Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án plc đo điều khiển động cơ dải do 01500 vp dùng plc S7200 cpu 224 và encoder có độ phân giải 100xungvòng, dùng bộ đếm tốc độ cao để đêm xung từ encoder, cái giải quyết bài toán dùng timer T0 để ngắt rồi tính toán ra tốc độ, chu kỳ ngắt của timer là 200ms, sau 1 khoảng thoi gian là 200ms thì chương trình ngắt được gọi và tính toán ra tốc độ
LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay trong công nghiệp hóa đất nước.yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt,sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động,gọn nhẹ,linh hoạt và hiệu quả….) mặt khác nhờ các công nghệ thong tin,công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình là PLC. Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn,nhanh mà lại tiện lợi cho kinh tế. Các công ty,xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC S7-200 sử dụng các loại phần mềm tự động.Dây truyền sản xuất có sư dụng PLC S7-200 để giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội.qua đó để thể hiện thêm vai trò của các phần mềm ứng dụng tốt cho công việc. Qua bài tập lớn của đồ án môn học chúng em đã hiểu thêm phần nào đó về lập trình của PLC S7- 200và những ứng dụng cụ thể của nó vào sử dụng sản xuất cũng như các ứng dụng khác. Trong lúc thực hiện bài tập lớn với đề tài: “ Ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ với dải đo 0 – 1500 V/p” dưới sự chỉ dẫn của cô NGUYỄN THU HÀ còn gặp nhiều khó khăn về tài liệu cũng như hiểu biết,mặc dù đã cố gắng nhưng khả năng,thời gian và kinh nghiệm còn thiếu nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ xung của cô giáo để đồ án này được hoàn thiện hơn. Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Chương I Cơ Sở Lý Thuyết 1.1 Mục đích Trong khuôn khổ đề tài ứng dụng PLC để đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ chúng ta cần giải quyết được những vấn đề sau: - Tìm hiểu chung về PLC và loại PLC được sử dụng - Tìm hiểu về các module mở rộng cho PLC được sử dụng trong đề tài - Tìm hiểu về các loại cảm biến Alalog dùng để đo tốc độ và loại được sử dụng Xây dựng thuật toán điều khiển và chương trình điều khiển. 1.2 Phương pháp đo. Phương pháp đo trực tiếp: Khái niệm: Đây là cách đo mà kết quả nhận trực tiếp từ một phép đo duy nhất.cách đó này cho ta kết quả ngay giá trị của đại lượng cần đo.dụng cụ đo của phép đo này mang tính chuyên dùng,nó được thiết kế phù hợp với đại lượng cần đo. Phương pháp đo gián tiếp: Khái niệm: ở phương pháp này đại lượng cần đo được qua bộ cảm biến chuyển đổi đại lượng cần đo sang một đại lượng điện và được bộ chế biến xử lý tín hiệu,chỉnh sửa để tạo ra được quan hệ: giá trị cần đo bằng K nhân với tín hiệu điện. tín hiệu điện sau đó được chuyển đến cơ cấu chỉ thị dưới dang kết quả là giá trị của đại lượng cần đo. 1.3 Tìm hiểu về PLC ( lựa chon PLC S7-200 cho đề tài ) 1.3.1 Khái quát về PLC S7-200 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Control) (Bộ điều khiển logic khả trình) Hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thoả mãn các yêu cầu sau: - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. - Dễ dàng sửa chữa thay thế. - ổn định trong môi trường công nghiệp. - Giá cả cạnh tranh. Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) (hình 1.1) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Hình 1.1: chương trình lập trình 1 network Tương đương một mạchsố. Hình 1. 