Đang tải... (xem toàn văn)
Đo tốc độ động cơ KĐB 3 pha có xác định chiều quay dùng bộ đếm tốc độ cao HSC trong PLC S7 200. dải đo 0 1500 vòng/phút. ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ MỤC LỤC NHÓM 5 1 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ CHƯƠNG 1. BỘ ĐẾM TỐC ĐỘ CAO 1.1. Tổng quan về PLC S7-200 - PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. S7-200 là thiết bịcủa hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modul mở rộng. - Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu(Catridge ) - Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ) và 22X ( loại mới), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa.Họ 21X có các đời sau:210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có các đời sau:221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM - PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự kiện - PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông,… - PLC có những ưu điểm: + Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy. + Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp. + Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. + PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi. + Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém. NHÓM 5 2 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ • Cấu trúc bên trong của PLC Hình 1.1.1. cấu trúc bên trong của PLC Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O) • Cách đấu nối ngõ vào ra PLC: NHÓM 5 3 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ Hình 1.1.2. cách đấu nối ngõ ra PLC • Cổng truyền thông: Chân 1: nối đất. Chân 2: nối nguồn 24VDC. Chân 3: truyền và nhận dữliệu. Chân 4: không sửdụng. Chân 5: đất Chân 6: nối nguồn 5VDC Chân 7: nối nguồn 24VDC. Chân 8: Truyền và nhận dữliệu. Chân 9: không sử dụng. 1.1.1 Cấu trúc phần cứng. Cấu trúc phần cứng của 1 PLC gồm có các module sau: - Mudule nguồn - Module đầu vào - Module đầu ra - Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU) NHÓM 5 4 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ - Module bộ nhớ - Module quản lý phối ghép vào ra Khối ngõ vào Bộ nguồn Đơn vị xử lý trung tâm Quản lý ghép nối Bộ nhớ Khối ngõ ra Hình 1.1.3. Mô hình tổng quát của 1 PLC 1.1.2 Ngôn ngữ lập trình. Có 3 dạng ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là: - Phương pháp hình thang (LAD) - Phương pháp liệt kê lệnh (STL) - Phương pháp theo dạng dữ liệu hình khối (DB) Trong đồ án chúng em sử dụng phương pháp hình thang (LAD). LAD là 1 ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle. + Mạng LAD: là các đường nối các phần tử thành 1 mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang dường nguồn bên phải. đường nguồn bên trái là dây nóng, cấp (đường nguồn bên phải thường không thực được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEP7-Micro/Dos hoặc Micro/win). 