CHƯƠNG 2 : TÍNH CHỌN THẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ BẢN VẼ ĐIỆN
2.3. Lựa chọn HMI
2.3.1. Khái niệm.
HMI đơn giản chỉ là một thiết bị trung gian để giao tiếp giữa người vận hành và máy móc thiết bị. HMI là viết tắt của ba chữ cái trong tiếng Anh: Human- Machine-Interface. Màn hình HMI hiện nay đã được sử dụng phổ biến và rộng rãi
trong công nghiệp, nó có vai trò vô cùng quan trọng trong phần kết nối người vận hành và các thiết bị máy móc.
2.3.2. Chức năng của HMI
Phần cứng: Bao gồm thân vỏ, khung, các thiết bị vi mạch điện tử…
Màn hình: Có chức năng cảm ứng để người vận hành có thể chạm tay vào để điều khiển các thao tác trên đó như 1 điện thoại Smartphone hiện đại mà chúng ta hay dùng hàng ngày. Ngoài ra màn hình còn dung để hiển thị các trạng thái cũng như các tiến hiệu hoạt động của máy và thiết bị tùy thuộc vào nhu cầu người dung và do người lập trình Code lên. Các phím bấm.
Chip: CPU.
Bộ nhớ chương trình: ROM,RAM, EPROM/Flash,… Phần mềm:
Các hàm và lệnh.
Các phần mềm phát triển. Các công cụ xây dựng HMI.
Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối. Các chương trình mô phỏng.
Truyền thông
Các giao thức truyền thông: Mobus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus.. Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB……
Ứng dụng:
Trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ ở tất cả các lĩnh vực và tất các khu vực trên thế giới. Vì vậy HMI là một thiết bị không thể thiếu để góp phần tự động hóa các công đoạn cũng như các quy trình sản xuất phức tạp và khó đòi hỏi độ chính xác cao.
Như vậy HMI được ứng dụng ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong các lĩnh vực như: Dầu khí, Điện tử, Sản xuất thép, Dệt may, Nghành điện, Nghành nước, Ô tô, xe máy…
2.3.3. HMI Weitek
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất HMI như: Siemens, Delta, ABB, Omron, Mitsubishi, Weintek,…Ta chọn HMI cho hệ thống là HMI của Weitek với các thông số như sau:
Model Kích
thước U
Cổng giao
tiếp Truyền thông
TK6070ik 7 inch 24VDC Mini usb, D-sub 9pin RS232, RS485(4 wire) RS485(2 wire) Một số hình ảnh thực tế: Hình 2.10. HMI TK6070ik
- HMI TK6070ik do Weintek sản xuất và rất phổ biến ở Việt Nam. với điểm mạnh là giá thành khá rẻ, phần mềm dễ sử dụng, đáp ứng được đủ các yêu cầu mà 1 HMI đúng nghĩa phải có, từ cấu hình, kết nối truyền thông, phần mềm mở. HMI TK6070ik có các chuẩn cổng kết nối Dsub 9pin để truyền thông, cổng mini USB
để nạp chương trình. Cổng Dsub 9pin của Hmi hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS232, RS485-2wire, RS485-4wire với chức năng của các chân như trong bảng sau:
Bảng 2.5. Chức năng các chân tín hiệu của cổng truyền thông HMI.
Châ n số Ký hiệu Com1 (RS232) Com2 (RS 485- 4W) Com2 (RS485- 2W) 1 Rx- Rx- Data- 2 Rx+ Rx+ Data+ 3 Tx- Tx- 4 Tx+ Tx+ 5 GND GND 6 TxD TxD 7 RTS RTS 8 CTS CTS 9 RxD RxD 2.4. Lựa chọn các thiêt bị phụ trợ khác.
- Để hệ thống có thể hoạt động, ta cần các thiết bị phụ như sau:
+) Cảm biến: đo và chuyển đổi áp suất thành tín hiệu dòng đưa về bộ điều khiển. cảm biến chon loại 2 dây trả về tín hiệu dòng điện có dải đo là 0,1 bar.
+) Bộ chuyển đổi nguồn xoay chiều- một chiều : cấp nguồn cho relay, HMI, đèn báo và cảm biến.
+) Aptomat: bảo vệ hệ thống khỏi sụ cố cháy, chập điện. +) Đèn báo: hiển thị tín hiệu như chạy, lỗi, nguồn…
2.5. Thiết kế bản vẽ điện.
Ở mục trước ta đã chọn đủ các thiết bị cần có trong hệ thống, như vậy ta có sơ đồ bố trí và sơ đồ đấu nối thiết bị như sau:
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM.3.1. Thiết kế giao diện HMI. 3.1. Thiết kế giao diện HMI.
3.1.1. Cài đặt hệ thống
Để lập trình thiết kế giao diện HMI cho màn hình HMI TK6070ik, ta sử dụng phần mềm lập trình HMI EB8000.
Giao diện như sau:
- Màn hình HMI đã chọn là Tk6070ik, tương ứng trong phần mềm ta chọn
MT6000 i series, sau đó chọn Easybuider8000.
Xuất hiện cửa sổ như sau:
Hình 3.2. Lựa chọn màn hình sử dụng.
- Chọn new rồi ấn OK.
- Chọn phiên bản của màn hình, tại đây khi ấn vào mũi tên sẽ hiện ra nhiều phiên bản màn hình khác nhau với độ phân giải khác nhau, ta chọn kiểu màn hình giống với thông số của màn hình đã chọn.
- Chọn chế độ màn hình: có thể là kiểu màn hình dọc hoặc ngang. Trong đồ án ta sử dụng lạo màn hình để ngang nên ta chọn kiểu landscape (ngang) rồi ấn
OK.
- Xuất hiện hộp thoại parameter system, chọn new.
Hình 3.4. Màn hình cài đặt phần cứng.
- Hộp thoại Device Properties, chọn thiết bị là PLC, mục location chọn
local, PLC type chọn modbus RTU, chọn chuẩn RS485-2wire, mục setting chọn
Com 2 (19200,E,8,1) sau đó ấn OK. 3.1.2. Thiết kế giao diện
Trong hệ thống sử dụng 3 màn hình: 1. Màn hình chính.
2. Màn hinh giám sát PID
3. Màn hình cài đặt tham số PID Ta sẽ tiến hành thiết kế màn hình.
- Bước đầu tiên ta tạo nhiều của sổ. Để tạo nhiều của sổ, ta click chuột phải và chọn New.
Hình 3.5. Màn hình danh sách các của sổ
- Đặt tên của sổ tạo mục Name. Chiều dài và chiều rộng là kích thước của màn hình. Sau khi thiết lập xong, ấn OK.
Hình 3.6. Màn hình cài đặt thông số cửa sổ.
- Để tạo text ta click vào biểu tượng Text trên thanh công cụ:
Hình 3.7. Biểu tượng tạo Text trên thanh công cụ.
- Tại cửa sổ New Text Object. Chọn font chữ tại mục Font, chọn màu tại
Color, Cỡ chữ tại Size và các tùy chỉnh khác.
- Nhập nội dung tại mục Content. Nhập xong rồi ấn OK.
- Tạo các ô hiển thị giá trị từ biến tần, tại thanh công cụ chọn Numberic display.
Hình 3.9. Biểu tượng Numberic display trên thanh công cụ.
- Ta có địa chỉ thanh ghi của giá trị cần đọc như sau:
Bảng 3.1. Các địa chỉ thanh ghi chứa giá trị cần đọc.
Thanh ghi Tiêu đề Đơn vị
40201 Tần số ra 0,01Hz
40202 Dòng điện động cơ 0,01A
40203 Điện áp ra 0,1V
40214 Công suất 0,01Kw
40253 Giá trị phản hồi 0,1%
- Tại cửa sổ Numberic display object’s properties, ta chọn đọc giá trị từ
modbus RTU, địa chỉ thanh ghi của biến tần bắt đầu từ 40000, ta chọn address là
4x.
- Để đọc giá trị tần số ra ta nhập địa chỉ là 0201 là thanh ghi đọc giá trị tần số ra.
- Tại mục format ta chọn số chữ số trước và sau dấu phẩy tương ứng với đơn vị của các giá trị, giá trị tần số ra có đơn vị là 0,01Hz , ta chọn trước dấu phẩy là 2 chữ số, sau dấu phẩy là 2 chữ số.
Hình 3.11. Cài đặt đơn vị của giá trị tần số ra
- Tương tự để đọc giá trị dòng điện ta, ta nhập địa chỉ là 0202. Tại mục
format ta chọn số chữ số trước và sau dấu phẩy tương ứng với đơn vị của giá trị
tần số ra có đơn vị là 0,01Hz , ta chọn trước dấu phẩy là 2 chữ số, sau dấu phẩy là 2 chữ số.
Hình 3.13. Cài đặt đơn vị của giá trị dòng điện ra.
- Tương tự với các thông số còn lại.
- Tạo các ô nhập giá trị và ghi vào biến tần, tại thanh công cụ, chọn
numberic input.
Hình 3.14. Biểu tượng chọn numberic input trên thanh công cụ.
