Đang tải... (xem toàn văn)
chuc cac ban thnah cong, Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ độngcơ và cảnh báo tốc độ động cơ với dải đo: 0 ÷1500vp, Đất nước ta trên con đường tiến lên một đất nước công nghiệp hóa hiện đại hóa.Để đạt được mục tiêu đó thì ngành công nghiệp máy tính là một ngành then chốt đểtiến lên công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.Ngày nay trong các nhà máy xí nghiệp hay công xưởng, đều sử dụng máy tínhvào việc đo lường điều khiển tính toán, quán lý hành chính, nhờ có đặc điểm gọn nhẹ độ tin cậy cao. Linh hoạt và đơn giản trong sử dụng đặc biệt là nền công nghiệp hiện đại máy tính điện tử không những góp phần vào việc nâng cao năng suất lao động, và đóng góp phần vào việc sức khỏe của con người.Để hoàn thành công việc trên chúng ta phải kết nối máy tính với nhau. Và các thiết bị ngoại vi khác nhập dữ liệu sử lý dữ liệu cho các thiết bị khác, để thực hiện được trước tiên ta phải kết nối phần cứng cho phù hợp và viết chương trình truyền dữ liệu
Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 ĐỀ BÀI 4: Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ động cảnh báo tốc độ động với dải đo: [0 ÷1500]v/p Encorder Biến tần Bộ ĐK I/O Control Board START STOP RUN SLA SHA PC Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Lời nói đầu Đất nước ta đường tiến lên đất nước công nghiệp hóa đại hóa.Để đạt mục tiêu ngành công nghiệp máy tính ngành then chốt để tiến lên công nghiệp hóa đại hóa đất nước.Ngày nhà máy xí nghiệp hay công xưởng, sử dụng máy tính vào việc đo lường điều khiển tính toán, quán lý hành chính, nhờ có đặc điểm gọn nhẹ độ tin cậy cao Linh hoạt Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 đơn giản sử dụng đặc biệt công nghiệp đại máy tính điện tử góp phần vào việc nâng cao suất lao động, đóng góp phần vào việc sức khỏe người.Để hoàn thành công việc phải kết nối máy tính với Và thiết bị ngoại vi khác nhập liệu sử lý liệu cho thiết bị khác, để thực trước tiên ta phải kết nối phần cứng cho phù hợp viết chương trình truyền liệu Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 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 SCADA vào điều khiển trình công nghệ làm cho công việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở lên đơn giản đem lại hiệu cao SCADA có khả lập trình trình phức tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng Ứng dụng 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 , xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ động cảnh báo tốc động với dải đo: [0 ÷1500]v/p 1.2.Phương pháp đo: Có phương pháp dùng để đo tốc độ vòng quay khác nhau, tùy vào mục đích sử dụng để đo tốc độ vòng quay động xác 1.2.1.Phương pháp đo tiếp xúc: Đây phương pháp cũ phương pháp đo rpm Tốc độ vòng quay vật cần đo cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu thiết bị phân tích hiển thị Phương pháp đo sử dụng thường xuyên chủ yếu dùng cho vật có vận tốc quay thấp từ 20 rpm đến 20.000 rpm Sự bất lợi phương pháp đo tốc độ quay tải phụ Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 thuộc nhiều vào lực tiếp xúc Ngoài ra, phương pháp đo đo cho vật có kích thước nhỏ Nếu tốc độ vòng quay lớn cảm biến bị trượt 1.2.2.Phương pháp đo không tiếp xúc ( đo rpm phản quang ) Tốc độ vòng quay đo cách đo thời gian chùm tia phản xạ vật cần đo Thiết bị phát chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng bị phản xạ lại vật cần đo phản quang dán vật cần đo Chú ý khoảng cách lớn phản quang thiết bị đo không vượt 350 mm) Phương pháp đo cao cấp phương pháp đo tiếp xúc Tuy nhiên, lúc ta dán phản quang lên vật cần đo Dải đo: 20 rpm đến 100.000 rpm 1.2.3.Phương pháp đo rpm sử dụng tần số chớp Dựa vào nguyên lý tần số chớp, vật thể đứng yên mắt người quan sát tần số chớp