3.3.2. Dùng biến tần thay đổi tốc độ động cơ
Hình3.4 Điểm làm việc của bơm dùng biến tần
3.4. Tính tốn cơng suất bơm
Cơng suất bơm được tính bằng tích của lưu lượng nhân với áp suất. Đây chính là diện tích trên đường đặc tuyến. Ta có cơng thức tính cơng suất như sau: xét lưu lượng Q tính theo (m3 /s)
P = (d * H * Q) / k (3.4)
Với:
d: Khối lượng riêng của chất được bơm (kg/m3) . H: Độ cao cột áp cần bơm (m) .
Q: lưu lượng bơm (m3/s) .
3.5. So sánh dùng van và dung biến tần
- Dùng valve tiết lƣu:
Động cơ luôn chạy với công suất định mức, việc thay đổi lưu lượng thông qua việc thay đổi độ đóng mở của valve. Điều này sẽ gây tổn hao năng lượng khi chạy ở lưu lượng thấp (tải bơm)
- Dùng biến tần:
Toàn bộ hệ thống bơm quạt sẽ được điều khiển thông qua biến tần. Áp suất của tồn hê thống khơng đổi với mọi lưu lượng (cảm biến áp suất trên đường ống phản hồi thông số về cho biến tần). Với phương pháp điều khiền U/f , điều khiển vector ,do đó tốc độ có thể thay đổi một cách linh hoạt. Dòng khởi động được hạn chế sẽ không gây sụt áp khi khởi động sẽ không ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Quá trình stop ,start được mềm hóa nên giảm tổn hại cho động cơ về mặt cơ khí, cho hệ truyền động cũng như về mặt điện. Chi phí bảo dưỡng giảm. Khơng giới hạn số lần khởi động . Tiết kiệm năng lượng khi tải thay đổi liên tục.
CHƢƠNG 4: GIAO THỨC USS 4.1. Tổng quan về giao thức USS
Giao thức USS (Universal Serial Interface Protocol) định nghĩa một kiểu truy cập theo nguyên tắc master-slave cho thông tin liên lạc thông qua bus nối tiếp .Giao thức USS là kiểu truyền thông của Siemens dành riêng cho PLC S7-200 và biến tần của hãng. Qua giao thức này 1 PLC có thể điều khiển tối đa một mạng gồm 32 biến tần, Dạng kết nối là điểm-điểm. Ta có thể điều khiển tồn bộ các chức năng của biến tần thông qua mạng này, ngồi ra cịn cịn có thể giám sát được dịng điện, điện áp, tốc độ, hướng quay...dựa vào các lệnh trong thư viện USS cho mỗi biến tần. Chi phí cho mạng này là thấp và tối ưu nhất cho các ứng dụng nhỏ và vừa.
Để sử dụng được giao thức này yêu cầu biến tần phải được hỗ trợ giao thức USS, phần mềm step7-micorowin phải cài đặt thư viện USS. Sử dụng port 0 của PLC để kết nối USS ,khi đã chọn port 0 cho truyền thông USS khơng sử dụng port 0 với bất kì mục đích khác .Vì vậy để thực hiện việc giám sát hệ thống cần lựa chọn PLC có 2 port truyền thơng ,cụ thể trong luận văn sử dụng PLC s7200 -224xp. Các giá trị của các lệnh USS yêu cầu 400 byte của vùng nhớ V của PLC ,vì vậy trước khi lập trình phải khai báo vùng nhớ V và khi lập trình khơng sử dụng lại vùng nhớ này.
S7-200 và biến tần được kết nối truyền thông USS qua cáp RS485.Chân số 3 port 0 của PLC kết nối với chân 14(P+) của biến tần ,chân số 8 nối với chân 15(N-).
4.2. Cấu trúc bức điện 4.2.1. Tổng thể 4.2.1. Tổng thể
Mỗi bức điện bắt đầu với kí tự STX (=02hex) tiếp theo là chiều dài khối dữ liệu (LGE) và byte địa chỉ (ADR). Bức điện kết thúc bằng kí tự (BBC).