- Ta có địa chỉ của các thanh ghi chứa dữ liệu cần thay đổi như sau:
Bảng 3.2. Các địa chỉ thanh ghi chứa giá trị cần ghi.
Thanh ghi Tiêu đề Đơn vị
41133 Giá trị đặt 0,1%
41129 Dải tỷ lệ 0,1%
41134 Thời gian vi phân 0,01s
- Tại cửa sổ Numberic input object’s properties, ta chọn giá trị từ modbus RTU, địa chỉ thanh ghi của biến tần bắt đầu từ 40000, ta chọn address là 4x, để ghi giá trị đặt ta nhập địa chỉ là 1133 rồi ấn OK.
Hình 3.15. Gán địa chỉ thanh ghi giá trị đặt.
- Tại mục fomat ta chọn số chữ số trước và sau dấu phẩy tương ứng với đơn vị của các giá trị, giá trị đặt có đơn vị là 0,1% , ta chọn trước dấu phẩy là 2 chữ số, sau dấu phẩy là 1 chữ số rồi ấn OK.
Hình 3.16. Cài đặt đơn vị cho giá trị đặt.
- Tại thanh công cụ ta chọn Set word để tạo các nút ấn start, stop, reset.
Hình 3.17. Biểu tượng Set word trên thanh công cụ.
- Ta có địa chỉ thanh ghi trạng thái biến tần/ đầu vào điều khiển biến tần như sau:
Bảng 3.3. Các địa chỉ chứa lệnh cần thực hiện.
Thanh ghi Tiêu đề Giá trị Chú thích
40002 Reset biến tần Bất kì Reset lỗi
40009 Trạng thái biến tần
0 Dừng
2 Chạy
- Trong cửa sổ Set word object’s properties, ta chọn giá trị từ modbus RTU, địa chỉ thanh ghi của biến tần bắt đầu từ 40000, ta chọn address là 4x, để
ghi giá trị đặt ta nhập địa chỉ là 0009, tại mục set value ta chọn giá trị là 2 tương ứng với nút ấn Run rồi ân OK.
- Tại mục label, ta nhập nội dung chức năng của nút ấn
Hình 3.19. Chỉnh Font cho Nút ấn.
- Tương tự với các nút ấn còn lại.
- Tạo Trend display, trước tiên ta tạo Data sampling. Trên thanh công cụ, chọn object- data sampling-new.
- Tại cửa sổ data samling object, mục sampling mode chọn time-based,
thời gian lấy mẫu sampling time intervel là 1 giây, chọn giá trị từ modbus RTU,
địa chỉ thanh ghi của biến tần bắt đầu từ 40000, ta chọn address là 4x, để đọc giá trị đặt ta nhập địa chỉ là 0252.
Hình 3.21.Cài đặt thông số và địa chỉ cần lấy mẫu.
- Tại mục data format, chọn new- chọn data type là 16 bit unsigned. Ta dùng 2 trend nên sẽ tạo 2 data.
Hình 3.22. Tạo Format cho data..
- Ấn exit rồi ấn OK.
- Tại thanh công cụ ta chọn Trend display.
Hình 3.23. Biểu tượng Trend display trên thanh công cụ.
- Tại mục Trend display object’s properties, chọn khoảng cách giữa các dữ liệu mẫu là 8.
Hình 3.24. Cài đặt Trend display.
Hình 3.25. Cài đặt đường kẻ chia tỉ lệ.
- Tại mục chanel, ta chọn kênh 0 và 1 để hiển thị 2 trend trên 1 màn hình, trọn tỷ lệ 0-1000.
Hình 3.26. Chọn 2 data để đối chiếu.
Hình 3.27. chọn tỉ lệ cho Trend display.
Hình 3.28. biểu tượng của Button-Funtion key.
- Tại cửa sổ Funtion keys object’s properties, mục window no. ta chọn cửa sổ muốn chuyển đến:
- Tại mục label có thể ghi tên và chỉnh sửa font của nút ấn.
Hình 3.28. chỉnh sửa font của nút ấn
Các thông số và cài đặt giá trị cho biến tần.
- Bước đầu tiên trước khi cài đặt, ta reset biến tần về cài đặt mặc định của nhà sản xuất. Để Reset, trên mặt biến tần ta ấn Mode, khi màn hình Led hiển thị
ALLC thì ấn Set, đổi giá trị là 1 rồi ấn Set. Như vậy đã reset được biến tần.
