Đang tải... (xem toàn văn)
PLC biến tần
Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 1 Đề tài: MÔ HÌNH TRẠM PLC S7-300 ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 2 LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại đất nước lĩnh vực khoa học kỹ thuật đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong đó lĩnh vực Điện -Điện Tử đã góp phần rất đáng kể từ những thiết bị dân dụng đến các dây chuyền công nghệ tự động hóa nhằm nâng cao năng suất giảm bớt lao động chân tay, vốn đã lạc hậu khi đất nước ta đã là thành viên của tổ chức thương mại thế giới. Lĩnh vực tự động hóa đã đi vào hầu hết các nhà máy xí nghiệp thay thế dần những cổ máy móc lạc hậu, thay thế con người làm việc trong những lĩnh vực nguy hiểm. Đặc biệt hơn nữa với sự phát triển của công nghệ thông tin đã mang đến nhiều lợi ích to lớn và thiết thực hơn. Kết hợp với tự động hóa giúp con người điều khiển và giám sát được các quá trình công nghệ tham gia trực tiếp điều khiển đối tượng. không những trong phạm vi thu nhỏ mà trên cả diện rộng. Góp phần làm giảm chi phí sản suất, quản lý sản xuất dễ dàng, theo dõi quá trình đơn giản nâng cao năng suất lao động, hiệu quả sản xuất . Với những ứng dụng thiết thực như vậy nên em đã chọn đề tài “Xây dựng mô hình điều khiển giám sát trạm PLC điều khiển biến tần”. Đề tài này là cơ hội áp dụng những kiến thức cơ sở từ trong nhà trường vào mô hình thực tế thu nhỏ. Tác giả : Vũ Văn Phương Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 3 Chương 1 Tổng quan về mạng truyền thông PLC 300 1.1 Một số mạng truyền thông trong công nghiệp dùng cho S7-300 1.1.1 Modbus Modbus là giao thức do hãng Modicon phát triển. Theo mô hình ISO/OSI thì Modbus thực chất là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, vì vậy có thể được thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP, MAP (Manufactoring Message Protocol), và ngay cả qua đường truyền nối tiếp RS-232. Modbus định nghĩa một tập hợp rộng các dịch vụ phục vụ trao đổi dữ liệu quá trình, dữ liệu điều khiển và chẩn đoán. Tất cả các bộ điều khiển của Modicon đều sử dụng Modbus là ngôn ngữ chung. Modbus mô tả quá trình giao tiếp giữa một bộ điều khiển với các thiết bị khác thông qua cơ chế yêu cầu/đáp ứng. Vì lý do đơn giản nên Modbus có ảnh hưởng tương đối mạnh đối với các hệ PLC của các nhà sản xuất. Cụ thể , trong mỗi PLC người ta cũng có thể tìm thấy một tập hợp con các dịch vụ đã được đưa ra trong Modbus. Đặc biệt trong các hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát, Modbus hay được sử dụng trên các đường truyền RS-232 ghép nối giữa các thiết bị dữ liệu đầu cuối (PLC, PC, .) với thiết bị truyền dữ liệu (Modem). Cơ chế giao tiếp Cơ chế giao tiếp ở Modbus phụ thuộc vào hệ thống truyền thông cấp thấp. Cụ thể, có thể phân chia ra hai loại mạng là Modbus chuẩn và Modbus trên các mạng khác (ví dụ TCP/IP, Modbus Plus, MAP) a.Mạng Modbus chuẩn Các cổng Modbus chuẩn trên các bộ điều khiển của Modicon cũng như một số nhà sản xuất khác sử dụng giao diện nối tiếp RS-232. Các bộ điều khiển có thể được nối mạng trực tiếp hoặc qua modem. Các trạm Modbus giao tiếp với nhau qua cơ chế chủ/ tớ (Master/Slave), trong đó chỉ một thiết bị có thể chủ động gửi yêu cầu, Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 4 còn lại các thiết bị tớ sẽ đáp ứng bằng dữ liệu trả lại hoặc thực hiện một hành động nhất định theo như yêu cầu. Các thiết bị chủ thông thường là các máy tính điều khiển trung tâm và các thiết bị lập trình, trong khi các thiết bị tớ có thể là PLC hoặc các bộ điều khiển số chuyên dụng khác. Một trạm chủ có thể gửi thông báo yêu cầu tới riêng một trạm tớ nhất định hoặc gửi thông báo đồng loạt tới tất cả các trạm tớ. Chỉ trong trường hợp nhận được yêu cầu