Tài liệu Thiết kế trạm plc s7 1200 điều khiển biến tần

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TRẠM PLC S7 1200 ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN Giáo viên hướng dẫn: Trần Đình Nga Sinh viên thực hiện: Lớp: 06DHLDT3 Đà Nẵng, Năm 2018 Đồ án học phần 2 Khoa điện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH..........................................................2 1. TỔNG QUAN PLC...................................................................................................2 1.1 ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH..........................................................2 1.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC...................................................................3 1.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU (center procesing unit)..........................................5 1.2.2 Bộ nhớ và bộ phận khác...............................................................................5 1.2.3 Khối vào ra...................................................................................................6 1.2.4 Tập lệnh trong PLC......................................................................................6 1.3 Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên PLC...........................................................7 1.3.1 Cơ chế hoạt động..........................................................................................7 1.3.2 Xử lý tín hiệu trong CPU.............................................................................8 1.3.3. Phương pháp xử lý......................................................................................8 1.3.4. Phương pháp cập nhật liên tục.....................................................................8 1.3.5. Phương pháp xử lý một khối.......................................................................9 1.4 GIỚI THIỆU PLC S7-1200...................................................................................10 1.4.1 Các module trong hệ PLC S7-1200............................................................10 1.4.2. Sign board của PLC SIMATIC S7-1200...................................................12 1.4.3. Module nhập tín hiệu số............................................................................13 1.4.4. Module xuất nhập tín hiệu tương tự.........................................................13 1.4.5. Module truyền thông................................................................................13 1.4.6. Giới thiệu các tập lệnh...............................................................................14 1.4.7 Cách cấu hình và sử dụng bộ PID_Compact..............................................19 1.5. Làm việc với phần mềm Tia Portal.....................................................................25 1.5.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI.......25 1.5.2. Kết nối qua giao thức TCP/IP....................................................................25 1.5.3. Cách tạo một Project.................................................................................25 1.5.4. TAG của PLC / TAG local........................................................................28 GVHD: ThS. Trần Đình Nga Đồ án học phần 2 Khoa điện 1.5.5. Làm việc với một trạm PLC.....................................................................29 1.5.5.1. Quy định địa chỉ IP cho module CPU...............................................29 1.5.5.2. Đổ chương trình xuống CPU.............................................................30 1.5.5.3. Giám sát và thực hiện chương trình..................................................31 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ BIẾN TẦN 1. Tổng quan về động cơ không đồng bộ.....................................................................33 2. Cấu tạo..................................................................................................................... 33 3. Nguyên lí làm việc:..................................................................................................35 4. Tổng quan về biến tần LS IG5A..............................................................................36 GVHD: ThS. Trần Đình Nga Đồ án học phần 2 GVHD: ThS. Trần Đình Nga Khoa điện Đồ án học phần 2 GVHD: ThS. Trần Đình Nga Khoa điện Trang 1 Đồ án học phần 2 Khoa điện CHƯƠNG 1 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 1.1.TỔNG QUAN PLC 1.1.2.ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Hiện nay yêu cầu của một số bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình (programmable logic control). Hệ thống sử dụng CPU với bộ nhớ điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình PLC đã được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thông dùng role và thiết bị công kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dẽ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản, ngoài ra PLC còn có thể thực hiện được những thao tác khác như làm tăng khả năng cho hoạt động phúc tạp. Panel lập trình Bộ nhớ chương trình Đơn vị điều khiển Bộ nhớ dữ liệu Khối ngỏ vào Khối ngỏ ra Mạch giao tiếp cảm biến Mạch công suất và cơ cấu tác động Nguồn cấp điện Hình 2.1. Sơ đồ khối trong PLC Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đua vào từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên trong tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến nhưng cơ cấu tác động (actuaos) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào, mà không cần mạch giao tiếp hay role trung gian. Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn. GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 2 Đồ án học phần 2 Khoa điện Việc dùng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần sự thay đổi nào về mặt kết nối dây. Sự thay đổi là sự thay đổi chương trình trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm nữa là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều khiển truyền thông mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời. Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thông và chúng có đặc điểm thích hợp với mục đích điều khiển trong công nghiệp. - Khả năng chống nhiễu tốt. - Cấu trúc dạng modol do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modul mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng) - Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngỏ vào và ngõ vào được chuẩn hóa. - Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, Intruction, Functionchat, dễ hiểu và dễ sử dụng. - Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng. Những đặc điểm trên làm cho PLC được dùng nhiều trong điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình. 1.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC PLC gồm 3 khối chức năng cơ bản: bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào/ra. Trạng thai ngõ vào cua PLC được phát hiện và được lưu vào bộ nhớ đệm PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái.ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng mở các tiếp điểm linh hoạt các thiết bị tương ứng, như vạy sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ, chương trình được nạp vào PLC thông qua thiêt bị lập trình chuyên dụng. GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 3 Đồ án học phần 2 Khoa điện Bus địa chỉ Bộ đệm Bus điều khiển Bộ nhớ chương trình EEPRAM tùy chọn Bộ nhớ chương trình EEPROM Nguồn pin CPU bộ vi xử lý Bộ đệm Bộ nhớ hệ thống ROM clook Bộ nhớ dữ liệu RAM Khối vào ra Bus điều khiển Bộ đệm Bus điều khiển Mạch chốt Mạch giao tiếp Bộ điệm Mạch cách ly Bộ đệm Mạch cách ly Kênh ngõ ra 16 role, triac hay tranzitor Kênh ngõ vào 24 ngõ vào Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 4 Đồ án học phần 2 Khoa điện 1.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU (center procesing unit) - Bộ xử lý trung tâm điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong của PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối đầu ra được thực hiện thông qua hệ thống Bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clook tần số chuẩn cho CPU thường là1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lý được sử dụng. - Tần số xung clook xác định tốc độ hoạt động của PLC và được dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống. 1.3 Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên PLC 1.3.1 Cơ chế hoạt động Khi chương trình được nạp vào PLC chúng được đặt trong một vùng nhớ riêng được gọi là bộ nhớ chương trình. Bộ xử lý có thanh ghi bộ đếm lệnh dùng để trỏ đến lệnh kế tiếp sẽ được thi hành khi CPU thực hiện một lệnh nào đó. Khi lệnh được lấy tù CPU thì nó được đặt vào thanh ghi lệnh để giải mã thành các vi lệnh vên trong CPU. Hệ thống bus X000 X001 Ngõ vào Khối ngõ vào Ram ngõ vào Trạng thái ngõ vào được lưu Ram Ngõ LogicX00X 10X21 Ram ngõ ra Ngõ ra Y000 Y001 Y002 Khối ngõ ra NgõLogicY 00Y10Y21 Trạng thái ngõ ra được lưu vào ngõ ra CPU ALUTha nh ghi Thanh ghi lệnh LD X000 Bộ đếm lệnh Chương trình điều khiển Ram hay EERROM BướcLệnh000LD X000001ANDX00 1002OUTY000… …NEND Thực hiện sao chép và trở về đầu chương trình 000 Hình 1.3. Cơ chế hoạt động GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 5 Đồ án học phần 2 Khoa điện 1.4 GIỚI THIỆU PLC S7-1200 1.4.1 Các module trong hệ PLC S7-1200 Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau…. PLC S7-1200 có các loại sau: GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 