- STX: là một byte ASCII (02hex) được sử dụng để biết bắt đầu một kí tự.
- LEG: Quy định chiều dài khối dữ liệu.Khối dữ liệu được chia làm 2 khu vực
PKW( tham số ID-giá trị khu vực) PZD (xử lí dữ liệu)
- ADR: là một byte duy nhất có chứa địa chỉ của slave
- BBC: là một byte kiểm tra xác nhận tin nhắn đã được sử dụng. Nếu biến tần nhận
được một tin nhắn khơng hợp lí thì biến tần sẽ khơng trả lời.
Hình 4.1 Cấu trúc tổng thể bức điện
PWE: chứa giá trị yêu cầu.
PZD: chứa word điều khiển word giám sát STW: chứa word điều khiển.
ZSW: chứa word giám sát HSW: chứa điểm đặt tần số. HIW: chứa giá trị tần số thực tế.
Đối với MM420 chỉ hỗ trợ loại bức điện PPO1 và PPO3.
4.2.2. Vùng sữ liệu PKW
Vùng PKW bao gồm 4 word, word 1 chứa tham số PKE, word 2 chứa tham số IND, word 3 và 4 chứa tham số PWE
- Tham số PKE:
Có độ dài 1 word
Hình 4.3 Cấu trúc PKE
Từ bit 0 tới bit 10 chứa số của thông số, bit 11 không được sử dụng, từ bit 12 tới bit 15 được dùng để yêu cầu đọc hay viết thông số tới biến tần.
Bảng 4.1 Ý nghĩa của tham số AK
AK Ý nghĩa
0 Không yêu cầu 1 Đọc tham số 2 Viết tham số word
3 Viết tham số double word 4 Yêu cầu mô tả ý nghĩa
6 Yêu cầu đọc giá trị tham số là 1 mảng 7 Viết tham số dạng mảng có độ dài 1 word 8 Viết tham số dạng mảng có độ dài double word 9 Yêu cầu số lượng mảng thực hiện
11 Viết tham số ở dạng mảng có độ dài 1 word và lưu vào EEPROM 12 Viết tham số ở dạng mảng có độ dài double word và lưu vào EEPROM 13 Viết tham số ở dạng mảng có độ dài 1 word từ và lưu vào EEPROM 14 Viết tham số ở dạng mảng có độ dài double word và lưu vào EEPROM Thường ta chỉ sử dụng AK=0, 1, 2, 3
Bảng 4.2 Ý nghĩa tham số AK trong bức điện trả lời
AK Ý nghĩa 0 Không trả lời
1 Chuyển giá trị tham số word
2 Chuyển giá trị tham số double word 3 Chuyển phần tử mô tả
4 Chuyển giá trị tham số ở dạng mảng có độ dài word
5 Chuyển giá trị tham số ở dạng mảng có độ dài double word 6 Chuyển số lượng mảng phần tử
7 Không thực hiện được yêu cầu
8 Khơng có trạng thái điều khiển master cho giao diện PKW - Tham số IND
Có độ dài 1 word.Từ bit 0 tới bit 7 chứa giá trị index, bit 8 tới bit 11 không sử dụng, bit 12 tới bit 15 chứa giá trị mở rộng thông số
Bảng 4.3 Mở rộng thông số
- Tham số PWE
4.2.3. Vùng xử lí dữ liệu PZD
Vùng dữ liệu PZD được thiết kế để điều khiển và giám sát biến tần. Đối với MM420 thường sử dụng PZD với chiều dài 2word.
Bảng 4.4 Cấu trúc PZD PZD1 PZD2 PLC MM420 STW HSW MM420 PLC ZSW HIW
- Tham số STW
Có chiều dài 1 word. Tham số STW có chức năng điều khiển biến tần trên đường truyền USS.