1.2. Các loại bộ đếm của S7-200-CPU 224 S7-200-CPU 224 có 2 loại bộ đếm đó là bộ đếm thường và bộ đếm tốc độ cao: - Bộ đếm thường: bộ đếm thường trong S7-200-CPU 224 như đếm lên (CTU), đếm xuống (CTU) , đếm lên xuống (CTUD), chỉ đếm được các sự kiện xảy ra với tần số thấp (chu kì xuất hiện của sự kiện nhỏ hơn chu kì quét của PLC). - HSC là bộ đếm tốc độ cao, được dử dụng để đếm những sự kiện xảy ra với tần số lớn mà các bộ đếm thông thường trong PLC không đếm được. ví dụ: tín hiệu xung từ encoder,… - Số lượng bộ đếm HSC có trong S7-200-CPU 224 và tần số tối đa cho phép NHÓM 5 5 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ Bảng 1.2.1. bộ đếm và tần số ngõ vào tối đa cho phép Bộ đếm Ngõ vào Tần số cho phép HSC0 I0.0 30KHZ HSC1 I0.6 30KHZ HSC2 I1.2 30KHZ HSC3 I0.1 30KHZ HSC4 I0.3 200KHZ HSC5 I0.4 200KHZ 1.3. Bộ đếm tốc độ cao của S7-200-CPU224 1.3.1. Nguyên tắc hoạt động của bộ đếm HSC a. Định nghĩa bộ đếm tốc độ cao ( High-speed counter defination ) : Lệnh dùng định nghĩa bộ đếm tốc độ cao HDEF(High speed counter Defination) sẽ cho phép chọn chế độ hoạt động của một bộ đếm tốc độ cao cụ thể (HSCx). Chế độ hoạt động sẽ quyết định xung vào, chiều đếm, tín hiệu bắt đầu, và chức năng reset của một bộ đếm tốc độ cao. Ta sử dụng một lệnh định nghĩa bộ đếm tốc độ cao cho mỗi bộ đếm tốc độ cao. Các điều kiện gây ra lỗi sẽ set bit ENO = 0 0003 ( đầu vào xung đột ) 0004 ( lệnh trong chương trình ngắt không hợp lệ ) 000A ( bộ đếm cần được định nghĩa lại ) b. Bộ đếm tốc độ cao ( High speed counter – HSC ) : Lệnh khai báo bộ đếm tốc độ cao HSC cấu hình và điều khiển bộ đếm tốc độ cao nhờ vào các bit nhớ đặc biệt của bộ đếm tốc độ cao đó. Tham số N chỉ ra bộ đếm tốc độ cao đang sử dụng là bộ đếm bao nhiêu. Bộ đếm tốc độ cao có thể được cấu hình lên tới 12 chế độ hoạt động khác nhau Mỗi bộ đếm được cung cấp đầu vào cho xung clock, điều khiển hướng đếm, tín hiệu reset và bắt đầu mà bộ đếm đó hỗ trợ. Đối với những bộ đếm 2 pha thì cả hai đầu vào xung có thể chạy ở tốc độ cực đại của chúng. Trong chế độ nhân tốc thì bạn có thể chọn chế độ nhân 1 hoặc nhân 4 tốc độ cực đại. Tất cả các bộ đếm chạy ở tốc độ cực đại mà không ảnh hưởng tới bộ đếm khác. Điều kiện gây ra lỗi sẽ set ENO = 0 NHÓM 5 6 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ 0001 ( lệnh HSC đặt trước HDEF ) 0005 ( sử dụng đồng thời HSC/PLS ) Bộ đếm tốc độ cao đếm các sự kiện mà tốc độ của nó vượt khỏi tầm kiểm soát của vòng quét S7-200. Tấn số đếm lớn nhất có thể của bộ đếm tùy thuộc vào loại CPU mà bạn sử dụng. CPU 221 và CPU 222 hỗ trợ 4 bộ đếm tốc độ cao : HSC0, HSC3, HSC4 và HSC5. Hai loại CPU này không hỗ trợ bộ đếm HSC2 và HSC1. CPU 224, CPU 224XP và CPU 226 hỗ trợ cả 6 loại bộ đếm tốc độ cao từ HSC0 đến HSC5. Về cơ bản thì bộ đếm tốc độ cao hoạt động tương tự như nguyên lý cơ bản của bộ đếm trong S7-200. Ở đây có thể tưởng tượng rằng một encoder sẽ cung cấp đầu vào xung clock cho bộ đếm. Encoder sẽ cho ra một số lượng xung nhất định trong một vòng quay và một xung reset sẽ được cho ra sau một vòng quay. Xung clock và xung reset sẽ là 2 đầu vào của bộ đếm tốc độ cao. Bộ đếm tốc độ cao sẽ được đặt trước với