3.1.1 Biến tần G120
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại biến tần G120 khác nhau được sử dụng với mục đích và chức năng phù hợp. Nhóm nghiên cứu chọn loại biến tần Siemens Sinamics G120 (PM240-2) 6SL3210-1PB13-8UL0: biến tần 1 pha/3 pha AC 200-240V, 0.75kW (1.02HP) để điều khiển.
➢ Đặc điểm Siemens 6SL3210-1PB13-8UL0 - Biến tần 1 pha/3 pha AC 200-240V 0.75kW ( 1.02HP )
– Dòng biến tần Sinamics G120, sử dụng module nguồn PM240-2 – Thiết kế nhỏ gọn, dùng cho tải nhẹ và trung bình
– Ứng dụng : Bơm, quạt, thông gió, khí nén, băng tải, băng chuyền, máy chạy bộ ..
– Thiết kế kiểu mudule, tùy chọn ứng dụng theo thiết bị
– Thiết kế tản nhiệt trên lá nhôm, giảm bụi bẩn, tăng tuổi thọ thiết bị –.Momen đầu ra ổn định, dãy công suất rộng
– Khả năng hãm tái sinh năng lượng về nguồn tiết kiệm điện năng – Module điều khiển với nhiều lựa chọn, điều khiển vector V/F đa điểm – Tích hợp bảng điều khiển BOP, truy cập thông minh qua smartphone – Tích hợp bộ lọc lớp A, tích hợp bộ hãm phanh
– Điều khiển hồi tiếp PID
– Kết nối ngoài với máy tính qua cổng RS485/USS, Profibus DP, CANopen, Modbus ...
– Lớp bảo vệ IP20, khả năng chống bụi, ẩm ... – Dễ dàng cài đặt, thiết lập và vận hành
– Đạt tiêu chuẩn chất lượng
– Thương hiệu Siemens ( xuất xứ Great Britain )
➢ Thông số kĩ thuật biến tần Siemens Sinamics G120 (PM240-2) 6SL3210-1PB13-8UL0 0.75kW (1.02HP)
Hình 3.1: Siemens 6SL3210-1PB13-8UL0
-Điện áp hoạt động: Vào 1 pha/3 pha AC 200-240V – Ra 3 pha AC 200-240V -Tần số đầu vào: 47~63Hz
-Công suất:
• Tải nặng: 0.37kW ( 0.5HP )
• Tải nhẹ: 0.55kW ( 0.75HP ) -Hệ số công suất: cos φ = 0.85
-Dải tần số ngõ ra điều chỉnh: 0~550Hz -Dòng điện:
• Tải nặng: 2.3A
• Tải nhẹ: 3.2A -Biên nhiệt hoạt động:
• Tải nặng: -10ºC ~ 50ºC
• Tải nhẹ: -10ºC ~ 40ºC -Mức chịu quá tải:
• Tải nặng: 200% trong 3 giây; 150% trong 57 giây; 100% trong 240 giây
• Tải nhẹ: 150% trong 3 giây; 110% trong 57 giây; 100% trong 240 giây -Cấp bảo vệ: IP20
-Kích thước: 73 x 196 x 165 (mm) -Trọng lượng: 1,4 Kg
➢ Giao diện Biến tần Siemens Sinamics G120 (PM240-2) 6SL3210- 1PB13-8UL0
➢ Kích thước biến tần Siemens Sinamics G120 (PM240-2) 6SL3210- 1PB13-8UL0 0.75kW (1.02HP)
Hình 3.3: Kích thước biến tần
Bảng 3.1: Kích thước biến tần phụ thuộc vào bộ điều khiển CU và thiết bị HMI [mm] (Nguồn: Internet)
1) Với nắp trống hoặc với thiết bị HMI BOP-2 hoặc IOP-2
Bảng 3.2: Kích thước khoan, khe hở làm mát và tần suất (Nguồn: Internet)
➢ Cách đấu nối Biến tần Siemens Sinamics G120 (PM240-2) 6SL3210- 1PB13-8UL0 0.75kW (1.02HP)
Hình 3.4: Sơ đồ khối của biến tần, FSA…FSC
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mô-đun công suất PM 240-2, 200V/400V/690V 3AC, FSA…FSC
➢ Lựa chọn bộ điều khiển CU:
Nhóm nghiên cứu chọn bộ điều khiển CU250S-2 PN Vector
Hình 3.6: CU250S-2 PN Vector
Bộ điều khiển CU250S-2 PN khác nhau về loại kết nối bus trường của chúng và có một số đặc điểm cơ bản sau:
● Giao diện RS485 cho USS, Modbus RTU ● Giao diện PROFIBUS
● Giao diện RS485 cho PROFINET, Ethernet / IP
Tất cả các thiết bị điều khiển đều có EEPROM để lưu trữ dữ liệu cấu hình khi mất điện.