Bảng 4.5 Giá trị tham số STW
Bit Chức năng Giá trị Bit 00 ON/ OFF1 0 No - 1 Yes Bit 01 OFF 2 1 No - 0 Yes Bit 02 OFF 3 1 No - 0 Yes Bit 03 Kích hoạt xung 0 No - 1 Yes Bit 04 Kích hoạt RFG 0 No - 1 Yes Bit 05 Khởi động RFG 0 No - 1 Yes Bit 06 Kích hoạt điểm đặt 0 No - 1 Yes Bit 07 Xác nhận lỗi 0 No - 1 Yes Bit 08 Chạy nhấp phải 0 No - 1 Yes Bit 09 Chạy nhấp trái 0 No - 1 Yes Bit 10 Điều khiển từ PLC 0 No - 1 Yes Bit 11 Đảo điểm đặt 0 No - 1 Yes Bit 12 Không sử dụng 0 No - 1 Yes Bit 13 Tăng điểm đặt MOP 0 No - 1 Yes Bit 14 Giảm điểm đặt
MOP
0 No - 1 Yes Bit 15 Bằng tay/ từ xa 0 P0719 set 0
1 P0719 set 1 - Tham số HSW
- Tham số ZSW
Tham số này được dùng để giám sát hoạt động biến tần trên đường truyền USS.
Bảng 4.6 Giá trị tham số ZSW
Bit Chức năng Giá trị Bit 00 Biến tần sẵn sàng 0 No - 1 Yes Bit 01 Biến tần sẵn sàng hoạt động 0 No - 1 Yes Bit 02 Biến tần đang hoạt động 0 No - 1 Yes Bit 03 Biến tần có lỗi 1 No - 0 Yes Bit 04 Off 2 hoạt động 1 No - 0 Yes Bit 05 Off 3 hoạt động 0 No - 1 Yes Bit 06 Inhibit hoạt động 0 No - 1 Yes Bit 07 Cảnh báo biến tần hoạt động 0 No - 1 Yes Bit 08 Độ lệch điểm đặt/ giá trị thực tế 1 No - 0 Yes Bit 09 Điều khiển PZD 0 No - 1 Yes Bit 10 Đạt tần số tối đa 0 No - 1 Yes Bit 11 Cảnh báo dòng điện giới han
motor
1 No - 0 Yes Bit 12 Phanh hãm động cơ hoạt dộng 1 No - 0 Yes Bit 13 Động cơ quá tải 1 No - 0 Yes Bit 14 Động cơ chạy đúng chiều 0 No - 1 Yes Bit 15 Biến tần quá tải 1 No - 0
4.3. Sử dụng các lệnh trong thƣ viện USS
Thư viện của STEP 7- Micro/Win cung cấp 14 chương trình con, 3 thủ tục ngắt và một tập lệnh (gồm 8 lệnh) hỗ trợ cho giao thức USS. Nhờ thư viện này mà việc PLC điều khiển giám và sát biến tần trở nên dễ dàng hơn rất nhiều so với các giao thức khác. Các khối hàm được thể hiện một cách trực quan giúp việc thiết lập một chương trình điều khiển khơng mấy khó khăn.
4.3.1. Lệnh USS_INIT
Hình 4.4: Cấu trúc lệnh USS_INIT
Lệnh USS_ INIT được sử dụng để cho phép thiết lập hoặc không cho phép truyền thông với các biến tần. Trước khi bất kỳ một lệnh USS nào khác được sử dụng, lệnh USS_INIT phải được thực hiện trước mà không được xảy ra lỗi nào. Khi lệnh thực hiện xong và bit Done được set lên ngay lập tức trước khi thực hiện lệnh kế tiếp.
Lệnh này được thực hiện ở mỗi vòng quét khi đầu vào EN được tác động.
Thực hiện lệnh USS_INIT chỉ một lần cho mỗi sự thay đổi trạng thái truyền thông. Sử dụng lệnh chuyển đổi dương tạo một xung ở đầu vào EN. Khi thay đổi giá trị ban đầu các tham số sẽ thực hiện một lệnh USS_ INIT mới.
