Ghép nối bộ điều khiển PLC S7200 với biến tần SIEMENS

CHUYÊN ĐỀ 2:
GHÉP NỐI BỘ ĐIỀUKHIỂN BIẾN TẦN
Nhóm SV:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

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 cơng suất thiết kế nhất định.
Để tránh thất thốt 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.

1.

2.
3.

4.

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 hồn tồn q trình bơm cấp nước của
Nhà máy.
Vận hành hệ thống thơng qua màn hình vận hành TD200


5.

6.

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 tồn trong mọi tình huống. Đảm bảo tính an tồn 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 thơng 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 cịn
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 thơng 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
I.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 vịng 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. Khơng
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 vịng 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 thơng 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 q 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).


MƠ HÌNH TỔNG QT 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 thơng (trao đổi thơng tin với mơi 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 tốn điều khiển số thơng qua
ngơn 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 vịng quét.


MƠ 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 khơng 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 thơng 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 thơng...
• 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 dịng S7-200 hay màn
hình cảm ứng của Siemens
TP170
• Dài 3m, có thể thay thế 6ES7
901-3CB30-0XA0.
• Khơng 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.
• Dịng tín hiệu 4-20mA.
• Nguồn ni
10-36VDC.
• Bảo vệ nối đất chống
nhiễu.