Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 1 TRƯỜNG ………………… KHOA………………………  BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề tài: Mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 2 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3 1. Đặt vấn đề: 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 5 1. Giới thiệu sơ lược về PLC S7-200 5 1.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7 5 4. Giới thiệu tổng quan về WINCC 30 4.1 Tạo một án mới trong WinCC 30 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 51 1. Mạch điều khiển động cơ bước đơn sáu dây: 51 CHƯƠNG 4:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 101 1. Kết luận 101 Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Đặt vấn đề: Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số. các loại động cơ bước được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các hệ thống tự động, điều khiển xa và nhiều thiết bị điện tử khác, nổi bật là trong các lĩnh vực sau: điều khiển robot, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công, điều khiển máy dập giấy decal, … v,…v, … Và cũng trong điều khiển chính xác người ta cần những động cơ có thể đạt được độ chính xác cao theo đúng yêu cầu cả về lực và tốc độ. Động cơ bước là một trong những sự lựa chọn tốt để đáp ứng được những yêu cầu trên với khả năng chuyển động chính xác đến từng bước thậm chí là vi bước. Đặc biệt việc điều khiển motor bước được ứng dụng phổ biến trong xí nghiệp, nhà máy phục vụ trong công việc sản xuất hiện nay. Bên cạnh đó việc phát triển các phần mềm ứng dụng cũng ngày một cao hơn, đặc biệt với WinCC ( Windows Control Center), đây là phần mềm tích hợp giao diện người và máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hóa, là phần mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của một hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất.Với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hóa một cách dễ dàng. Việc sử dụng những bộ điều khiển lập trình PLC riêng lẻ không đáp ứng yêu cầu điều khiển của một hệ thống Scada, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human Machine Interface) giao diện người và máy. Phần mềm này có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như Siemens, Mítubishi, Allen Bradley,v.v…,nhưng nó đặc biệt truyền thông rất tốt với PLC của hãng Siemens.Trong lãnh vực tự động hóa trong công nghiệp, WinCC là một trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp, chương trình dùng để điều hành các nhiệm vụ của màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất. WinCC được cài đặt trên máy tính và giao tiếp vơí PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS- 232) của máy tính. Do đó, cần phải có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC. WinCC còn có đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 4 ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống. Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có qui mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cao cấp như MES(Manufacturing Excution System- Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất)và ERP(Enterprise Resource Planning).WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở qui mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt trên toàn thế giới. Đối với S7-300 thì việc kết nối với WinCC một cách dễ dàng nhờ sự tích hợp sẵn. Trong khi thực tế các PLC S7-200 vẫn còn sử dụng nhiều mà WinCC thì không tích hợp sẵn. Vì vậy việc kết nối giữa S7-200 và WinCC phải thông qua phần mềm S7-200 PC Access để liên kết. Đây cũng là một phần được trình bày trong bài luận văn này. Đề tài mà tôi thực hiện là một ví dụ thực tiển: Mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước. Nội dung đề tài bao gồm các vấn đề sau: • Tìm hiểu về S7-200 (CPU 226CN) để lập trình. • Tìm hiểu về WinCC, PC Access. • Thiết kế được mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước dùng PLC S7-200 để thực hiện cắt giấy theo một chiều dài định sẵn và có sự giám sát của máy tính. 2. Giới hạn đề tài: Với thời gian gần bảy tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có hạn nên ở đề tài này chỉ làm: Tìm hiểu về các bộ điều khiển động cơ bước và sử dụng S7-200 (CPU 226CN) để lập trình, tìm hiểu về PC Access, HMI và dùng WinCC để giám sát mô hình cắt giấy tự động. Rất mong nhận được sự góp ý kiến quý thầy cô và các bạn sinh viên để hoàn thiện hơn về về tài này. Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Giới thiệu sơ lược về PLC S7-200. 1.