2: mạch số Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét. Hình 1.3: bộ điều khiển PLC Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phuvj vụ bài toán điều khiển số PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thì (Timer) và những khối hàm chuyên dụng. Hình 1.4 : Sơ đồ cấu trúc chung của plc Trong đó: - Bộ nhớ chương trình : là 1 bộ nhớ điện tử đặc biệt có thể đọc được. Nếu sử dụng bộ nhớ RAM thì nội dung của nó luôn luôn thay đổi được. Trong trường hợp mất nguồn, dữ liệu bộ nhớ RAM không bị mất nếu sử dụng pin dự phòng Nếu chương trình làm việc ổn định thì nó có thể được nạp vào 1 bộ nhớ cốđịnh như EPROM, EEPROM. - Hệ điều hành : sau khi cấp nguồn nuôi cho bộ điều khiển, hệ điều hành của nó sẽ cài đặt các counter, timer, bit nhớ và các dữ liệu với thuộc tính không được nhớ bởi pin dự phòng. - Bit nhớ : các bit memory là các phần tử nhớ - Bộ đệm : là 1 vùng nhớ mà hệ điều hành ghi nhớ các tín hiệu ở các ngõ vào ra nhị phân. - Accumulator :là 1 bộ nhớ trung gian mà qua đó các timer hay counter được nạp hay thực hiện các phép toán số học. - Counter,timer :là các vùng nhớ,hệ điều hành ghi nhớ các giá trị trong nó - Hệ thống bus : hệ điều hành, các thiết bị ngoại vi được kết nối với PLC thông qua các Bus nối. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ S7-200. Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật họ S7-200. Các tính năng của PLC S7-200. - Có nhiều loại CPU. - Có nhiều Module mở rộng. - Có thể mở rộng đến 7 Module. - Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau. - Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus. - Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module. - Không quy định rãnh cắm. - Phần mềm điều khiển riêng. - Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module. - “Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp. Các module của S7-200. Hình 1.5: sơ đồ chân . cổng ra, vào PLC Đồ án môn plc • Bộ lập trình PLC S7-200 o Sử dụng PLC s7-200 CPU 224 o Cấu hình phần cứng S7-200 của hãng Siemens là thiết bị lập trình cỡ nhỏ, cấu trúc theo kiểu modul, có các modul mở rộng, thành phần cơ bản là các CPU nhiều chủng loại như CPU 21x, 22x. Ngày nay các CPU 21x không còn được sản xuất, thay vào đó là các CPU 22x như CPU 221, 222, 224…Nổi bật nhất là dòng CPU 224 với nhiều đặc điểm ưu việt. Hình 6: Hình ảnh của PLC S7-200 dùng CPU 224 Đồ án môn plc • Cấu trúc của CPU 224 - 4096 từ đơn để lưu bộ nhớ chương trình thuộc bộ nhớ đọc/ghi và không bị mất dữ liệu nhờ giao diện EEPROM. - 2560 từ đơn để lưu trữ dữ liệu. - 14 cổng vào và 10 cổng ra logic. - Có thể ghép thêm 7 modul mở rộng. - Tổng số cổng vào ra cự đại là 128 cổng vào và 128 cổng ra. - 256 bộ tạo thời gian trễ trong đó có 4 timer có độ phân giải 1ms, 16 timer có .độ phân giải 10ms, 236 timer có độ phân giải 100ms. - 256 bộ đếm được chia làm 2 loại, 1 loại là bộ đếm chỉ đếm lên (CTU), 1 loại là vừa đếm lên vừa đếm xuống (CTDU). - 256 bit nhớ đặc biệt và 112 bit dùng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc. - 2 đầu vào tương tụ độ phân giải 8 bit - Tốc độ thực hiện lệnh xấp xỉ 0,37 µs cho 1 lệnh logic. - Tích hợp đồng hồ thời gian thực và cổng truyền thông RS-485. - Có các chế độ ngắt như : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung,… - Các dữ liệu không bị mất trong vòng 190 giờ khi PLC bị mất điện. • Mô tả các đèn báo trên CPU: - SF ( đèn đỏ ) : đèn đỏ SF sáng lên báo hiệu hệ thống bị lỗi. - RUN ( đèn xanh ) : RUN cho biết hệ thống đang làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào PLC - STOP ( đèn vàng ) : báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng làm việc. - I x.x ( đèn xanh ) : đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng .Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. - Q y.y ( đèn xanh ) : đèn xanh ở cổng ra chỉ định giá trị tức thời của cổng.Đèn này báo hiệu trạng thái tín hiệu theo logic của cổng. • Cổng truyền thông S7 – 200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến 38.400. 5 4 3 2 1 1111 9 8 7 6 6 Sơ đồ chân của cổng truyền thông RS-485 Đồ án môn plc Trong đó : Chân Giải thích 1 Đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 4 Không sử dụng 5 Đất 6 5 VDC (điện trở trong 100Ω) 7 24 VDC (120 mA tối đa) 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 Không sử dụng - .Cáp đó đi kèm theo máy lập trình Ghép nối S7 – 200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. 1.3.2 các module mở rộng, đố tượng liên quan 1.3.2.1 Module mở rộng Khái niệm về module analog. Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý các tín hiệu số. Analog input Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ. Analog output Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz. Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trongcông nghiệp. Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì vậy người ta cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến. Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện. Đồ án môn plc -Điện áp : 0 – 10V, 0-5V,±5V… -Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA,±10mA. Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp. Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyển đổi đo (bộ transducer) Các tín hiệu đầu ra của cảm biến sec được đưa vào các module alalog để đọc và trả ra giá trị alalog tương ứng tùy theo độ phân giải của module Hết các PLC đều phải hỗ trợ các công cụ xử lý tín hiệu analog, đối với PLC S7- 200 thì đó là các module analog. Module analog thực chất là các bộ biến đổi tương tự/số thực hiện việc chuyển đổi các tín hiệu tương tự sang số để thực hiện các hoạt động tính toán bên trong PLC. Có hai loại module analog tương ứng với các chức năng này là module đọc và xuất tín tín hiệu analog. Để đọc tín hiệu analog vào PLC ta cần có bộ chuyển đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu điện (sensor nhiệt độ, áp suất…), bộ chuyển đổi tín hiệu điện tiêu chuẩn (PT350…) và module đầu vào analog. S7-200 hỗ trợ hai môdule đọc tín hiệu analog là EM231 và EM235 1.3.2.2 GIỚI THIỆU VỀ MODULE ANALOG EM235. EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong). Đồ án môn plc • Các thành phần của module analog EM235. Thành phần Mô tả 4 đầu vào tương tự được kí hiệu bởi các chữ cái A,B,C,D A+ , A- , RA Các đầu nối của đầu vào A B+ , B- , RB Các đầu nối của đầu vào B C+ , C- , RC Các đầu nối của đầu vào C D+ , D- , RD Các đầu nối của đầu vào D 1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO) Các đầu nối của đầu ra Gain Chỉnh hệ số khuếch đại Offset Chỉnh trôi điểm không Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân giải Sơ đồ khối của đầu vào Analog. [...]... ra dùng để thực thi chương trình điều khiển + Biến tần:Có nhiệm vụ điều khiên tốc độ động cơ không đồng bộ,nó được nối với PLC + Động cơ không đồng bộ :động cơ truyền động + Encoder:là thiết bị dùng để đo tốc độ động cơ và truyền tín hiệu phản hồi về PLC 2.2.2 Sơ đồ đấu dây Sơ đồ đấu dây Đồ án môn plc Hình 2.2 sơ đồ đấu dây Đồ án môn plc 2.3 xây dựng thuật toán điều khiển Hình 2.3 Thuật toán điều khiển. .. 