Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay các nghành công nghiệp đã và đang ứng dụng tự động hóa vào các quá trình sản xuất nhằm tạo ra năng suất cao, hạ giá thành sảm phẩm, giảm sức lao động của con người. Việc ứng dụng PLC vào điều khiển quá trình công nghệ đã làm cho công việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở lên đơn giản và đem lại hiệu quả cao. PLC có khả năng lập trình được các quá trình phức tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng. Ứng dụng của PLC biến tần động cơ được sử dụng trong nhiều, nó giúp cho việc điều khiển động cơ phù hợp với yêu cầu sử dụng, tiết kiệm dược năng lượng. Trong đề tài này đề cập đến việc ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ với giải đo: 01500vp.
Mục Lục Lời nói đầu Đất nước ta đường tiến lên đất nước công nghiệp hóa đại hóa Để đạt mục tiêu tự động hóa trình sản xuất vấn đề quang trọng, then chốt để phát triển kinh tế đất nước Ngày việc ứng dụng thiết bị tiên tiến với công nghệ cao vào việc đo lường điều khiển tính toán, sản xuất vô cần thiết thiết bị thông minh PLC loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể thuật toán mạch số, góp phần vào việc nâng cao suất lao động đồng thời đẩy mạnh lĩnh vực tự động điều khiển phát triển tương lai Trong đề tài tập lớn ứng dụng PLC đo , cảnh báo điều khiển tốc độ động tạo điều kiện tốt cho chúng em thực hành kiến thức trường học hỏi để phát triển thêm, kiến thức hạn chế nên làm sai sót mong thầy cô dạy bảo thêm, chúng em xin chân thành cảm ơn Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.1 Mục đích Hiện nghành công nghiệp ứng dụng tự động hóa vào trình sản xuất nhằm tạo suất cao, hạ giá thành sảm phẩm, giảm sức lao động người Việc ứng dụng PLC vào điều khiển trình công nghệ làm cho công việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở lên đơn giản đem lại hiệu cao PLC có khả lập trình trình phức tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng Ứng dụng PLC biến tần động sử dụng nhiều, giúp cho việc điều khiển động phù hợp với yêu cầu sử dụng, tiết kiệm dược lượng Trong đề tài đề cập đến việc ứng dụng PLC đo, điều khiển cảnh báo tốc độ động với giải đo: [0-1500]v/p 1.2 Phương pháp đo Ngày có nhiều phương pháp đo tốc độ động sử dụng hai phương pháp đo phổ biến là: Phương pháp dùng encoder Phương pháp dùng cảm biến tiệm cận Phương pháp đo tốc độ động thông dụng dùng cảm biến quang hay gọi encoder Tín hiệu encoder tạo dạng xung vuông có tần số thay đổi vào tốc độ động Do xung vuông đưa vào vi xử lý để đếm số xung khoảng thời gian cho phép từ ta tính giá trị vận tốc động Đây phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động hay điều khiển nhanh chậm Cảm biến tiệm cận bao gồm tất loại cảm biến phát vật thể không cần tiếp xúc công tắc hành trình mà dựa mối quan hệ vật lý cảm biến vật thể cần phát Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu chuyển động xuất vật thể thành tín hiệu điện Có hệ thống phát để thực công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy phát vật thể kim loại nhờ tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng thay đổi điện dung đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm hệ thống chuyển mạch cộng từ Phương pháp đo dùng encoder đếm số xung khoảng thời gian đo Như với phương pháp ta lựa chọn encoder để biến tốc độ thành dãy xung có tần số tỷ lệ với tốc độ quay động 1.3 Tìm hiểu PLC 1.3.1 Khái quát PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7-200 ngôn ngữ lập trình chuyên dụng SIEMEN STEP 7-Micro/WIN - Các hãng PLC sử dụng nhiều thực tế như: SIEMEN, MISUBISHI, ABB, OMRON PLC có chế độ làm việc: - Run: cho phép PLC thực chương trình nhớ, PLC chuyển từ - run sang stop máy có cố chương trình gặp lệnh stop - Stop: cưỡng PLC dừng chương trình chạy chuyển sang chế độ stop Term: cho phép máy lập trình tự định chế độ hoạt động cho PLC run stop PLC –s7200 S7-200 thiết bị điều khiển logic khả trình hãng Siemens ( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module có module mở rộng Các module sử dụng với mục đích khác Toàn nội dung chương trình lưu nhớ PLC, trường hợp dung lượng nhớ không đủ ta sử dụng nhớ để lưu chương trình liệu (Catridge ) Dòng PLC S7-200 có hai họ 21X ( loại cũ ) 22X ( loại ), họ 21X không sản xuất Họ 21X có đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM hình dáng cấu trúc bên ngoài: a) Các đầu vào/ra số : - Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện áp vào tiêu chuẩn 24VDC - Đầu (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với điện áp 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ) - Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ) b) Đèn trạng thái: - Đèn RUN (màu xanh): Chỉ báo PLC chế độ làm việc thực chương trình nạp vào nhớ chương trình - Đèn STOP (màu vàng): Chỉ báo PLC chế độ dừng không thực chương trình, đầu trạng thái “OFF” - Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức lỗi phần cứng hệ điều hành - Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái đầu vào số(ON/OFF) - Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái đầu số(ON/OFF) c) Port truyền thông: - Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần… - Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng 1.4 Công tắc chuyển chế độ: - RUN: Cho phép PLC thực chương trình, chương trình lỗi gặp lệnh STOP PLC tự động chuyển sang chế độ STOP công tắc vị trí RUN ( quan sát đèn trạng thái ) - STOP: Dừng cưỡng chương trình chạy, đầu chuyển OFF - TERM: Cho phép người dùng chọn hai chế độ RUN/STOP từ xa, dùng để download chương trình người dùng 1.5 Vít chỉnh tương tự: Mỗi PLC có từ đến hai vít chỉnh tương tự xoay 270 độ để thay đổi giá trị vùng nhớ biến chương trình d) Cấu trúc phần cứng: Cấu trúc phần cứng PLC gồm có module sau: - Module nguồn - Module đầu vào - Module đầu - Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU) - Module nhớ - Module quản lý phối ghép vào e) Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit): CPU dùng để xử lý, thực chức điều khiển phức tạp quan trọng PLC - Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho ứng dụng nhỏ, đơn giản, đơn xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài - Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả xử lý nhanh thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp nhiều nhiên thời gian xử lý cải thiện nhanh 