- Các thông số cần cài đặt trong hể thống: bắt đầu cài đặt, chuyển Pr.160 về giá trị 0, với cài đặt này biến tần cho phép hiển thị đầy đủ các tham số trong biến tần. Pr.79 ta chuyển giá trị về 1, với cài đặt này cho phép ta thiết lạp tham số trực tiếp bằng các phím bấm trên mặt biến tần, lúc này đèn PU sẽ sáng. Sau khi hoàn tất cài đặt, ta chuyển Pr.79 về giá trị 2 cho phép điều khiển biến tần qua mạng truyền thông, lúc này đèn Net sẽ sáng.
- Các thông số và giá trị cài đặt cho biến tần được thể hiển ở bảng sau:
Bảng 3.4. Các thông số và giá trị cài đặt cho biến tần. STT Thông
số
Ý nghĩa Giá trị cho phép cài đặt Nhóm thông số cơ bản
1
Pr.00 Tăng momen xoắn
6%- với công suất biến tần là 1.5Kw.
2 Pr.01 Tần số lớn nhất 50Hz
3 Pr.02 Tần số nhỏ nhất 0
4 Pr.03 Tần số cơ bản 50Hz
5
Pr.07 Thời gian tăng tốc
10 6
Pr.08 Thời gian giảm tốc
10
Nhóm thông số liên quan đến động cơ
7 Pr.80 Công suất định mức 0.75kW 8 Pr.82 Dòng điện định mức 3.4A 9 Pr.83 Điện áp định mức 220V 10 Pr.84 Tần số động cơ 50Hz
Nhóm thông số liên quan đến giao hức truyền thông
12 Pr.118 Tốc độ truyền tải( đơn vị 100bps 192 13 Pr.119 Độ dài,bít cuối của dữ liệu truyền thông
Stop bit Độ dài data
0 1bit 8bit
14
Pr.120 Kiểm ta sự tương đồng
1 Kiểm tra kiểu lẻ
15
Pr.123 Thời gian trễ sau khi thiết lập
9999 Thiết lập ngay lúc tức thời 16
Pr.549 Lựa chọn giao thức điều khiển
1 Điều khiểm Modbus RTU
Thông số hoạt động
17 Pr.79 Lựa chọn chế độ độ hoạt động
0 Cài đặt từ external (cả PU,Net) 1 Cài đặt trực tiếp trên biến tần 2 Cài đặt từ external (Chỉ Net) 3 Kết hợp external và PU
6 Chuyển đổi giữa external, PU và Net.
7 Cài đặt từ external Nhóm thông số liên quan đến điều khiển PID
18 Pr.127 Tần số tự động 0- Tần số tự động chuyển chế độ
chuyển sang điều khiển PID
400Hz
9999 Không cài( luôn điều khiển PID)
19 Pr.128 Lựa chọn PID
0 Không dùng PID
20 PID(+) Phản hồi từ terminal 4. Giá trị đặt từ terminal 2 hoặc Pr.133 21 PID(-) 40 PID(+) Phương pháp cộng cố định Giá trị đặt từ Pr.133, giá trị đo từ terminal 4 41 PID(-) 42 PID(+) Phương pháp cộng tỷ lệ 20 Pr.129 Dải tỷ lệ 0,1-1000% Dải tỷ lệ càng nhỏ, hệ phản ứng nhanh nhưng độ ổn định giảm và ngược lại. Kp=1/dải tỷ lệ.
21 Pr.130 Thời gian tích phân 0,1-3600s 9999 - không dùng 22 Pr.131 Giới hạn trên 0-100% 9999 - không dùng 23 Pr.132 Giới hạn dưới 0-100% 9999 - không dùng
24 Pr.133 Giá trị đặt 0-100%
9999- giá trị đặt từ terminal 2 25
Pr.134 Thời gian vi phân 0,01-10s
9999- không dùng 26
Pr.757 Thời gian ngủ 0-3600s
9999 – không dùng 27 Pr.576 Tần số ngủ 0-400Hz
Nhóm thông số liên quan đến đèn báo
28
Pr.192 Đầu ra đa chức năng A,B,C
0,1,2,3…. Lựa chọn các chức năng cho đầu ra A,B,C.
Kết quả thực nghiệm
Hệ thống bao gồm:
- Động cơ XC KĐB 3 pha roto lồng sóc - Màn hình hmi
- PLC: FX3U-16M
- Modul modbus FX3U-485ADP-MB - Cảm biến áp suất dải đo 0- 0.1bar - Module đọc Analog: FX2N- 4AD - Biến Tần missubisi D700
- ATM, nguồn tổ ong 24vdc, cầu đấu, đèn báo
3.2.2. Điều khiển động cơ và giám sát qua HMI