1.3.2.3 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 tóc độ cao đang sử dụng là bộ đếm bao nhiêu Bộ đém tốc độ cao có thể được câu hình lên tới 12 chế độ hoạt động khác nhau Mỗi bộ đếm được cung cấp đầu vào cho xung clock, điều khiển hướng đến,... plc Chương trình HSC Dùng timer T0 với chu ký ngắt là 200ms Đồ án môn plc Đồ án môn plc Chương trình ngắt Đồ án môn plc Chương III Kết Quả Đề Tài I Kết quả nghiên cứu lý thuyết Trên cơ sở bản đồ án này nhóm em đã tìm hiểu được một số vấn đề đó là: - Tìm hiểu về PLC S7-200 Tìm hiểu về module mở rộng của PLC như EM 235 Tìm hiểu về bộ đếm tốc độ cao HSC trong PLC Cách đo tốc độ động cơ Tìm hiểu được phương... đếm tốc độ cao, bạn sử dụng một lệnh định nghĩa bộ đếm HDEF để chon chế độ hoạt động sử dụng bit đặc biệt SM0.1 ( bit này mở trong chu kỳ quét đầu tiên của PLC và đóng ở các chu kỳ sau đo ) để gọi một chương trinh con khởi tạo có chứa lệnh HDEF • Lập trình một bộ đếm tốc độ cao: Bạn có thể dung HSC winzard để cấu hình cho bộ đếm tốc độ cao HSC winzard sử dụng các thông tin: loại và chế độ hoạt động. .. môn plc 2.4 xây dựng phần mềm chương trình 2.4.1 bảng định địa chỉ Đầu vào Địa chỉ Xung encoder Start Stop Đầu ra Run SLA SHA I0.0 I0.2 I0.3 Địa chỉ Q0.0 Q0.2 Q0.3 Chức năng Nhận Xung từ encoder Khởi động hệ thống Dừng hệ thống Chức năng Đèn báo hệ thống chạy Đèn báo tốc độ thấp Đèn báo tốc độ cao Đồ án môn plc 2.4.2 Chương trình Chương trình gọi HSC và START, STOP, cảnh bảo SLA, SHA Đồ án môn plc. .. đếm 2 pha thì cả 2 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 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... đếm tốc độ cao bạn cần làm những bước sau đây: B1 Chỉ định bộ đếm và chọn chế độ bộ đếm B2 Thiết lập byte điều khiển B3 Nạp giá trị bắt đầu chọ bộ đếm ( starting value ) B4 Nạp giá trị đặt trước cho bộ đếm ( target value ) B5 Gán và cho phép chương trình ngắt B6 Khởi động bộ đếm ( tích cực bộ đếm ) 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. .. Tìm hiểu về bộ đếm tốc độ cao HSC trong PLC Cách đo tốc độ động cơ Tìm hiểu được phương pháp lập trình PLC bằng phần mềm Step 7 Micro Win 4 cũng như việc mô phỏng PLC bằng phần mềm PLC Simulator II Kết quả thực nghiệm Nhóm em đã xây dựng, lập trình chương trình đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ trên phần mềm V4.0 STEP 7 Microwin Do đặc thù của đồ án cũng như kinh phí có hạn của sinh viên nên... 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 hoat 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... năng của bộ đếm là như nhau cho các chế độ hoạt động giống nhau Có tất cả 4 chế độ cơ bản: bộ đếm một pha với tín hiệu hướng đên bên trong , một pha với tín hiệu điều khiển hướng bên ngoài, hai pha với 2 đầu vào clock, A/B pha cho chế độ nhân tóc Chú ý rằng không phải tất cả các chế độ điều được Đồ án môn plc hỗ trợ bởi một bộ đếm Có thể sử dụng các loại điều khiển: không sử dụng đầu vào reset và start, . vào một Module. - “Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp. Các module của S7-200. Hình 1.5: sơ đồ chân . cổng ra, vào PLC Đồ án môn plc • Bộ lập trình PLC S7-200 o Sử dụng PLC s7-200 CPU 224 o Cấu. đo tín hiệu đầu ra dòng điện: Hoặc : b/ Đầu ra tương tự: Đồ án môn plc c/ Cấp nguồn cho Module: Tổng quát cách nối dây: Đồ án môn plc • Cài đặt dải tín hiệu vào. Module EM 235 cho phép cài. điểm không Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân giải Sơ đồ khối của đầu vào Analog. Đồ án môn plc Sơ đồ khối đầu ra Analog • Định dạng dữ liệu a/ Dữ liệu đầu vào: - Kí hiệu