riêng, các trạm tớ mới gửi thông báo đáp ứng trả lại trạm chủ. Trong một thông báo yêu cầu có chứa địa chỉ trạm nhận, mã hàm dịch vụ bên nhận cần thực hiện, dữ liệu đi kèm và thông tin kiểm lỗi. b. Modbus trên các mạng khác Với một số mạng như Modbus Plus và MAP sử dụng Modbus là giao thức cho lớp ứng dụng, các thiết bị có thể giao tiếp theo cơ chế riêng của mạng đó, mỗi bộ điều khiển có thể đóng vai trò là chủ hoặc tớ trong các lần giao dịch khác nhau. Nhìn nhận ở mức giao tiếp thông báo, giao thức Modbus vẫn tuân theo nguyên tắc chủ/ tớ mặc dù phương pháp giao tiếp mạng cấp thấp có thể là tay đôi. Khi một bộ điều khiển gửi một yêu cầu thông báo thì nó đóng vai trò là chủ và chờ đợi đáp ứng từ thiết bị tớ. Ngược lại, một bộ điều khiển sẽ đóng vai trò là tớ nếu nó nhận thông báo yêu cầu từ một trạm khác và phải gửi trả lại đáp ứng. c. Chu trình yêu cầu đáp ứng Giao thức Modbus định nghĩa khuôn dạng của thông báo yêu cầu cũng như của thông báo đáp ứng, như minh họa trên hình vẽ. Một thông báo yêu cầu gồm các phần sau : Địa chỉ trạm nhận yêu cầu (0-247), trong đó 0 là địa chỉ gửi đồng loạt. Mã hàm gọi chỉ thị hành động trạm tớ cần thực hiện theo yêu cầu. Ví dụ, mã hàm 03 yêu cầu trạm tớ đọc nội dung các thanh ghi lưu giữ và trả lại kết quả. Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 5 Dữ liệu chứa các thông tin bổ sung mà trạm tớ cần cho việc thực hiện hàm được gọi. Trong trường hợp đọc thanh ghi, dữ liệu này chỉ rõ thanh ghi đầu tiên và số lượng các thanh ghi cần đọc. Thông tin kiểm lỗi giúp trạm tớ kiểm tra nội dung thông báo nhận được. Thông báo đáp ứng cũng bao gồm các thành phần giống như thông báo yêu cầu. Địa chỉ ở đây là địa chỉ của chính trạm tớ đã thực hiện yêu cầu và gửi lại đáp ứng. Trong trường hợp bình thường, mã hàm được giữ nguyên như trong thông báo yêu cầu và dữ liệu chứa kết quả thực hiện hành động, ví dụ nội dung hoặc trạng thái các thanh ghi. Nếu xảy ra lỗi, mã hàm quay lại được sửa để chỉ thị đáp ứng là một thông báo lỗi, còn dữ liệu mô tả chi tiết lỗi đã xảy ra. Phần kiểm lỗi giúp trạm chủ xác định độ chính xác của nôi dung thông báo nhận được. Chế độ truyền Chế độ ASCI Khi các thiết bị trong một mạng Modbus chuẩn giao tiếp với chế độ ASCII, mỗi byte trong thông báo được gửi thành hai ký tự ASCII 7 bit, trong đó mỗi ký tự biểu diễn một chữ số Hex. Ưu điểm của chế độ truyền này là nó cho phép một khoảng thời gian trống tối đa một giây giữa hai ký tự mà không gây ra lỗi. Cấu trúc một ký tự khung gửi đi được thể hiện như sau : Mỗi ký tự khung bao gồm : 1 bit khởi đầu (Start bit) 7 bit biểu diễn một chữ số hex của byte cần gửi dưới dạng kí tự ASCII (0-9 và A-F), trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước. 1 bit parity chẵn/lẻ, nếu sử dụng parity 1 bit kết thúc (Stop bit) nếu sử dụng parity hoặc 2 bit kết thúc nếu không sử dụng parity. Chế độ RTU Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 6 Khi các thiết bị trong một mạng Modbus chuẩn được đặt chế độ RTU (Remote Terminal Unit), mỗi byte trong thông báo được gửi thành một ký tự 8 bit. Ưu điểm chính của chế độ truyền này so với chế độ ASCII là hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên , mỗi thông báo phải được truyền thành một dòng liên tục. Cấu trúc một kí tự khung gửi đi được thể hiện như sau Mỗi ký tự khung bao gồm : 1 bit khởi đầu (Start bit) 8 bit của byte thông báo cần gửi, trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước 1 bit parity chẵn /lẻ, nếu sử dụng parity 1 bit kết thúc (Stop bit) nếu sử dụng parity hoặc 2 bit kết thúc nếu không sử dụng parity 1.1.2 Mạng Ethernet công nghiệp IE (Industrial Ethernet) mạng Ethernet công nghiệp là mạng phục vụ cho cấp quản lý và cấp phân xưởng để thực hiện truyền thông giữa máy tính