2.2 Bộ nhớ: Bao gồm loại nhớ RAM, ROM, EEFROM, nơi lưu trữ thông tin cần xử lý chương trình PLC 1.3.2Các module, đối tượng mở rộng mở rộng Các PLC họ S7-200 mở rộng thêm đầu vào/ra chức nâng cao khác cách ghép nối thêm module mở rộng phía bên phải PLC tạo thành móc xích module Địa vị trí module xác định kiểu vào vị trí module móc xích, bao gồm module có kiểu Các module mở rộng số hay tương tự chiếm chỗ đệm tương ứng với số đầu vào module Các module mở rộng: − Module đầu vào số: EM 221 có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào điện áp 24VDC/120-230VAC − Module đầu số: EM 222 bao gồm 4/8 đầu 24VDC/Relay/230VAC − Module vào/ra số: EM 223 bao gồm 4/8/16 đầu vào số 24VDC 4/8/16 đầu 24VDC/Relay/230VAC − Module đầu vào tương tự: EM 231 từ 2/4 đầu vào với loại tín hiệu 0- 10V, 4-20mA − Module đầu tương tự: EM 232 có đầu − Module vào/ra tương tự: EM 235 gồm đầu vào đầu Ngoài có loại module thích hợp với ứng dụng khác module điều khiển vị trí, module truyền thông,… Chương 2: Thiết kế hệ thống 2.1Lựa chọn thiết bị 2.1.1Biến tần Siemens MM420 Biến tần thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp dòng điện xoay chiều đầu vào từ tần số thành điện áp dòng điện có tần số khác đầu - Bộ biến tần thường sử dụng để điều khiển vận tốc động xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo tần số lưới nguồn thay đổi thành tần số biến thiên Bước Kết hiển thị Ấn để truy nhập thông số Ấn đến P0003 hiển thị Ấn để tới mức giá trị thông số Ấn Ấn để xác nhận giá trị lưu lại giá trị Lúc mức cài đặt người sử dụng nhìn thấy tất thông số từ mức đến mức để đạt giá trị mong muốn ( ví dụ: 3) Nét nổi bật của MICROMASTER 420: - Thiết kế nhỏ gọn dễ lắp đặt - Có nhiều cách lựa chọn truyền thông: PROBIBUS, DeviceNet, CANopen.a3 - Điều khiển FCC (Flux Current Control) cho chất lượng truyền động cao có thay đổi tải - Các đầu vào linh hoạt - Các phương thức cài đặt khác nhau, qua bảng điều khiển công cụ phần mềm miễn phí - Thời gian tăng, giảm tốc cài đặt 0-650s - dải tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động lên máy - Khởi động bám biến tần nối với động quay - Tích hợp bảo vệ nhiệt cho động dùng PTC/KTY Thông số kỹ thuật: Điện áp vào Công suất Tần số điện vào Tần số điện Hệ số công suất (380V đến 480V AC ± 10% 0,37 đến 11kW); 47 đến 63Hz đến 650Hz 0.95 Phương pháp điều khiển Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều khiển từ d Các đầu vào tương tự 1, dùng cho điểm đặt hay phản hồi PI (0-10V, định thang Cấp bảo vệ IP 20 Các đầu dây điều khiển Đầu dây 10 11 12 13 14 15 2.1.1.1 Ký hiệu ADC+ ADCDIN1 DIN2 DIN3 RL1-B RL1-C DAC+ DACP+ N- Chức Đầu nguồn +10V Đầu nguồn 0V Đầu vào tương tự (+) Đầu vào tương tự (-) Đầu vào số số Đầu vào số số Đầu vào số số Đầu cách ly +24V/max 100 mA Đầu cách ly 0V/max 100 mA Đầu số / tiếp điểm NO Đầu số / chân chung Đầu tương tự (+) Đầu tương tự (-) Cổng RS485 Cổng RS485 Nguyên lý hoat động biến tần MM420 Nguyên lý hoạt động biến tần đơn giản Đầu tiên nguồn điện xoay chiều pha pha điều chỉnh chỉnh lưu lọc thành nguồn điện chiều phẳng công đoạn thực chỉnh lưu cầu 10 Giải thích -Tín hiệu từ PC thông qua phần mền STEP7MW40 truyền xuống PLC qua dây cáp