một hằng số và đầu ra sẽ được tích cực trong khoảng thời gian mà giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước của bộ đếm. Bộ đếm được thiết lập để cung cấp một ngắt khi giá trị đếm tức thời bẳng với giá trị đặt trước hoặc là khi ta reset bộ đếm. Mỗi khi giá trị đếm tức thời bằng giá trị đặt trước một ngắt xảy ra thì một giá trị đặt trước mới được nạp vào cho lần hoạt động tiếp theo của bộ đếm. Còn khi một tín hiệu reset tích cực, một ngắt xảy ra thì giá trị đặt trước đầu tiên sẽ được nạp vào bộ đếm cho chu kỳ tiếp theo. 1.3.2. Các chế độ làm việc của HSC Mỗi bộ đếm đều có những Mode đếm khác nhau. Tùy vào từng ứng dụng cụ thể mà người lập trình lựa chọn Mode đếm cho phù hợp. Dưới đây trình bày Mode đếm của các bộ đếm tiêu biểu. Bảng 1.3.1. các chế độ đếm từ HSC0 đến HSC5 HSC0 (chỉ có 1 mode đếm) Mod e Đặc điểm I0.0 0 Bộ đếm 1 pha, thay đổi hướng đếm bên trong SM37.3 = 1: đếm lên SM37.3 = 0: đếm xuống Ngõ vào nhận xung HSC1 (có tất cả 12 mode đếm khác nhau) NHÓM 5 7 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ Mode Đặc điểm I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 0 Bộ đếm lên/xuống SMB47.3 = 0: đếm xuống SMB47.3 = 1: đếm lên Clock 1 Reset 2 Start 3 Thay đổi hướng đếm I0.7 = 0: đếm xuống I0.7 = 1: đếm lên Clock Dir 4 Reset 5 Start 6 Đếm 2 pha với ngõ vào xung Ck đếm lên và đếm xuống Ck up Ck down 7 Reset 8 Start 9 Đếm lệch pha. Pha A sớm pha hơn pha B 90 0 : đếm lên. Pha A trễ pha hơn so với pha B 90 0 : đếm xuống Clock A Cloc k B 10 Reset 11 Start HSC2 (có tất cả 12 mode đếm khác nhau) Mode Đặc điểm I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 0 Bộ đếm lên/xuống SMB47.3 = 0: đếm xuống SMB47.3 = 1: đếm lên Clock 1 Reset 2 Start 3 Thay đổi hướng đếm I0.7 = 0: đếm xuống I0.7 = 1: đếm lên Clock Dir 4 Reset 5 Start 6 Đếm 2 pha với ngõ vào xung Ck đếm lên và đếm xuống Ck up Ck down 7 Reset 8 Start 9 Đếm lệch pha. Pha A sớm pha hơn pha B 90 0 : đếm lên. Pha A trễ pha hơn so với pha B 90 0 : đếm xuống Clock A Cloc k B 10 Reset 11 Start 1.3.3. Thủ tục khai báo và cài đặt cho HSC Lập trình một bộ đếm tốc độ cao : Ta có thể dùng HSC winzard để cấu hình cho bộ đếm tốc độ cao. HSC winzard sử dụng các thông tin: loại và chế độ hoạt động của bộ đếm, giá trị đặt trước của bộ đếm, giá trị tức thời của bộ đếm và khởi tạo hướng đếm. Để sử dụng HSC winzard bạn vào Tool Instruction Winzard HSC Để lập trình được một bộ đếm tốc độ cao bạn cần làm những bước sau đây: 1. Chỉ định bộ đếm và chọn chế độ đếm 2. Thiết lập byte điều khiển 3. Nạp giá trị bắt đầu cho bộ đếm ( starting value ) NHÓM 5 8 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ 4. Nạp giá trị đặt trước cho bộ đếm ( target value ) 5. Gán và cho phép chương trình ngắt 6. Khởi động bộ đếm ( tích cực bộ đếm ) a. Chỉ định chế độ hoạt động và các đầu vào : Sử dụng lệnh định nghĩa bộ đếm tốc độ cao HDEF để chọn chế độ đếm (mode) và các đầu vào sử dụng. Bảng 1.3.2 mô tả các đầu vào sử dụng cho xung clock, điều khiển hướng và điều khiển bắt đầu được gắn