và các hệ thống tự động hoá. Nó phục vụ cho việc trao đổi một lượng thông tin lớn, truyền thông trên một phạm vi rộng. Các bộ xử lý truyền thông dùng trong mạng luôn kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng không. Nếu không thì một trạm nào đó trong mạng có thể gửi điện tín đi, khi xảy ra xung đột trên mạng vì có hai trạm gửi thì ngừng ngay lại và quá trình gửi điện tín được thực hiện lại sau một thời gian nhất định, thời gian này được xác định theo luật toán học ngẫu nhiên. Mạng Ethernet công nghiệp có những tính chất đặc trưng sau: Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO và TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn đã chọn (CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion) thì các thành viên trong mạng Ethernet công nghiệp đều bình đẳng với nhau. Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 7 Theo tiêu chuẩn truyền thông ISO và ISO on TCP thì các trạm không phải của SIEMENS cũng có khả năng tích hợp vào mạng, nói một cách khác Ethernet công nghiệp là mạng truyền thông mở. Các thông số của mạng Ethernet công nghiệp: Chuẩn truyền thông : IEEE 802.3 Số lượng trạm : Max 1024 trạm Phương pháp thâm nhập đường dẫn : CSMA /CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Môi trường truyền thông : Dây dẫn : + Cáp đồng trục + Cáp đôi dây xoắn - Cáp quang : Cáp thuỷ tinh hoặc chất dẻo - Kiểu nối : Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn - Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP Hình 1.1 mô hình mạng ETHERNET Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 8 1.1.3 Mạng AS-i AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cơ cấu chấp hành, mạng chỉ có một chủ duy nhất. Phương pháp thâm nhập đường dẫn là phương pháp Master – Slave, một phương pháp hoàn toàn tối ưu cho những mạng chỉ có duy nhất một thiết bị là chủ. AS-i sẽ có cấu trúc thật là đơn giản nếu như các cơ cấu chấp hành và các cảm biến đều là các thiết bị kiểu số (Digital Input/Digital Output – DI/DO), khi thiết bị kiểu analog phải sử dụng các bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn của SIEMENS. Trong mạng chỉ có trạm chủ có quyền điều khiển quá trình trao đổi thông tin. Trạm chủ (Master) gọi tuần tự từng trạm tớ (Slave) tới một và đòi hỏi các trạm này gửi dữ liệu lên trên trạm chủ hoặc nhận dữ liệu từ trạm chủ. Những tính chất đặc trưng của AS-i: - AS-i là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số. Quá trình trao đổi dữ liệu được thực hiện thông qua đường dẫn từ cơ cấu chấp hành/cảm biến với trạm chủ, đường dẫn này đồng thời là đường cung cấp nguồn cho các cảm biến. - AS-i có thể ghép nối với các cơ cấu chấp hành có kích thước 1 bit đến 8 bit theo tiêu chuẩn IP 65 và liên kết trực tiếp với quá trình. - Hoạt động của AS-i không cần thiết lập cấu hình trước. - Các thông số kỹ thuật của AS-i: - Chuẩn : AS-i theo chuẩn IEC TG 178 Số lượng trạm cho phép: 1 Master và max 31 Slave - Phương pháp thâm nhập đường dẫn : Master – Slave - Tốc độ truyền: 167 Kbit/s - Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không bọc - Khoảng cách giữa các thiết bị trong mạng : 300 m với Repeater - Kiểu nối : Đường thẳng, cây, sao - Dịch vụ truyền thông : AS-i Function Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 9 Hình 1.2 Mạng AS-I 1.2 Giới thiệu mạng PROFIBUS ProfiBus là một hệ thống Bus trường chuẩn mở rộng dùng để nối các thiết bị trường với các thiết bị điều khiển và giám sát. ProfiBus là một thiết bị nhiều chủ, nó cho phép các thiết bị điều khiển tự động, các trạm kỹ thuật và hiển thị quá trình cũng như các phụ kiện phân tán cùng làm việc trên một đường truyền chung là Bus. ProfiBus thực hiện chức năng ứng dụng hoạt động theo chu kỳ, có độ tin cậy cao và có khả năng đáp ứng cao về tính năng thời gian thực. Mạng PROFIBUS được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau. PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave. Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 10 (Multi Master). Một đặc trưng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s. PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lượng thông tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng. PROFIBUS – FMS được dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát. Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI. Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu được trao đổi với tính chất không định kỳ. PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp truyền dẫn an toàn trong môi trường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2. PROFIBUS – PA là loại bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu. Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạng PROFIBUS DP. Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA Hình 1.3 mạng Profibus [...]... www.bientan.hnsv.com 26 Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương Ngoài ra, Token Passing cũng có thể sử dụng kết hợp với phương pháp Master/Slave, phương pháp này còn được gọi là Multi-Master trong đó mỗi trạm chủ có quyền giữ Token và có quyền truy nhập vào các trạm Slave: Hình 1.20 Truy nhập Bus kết hợp Multi-Master www.bientan.hnsv.com 27 Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300. .. trình xử lý Lượng thông tin ngõ vào hoặc ngõ ra phụ thuộc vào thiết bị Hệ thống Mono-Master, cấu hình hệ thống này chỉ có duy nhất một Master và là hệ thống có thời gian chu kỳ ngắn nhất www.bientan.hnsv.com 12 Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương Hình 1.4 Cấu hình mạng ProfiBus-DP Mono-Master Hệ thống Multi-Master hệ thống này có nhiều Master, chẳng hạn như các... các thông số này được chia làm 3 cấp: Chuẩn đoán các trạm liên quan Chuẩn đoán các modul liên quan Chuẩn đoán các kênh liên quan www.bientan.hnsv.com 11 Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương 1.2.2 Cấu Hình Hệ Thống Và Dạng Thiết Bị DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Monomaster) hoặc nhiều trạm chủ (Multimaster) với số trạm tối đa trong một đoạn mạng... tiếp cận với các đầu nối nguồn điện vào và các đầu nối của động cơ bằng cách tháo các phần vỏ máy phía trước Hình 2.2 Tháo phần mặt trước vỏ máy www.bientan.hnsv.com 35 Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Hình 2.3 Các đầu mạch lực www.bientan.hnsv.com Tác giả: Vũ Văn Phương 36 ... được đặc tính tốt nhất www.bientan.hnsv.com 33 Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Những đặc tính cơ bản của biến tần - Tác giả: Vũ Văn Phương Đặt được thời gian tăng tốc khi khởi động động cơ và thời gian giảm tốc khi dừng động cơ (tới 650s) - Hiển thị được các tham số: Tần số đầu ra, Tần số đặt, điện áp đầu ra, Điện áp 1 chiều sau chỉnh lưu, dòng động cơ, momen quay, tốc độ động cơ,... truyền nối tiếp (Tốc độ baud, time out, module ) - Cho phép chế độ đảo chiều hay không có đảo chiều động cơ - Có chế độ cảnh báo lỗi - Có chế độ báo lỗi (lưu trữ được 4 trạng thái lỗi gần nhất) - Tự động nhận dạng điện trở Rotor - Đặt thời gian trích mẫu cho tín hiệu phản hồi - Có thể nhân tỉ lệ tín hiệu phản hồi www.bientan.hnsv.com 34 Đề tài: Mô hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần - Đặt giới hạn... 0-20mA/4-20mA, độ ổn định 5% Độ ổn định điểm đặt Tương tự . hình trạm PLC S7-300 điều khiển biến tần Tác giả: Vũ Văn Phương www.bientan.hnsv.com 1 Đề tài: MÔ HÌNH TRẠM PLC S7-300. là Modbus chuẩn và Modbus trên các mạng khác (ví dụ TCP/IP, Modbus Plus, MAP) a.Mạng Modbus chuẩn Các cổng Modbus chuẩn trên các bộ điều khiển của Modicon