USB/PPI interface thực điều khiển giám sát motor -PLC thông qua module analog(ngõ nhận điện áp từ 0-10v) điều khienr biến tần tỉ lệ với tần số từ 0-50hz làm thay đổi tốc độ động -Tín hiệu từ encoder đưa vào xung tốc độ cao HSC PLC 2.2.2 Kết nối PC với PLC Để ghép nối S7 200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với chuyển đổi sang RS485 theo hình sau: -Port truyền thông nối tiếp sử dụng cổng RS485, chân sử dụng cho việc phối ghép với PC, PG, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng công nghiệp -Tốc độ truyền nhận liệu theo kiểu PPI tốc độ chuẩn 9600 baud 2.2.3 Kết nối PLC với biến tần DI1 DN2 DI3 làm ON/OF Tăng tần số Giảm tần số Thực sau: 18 -cài thông số động vào biến tần P3=3 P10=1 Commissioning P311 = 1000 vòng/ phút P11= P700=2 50 Teminal command (Chạy từ Hz đầu vào digital, analog) P701=1 ON/OFF P702=13 Tăng tốc P703=14 Giảm tốc P1080=0 rpm P1082=1500 P10=0 rpm Ready Thực xong cài đặt chuyển công tắc đầu vào DI1 biến tần bắt đầu chạy, dùng hai nút nhấn thường hở (NO) nối vào DI2,3 Khi bật công tắc ON (DI1) biến tần chuyển chế độ running muốn tăng tốc nhấn DI2, Muốn giảm tốc nhấn DI3 Kết nối chân Q0.1với chân DI3 (giảm tốc độ) Q0.2 với chân DI2 (tăng tốc độ) biến tần, đầu pha kết nối với động 2.2.4 Kết nối biến tần với động -Biến tần nuôi điện áp 220VAC -3 chân biến tần U, V, W nối với động 2.2.5 Kết nối encoder với PLC -Dây nối với PLC dây A nối với đầu I0.6 PLC để đưa tín hiệu cho HSC1 đếm Các thiết bị dùng: 19 -CPU 224 -Biến tần MM420 -Encoder 400 xung/vòng Tính toán số vòng/phút Chu kì lấy mẫu giây vòng encoder phát 400 xung Số xung giây N xung Tốc độ động là: V = (N 60)/(1.400)(vòng/phút) 20 2.2.6 Bảng địa STT Kí hiệu Start Stop Run SLA Địa I0.0 I0.1 Q0.0 Q0.1 Q0.2 SHA Chức Khởi động hệ thống Dừng hệ thống Báo hệ thống làm việc Cảnh báo tốc độ thấp điều khiển biến tần tăng tốc Cảnh báo tốc độ cao điều khiển biến tần giảm tốc 2.2.7 Sơ đồ đấu dây Start stop 24 I0.0 I0.1 … I0.6 CPU224 … Q0.0 RUN Q0.1 Q0.2 SHA SLA … M L VAC VDC 220 21 2.3 Xây Dựng Thuật Toán Bắt đầu Đặt tham số Đọc tín hiệu từ encoder Tính toán số vòng/phút No No V>1200(V/p) V[...]... contactor - Converter (biến tần): điều khiển trơn tốc độ động cơ Với biến tần thì động cơ chạy với hiệu suất rất cao ngay cả khi hoạt động ở tốc độ thấp Biến tần sẽ làm cho hệ thống hoạt động tiết kiệm năng lượng -Encoder: Mục đích để đo tốc độ động cơ Với tín hiệu đo được từ đầu động cơ được đưa về PLC xử lý điều khiển tốc độ PLC sẽ giám sát được tốc độ động cơ bám sát tốc độ yêu cầu Kết luận Từ những... tốc độ thấp và điều khiển biến tần tăng tốc Cảnh báo tốc độ cao và điều khiển biến tần giảm tốc 2.2.7 Sơ đồ đấu dây Start stop 24 I0 .0 I0.1 … I0.6 CPU224 … Q0 .0 RUN Q0.1 Q0.2 SHA SLA … M L VAC VDC 2 20 21 2.3 Xây Dựng Thuật Toán Bắt đầu Đặt tham số Đọc tín hiệu từ encoder Tính toán số vòng/phút No No V>1 200 (V/p) V< 800 (V/p) Yes Yes cơ khiển biến tần giảm tốc Điều Đèn độSHA độngsáng cơ ĐènĐiều SLAkhiển... on/off Hệ thống PLC bến tần động cơ là một hệ thống kín PLC điều khiển biến tần rơ le, từ tín hiệu điều khiển của PLC biến tần điều khiển các van IGBT làm thay đổi tốc độ động cơ nhằm ổn định tốc độ động cơ theo tốc độ định mức Tín hiệu từ encoder phát ra là tín hiệu xung được đưa về PLC vào bộ đếm tốc độ cao SHC qua chương trình của PLC tín hiệu được chuyển thành tốc độ thực của động cơ từ đó lập trinh... tốc độ động cơ Do đó các xung vuông này được đưa vào bộ đếm tốc độ cao HSC của PLC để đếm số xung trong khoảng thời gian cho phép với chu kì lấy mẫu là 0. 