với mỗi bộ đếm cụ thể. Cùng một đầu vào không thể được sử dụng cho hai chức năng khác nhau, nhưng nếu có bất kỳ đầu vào nào không được dùng bởi chế độ hoạt động hiện thời của bộ đếm thì có thể được sử dụng cho các mục đích khác. Ví dụ : nếu HSC0 hoạt động ở mode 1, điều này có nghĩa là I0.0 và I0.2, I0.1 có thể được sử dụng cho các ngắt cạnh xung hoặc có thể được sử dụng cho HSC3. Tip: Chú ý rằng tất cả các chế độ hoạt động của HSC0 ( trừ mode 12 ) luôn luôn sử dụng I0.0 và tất cả HSC4 luôn luôn sử dụng I0.3, vì vậy những đầu vào này không bao giờ được phép sử cho các yêu cầu khác khi các bộ đếm này được sử dụng Bảng 1.3.2. các đầu vào của bộ đếm tốc độ cao NHÓM 5 9 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ • Giản đồ thời gian ở hình 1.3.1 đến 1.3.5 biểu diễn chức năng khác nhau của các bộ đếm tùy thuộc vào chế độ hoạt động của nó - Hình 1.3.1 biểu diễn HSC hoạt động ở mode 0, 1 hoặc 2. Ở đây giá trị bắt đầu được nạp là 0, giá trị đặt trước là 4, hướng đếm được set là đếm lên và bit cho phép bộ đếm được tích cực. Khi giá trị đếm tức thời bằng giá trị đặt trước thì ngắt xảy ra và trong chương trình ngắt ta thực hiện việc thay đổi hướng đếm cho counter vì vậy sau ngắt này bộ đếm bắt đầu đếm xuống từ giá trị 4. NHÓM 5 10 [...]... vào của PLC là chân I0.6 và chân 0.7 Sau đó thực hiện lập trình cho S7-200 để tính toán số tốc độ động cơ (vòng/phút), và báo chiều quay của động cơ qua đèn trạng thái ở đầu ra của S7-200 • - • - - Khai báo cho bộ đếm HSC: Dùng lệnh đĩnh nghĩa bộ đếm HDEF: chọn bộ đếm HSC1 , mode 10 Nạp byte điều khiển cho bộ đếm: SMB47 = 0FCH Nạp giá trị bắt đầu cho bộ đếm: SMD48 = 0 Nạp giá trị đặt trước cho bộ đếm: ... thì bộ đếm vẫn tiếp tục hoạt động với những tham số đã hoạt động trước đó Sau khi có một xung điều khiển hướng đếm từ bên ngoài tác động làm cho hướng đếm của bộ đếm thay đổi thành đếm xuống thì bộ đếm bắt đầu đếm từ 5 4 và tại đây giá trị đếm tức thời lại bằng giá trị đặt trước và một ngắt lại được phát sinh - - Hình 1.3.2 chế độ hoạt động của mode 3,4,5 Khi sử dụng chế độ đếm 6, 7 hoặc 8, khi đó một... Định địa chỉ HSC Gán chương trình ngắt : Tất cả các chế độ hoạt động của bộ đếm tốc độ cao đều cung cấp một sự kiện ngắt khi giá trị tức thời của HSC bằng với giá đị được nạp trước của nó Ở các chế độ hoạt động với việc sử dụng tín hiệu reset từ bên ngoài thì có thêm một d NHÓM 5 16 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ ngắt khi tín hiệu reset được tích cực Tất cả các chế độ hoạt động của bộ đếm tốc độ cao ngoại... cho mỗi bộ đếm tốc độ cao sẽ cung cấp các bit nhớ nhằm xác định hướng đếm và khi nào giá trị tức thời lớn hơn hoặc bằng với giá trị đặt trước Bảng 1.3.4 định nghĩa những bit trạng thái này cho mỗi bộ đếm cụ thể Bảng 1.3.4 bảng định nghĩa các bit trạng thái cho HSC0 đến HSC5 NHÓM 5 17 KHOA ĐIỆN CHƯƠNG 2 GVHD: NGUYỄN THU HÀ THỰC HIỆN BÀI TOÁN ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 2.1 Các phương pháp đo tốc độ động cơ Có... tiếp bởi các toán hạng nhưng chỉ có