Bộ điều khiển CU250S-2 PN Vector đã sử dụng có giao diện PROFINET với hai cổng hỗ trợ cấu hình PROFIdrive, PROFIsafe và PROFIenergy.
Ngoài ra, ví dụ: bộ mã hóa HTL hoặc TTL và cảm biến nhiệt độ có thể được kết nối trực tiếp với giao diện bộ mã hóa 15 chân và bộ mã hóa tương thích DRIVE-CLiQ cũng như các mô-đun cảm biến với giao diện DRIVE-CLiQ của thiết bị điều khiển.
Thiết bị Điều khiển hỗ trợ các chức năng sau của An toàn Tích hợp (SIL 3, PL e, Cat. 3)
Hình 3.7: Sơ đồ bộ điều khiển
3.1.2 Động cơ điều khiển
Nhóm nghiên cứu chọn động cơ điện loại tiêu chuẩn Simotics GP/SD 1LE1
Hình 3.8: Động cơ cảm ứng 1LE1
① Khe cắm thẻ nhớ
② Kết nối với bảng điều hành ③ Chuyển đổi cho các đầu vào tương tự
I 0/4 mA… 20 mA U -10 / 0 V… 10 V ④ Khối đầu cuối
⑤ Chọn chế độ điều khiển
⑥ Giao diện USB để kết nối với PC ⑦ Đèn LED trạng thái ⑧ Chọn địa chỉ fieldbus: • PROFIBUS • USS • Modbus RTU • CanOpen
Siemens là nhà sản xuất động cơ lớn nhất thế giới. Động cơ Siemens nổi tiếng bởi sự bền bỉ, hiệu suất cao và đáp ứng được mọi ứng dụng. Động cơ điện tiêu chuẩn Siemens có công suất từ 0.06 đến 200 kW.
Động cơ điện SIEMENS 3 pha 1LE1 được sản xuất tại Châu Âu phù hợp với các tiêu chuẩn DIN, IEC.
Điện áp và tần số tiêu chuẩn được cung cấp ở điện áp định mức 230V, 400V hoặc 690V với tần số 50Hz, cấp làm kín IP55, cấp bảo vệ Class F và dung sai điện áp là 10%.
Thông số kỹ thuật:
• Dải công suất động cơ 1LE1 : 0.09 đến 200kW
• Fame size động cơ điện : 63 M đến 315 L
• Điện áp động cơ: 50 Hz: 230 V, 400 V, 500 V, 690 V
• Hiệu suất động cơ1LE1 : IE1, IE2, IE3, IE4
• Vật liệu vỏ động cơ 1LE1: Hợp kim nhôm, gang
• Cấp bảo vệ động cơ : Cấp F
• Cấp làm kín động cơ 1LE1: IP55
• Kiểu lắp động cơ 1LE1 : Chân đế, mặt bích…
Một số loại động cơ điện Siemens loại 1LE1 (Hiệu suất IE1)
• Loại 2 cực chân đế 1LE1002-1AA42-2AA4 3 kW 2 cực chân đế 1LE1002-1BA23-4AA4 4 kW 2 cực chân đế 1LE1002-1CA03-4AA4 5.5 kW 2 cực chân đế 1LE1002-1CA13-4AA4 7.5 kW 2 cực chân đế 1LE1002-1DA23-4AA4 11 kW 2 cực chân đế
1LE1002-1DA33-4AA4 15 kW 2 cực chân đế 1LE1002-1DA43-4AA4 18 kW 2 cực chân đế • Loại 4 cực chân đế 1LE1002-1AB42-2AA4 2.2 kW 4 cực chân đế 1LE1002-1AB52-2AA4 3 kW 4 cực chân đế 1LE1002-1BB22-2AA4 4 kW 4 cực chân đế 1LE1002-1CB03-4AA4 5.5 kW 4 cực chân đế 1LE1002-1CB23-4AA4 7.5 kW 4 cực chân đế 1LE1002-1DB23-4AA4 11 kW 4 cực chân đế 1LE1002-1DB43-4AA4 5 kW 4 cực chân đế • Loại 2 cực mặt bích 1LE1002-1AA42-2FA4 3 kW 2 cực mặt bích 1LE1002-1CA03-2FA4 4 kW 2 cực mặt bích 1LE1002-1CA03-4FA4 5.5 kW 2 cực mặt bích 1LE1002-1CA13-4FA4 7.5 kW 2 cực mặt bích 1LE1002-1DA23-4FA4 11 kW 2 cực mặt bích 1LE1002-1DA33-4FA4 15 kW 2 cực mặt bích 1LE1002-1DA43-4FA4 18.5 kW 2 cực mặt bích • Loại 4 cực mặt bích 1LE1002-1AB42-2FA4 2.2 kW 4 cực mặt bích 1LE1002-1AB52-2FA4 3 kW 4 cực mặt bích 1LE1002-1BB22-2FA4 4 kW 4 cực mặt bích 1LE1002-1CB03-4FA4 5.5 kW 4 cực mặt bích
1LE1002-1CB23-4FA4 7.5 kW 4 cực mặt bích 1LE1002-1DB23-4FA4 11 kW 4 cực mặt bích 1LE1002-1DB43-4FA4 15 kW 4 cực mặt bích