2s từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của động cơ Sau khi tính toán được giá trị vận tốc, kết quả này được sử dụng để đưa ra cảnh báo , khi tốc độ định mức động cơ là 100 0 vòng/phút, hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo khi tốc độ động cơ thấp hơn 800 v/phứt... Động cơ được điều khiển tốc độ được sử dụng nhiều do có thể điều khiển tốc độ theo yêu cầu tăng tốc giảm tốc và ổn định được tốc độ khi tải thay đổi Ngày nay việc sử dụng hệ PLC biến tần động cơ được sử dụng rất phổ biến qua đề tài này chúng em đã học hỏi được rất nhiều kiến thức mới 3.2 Kết quả thực nghiệm Đây là một hệ thống thông minh trong việc đo và điều khiển tốc độ động cơ đảm bảo tốc độ luôn được... bị dùng: 19 -CPU 224 -Biến tần MM4 20 -Encoder 400 xung/vòng Tính toán số vòng/phút Chu kì lấy mẫu là 1 giây 1 vòng encoder phát ra 400 xung Số xung trong 1 giây là N xung Tốc độ của động cơ sẽ là: V = (N 60) /(1. 400 )(vòng/phút) 20 2.2.6 Bảng địa chỉ STT Kí hiệu 1 Start 2 Stop 3 Run 4 SLA Địa chỉ I0 .0 I0.1 Q0 .0 Q0.1 5 Q0.2 SHA Chức năng Khởi động hệ thống Dừng hệ thống Báo hệ thống làm việc Cảnh báo tốc. .. điều khiển tốc độ Để chuyển tín hiệu điều khiển được thực hiện nhờ cáp kết nối cáp PC/PPI dùng để kết nối máy tính với PLc để thực hiện chức năng tải phần mềm từ step7 microwin sang PLC Qua nghiên cứu lý thuyết cho thấy việc ứng dụng PLC vào đo cảnh báo tốc độ động cơ có những ưu điểm lớn như: giảm được dòng điện khởi động, quá trình khởi động diễn ra êm nhẹ nhàng hơn khi khởi động trực tiếp Động cơ. .. như sau: 18 -cài thông số động cơ vào biến tần P3=3 P 10= 1 Commissioning P311 = 100 0 vòng/ phút P11= P 700 =2 50 Teminal command (Chạy từ Hz các đầu vào digital, analog) P 701 =1 ON/OFF P 702 =13 Tăng tốc P 703 =14 Giảm tốc P 108 0 =0 rpm P 108 2=1 500 P 10= 0 rpm Ready Thực hiện xong cài đặt này thì khi chuyển công tắc đầu vào DI1 biến tần sẽ bắt đầu chạy, dùng hai nút nhấn thường hở (NO) nối vào DI2,3 Khi bật công tắc... 800 v/phứt và lớn hơn 1 200 v/phút, từ đó ổn định tốc độ động cơ hay chính là điều khiển biến tần tăng giảm tốc độ để tốc độ ổn định gần nhất với giá trị định mức 28 Chương 3 : Kết quả đề tài 3.1 kết quả nghiên cứu lý thuyết Trong hệ PLC điều khiển và đo tốc độ đông cơ thông qua biến tần MM4 20 Qua việc tìm hiểu đề tài chúng em đã biết thêm kiến thức về PLC nâng cao như: Bộ đọc xung tốc độ cao HSC, PLC điều khiển. .. điều khiển PC PLC ENCODER MOTOR Đầu vào On/Off MM 4 20 17 Giải thích -Tín hiệu từ PC thông qua phần mền STEP7MW 40 truyền xuống PLC qua dây cáp USB/PPI interface thực hiện điều khiển và giám sát motor -PLC thông qua module analog(ngõ ra nhận điện áp từ 0- 10v) điều khienr biến tần tỉ lệ với tần số từ 0- 50hz làm thay đổi tốc độ động cơ -Tín hiệu từ encoder được đưa vào xung tốc độ cao HSC của PLC 2.2.2 Kết