Giá trị cho đầu vào Mode lựa chọn giao thức truyền thơng: đầu vào có giá trị 1 sẽ ấn định Port 0 dùng cho giao thức USS và chỉ cho phép làm việc theo giao thức này. Nếu đầu vào có giá trị 0 sẽ ấn định Port 0 dùng cho giao thức PPI và không cho phép làm việc theo giao thức USS.
Tốc độ truyền được đặt ở các giá trị: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 và 115200 (baud).
Ðầu vào Active dùng để xác định địa chỉ của Drive. Chỉ hỗ trợ số địa chỉ Drive từ 0 đến 31.
Khi lệnh USS_INIT kết thúc, đầu ra Done được set lên. Ðầu ra Error (kiểu byte) chứa kết quả thực hiện lệnh.
- Ứng dụng trong đề tài khai báo giao thức USS
Hình 4.5: Sử dụng lệnh USS_INT trong đề tài
Lệnh USS_CTRL được sử dụng để điều khiển hoạt động của biến tần. Lệnh này được đưa vào bộ đệm truyền thông, từ đây, lệnh được gởi tới địa chỉ của biến tần, nếu địa chỉ đã được xác định ở tham số Active trong lệnh USS _ INIT. Chỉ một lệnh USS _CTRL được ấn định cho mỗi Drive.
Bit EN phải được set lên mới cho phép lệnh USS_CTRL thực hiện. Lệnh này luôn ở mức cao (mức cho phép).
Bit RUN (RUN/STOP) cho thấy biến tần là on hoặc off. Khi bit RUN ở mức cao, biến tần nhận lệnh khởi động ở tốc độ danh định và theo chiều đã chọn trước. Ðể Drive làm việc, các điều kiện phải theo đúng như sau:
- Ðịa chỉ Drive phải được lựa chọn từ đầu vào Active trong lệnh USS_INIT. - Ðầu vào OFF2 và OFF3 phải được set ở 0.
- Các đầu ra Fault và Inhibit phải là 0.
Khi đầu vào RUN là OFF, một lệnh được chuyển đến MM để điều khiển giảm tốc độ động cơ xuống cho đến khi động cơ dừng. Ðầu vào OFF2 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ chậm. Ðầu vào OFF3 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ nhanh.
Bit Resp_R báo nhận phản hồi từ Drive. Tất cả các hoạt động của biến tần được thăm dị thơng tin trạng thái. Tại mỗi thời điểm, S7-200 nhận một phản hồi từ Drive, bit Resp_R được set lên và tất cả các giá trị tiếp theo được cập nhật.
Bit F_ACK (Fault Acknowledge) được sử dụng để nhận biết lỗi từ Drive. Các lỗi của Drive được xoá khi F_ACK chuyển từ 0 lên 1.
Bit Dir (Direction) xác định hướng quay mà biến tần sẽ điều khiển.
Ðầu vào Drive (Drive address) là địa chỉ của biến tần mà lệnh USS_ CTRL điều khiển tới. Ðịa chỉ hợp lệ từ 0 đến 31.
Ðầu vào Type (Drive type) dùng để lựa chọn kiểu biến tần. Ðối với thế hệ MM3(hoặc sớm hơn) đầu vào Type được đặt 0; còn đối với MM4 giá trị đặt là 1.
Speed-SP (speed setpoint) là tốc độ cần đặt theo tỉ lệ phần trăm. Các giá trị âm sẽ làm động cơ quay theo chiều ngược lại. Phạm vi đặt: -200% ÷ 200%.
Error là một byte lỗi chứa kết quả mới nhất của yêu cầu truyền thông đến Drive. Status là một word thể hiện giá trị phản hồi từ biến tần.
Speed là tốc độ động cơ theo tỉ lệ phần trăm. Phạm vi: -200% đến 200%. D-Dir: cho biết hướng quay.
Inhibit: cho biết tình trạng của inhibit (0 - not inhibit, 1-inhibit ). Ðể xoá bit inhibit này, bit Fault phải trở về off, và các đầu vào RUN, OFF2,OFF3 cũng phải trở về off.
