Table 4.2-1 V trí ị chân k t nế ố ủi c a CPU 1212 DC/DC/DC
Thông số kĩ thuật
Category PLC controller
Interfaces -
Counter 3 (100kHz) + 1 (30kHz)
No. of analogue inputs 2
No. of digital inputs (max.) 8
No. of inputs (max.) 1
No. of outputs (max.) 6
No. of relay outputs (max.) 6
Supported protocols TCP / IP, ISO- -TCP, USS drive on protocol, Modbus Master/Slave
Min. operating voltage 20.4 VDC
Clock Summer/winter changeover
Operating voltage 20.4 28.8 VDC –
Max. operating voltage 28.8 VDC
Height 100 mm
Width 90 mm
Program memory 1 MB
IP rating IP65 (on front)/IP20 (on back)
Data storage 25 kB
No. of extension modules Max 1 Signalboard, 2 Signal Module, 3 Communications Module
Type CPU 1212 DC/DC/DC
Manufacturer part # 6ES7212-1AE31-0XB0
Display NO
T 75mm
Analogue inputs 2AE OF 0-10V
Digital outputs 6 (24VDC)
Digital inputs 8 (24VDC)
Operating voltage 20.0 28.8VDC –
4.2.2 Bơm 1 pha
Figure 4.2-3 Bơm 1 pha
Thông số kĩ thuật Model 1DK-15 Điện áp 220V Công suất 370W Tần số 50 Hz Tốc độ vòng quay 2900 v/phút
Chiều cao đẩy tối đa 15 m
Chiều cao đẩy định mức 10 m
Lưu lượng tối đa 6.5 m3/h
Lưu lượng định mức 1.5 m3/h
Chiều cao hút tối đa 8 m
Chiều cao hút định mức 6 m
Table 4.2-3 Thông s ố kĩ thuật bơm 1 pha
4.2.3 Cảm bi n áp suế ất nước
Thông số kĩ thuật
Hãng SMC
Model ISE40-01-22L
Analog output Ngõ ra điện áp: 1V – 5V
Dãi áp suất -0.100 1.00 MPa –
Số dây: Brown (+) Black (OUT1) White (OUT2) Gray Blue (-) 5 DC12-24V NPN 80mA NPN 80 mA Analog Out 0V
Table 4.2-4 Thông s ố kĩ thuật cảm biến áp suất
4.3 Thiết kế và lắp đặ ủ điện t t
Bước 1: Thiết k t ế ủ điện trên ph n mầ ềm Autocad để xác định kích thước tủ và bố trí
thiết bị
Bước 2: Mua vỏ ủ t và các thiết bị
Bước 3: Xác định v trí và khoét lị ỗ
Bước 4: Lắp thiết bị lên tủ
Bước 5: Đi dây trong tủ điện
Bước 6: Lắp cảm biến lên mơ hình
Figure 4.3-2 Mặt trước và m t bên tặ ủ
Figure 4.3-5 Mặt trước của tủ khi hồn thành
4.4 Chương trình lập trình trên Tia Portal và cấu hình Module
4.4.1 Lưu đồ giải thu t ậ
S Đ S Đ S Đ START Setpoint > 0
Bơm 1P ON, Bơm 3P (biến tần) OFF Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế
Sensor < Setpoint
Bơm 3P (biến tần) ON Gọi chương trình con PID Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế
Sensor = Setpoint
Ổn định áp suất Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế
4.4.2 Chương trình xử lý tín hiệu Analog
Để đọc và xuất tín hiệu analog trong S7 1200 ta sử dung hàm NORM_X và hàm
SCALE_X
Lệnh SCALE_X định tỷ lệ c a thông s s ủ ố ốthực được chu n hóa VALUE, thành kiẩ ểu dữ liệu và ph m vi giá trạ ị được xác định b i thông sở ố MIN và MAX : OUT = VALUE (MAX - MIN) + MIN
Figure 4.4-1 SCALE_X
Lệnh NORM_X chu n hóa thơng s VALUE bên trong ph m vi giá trẩ ố ạ ị được xác định b i các thông số MIN và MAX: OUT = (VALUE MIN) / (MAX ở - - MIN)
Tùy vào cảm biển mà ta ch n các thông s min, max c a kh i Scale_x, Norm_X ọ ố ủ ố
Trong đồ án, nhóm sử dụng cảm biến áp suất SMC ISE40 có dãi đo từ 0.03 đế - n 10
bar, tương ứng với điện áp từ 1 đến 5V. Với các thông số trên, kết hợp với thực tiễn ta tính
được K1 =2764, K2 = 13824, Min = -0.03, Max = 10. Cấu hình ph n c ng trên Tia Portal: ầ ứ
Figure 4.4-3 Cấu hình phần c ng PLC 1212 DC/DC/DC ứ
Trong quá trình c u hình ph n c ng, chúng ta cấ ầ ứ ần lưu ý đến lo i tín hiạ ệu và địa ch ỉ vào ra c a tín hi u analog ủ ệ
Figure 4.4-4 Cấu hình đầu vào analog
Ở ph n này ta th y có 2 kênh ngõ vào analog là Channel0 và Channel1. Nhóm chúng ầ ấ
em chọn kênh Channel0. Kênh Channel0 có địa ch ngõ vào là ỉ IW64, tín hiệu đầu vào analog là hình thức Voltage với dãi đo 0 – 10V. Kênh Channel1 ch khác v i kênh Channel0 ỉ ớ ở đị a ch ngõ vào là IW66. ỉ
Figure 4.4-5 Xử lí Analog
4.4.3 Chương trình truyền thơng biến tần
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 thơng 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 thơng 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.
Ngồi 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 thơng 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 thơng 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 thơng 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 thơng trên Tia portal: ề
Figure 4.4-7 Cấu hình truyền thơng
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 Mơ hình hóa h ệthống, tính tốn các thơng 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 hịa. 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 mơ hình Simulink, v i các thơng s ự ớ ố ở phần trước và m t s thơng s nhóm ộ ố ố đã tìm hiểu từ 1 số hệ thống thực tế.
Figure 4.4-13 Mơ hình Simulink-Matlab
Figure 4.4-14 Thơng s PID ố
Figure 4.4-15 K t qu mô phế ả ỏng PID
Với các thơng s ố PID tính được ở trên, ta th y h ấ ệthống có thời gian đáp ứng kho ng ả 27s, khơng 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