Động cơ nhóm nghiên cứu dùng trong đồ án là loại 4 cực chân đế:
1LE1001-0DB32-2AA4 0.75 kW 4 cực chân đế
3.1.3 PLC S7-1500
Hình 3.9: PLC S7-1500
Dòng sản phẩm PLC SIMATIC S7-1500 của Siemens được thiết kế theo dạng module với nhiều loại CPU khác nhau phù hợp cho nhiều cấp hiệu suất khác nhau. Dãy sản phẩm rộng lớn với các module tín hiệu vào ra, các module công nghệ dành cho các chức năng đặc biệt như đếm, các module điều khiển tập trung hay điều khiển phân tán được sử dụng trong truyền thông giao tiếp giữa các thiết bị hoặc nhà máy. SIMATIC S7-1500 với cấp bảo vệ IP20 và được thiết kế để lắp đặt trong các tủ điều khiển (ngoài ra còn có loại S7-1500 với cấp bảo vệ IP65/IP67).
SIMATIC S7-1500 được ứng dụng trong các quy trình sản xuất sẽ đạt hiệu suất và chất lượng cao nhất với backplane bus, PROFINET hiệu suất cao, thời gian đáp ứng ngắn và thời gian xử lý lên lên đến 1 ns.
Các ưu điểm nổi bật của SIMATIC S7-1500:
• Chuẩn đoán và sửa lỗi nhanh
Nhờ vào tính đồng nhất và được hiển thị, chức năng chuẩn đoán được tích hợp trong SIMATIC S7-1500 đảm bảo rằng các thông báo lỗi được hiển thị tường minh trong TIA Portal lên trên PC, trên HMI, trên Web Server, và trên màn hình hiển thị của CPU. Các kênh cấu hình và chuẩn đoán lỗi được tích hợp vào hệ thống theo cách thân thiện nhất với người dùng. Chức năng theo dõi được tích hợp trên tất cả CPU.
Điều này cho phép khả năng chạy chuẩn đoán chính xác dựa trên các chương trình người dùng và ứng dụng điều khiển chuyển động và tối ưu hóa biến tần. Nếu có lỗi xảy ra, kênh chuẩn đoán có thể xác định nhanh chóng và chỉ định chính xác. Điều đó làm giảm thời gian dừng máy và tăng hiệu suất nhà máy.
• Dễ dàng sử dụng và lắp đặt
SIMATIC S7-1500 mang lại khả năng xử lý dễ dàng nhất và mức độ trải nghiệm người dùng tốt nhất trong nhiều chi tiết, tính năng mới. Việc tiêu chuẩn hóa ngõ kết nối phía trước đem đến sự dễ dàng trong việc dự trữ nguồn thiết bị dự phòng. Dễ dàng gán nhãn và kẹp giúp giảm thời gian đi dây và dễ dàng xác định nguyên nhân nếu có sự nhầm lẫn.
Dễ dàng mở rộng, tùy chọn phương thức lắp đặt, và có khả năng tương thích cao nên mang lại hiệu quả chi phí tối đa và đầu tư an toàn.
• Tích hợp chức năng bảo mật
SIMATIC S7-1500 sử dụng các biện pháp bảo mật từ giai đoạn ủy quyền, các khối bảo vệ cho tới tính toàn vẹn trong bảo mật truyền thông giao tiếp. Tính
năng bảo mật được tích hợp sẽ giúp ngăn chặn việc sao chép công nghệ, và đảm bảo nhà máy vận hành ở mức độ cao.
Trên thẻ nhớ SIMATIC, từng khối block được liên kết tới số serial number của bộ nhớ gốc của thẻ nhằm ngăn chặn việc sao chép chương trình. Bộ điều khiển CPU sẽ dò được những thay đổi dữ liệu lập trình hoặc dữ liệu được truyền từ nguồn trái phép.
• Tích hợp chức năng an toàn
Điểm đặc biệt của việc tích hợp tính năng an toàn đó là một hệ thống dành cho các ứng dụng tiêu chuẩn và tính năng fail-safe. Bộ điều khiển SIMATIC fail- safe mang đến khả năng tích hợp lớn nhất có thể: một bộ điều khiển, một kết nối và một chương trình cho hệ thống tự động tiêu chuẩn và fail-safe.