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7. • Họ PLC S7 là một họ PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ nhớ tốt, kết nối mạng công nghiệp. • Hiện nay họ PLC S7 gốm có S7-200, S7-300, S7-400. • Mỗi một thế hệ PLC lại có nhiều chủng loại CPU khác nhau. • Đối với PLC S7, có thể thực hiện các phép toán lo6gic, đếm, định thời, các thực toán phức tạp và thực hiện truyền thông với các thiết bị khác. Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X. 1.2 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU226CN Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 6 1.3 Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200 1.3.1 khái niệm vòng quét của PLC Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 7 a) Đọc dữ liệu đầu vào: Đọc các trạng thái vật lý ( Input ) vào bộ đệm ảo ( IR – Input Register ). b) Thực thi chương trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chương trình phần mềm, kết quả dược lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu ra ( OR – Output Register ). Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 8 c) Xử lý các yêu cầu truyền thông ( Option ) : nếu có yêu cầu truyền thông xử lý ngắt. d) Tự chuẩn đoán lỗi: CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong Rom, các vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng. e) Xuất kết quả ở đầu ra : CPU đọc kết quả từ OR, và xuất kết quả ra các cổng vật lý. Một số lưu ý : • Đầu vào số : + Nếu không dùng tính năng I ( Immediately ) thì dữ liệu đầu vào được cập nhật tại bộ đệm ảo. + Nếu dùng tính năng này, chương trình bỏ qua bộ đệm ảo. • Đầu vào tương tự : + Nếu bỏ qua tính năng lọc tương tự, thì chương trình sẽ lấy trực tiếp dữ liệu tại cổng vật lý. + Nếu dùng tính năng này, thì chương trình sẽ đọc các giá trị được lưu lại. Mô tả vòng quét : + Mỗi một vòng quét cơ bản của PLC mất từ 3ms – 10ms, tùy thuộc vào số lượng cũng như kiểu lệnh viết trong chương trình. 1/Thời cập nhật bộ đệm đầuvào. 2/ Thời gian thực thi chương trình. 3/ Thời gian xuất kết quả ra cổng vật lý. 1.3.2 Phân chia vùng nhớ trong S7-200 : 3 Thay đổi mức logic đầu vào Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 9 a. Vùng đệm ảo đầu vào ( I ; I0.0- I15.7 ): • CPU sẽ truy cập các đầu vào vật lý tại đầu mỗi chu kỳ quét và ghi dữ liệu vào bộ đệm ảo. • Định dạng truy cập : b. Vùng đệm ảo đầu ra ( Q ; Q0.0-Q15.7 ): • Cuối mỗi chu kỳ quét, CPU S7-200 sẽ truy cập dữ liệu từ bộ đệm ảo xuất ra các đầu ra vật lý. • Định dạng truy cập : c. Vùng nhớ thời gian ( T ; T0-T255): • Vùng nhớ này dùng cho các bộ thời gian của S7-200. Đối với một bộ Timer có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Timer bit hoặc Current Value. • Định dạng truy cập : • Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Timer bit hay Current value. d. Vùng nhớ bộ đếm ( C ; C0-C255 ): • Vùng nhớ này dùng cho các bộ đếm của S7-200. Đối với một bộ Counter có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Counter bit hoặc Current Value. • Định dạng truy cập : Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 10 • Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Counter bit hay Current Value. e. Vùng nhớ đặc biệt ( SM ) : • Vùng nhớ này cung cấp các bit truyền thông giữa CPU và chương trình. Các bit này được dùng để lựa chọn và điều khiển một số chức năng đặc biệt của CPU S7-200. • Định dạng truy cập : 1.3.3 Truy cập dữ liệu gián tiếp thông qua con trỏ: a. Con trỏ ( Pointer ) : là một ô nhớ có kích thước một từ kép ( double word ) chứa địa chỉ của một ô nhớ khác. Khi ta truy cập vào ô nhớ của con trỏ có nghĩa ta đang đọc địa chỉ của ô nhớ mong muốn. • Có 3 vùng nhớ trong S7-200 cho phép dùng làm con trỏ : V, L, AC1, AC2, AC3. • S7-200 cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ sau: I, Q, V, M, S, T ( current value ) , C ( current value ). • S7-200 không cho phép dùng con trỏ để truy cập các địa chỉ nhớ AL, AQ, HC, SM, L và địa chỉ dưới dạng bit. • Khi sử dụng cách truy cập dữ liệu thông qua con trỏ, trong S7-200 sử dụng 2 ký tự & và *. + Ký tự &: Dùng để khởi tạo con trỏ. - Ví dụ : MOVD & VB200, AC1. - Chuyển địa chỉ VB200 ( không chuyển nội dung ) vào thanh ghi AC1. Thanh ghi AC1 trở thành con trỏ. + Ký tự * : Dùng để truy cập nội dung ô nhớ có địa chỉ chứa trong con trỏ. - Ví dụ : MOVB *AC1, VB200. - Chuyển nội dung ô nhớ có địa chỉ lưu trong con trỏ AC1 vào ô nhớ có địa chỉ VB200. Ví dụ : [...]... quay và tốc độ quay của rotor, phụ thuộc vào thứ tự chuyển và tần số chuyển đổi 3.1 Phân loại và cấu tạo Động cơ bước cơ bản được chia làm 3 loại: • Động cơ bước nam châm vĩnh cữu • Động cơ bước biến trở từ • Động cơ bước lai Động cơ bước nam châm vĩnh cữu cơ bản gồm 3 lọai: • Động cơ bước đơn cực • Động cơ bước lưỡng cực • Động cơ bước nhiều pha 3.