Chuyên đề Ghép nối bộ điều khiển biến tần

CHUYÊN ĐỀ 2:GHÉP NỐI BỘ ĐIỀUKHIỂN BIẾN TẦN Nhóm SV: Phùng Quang Tuyến Nguyễn Văn Quỳnh Phạm Ngọc Thành Đỗ Thị Thủy Lại Thế Sơn Hoàng Anh Tú Bài toán: Ghép nối PLC S7-200 với biến tần SIEMENS, tự động ổn định áp suất trên đường ống của hệ thống cấp nước. Khái Quát Hệ Thống Bơm Nước Hệ thống trang bị cho nhà máy nước có 2 bơm cấp nước sinh hoạt, với công suất thiết kế nhất định. Để tránh thất thoát và tiết kiệm điện năng, ta sử dụng hệ thống điều khiển tự động giữ áp suất cố định trên đường ống bằng cảm biến áp suất và biến tần điều khiển công suất động cơ nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng. Biến tần MicroMaster Eco (SIEMENS) được sử dụng cho động cơ, công suất tiêu thụ của động cơ sẽ được biến tần điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu phụ tải. Động cơ thứ 2 sẽ sử dụng chạy nền nếu sau này phụ tải phát triển lớn hơn. Một sensor áp suất được đưa vào đầu ra nước cấp của Nhà máy để đo áp lực nước đưa về hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển là 1 PLC S7-200 (SIEMENS) đảm bảo cho việc tự động hóa hoàn toàn quá trình bơm cấp nước của Nhà máy. Vận hành hệ thống thông qua màn hình vận hành TD200 Các mạch động lực cũng như mạch tín hiệu của hệ thống mới sẽ được đấu nối với hệ thống cũ mà không làm thay đổi chức năng cũng như hoạt động hệ thống điều khiển đã được lắp đặt ban đầu. Hoạt động của hai hệ thống như sau:  Hệ thống cũ được sử dụng như hệ thống điều khiển bằng tay, là hệ thống điều khiển dự phòng khi hệ thống mới lắp biến tần có sự cố.Việc chuyển đổi giữa hai chế độ tự động và bằng tay được thực hiện bằng các công tắc chuyển đổi vị trí, và bằng cách cài đặt trên màn hình vận hành TD200.Hệ thống mới và cũ sẽ được đấu nối đảm bảo chính xác, và vận hành an toàn trong mọi tình huống. Đảm bảo tính an toàn cao nhất của cả hệ thống. Biểu đồ sau minh họa hoạt động của hệ thống mới: Như vậy với việc đưa biến tần vào hệ thống sẽ hoạt động bám sát theo đúng thực tế lưu lượng phụ tải, do vậy sẽ giảm đáng kể năng lượng tiêu hao không cần thiết vào các giờ phụ tải thấp điểm. SƠ ĐỒ KHỐI GHÉP NỐI PLC S7-200: bộ điều khiển trung tâm, nó xử lý các tín hiệu thu thập về từ hệ thống để điều khiển các động cơ. Các động cơ được điều khiển chạy thông qua biến tần và các 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 điện so với cách hoạt động cũ của trạm. Đầu đo áp suất: mục đích để đo áp suất mạng. Với tín hiệu đo được từ đầu đo áp suất đưa về PLC xử lý điều khiển tốc độ bơm. Với đầu đo này PLC sẽ giám sát được áp suất nước trên mạng. Màn hình hiển thị TD-200: dùng để cài đặt các chế độ hoạt động của trạm, cài áp suất mạng... Ngoài ra, trên màn hình còn hiển thị áp suất đo được trên đường ống mạng. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Với thiết kế này, hệ thống sẽ tự động giám sát áp suất nước trên đường ống mạng và điều khiển ngược lại để đảm bảo giữ đúng áp suất theo yêu cầu. PLC sẽ điều khiển áp suất  nước trên đường ống mạng theo đồ thị phụ tải ngày, tức là hệ thống sẽ điều khiển áp suất theo thời gian thực. Hệ thống điều khiển tự động này một số chức năng chính sau: Đo lường: do đầu đo áp suất đo lường và chuyển đổi để đưa về CPU của S7-200. Xử lý thông tin: bộ điều khiển trung tâm sẽ đảm nhiệm vấn đề này. Điều khiển: S7-200 sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu. Giám sát: S7-200 sẽ kết đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động. Giao tiếp giữa người vận hành và thiết bị: do màn hình hiển thị TD-200 thực hiện. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ BIẾN TẦN MICROMASTER 440 (SIEMENS) Micromaster 440 chính là một họ biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu chuẩn. Khả năng điều khiển vector cho tốc độ Moment hay khả năng điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống truyền động quan trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ thống định vị. Không chỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho người dùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách tự động Nét nổi bật của MICROMASTER 440 - Thiết kế nhỏ gọn và dễ gdàng lắp đặt. - Điều khiển Vector vòng kín (Tốc độ / Moment). - Có nhiều các lựa chọn truyền thông : PROFIBUS, Device Net, CANopen. - 3 bộ tham số trong 1 nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động khác nhau. - Định mức theo tải Moment không đổi hoặc Bơm, Quạt. - Dự trữ động năng để chống sụt áp. - Tích hợp sẵn bộ hãm dùng điện trở cho các biến tần đến 75kW. - 4 tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động cơ hoặc lên máy. - Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay. - Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC / KTY. - Khối chức năng Logic tự do : AND, OR, định thời, đếm. - Moment không đổi khi qua tốc độ 0. - Kiểm soát Moment tải. II. Thiết bị lập trình biến tần MM440. BOP-2 Thiết bị lập trình biến tần Siemens Micromaster BOP-2(Basic Operator Panel) cho bộ biến tần MM440 có giao diện với bàn phím và 5 chữ số hiển thị cho phép nhập các thông số điều khiển. BOP-2 có thể gắn trực tiếp trên bộ biến tần hay trong cánh cửa tủ phân phối sử dụng một bộ nối. III. THIẾT BỊ LẬP TRÌNH PLC S7-200 CHỨC NĂNG HỆ PLC Thiết bị điều khiển lập trình được( PLC- Programable Logic Controler) là thiết bị được điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu giữ các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán để diều khiển máy và các quá trình. Giới thiệu một số nhóm PLC Siemens • CPU S7 200: CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216. CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM. • CPU S7300: • CPU S7400: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA S7-200 Các thành phần của một PLC S7-200 thường có các modul phần cứng sau: 1. Modul nguồn. 2. Modul đơn vị xử lý trung tâm. 3. Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu. 4. Modul đầu vào. 5. Modul đầu ra. 6. Modul phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ). 7. Modul chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng). MÔ HÌNH TỔNG QUÁT CỦA MỘT PLC S7-200 Để thực hiện một chương trình điều khiển số thì yêu cầu PLC phải có tính năng như một máy tính (PC). • CPU (đơn vị xử lý trung tâm) Bộ nhớ chính (RAM, EEPROM, EPROM,...), bộ nhớ mở rộng. • Hệ điều hành. • Port vào/ra (giao tiếp trực tiếp với thiết bị điều khiển). • Port truyền thông (trao đổi thông tin với môi trường xung quanh). • Các khối chức năng đặc biệt như: T, C, các khối chuyên dụng khác. PLC có ưu điểm vượt trội so với các hệ thống điều khiển cổ điển như rơle, mạch tổ hợp điện tử, IC số. • Thiết bị cho phép thực hiện linh họat các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình. • Bộ điều khiển số nhỏ gọn. • Dễ dàng trao đổi thong tin vơúi môi trường xung quanh như: TD(text display), OP (operation), PC, PG hay mạng truyền thông công nghiệp, kể cả mạng internet. • Thực hiện chương trình liên tục theo vòng quét. MÔ HÌNH CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC S7-200 Các đèn trạng thái: • Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình. • Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình đang thực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ off). • Đèn SF-màu đỏ, đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa là lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành. Ở đây cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người dùng, khi lỗi chương trình người dùng thì CPU không thể nhận biết được vì trước khi download xuống CPU, phần mềm lập trình đã làm nhiệm vụ kiểm tra trước khi dịch sang mã máy. • Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số. • Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số. • Port truyền thông nối tiếp: RS 485 protocol, 9 chân sử dụng cho việc phối ghép với PC, PG, TD200, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng công nghiệp. Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo kiểu Freeport là 300 ÷ 38400 baud. CẤU TRÚC BỘ NHỚ S7-200 Phân chia bộ nhớ: Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (special memory) là vùng nhớ chỉ đọc. • Vùng nhớ chương trình là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được. • Vùng nhớ tham số: là miền lưu giữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm... Cũng giống như vùng chương trình, Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được. • Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quảcủa các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông... • Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không thuộc kiểu non-valatile nhưng đọc/ghi được. BỘ NHỚ TRONG VÀ NGOÀI CỦA S7-200 IV. CÁP KẾT NỐI PLC PC/PPI Cáp lập trình cổng RS232/PPI Dùng cho dòng S7-200 hay màn hình cảm ứng của Siemens TP170 Dài 3m, có thể thay thế 6ES7 901-3CB30-0XA0. Không hỗ trợ khoảng cách truyền thông xa và trạm đa chủ Kết nối máy tính với PLC/chuyển đổi RS 232/RS 485 V. CẢM BIẾN ÁP SUẤT Áp suất từ 0 – 10 bar. Dòng tín hiệu 4-20mA. Nguồn nuôi 10-36VDC. Bảo vệ nối đất chống nhiễu.     VI. GIAO DIỆN VẬN HÀNH MÁY TD 200 TD200 là một thiết bị hiển thị text (Text Display), giao tiếp với người vận hành. Thiết bị này được thiết kế chỉ dùng giao tiếp với họ PLC S7-200. Một số đặc tính của TD200: Hiển thị tin nhắn và các biến của PLC Cho phép điều chỉnh các biến trong chương trình Có khả năng cài đặt thời gian thực của PLC. CẤU TẠO PHẦN CỨNG Màn hình hiển thị : LCD, độ phân giải 33x181pixel Số dòng hiển thị: 2 Số kí tự hiển thị: Max.40 Cổng giao tiếp TD200 và PLC: Cổng RS485, 9 chân giao tiếp giữa TD200 và PLC qua cáp TD/CPU Nguồn cung cấp : 24VDC. Có thể cấp cho TD200 theo 2 cách: Nguồn cấp chung: cấp nguồn cho TD200 thông qua cáp TD/CPU ( chiều dài 2,5 m). Nguồn cấp riêng : cấp nguồn cho TD200 thông qua đầu nối bên phải TD200 ( được sử dụng khi khoảng cách giữa TD200 và CPU lớn hơn 2,5 m). Lưu ý: không sử dụng đồng thời nguồn cấp chung và nguồn cấp riêng cùng một lúc như vậy sẽ làm hỏng thiết bị Cáp TD/CPU: Sơ đồ có cấp nguồn LẬP TRÌNH CHO PLC VÀ KẾT NỐI PLC VỚI BIẾN TẦN PLC được lập trình trên phần mềm Microwin Step7 200. Các bước tiến hành: Có môđun tương tự cho PLC PLC nhận tín hiệu tương tự từ cảm biến áp suất, môđun tương tự sẽ chuyển tín hiệu tương tự về số. Lập trình cho PLC điều khiển mở/tắt máy bơm 2 và đưa tín hiệu ra biến tần thông qua môđun tương tự điều chỉnh tốc độ máy bơm 1. Kết nối PLC với biến tần. Cài đặt các thông số cho biến tần để điều khiển tốc độ máy bơm 1 LẬP TRÌNH CHO PLC LẬP TRÌNH CHO PLC CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ CHO BIẾN TẦN Sau khi đưa tín hiệu PLC vào biến tần. Ta tiến hành cài đặt một số thông số của nó, điều khiển tốc độ máy bơm nước 1, nhằm ổn định áp suất trên đường ống. Đưa tín hiệu tương tự AQW0 vào đầu vào analog số 1 (+), chân số 3 của Biến tần. Cài đặt thông số cho biến tần điều chỉnh tốc độ máy bơm. P0300 = 1( Động cơ không đồng bộ) P0304 = điện áp định mức động cơ (V). P0305 = dòng điện định mức động cơ (A) P0307= công suất định mức động cơ( kW hoặc hp). Nếu P0100=0 hoặc 2 là kW, nếu P0100=1 là hp P0308 =hệ số cos ϕ định mức của động cơ. P0309= hiệu suất định mức động cơ (%) P0310= tần số định mức động cơ ( Hz). P0311= tốc độ định mức động cơ (V/ph) P1000 =2(lựa chọn điểm đặt tần số :điểm đặt tương tự) P1080 = 0 Hz(tần số nhỏ nhất) P1082 = 50 Hz( tần số lớn nhất) P1120 = 10s (thời gian tăng tốc) P1121 = 10s (thời gian giảm tốc) P0756 = 0( đầu vào tương tự ADC kiểu điện áp đơn cực từ 0–10V) Điều khiển và cài đặt các thông số của biến tần thông qua màn hình điều khiển BOP-2 P r 0000 * Caøi ñaët P0300=0 trôû thaønh P0300=1 P P 0300 * Caøi ñaët P0300=0 trôû thaønh P0300=1 P 0 * Caøi ñaët P0300=0 trôû thaønh P0300=1 P 1 * Caøi ñaët P0300=0 trôû thaønh P0300=1 P P 0300 * Caøi ñaët P0300=0 trôû thaønh P0300=1 U V W U V W * Ñaáu bieán taàn vôùi taûi THANK FOR WATCHING! ^^