tốc độ cao đồng với di chuyển vật Phương pháp đo có đặc tính bật phương pháp đo khác là: Phương pháp đo đo cho vật nhỏ đo nơi ta không chạm đến Không cần thiết phải dán phản quang lên vật cần đo Ví dụ ta không cần thiết phải dừng lại quy trình sản xuất Dải đo: 30 rpm đến 20.000 rpm 1.3.Tìm hiểu điều khiển (PLC) : 1.3.1 Khái quát PLC: Trong thời đại công nghiệp hóa, đại hóa nhu cầu điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt có giá thành thấp thúc đẩy phát triển hệ thống điều khiển lập trình – hệ thống sử dụng CPU nhớ để điều khiển máy móc hay trình hoạt động Trong hoàn cảnh đó, điều khiển lập trình thiết kế nhằm thay phương pháp truyền thống dùng rơle thiết bị rời cồng kềnh, điều khiển tạo khả điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình lệnh logic Ngoài PLC thực tác Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 vụ khác như: định thời, đếm,…làm tăng khả điều khiển cho hoat động phức tạp, với loại PLC nhỏ nhất… Cách hoạt động PLC kiểm tra tất trạng thái tín hiệu ngõ vào đưa từ trình điều khiển, thực logic lập chương trình kích tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên tương ứng Với mạch giao tiếp chuẩn khối vào khối PLC cho phép kết nối trực tiếp đến cấu tác động có công suất nhỏ ngõ mạch chuyển đổi tín hiệu ngõ vào mà không cần có mạch giao tiếp hay rơle trung gian Tuy nhiên cần phải có mạch điện tử công suất trung gian PLC điều khiển thiết bị có công suất lớn Việc sử dụng PLC cho phép hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có thay đổi mặt kết nối cứng, có thay đổi chương trình điều khiển nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn chúng có ưu điểm thời gian lắp đặt đưa vào hoạt động nhanh so với hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực việc nối dây phức tạp thiết bị rời.Về phần cứng PLC tương tự máy tính truyền thống, chúng có đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển công nghiêp: • • Có khả khử nhiễu tốt Kết cấu chắn nâng cao độ tin cậy đồng thời kết cấu nhỏ gọn giảm • • bớt không gian yêu cầu Dựa vào vi xử lí giúp nâng cao khả giao tiếp, khả đa nhiệm Cấu trúc dạng môđun cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả việc nối thêm môđun mở rộng vào có thêm môđun chức chuyên • dùng Các trạm vào từ xa giúp tiết kiệm dây ống dẫn Việc kết nối dây mức điện áp tín hiệu ngõ vào ngõ chuẩn • hóa Hiển thị chuẩn đoán làm cho việc chuẩn đoán dễ dàng hơn, giảm thời gian khắc phục cố Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 • Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu dễ sử dụng (ladder, instruction • functionchart) Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng Cấu trúc PLC có dạng module linh hoạt cho phép yếu tố phần mềm, phần cứng mở rộng yêu cầu ứng dụng thay đổi.Khi mà ứng dụng vượt giới hạn phần cứng PLC PLC cũ thay đơn giản với PLC có nhớ dung lượng vào lớn phần cứng cũ tái sử dụng cho ứng dụng nhỏ Một hệ thống PLC mang lại nhiều lợi ích với giải pháp điều khiển từ độ tin cậy đến khả lặp lại chương trình 1.3.2 Liệt kê số lợi ích mà PLC mang lại: • Nhờ kết cấu chắn nên độ tin cậy nâng cao • Bộ nhớ lập trình thay đổi đơn giản điều khiển linh • • • hoạt Kích thước nhỏ gọn nên không gian yêu cầu giảm bớt Dựa vào vi xử lí giúp nâng cao khả giao tiếp, khả đa nhiệm Bộ đếm định thời phần mềm giúp giảm bớt phần cứng, thay đổi • giá trị đặt trước dễ dàng Role điều khiển phần mềm làm cho giá thành dây dẫn, phần cứng giảm, đồng thời giảm yêu cầu không gian • Tổ chức theo kiểu module cho phép cài đặt linh hoạt, dễ dàng,giảm giá trị phần cứng có khả mở rộng • Hạn chế tùy biến điều khiển, có khả điều khiển nhiều thiết bị nhờ giao diện vào, đa dạng • Các trạm vào từ xa giúp tiết kiệm dây ống dẫn • Hiển thị chuẩn đoán làm cho khả chuẩn đoán lỗi dễ dàng giảm thời gian khắc phục cố • Giao diện vào module làm cho panel điều khiển gọn gàng, dễ dây, dễ bảo dưỡng • Ngắt vào/ra nhanh chóng mà không làm xáo trộn đến dây dẫn Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Các biến hệ thống lưu nhớ liệu thuận lợi cho việc quản lí, tạo báo cáo 1.3.3 Các PLC thường gặp: Sau số PLC thường gặp sử dụng rộng rãi công nghiệp: • • Bộ PLC ALLEN-BRADLEY SLC500 hãng AMATROL Mỹ Họ PLC Simatic S5, Simatic S7 hãng Siemens, cộng hoà liên • • bang Đức Các họ PLC Series 90 TM hãng Fanme, Nhật Bản Các họ PLC CQM1, CPM1, CPM1A SRM1 hãng OMRON, Nhật Bản 1.3.4-Chức PLC: Các PLC cung cấp hệ điều khiển thích hợp cho máy móc ứng dụng công nghiệp, với máy tính để lập trình cho PLC, thay phải sử dụng thiết bị phần cứng cồng kềnh như: cuộn Rơle công tắc điện Các PLC điều khiển thích hợp với loại máy móc hay hệ thống công nghiệp là: • • • • • Các Robot Điều khiển môi trường công trình xây dựng Các dây chuyền lắp ráp Các hệ thống an toàn Các dây truyền tự động Về bản, chức điều khiển Lôgic khả lập trình giống chức điều khiển thiết kế sở Rơle thành phần điện tử khác PLC mang tính nhỏ gọn linh hoạt việc thay đổi ứng dụng điều khiển mà thay đổi phần cứng điều khiển: Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 • Thu nhận tín hiệu đầu vào phản hồi (từ cảm biến, công tắc • • hành trình) Liên kết, ghép nối lại đóng mở mạch phù hợp với chương trình Tính toán soạn thảo lệnh điều khiển sở so sánh thông tin • thu từ đầu vào Đưa lệnh điều khiển đến địa thích hợp đầu 1.3.6.Các phận PLC: Hình 1.1 Các phận PLC Nhóm Trang Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Hình 1.2 Sơ đồ khối PLC Mỗi môđun cắm lên đáy hộp nhờ giắc cắm qua giắc cắm nối với luồng liên lạc nội Luồng đưa tín hiệu Có hai cách nối nối với ngoài: • • Nối trực tiếp dây dẫn Qua mối liên lạc nối tiếp song song có giắc cắm Số lượng môđun vào thay đổi nhiều hay tuỳ theo nhu cầu điều khiển vượt khả nhớ Nếu cần tăng thêm nhớ phụ Hình 1.3 Sơ đồ liên lạc module 1.3.7-.Sự hoạt động PLC theo vòng quét Hoạt động PLC mô tả tóm tắt sau: PLC tiến hành hoạt động cách kiểm tra trạng thái đầu vào so sánh chúng với logic chương trình Các đầu sau kích hoạt on hay off tuỳ thuộc vào Nhóm Trang 10 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 2.2.4-Cổng truyền thông: -Đặc điểm bật PLC S7-1200 tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụng chung phần mềm Simatic Step Basic cho việc lập trình PLC S7-1200 hình HMI Điều giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển nhanh chóng, đơn giản -Có thể mở rộng tới module tín hiệu vs module truyền thông Rs 232 vs Rs 485 2.2.5- Cảm biến vận tốc (ENCODER): -Khái Niệm: Bản chất encoder kết hợp cảm biến quang với đĩa mã hóa Ta xem cách đơn giản đia mã hóa có phần cho ánh sang qua phần không cho ánh sang qua cách xen kẽ Đĩa quay tác động chuyển động quay đối tượng cần đo tốc độ Encoder thiết bị Nhóm Trang 34 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 phát chuyển động hay vị trí vật , phổ biến tốc độ động công nghiệp Hình 2.6 : Sơ đồ hoạt động đĩa quang mã hóa Nguồn sang lắp đặt cho ánh sáng liên tục tập trung xuyên qua đĩa mã hóa Bộ phận thu nhận ánh sáng lắp mặt sau đĩa mã hóa cho nhân ánh sáng đĩa lắp đặt trục động hay thiết bị khác cần đo tốc độ xác định vị trí cho trục quay , đĩa quay Khi đĩa quay phận nhân ánh sáng nhận ánh sáng cách rời rạc kết tín hiệu nhận ngõ dạng xung vuông 2.2.5.1-Phân loại ENCODER: - Encoder loại tương đối Hình 2.7: Encoder loại tương đối Nhóm Trang 35 Trường ĐHCN Hà Nội - Lớp TĐH1-K8 Encoder quang loại phân kênh Hình 2.8 : Encoder loại phân kênh Nhóm Trang 36 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 2.1.3.3 Mạch giải mã encoder Cách đơn giản để thực giả mã dung Flip_Flop Hình 2.9: Mạch