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cữu 3.2.1 Động cơ bước... pháp điều khiển động cơ bước Luận Văn Tốt Nghiệp • Điều khiển đủ bước • Điều khiển nửa bước • Điều khiển vi bước 3.6.1 Điều khiển đủ bước: a Một pha: Tại mỗi thời điểm chỉ có 1 mấu được cấp điện b Hai pha: Tại mỗi thời điểm sẽ có 2 mấu được cấp điện 3.6.2 Điều khiển nửa bước: Trang:27 Luận Văn Tốt Nghiệp Trang:28 Khi khơng có phần nào của mạch từ bão hòa, thì việc cấp điện đồng thời cho hai mấu động cơ. .. gọi là động cơ bước Động cơ bước thường là động cơ đồng bộ dùng phổ biến các tín hiệu điều khiển dươí dạng các xung điện áp thành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của rotor và có khả năng cố định rotor vào những vị trí cấn thiết Luận Văn Tốt Nghiệp Trang:23 Động cơ bước làm việc được nhờ có bộ chuyển mạch điện tử, để đưa tín hiệu điều khiển vào các cuộn dây stator, theo một thứ tự và một... điều khiển quay rotor 3.5 Ngun lý hoạt động cơ bản của động cơ bước: • Động cơ bước hoạt động dựa trên việc cấp xung ,nó khơng có bộ chuyển mạch bên trong nên tất cả mạch đảo phải được điều khiển bên ngồi bằng bộ điều khiển • Tại mỗi thời điểm sẽ chỉ có một hay hai cuộn dây có điện(tùy vào phương pháp điều khiển là đầy bước hay nửa bước).Khi trạng thái cấp xung thay đổi thì sẽ sinh ra moment xoắn và. .. thực tế đây là loại động cơ 5 hoặc 6 dây ra, STEP loại này được điều khiển bẳng cách cho đầu dây chung nối lên nguồn và từng đầu dây còn lại lần lượt được nối mass Luận Văn Tốt Nghiệp Trang:24 Động cơ bước đơn cực có 5 ngõ ra: trong đó có 4 đầu dây coil1÷coil4 dùng để điều khiển còn đầu dây common dùng để nối nguồn cung cấp Kí hiệu các màu dây theo qui đònh như hình dưới : Động cơ bước đơn cực có 6... dùng để điều khiển, 2 đầu dây còn lại chính là dây common được tách ra làm 2, khi dùng phải nối cả 2 với nguồn cung cấp Hai dây common này có cùng màu 3.2.2 Động cơ bước lưỡng cực: Động cơ loại lưỡng cực (Bipolar), thường có 4 đầu ra Về cấu tạo đơn giản hơn nhưng khó cho điều khiển vì phải đảo chiều dòng điện qua cuộn dây a,b 3.2.3 Động cơ bước nhiều pha: Luận Văn Tốt Nghiệp Trang:25 Một loại động cơ bước... làm cho roto quay • Điều khiển chiều quay động cơ :thay đổi thứ tự cấp xung ,giả sử động cơ đang ở bước thứ 8 ta cấp xung cho bước thứ 7 thì lúc đó nó sẽ quay ngược lại • Điều khiển tốc độ:thay đổi độ rộng xung và tần số xung Trong đó : V: vận tốc trung bình của động cơ bước (vòng/giây) n: số lần dịch bước t: thời gian động cơ thực hiện n lần dịch bước (giây) θ: góc bước của động cơ (độ) f : tần số... kéo rê thả vào vùng Test Client Luận Văn Tốt Nghiệp Trang:22 2.2.3Chạy thử, kiểm tra : Nhấp chọn Status > Start test Client Nếu thấy ở cột Qualty chuyển từ Bad sang Good là việc kết nối đã thành cơng 3 Khái qt về động cơ bước: Trong hệ thống tự động và trong máy tính điện tử ngày càng sử dụng rộng rải hệ thống truyền động rời rạc Các hệ thống truyền động rời rạc này thực hiện nhờ loại động cơ chấp hành... ngữ FBD : Luận Văn Tốt Nghiệp Trang:13 2 Giới thiệu về S7-200 PC ACCESS S7-200 PC ACCESS được dùng trong luận văn này với mục đích kết nối giữa S7-200 và Wincc, để làm được điều này ta cần tìm hiểu về cách cài đặt và sử dụng của nó như thế nào 2.1 Cài đặc S7-200 PC Access Các bước thực hiện: Trên thanh Taskbar, chọn All Programs > Run Hộp thoại Run xuất hiện, chọn nút Browse Luận Văn Tốt Nghiệp Trang:14... phần nào trong mạch từ của động cơ bị bão hồ, hai đường cong moment xoắn sẽ khơng thể cộng tuyến tính với nhau Kết quả là moment tổng hợp có thể khơng nằm chính xác tại vị trí S/2 kể từ vị trí cân bằng ban đầu 3.6.3 Điều khiển vi bước: Cho phép các bước nhỏ hơn bằng việc dùng các dòng khác nhau qua hai mấu động cơ, như hình vẽ dưới: Luận Văn Tốt Nghiệp Trang:29 Đối với một động cơ hai mấu biến từ trở hoặc . Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 1 TRƯỜNG ………………… KHOA………………………  BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề tài: Mô hình giám sát và điều khiển động cơ bước Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 2 MỤC. 30 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 51 1. Mạch điều khiển động cơ bước đơn sáu dây: 51 CHƯƠNG 4:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 101 1. Kết luận 101 Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 3 CHƯƠNG. các hệ thống tự động, điều khiển xa và nhiều thiết bị điện tử khác, nổi bật là trong các lĩnh vực sau: điều khiển robot, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công, điều khiển máy dập giấy decal,