn trên biến tần này.
- Dây cáp dữ liệu DRIVER-CliQ. - Một động cơ không đồng bộ 2.2kW - Một động cơ đồng bộ 2.1 kW
- Encoder mỗi chiếc gắn trên một động cơ :
+ Encoder gắn trên động cơ đồng bộ : Absolute encoder 2048 S/R, 4096 Revolutions, multi-turn, with EnDat interface.
+ Encoder gắn trên động cơ không đồng bộ : Siemens 1XP8001 rotaty incremental encoder.
- Hai khối SMC(Sensor Module Cabinet) nhận tín hiệu từ hai encoder và sang chuẩn DRIVER-CliQ:
+ SMC 30: kết nối với encoder trên động cơ không đồng bộ. + SMC20: kết nối với encoder trên động cơ đồng bộ.
- Các aptomat đóng cắt :
+ Atomat AT1: đóng cắt nguồn 3 pha cấp vào bộ thí nghiệm.
+ Atomat AT2: đóng cắt nguồn 1 pha được trích ra từ lưới điện 3 pha để chuyển thành nguồn 24Vdc nuôi thiết bị điện tử.
+ Atomat AT3: đóng cắt nguồn 3 pha cấp cho biến tần PM 340.
+ Attomat AT4: đóng cắt nguồn một chiều từ chỉnh lưu đến khối nghịch lưu.
- Bộ Vol kế và Ampe kế đo điện áp và dòng điện đầu vào.
- Hai động cơ được nối cứng trục với nhau để tạo nên hệ máy phát-động cơ.
* Sơ đồ ghép nối thiết bị:
Dựa vào sơ đồ kết nối thiết bị phần cứng đã nêu ở chương 3, cùng với việc quan sát thực tế bộ thí nghiệm hệ thống S120 em đã tiến hành kiểm nghiệm và vẽ sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển chi tiết như hình 4.1.
Chú thích :
- Dây màu xanh da trời : Dây cáp DRIVER-CliQ - Dây màu tím : Đường dây DC BUS
- Dây màu xanh lá : Đường dây +24VDC
46
4.2 Cài đặt vận hành bộ thí nghiệm Lập project
Đầu tiên, ta thiết lập kết nối phần mềm trên PC với khối CU320_DP như trong mục 3.3.2 đã hướng dẫn. Sau đó ta tiến hành lập project online như sau :
Bước 1: Gọi Wirazd tạo project mới
- Từ menu “project” ta chọn “new with wizard”.
Hình 4.2 Khởi tạo project mới
- Cửa sổ “project wizard” mới hiện ra ta bấm chọn “Find drive unit online”.
Hình 4.3 Cửa sổ “project wizard”
Bước 2: Nhập thông tin cho project
- Mục “Project name”: nhập tên của project. - Mục “Author”: nhập tên tác giả (tùy ý).
- Mục “Storage location” : nhập địa chỉ lưu project trên ổ cứng máy tính. - Mục “ Conmment” : nhập các ghi chú (tùy ý).
Bước 3: Chọn giao diện kết nối
- Giao diện kết nối đã được thiết lập ở trên, nên ở bước này bạn có thể bỏ qua nó. Bạn cũng có thể chọn lại giao diện khi cần thay đổi.
Hình 4.5 Chọn giao diện kết nối
Bước 4: Chọn hệ điều khiển
- Ở chế độ online phần mềm Starter có thể nhận dạng hệ điều khiển một cách tự động
- Ta bấm nút “refresh new” để kiểm tra lại hệ điều khiển được kết nối với máy tính.
Hình 4.6 Nhận dạng khối điều khiển
Bước 5: Hoàn thành tạo project
- Cuối cùng, các thông tin ta đã nhập vào được hiển thị trong mục summary. Bấm complete để hoàn thành việc tạo project mới.
- Sau khi tạo project mới, ta ấn vào biểu tượng kết nối trên thanh công cụ hoặc chọn danh mục lệnh “project > Connect to selected target devices”.
48 - Khi cửa sổ “Target Device Selection” hiện ra , ta chọn khối điều khiển
muốn kết nối và thực hiện thiết lập thông số hệ thống.
Hình 4.8 Cửa sổ “Target Device Selection”
Thiết lập cài đặt hệ thống
* Khôi phục cấu hình nhà máy và chức năng cấu hình tự động:
Khi lập một project mới, trước khi thiết lập thông số ta cần khôi phục cấu hình nhà máy để đưa các thông số trong bộ nhớ ROM của khối điều khiển về mặc định. Sau khi khôi phục cấu hình nhà máy ta mới có thể sử dụng chức năng cấu hình tự động.
Ta thực hiện như sau :
- Chọn đối tượng điều khiển S120_CU320_2_DP với nút chuột phải và chọn “Target device > Restore factory settings”.
Hình 4.9 Thao tác khôi phục cấu hình nhà máy
- Xác nhận bằng nút “OK”
- Các thiết lập mới được tự động chuyển đến thẻ nhớ khối điều khiển khi sử dụng chức năng “ Copy RAM to ROM”.
Sau khi khôi phục cấu hình nhà máy, ta sẽ sử dụng chức năng cấu hình tự động để phần mềm Starter tự động nhận dạng thêm các khối chỉnh lưu, khối nghịch
lưu và modul cảm biến đi cùng được kết nối cáp dữ liệu Driver-CLiQ với khối điều khiển CU320_DP đang được kết nối với máy tính. Chức năng này cho phép ta tiết kiệm thời gian thêm, tránh sai sót khi chèn các khối chức năng bằng tay bằng phần mềm. Ngoài ra, việc cấu hình tự động giảm thao tác cài đặt các thông số mặc định của hệ thống điều mà việc cài đặt thủ công lại tốn khá nhiều thời gian, nên người sử dụng chỉ cần quan tâm đến việc cài đặt tham số điều khiển, giới hạn tham số, chức năng vào ra và bảo vệ hệ thống,…Để thực hiện chức năng này ta làm như sau :
- Trong project vừa tạo, click vào “+” trước biểu tượng đầu vào “S120_CU320_2_DP”. Danh sách các đối tượng mở ra, xem hình dưới :