6 Đồ án học phần 2 GVHD: ThS. Trần Đình Nga Khoa điện Trang 7 Đồ án học phần 2 Khoa điện 1.4.2. Sign board của PLC SIMATIC S7-1200 Sign board: SB1223 DC/DC Digital inputs / outputs DI 2 x 24 VDC 0.5A DO 2x24 VDC 0.5A Sign boards : SB1232AQ - Ngõ ra analog -AO 1 x 12bit -+/- 10VDC, 0 – 20mA Cards ứng dụng: - CPU tín hiệu để thích ứng với các ứng dụng -Thêm điểm của kỹ thuật số I/O hoặc tương tự với CPU như các yêu cầu ứng dụng - Kích thước của CPU sẽ không thay đổi GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 8 Đồ án học phần 2 Khoa điện 1.4.3. Module nhập tín hiệu số 1.4.4. Module xuất nhập tín hiệu tương tự 1.4.5. Module truyền thông GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 9 Đồ án học phần 2 Khoa điện 1.4.6. Giới thiệu các tập lệnh Bit logic (tập lệnh tiếp điểm) LAD Bit logic (tập lệnh tiếp điểm) Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị 1) tiếp điểm thường hở của bit có địa chỉ là n bằng 1 Toán hạng n: I, Q, M, L, LAD 2) tiếp điểm thường đóng Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là 0 Toán hạng n: I, Q, M, L, D LAD 3) lệnh OUT Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại Toán hạng n : Q, M, L, D 4)Sử dụng bộ Timer Sử dụng lệnh Timer để tạo một chương trình trễ định thời. Số lượng của Timer phụ thuộc vào người sử dụng và số lượng vùng nhớ của CPU. Mỗi timer sử dụng 16 byte IEC_Timer dữ liệu kiểu cấu trúc DB. Step 7 tự động tạo khối DB khi lấy khối Timer. Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệu Dint : T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay là 2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms Timer TP tạo một chuỗi xung với độ 5)Timer tạo xung – TP rộng xung đặt trước. Thay đổi PT, IN không ảnh hưởng khi Timer đang chạy. 6) Lệnh tính toán GVHD: ThS. Trần Đình Nga Khi đầu vào IN được tác động vào timer Trang 10 Đồ án học phần 2 Khoa điện sẽ tạo ra một xung có độ rộng bằng thời gian đặt PT Công dụng : thực hiện phép toán từ các giá trị ngõ vào IN1, IN2, IN(n) theo công thức OUT=…(+,-,*,/) rồi xuất kết quả ra ngõ ra OUT. Các thông số ngõ vào dùng trong khối 7)Lệnh MOVE phải chung định dạng Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN Tham số: EN : cho phép ngõ vào ENO : cho phép ngõ ra IN : nguồn giá trị đến OUT1: Nơi chuyển đến 7). Xử lý tín hiệu analog input Hàm SCALE xử lý những tín hiệu với hàm SCALE Analog input để trả về đúng giá trị thực: mức của cảm biến, mức của hệ thống, tỉ lệ phần trăm… Vị trí lấy hàm SCALE trong TIA Portal: Basic instructions  Conversion operations  SCALE GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 11 Đồ án học phần 2 Khoa điện Hình 2.4.Hàm SCALE và vị trí lấy hàm SCALE 1.4.7. Cách cấu hình và sử dụng bộ PID_Compact Đầu tiên phải tạo một khối hàm ngắt chu kỳ OB30 đối với CPU 1212C vì bộ PID cần thời gian để thực thi, một chú ý ở đây là không nên để khối PID_Compact trong chương trình chính OB1 sẽ khiến chu kỳ quét của PLC tăng lên nhiều làm cho ứng dụng có nhiều bộ PID thì OB1 càng chậm đồng thời làm đáp ứng của PLC bị chậm theo GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 12 Đồ án học phần 2 Khoa điện Chọn Organization block(OB) → Cyclic interrupt → LAD → Cycle time 100→ OK Số thứ tự của OB được tự động đánh số là OB30 Lấy khối hàm PID_Compact : Chọn Extended instructions → PID → PID_Compact → OK. GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 13 Đồ án học phần 2 Khoa điện Trong phần Input Scaling >>nhập các thông số theo trình tự sau → Scaled high value (ví dụ 1000.0 L) → high limit (ví dụ 1000.0 L) → Low limit (ví dụ 0.0 L) → Scaled low value (ví dụ 0.0 L). Ở đây tùy từng ứng dụng bài toán mà nhập các giá trị thích hợp, giá trị trong hình ví dụ cho hệ thống ổn định mức Trong phần Advance settings chỉ cần quan tâm tới PID parameter → PID parameters : với mỗi một hệ thống sẽ có những thông số để hệ thống ổn định, ở đây GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 14 Đồ án học phần 2 Khoa điện chúng ta chỉ đưa ra thông số gần đúng để chức năng auto turning hoạt động nhanh hơn, chúng ta cũng có thể để thông số mặc định. Thực hiện xong nhấn Save project. Khi CPU khởi động ban đầu, bộ điều khiển PID_Compact chưa được kích hoạt. Để kích hoạt nó, chúng ta bắt đầu lệnh bằng cách click vào biểu tượng Chọn Start measurement để mở chức năng giám sát hệ thống bằng đồ thị GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 15 Đồ án học phần 2 Khoa điện Tiếp tục chọn Start fine turning để bắt đầu dò thông số cho hệ thống. Bây giờ Self optimization bắt đầu hoạt động.Trong vùng ‘Status’ những bước hoạt động và lỗi xảy ra sẽ được hiển thị. Thanh vận hành cho thấy quá trình của các bước vận hành. GVHD: ThS. Trần Đình Nga Trang 16