thể ghi bằng lệnh HSC Bảng 1.3.3.xác định giá trị hiện thời và giá trị cài đặt lại mới cho HSC1 đến HSC5 • Định địa chỉ cho bộ đếm tốc độ cao : HC Để truy cập giá trị của bộ đếm tốc độ cao ta cần chỉ định chỉ số của bộ đếm sử dụng kiểu dữ liệu HC và chỉ số của bộ đếm ví dụ như HC0 Giá trị tức thời của bộ đếm tốc độ cao là một giá trị chỉ đọc và chỉ có thể được định... cho phép ngắt khi giá trị đếm tức thời bằng giá trị đặt: không sử dụng vì không cần thiết Khởi động bộ đếm HSC1 Để xác định tốc độ động cơ từ số xung đo được từ encoder ta làm như sau: Encoder có 100 xung/vòng Ta thực hiện đo xung vào từ encoder trong khoảng 20ms (chu kì lấy mẫu) Gọi N là số xung trong 20ms Số xung trong 1 phút là (60N)/0.02 = 3000N (xung/phút) Tốc độ động cơ là : n = 3000N/100 =... điều khiển : Sau khi đã định nghĩa bộ đếm và chọn chế độ đếm bạn có thể lập trình cho các tham số động của bộ đếm Mỗi bộ đếm có một byte điều khiển với các chức năng dưới đây: - Cho phép hoặc cấm bộ đếm Điều khiển hướng đếm (dùng cho mode 0,1,2) hoặc thiết lập hướng đếm ban đầu cho tất cả các mode Nạp giá trị bắt đầu Nạp giá trị đặt trước Bảng 1.3.2 biểu diễn những bit trong byte điều khiển : NHÓM 5... trước của bộ đếm Hình 1.3.4 là ví dụ về HSC hoạt động ở chế độ quadrate nhân 1x Giá trị bắt đầu và giá trị đặt trước được nạp là 0 và 3, hướng đếm lên và bit cho phép được tích cực Ở các mode đếm này ta đếm sự kiện ở đầu vào A và B, đầu vào của xung A và B tạo ra sự kiện đếm cho HSC Và dựa vào thời gian xuất hiện của xung ở đầu A và B mà bộ đếm sẽ đếm lên hoặc đếm xuống Nếu pha A sớm hơn pha B thì đếm lên... ta đếm sự kiện ở đầu vào A và B với tốc độ nhân 4 Nghĩa là với một xung ở A và một xung ở B ta sẽ có được số đếm là 4 như trong hình vẽ Cũng giống như ở chế độ quadrate nhân 1x thì tùy vào sự xuất hiện của xung ở A hay B trước mà bộ đếm sẽ đếm lên hay xuống Cũng có ngắt được phát sinh khi giá trị đếm bằng giá trị đặt Hình 1.3.5 chế độ hoạt động của mode 9,10,11(ở chế độ quadrate nhân 4x) - Hoạt động. .. còn có thể sử dụng bộ lọc để giảm sai số Tần số lớn nhất ở đầu ra của encorder: Với tốc độ động cơ từ 0 – 2500 (vòng/phút) và encorder có 100 (xung/vòng) tần số lớn nhất của encorder là: 2500 100 = 4,2kHZ 60 NHÓM 5 23 KHOA ĐIỆN GVHD: NGUYỄN THU HÀ • Xác định chiều quay của động cơ: Để xác định được chiều quay của động cơ em dựa vào đầu ra xung ở 2 kênh của encorder - Khi động cơ quay thuận thì đầu . thiết lập lại trước lần chạy đầu tiên b. Thiết lập byte điều khiển : Sau khi đã định nghĩa bộ đếm và chọn chế độ đếm bạn có thể lập trình cho các tham số động của bộ đếm. Mỗi bộ đếm có một byte điều. tiếng ồn, đáng tin cậy. + Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp. + Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. + PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán. Instruction Winzard HSC Để lập trình được một bộ đếm tốc độ cao bạn cần làm những bước sau đây: 1. Chỉ định bộ đếm và chọn chế độ đếm 2. Thiết lập byte điều khiển 3. Nạp giá trị bắt đầu cho