giải mã dạng sóng giải mã V1 V2 Chương III:Xây Dựng Sơ Đồ Khối Của Yêu Cầu Công Nghệ 3.1-Sơ Đồ Khối Hệ Thống Điều Khiển: PC PLC Nhóm 4ENCOD ENCO DER ER Trang 37 MOT OR MM 440 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 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 khiển 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 3.1.1-kết nối PC-S7-1200: -Kết nối PC với S7-1200 qua cổng Profinet Bước : Kết nối PLC S7-1200 máy tính thông qua cổng INTERNET Bước :Mở phần mềm IPTools Bước : Gán địa IP cho CPU S7-1200 Nhóm Trang 38 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Bước :Kiểm tra kết nối máy tính CPU S7-1200 Bước :Mở chương trình STEP BASIC Bước : Tạo PROJECT S7-1200 Bước : Chọn loại CPU S7-1200 Bước : Cấu hình địa IP cho S7-1200 Bước : Tao code cho chương trình Bước 10 :Download chương trình xuống CPU 3.1.2-kết nối modum analog với Biến Tần: -Nối chân AQW0 EM235 với chân 3(chân vào áp biến tần) -Nối chân COM EM235 với chân chung biến tần 3.1.3- Kết nối biến tần với động -Biến tần nuôi điện áp 220VAC -3 chân biến tần U, V, W nối với động 3.1.4-Kết nối econder với PLC: - Các thiết bị dùng: -CPU:1214C AC/DC/RLY -Biến tần MM440 -Encoder 400 (xung/vòng) Nhóm Trang 39 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Tính toán số vòng/phút: Chu kì lấy mẫu T=1 (s) Trong khoảng thời gian lấy mẫu Encoder đếm N xung Encoder có độ phân giải 400 (xung/vòng) Số xung giây N xung Tốc độ động là: V = N/T= N/1 (xung/giây) hay V=(N 60)/(1.400) (vòng/phút) 3.1.5-Bảng địa chỉ: STT Kí hiệu Địa Chức Start I0.0 Khởi động hệ thống Stop I0.1 Dừng hệ thống Run Q0.0 Báo hệ thống làm việc SLA Q0.1 Cảnh báo tốc độ thấp SHA Q0.2 Cảnh báo tốc độ cao 3.1.6-Sơ đồ đấu dây encoder-PLC-Biến tần-Động 3.2-Xây Dựng Thuật Toán: 3.2.1-thuật toán điều khiển chương trình: Nhóm Trang 40 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Bắt đầu Đặt tham số Tính toán số vòng/phút Đèn SLA sáng Đèn SHA sáng Đọc tín hiệu từ encoder V1300 (V/p) Kết thúc Nhóm Trang 41 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Điều khiển biến tần giảm tốc độ động Điều khiển biến tần tăng tốc động Yes Yes No No 3.3 Xây dựng phần mềm ( Chương trình điều khiển ) 3.3.1 Xác định tín hiệu vào cấu hình khai báo cho HSC ( High speed counter ) hoạt động 3.3.1.1 Tín hiệu vào Tín hiệu vào có dạng xung số phát từ encoder động Tín hiệu cảm biến A B đặt lệch pha 90 độ Khi động quay thuận ( theo chiều kim đồng hồ ) A có tín hiệu trước -> B có tín hiệu -> A tín hiệu ->B tín hiệu Hết chu kỳ encoder phát xung tăng đưa vào HSC Khi động quay ngược B có tín hiệu trước -> A có tín hiệu -> B tín hiệu -> A tín hiệu Hết chu kỳ encoder phát xung giảm đưa vào HSC 3.3.1.2 Khai báo cho HSC hoạt động Ta sử dụng PLC S7-1200 CPU 1214C- DC/DC/DC Muốn khai báo HSC ta vào mục Properties chọn vào mục HSC, Chọn HSC Nhóm Trang 42 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Vào mục General để kích hoạt HSC Vào Function để chọn chế độ đếm dạng tín hiệu Nhóm Trang 43 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Vào Reset to initial values để kích hoạt reset Vào hardware inputs để cài đặt chân cấp xung chân reset Vào I/0 adresses để cài đặt giá trị khởi tạo giá trị kết thúc khởi tạo Vào Hardware identifier để xem địa phần cứng Nhóm Trang 44 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 3.3.2 Chương trình Sau khai báo cho HSC xong ta gọi HSC chương trình sau Nhóm Trang 45 Trường ĐHCN Hà Nội Nhóm Lớp TĐH1-K8 Trang 46 Trường ĐHCN Hà Nội Lớp TĐH1-K8 Mô tả hệ thống : Ấn start động chạy Khi động chạy tốc độ 500 v/p cảnh báo tốc độ thấp Khi chạy 1300 v/p cảnh báo tốc độ cao Dải tốc độ ổn định từ 10001200 v/p Khi vượt ngưỡng 1300 Thì có cảnh báo vượt tốc độ cho phép Nhóm Trang 47 Trường ĐHCN Hà Nội Nhóm Lớp TĐH1-K8 Trang 48