Fault: cho biết tình trạng của bit lỗi ( 0 - khơng có lỗi, 1- lỗi ). Drive sẽ hiển thị mã lỗi. Ðể xoá bit Fault, cần phải chữa lỗi xảy ra lỗi và set bit F_ACK.
- Ứng dụng trong đề tài điều khiển biến tần MM420
Hình 4.7: Sử dụng lệnh USS_CTRL trong đề tài
4.3.3. Lệnh USS_RPM_x
Có 3 lệnh đọc cho giao thức USS.
USS_RPM_W: là lệnh đọc một tham số Word.
USS_RPM_D: là lệnh đọc một tham số Douple Word. USS_RPM_R: là lệnh đọc một tham số thực.
Ðầu vào Drive là địa chỉ của MM mà lệnh USS_RPM_x được chuyển tới. Ðịa chỉ hợp lệ là 0 đến 31.
Param là số tham số (là giá trị cần đọc từ biến tần).
Index là con trỏ chỉ vào giá trị để đọc. Trong 1 tham số có thể có nhiều Index, giá trị Index chi rõ giá trị để đọc.
Value là giá trị của thông số phản hồi.
Ðầu vào DB_Ptr được cung cấp bởi địa chỉ của bộ đệm 16 byte. Trong lệnh USS _RPM_x, bộ đệm này dùng chứa kết quả của lệnh đưa đến từ MM.
Khi lệnh USS_RPM_x đã hoàn tất, đầu ra Done được set lên và đầu ra Error (kiểu byte) và đầu ra Value chứa các kết quả của việc thực hiện lệnh. Ðầu ra Error và Value sẽ không hợp lệ cho đến khi đầu ra Done được set lên.
- Ứng dụng lệnh USS_RPM_x trong đề tài
Trong đề tài sử dụng lệnh USS_RPM_x nhằm mục đích đọc giá trị các thơng số trong biến tần để giám sát như: tốc độ động cơ, mức nước, tần số, dòng điện, điện năng tiêu thụ…và cũng có thể đọc các thơng số khác lúc cần thiết.
Hình 4.9: Sử dụng lệnh USS_RPM_R đọc giá trị dịng điện động cơ
4.3.4. Lệnh USS_WPM_x
Hình 4.10: Cấu trúc lệnh USS_WPM_x
Có 3 lệnh ghi cho giao thức USS:
USS_WPM_W: là lệnh ghi một tham số Word.
USS_WPM_D: là lệnh ghi một tham số Double Word. USS _WPM_R: là lệnh ghi một tham số thực.
Ðầu vào Drive là địa chỉ của MM mà lệnh USS_WPM_x được chuyển tới. Ðịa chỉ hợp lệ là 0 đến 31.
Param là tham số cần ghi.
Index là biến chỉ vào giá trị để ghi.
Value là giá trị của thông số cần ghi đến bộ nhớ RAM trong biến tần.
Ðầu vào DB-Ptr được cung cấp bởi địa chỉ của bộ đệm 16 byte. Trong lệnh USS _WPM_x, bộ đệm này dùng chứa kết quả của lệnh đưa đến từ biến tần.
Khi lệnh USS_WPM_x đã hoàn tất, đầu ra Done được set lên và đầu ra Error (kiểu byte) chứa các kết quả của việc thực hiện lệnh.
Khi đầu vào EEPROM được set lên, lệnh sẽ ghi vào cả bộ nhớ RAM và EEPROM của biến tần. Khi đầu vào EEPROM không được set thì lệnh này sẽ chỉ ghi vào bộ nhớ RAM.
- Ứng dụng lệnh USS_WPM_x trong đề tài
Trong đề tài lệnh USS_WPM_x được sử dụng khi ta cần thay đổi một tham số bất kì trong biến tần mà khơng có tại hiện trường. Lệnh này cho phép thay đổi giá trị thông số