Tính năng an toàn được tích hợp cho tất cả các bộ điều khiển lập trình SIAMTIC S7-1500 và làm cho việc kết nối các thiết bị PROFIsafe Geräten trở nên đơn giản thông qua PROFIBUS và PROFINET. Với SIMATIC STEP 7 và TIA Portal, người dùng có thể tạo ra các chương trình của riêng họ sử dụng cùng cấu hình và cách thức hoạt động cho các chức năng tiêu chuẩn cũng như các chức năng đòi hỏi độ an toàn khi xảy ra sự cố. Chức năng thống nhất dữ liệu tự động đồng bộ hóa các thành phần trong chương trình tiêu chuẩn và fail-safe.
• Tối ưu hóa cho các chức năng công nghệ
Bộ điều khiển lập trình SIMATIC S7-1500 cao cấp được trang bị hoàn hảo các chức năng công nghệ. Điều khiển chuyển động (vị trí), thu phát tín hiệu, bộ điều khiển PID được tích hợp và có thể được sử dụng cho những phạm vi rộng lớn hơn với với T-CPUs. TIA Portal hổ trợ các công việc điều khiển chuyển động dựa trên kiểm soát biến tần hoặc drive.
Siemens cung cấp giải pháp all-in-one bao gồm bộ điều khiển SIMATIC S7- 1500 Advanced, biến tần, servo SINAMICS, với khả năng kết nối dễ dàng thông qua giao tiếp PROFINET.
• Thiết kế hiệu quả với TIA Portal
Hình 3.10: Phần mềm TIA Portal
TIA Portal giúp bạn có khả năng kiểm soát hoàn toàn hệ thống tự động, từ phác thảo cho đến cấu hình kỹ thuật tích hợp tới vận hành đều rõ ràng và trực quan. Ngoài ra, TIA Portal còn giúp giảm thời gian thiết kế và chạy thử nghiệm thông qua các công cụ mô phỏng. Đồng thời tăng hiệu suất vận hành máy thông qua các chức năng chuẩn đoán và quản lý năng lượng. Từ đó tăng mức độ linh hoạt hơn nhờ kết nối với cấp quản lý.
CPU PLC SIMATIC S7-1500
CPU là trái tim của SIMATIC S7-1500. Nhờ có nhiều sự cải tiến, PLC S7-1500 đạt được nhiều điểm cộng cao nhất về hiệu suất, phần cứng nhỏ gọn, tuân thủ tiêu chuẩn IP20 hoặc IP65/67, kèm theo đó là các module chức năng đa dạng và dễ dàng tích hợp.
Standard CPU S7-1500
➢ Nhóm nghiên cứu chọn SIMATIC S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP: Hình 3.12: CPU 1516-3 PN/DP • Phù hợp với các ứng dụng lớn • Tích hợp 2 cổng PN IO IRT, 1 cổng PN IO RT • Hỗ trợ giao thức Profibus DP • Bộ nhớ chương trình 1 MB. Bộ nhớ dữ liệu: 5 MB
• Hiệu suất Bit: 10 ns
• Khả năng kết nối: 256
Hình 3.13: Tạo project
3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 3.2.1 Phần mềm TIA PORTAL 3.2.1 Phần mềm TIA PORTAL
➢ Giới thiệu phần mềm TIA Portal – tích hợp lập trình PLC và HMI
Đây hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo. Một hệ thống kỹ thuật mới thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa.
Lợi ích với người dùng:
• Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động
• Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật
• Chức năng bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổi mới trong tương lai.
➢ Kết nối qua giao thức TCP/IP
• Để lập trình SIMATIC S7-1500 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP • Để PC và SIMATIC S7-1500 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
➢ Cách tạo một Project
Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal
Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create
Bước 4 : Chọn configure a device
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add
➢ TAG của PLC / TAG local
Tag của PLC
• Phạm vi ứng dụng : giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức năng trong PLC
• Ứng dụng : binary I/O, Bits of memory
• Định nghĩa vùng : Bảng tag của PLC
• Phạm vi ứng dụng : giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo, mô tả tương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khác nhau.
• Ứng dụng : tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời
• Miêu tả : Tag được đại diện bằng dấu # Sử dụng Tag:
• Name : chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU
• Data type : kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag
• Address : địa chỉ của tag
• Retain : khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại
➢ Làm việc với một trạm PLC Download chương trình cho CPU
Từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng download trên thanh công cụ của màn hình
Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface như hình dưới sau đó nhấn chọn load
Sau đó, nhấn Finish
Giám sát và thực hiện chương trình
Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn Monitor trên thanh công cụ.
3.2.2 Sơ đồ kết nối hệ thống 2.SIMATIC STEP 7