Điều khiển và giám sát hệ thống cân lưu lượng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.08 MB, 73 trang )
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG............................... 3
1.1 Thiết kế hệ thống. .................................................................................................. 3
1.1.1 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống. ............................................................. 3
1.1.2 Giải pháp đƣa ra. ............................................................................................. 3
1.2 Phân tích hệ thống. ............................................................................................... 4
1.2.1 Mô hình hệ thống. ........................................................................................... 4
1.2.2 Nguyên tắc hoạt động của mô hình. ................................................................ 5
1.3 Cơ sở thiết kế hệ thống cân lƣu lƣợng. .................................................................. 5
1.4 Sơ đồ điều khiển hệ thống cân lƣu lƣợng. ............................................................. 6
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP ĐO KHỐI LƢỢNG ............................................... 7
2.1 Tổng quan về đo khối lƣợng. ................................................................................ 7
2.1.1 Phƣơng pháp tự cân bằng. ............................................................................. 7
2.1.2 Phƣơng pháp đo khối lƣợng dựa vào dịch chuyển. ........................................... 8
2.2 Phƣơng pháp đo khối lƣợng dùng loadcell. ........................................................... 8
2.2.1 Các bộ phận trong phƣơng pháp đo khối lƣợng bằng loadcell. ....................... 9
CHƢƠNG 3: MẠNG CAN VÀ BIẾN TẦN ALTIVAR ......................................... 14
3.1 Giới thiệu mạng CAN ......................................................................................... 14
3.2 Chuẩn giao tiếp CANOPEN ................................................................................. 16
3.3 Phần cứng CanOpen cho ATV31. ....................................................................... 18
3.3.1 Cài đặt phần mềm ........................................................................................ 20
3.3.2 Lƣu đồ điều khiển biến tần ATV31 dùng giao thức CANOPEN ................... 24
3.4 Cài đặt thông số ATV31 .................................................................................... 25
CHƢƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN PID KHỐI HÀM PIDFF .......................................... 31
4.1 Điều khiển PID. .................................................................................................. 31
4.1.1Điều khiển PID liên tục. ................................................................................. 31
4.1.2 Phƣơng pháp điều khiển PID số. .................................................................. 32
4.2 Khối hàm PIDFF trong PLC Premium. ............................................................... 35
4.2.1 Khái niệm bộ điều khiển PID......................................................................... 35
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
1
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
4.2.2 Các chức năng chính trong khối hàm PIDFF. .............................................. 36
4.2.3 Các thông số trong PIDFF. ............................................................................ 37
4.2.4 Sơ đồ cấu trúc diễn tả khối hàm PIDFF. ...................................................... 40
4.2.5 Các phƣơng trình tính toán ........................................................................... 40
4.2.6 Chế độ hoạt động của khối hàm PIDFF. ...................................................... 42
4.3 Cách xác định các tham số Kp, ti, td của khối PIDFF ......................................... 42
CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM .................................... 44
5.1. Xây dựng chƣơng trình điều khiển bằng Unity Pro ............................................. 44
5.1.1 Unity Pro ....................................................................................................... 44
5.1.2 Xây dựng chƣơng trình điều khiển ................................................................. 45
5.1.2 Đo vận tốc băng tải ....................................................................................... 52
5.2 Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển SCADA ............................................... 61
CHƢƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................ 68
6.1 Kết quả mô hình................................................................................................... 68
6.2 Giao diện màn hình giám sát SCADA ................................................................ 69
6.3 Quá trình chạy thử và calid .................................................................................. 69
6.4 Đánh giá sai số. ................................................................................................... 69
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ..................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 73
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
2
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
Trong thời đại hiện đại hóa ngày nay, hệ thống cân băng tải đƣợc sử dụng rộng
rải trong môi trƣờng công nghiệp ở các nhà máy xi măng, phân bón, hóa chất… Hệ
thống cân liên tục trên băng tải dùng để kiểm soát trọng lƣợng tức thời đi qua gối đặt
trên băng tải. Trọng lƣợng tức thời này trên một đoạn chiều dài băng tải đƣợc xác định.
Khối lƣợng trên một đơn vị chiều dài trong một đơn vị thời gian chính là lƣu lƣợng vật
liệu qua băng tải. Nguyên lý cơ bản của hệ thống cân định lƣợng là điều chỉnh lƣu
lƣợng của nguyên liệu trên băng tải theo một giá trị đặt trƣớc xác định.
Hai thông số chính của quá trình cân băng tải là trọng lƣợng vật liệu đi qua
băng tải và tốc độ băng tải. Qua việc kiểm soát trọng lƣợng, tốc độ, tức là kiểm soát
lƣu lƣợng vật liệu qua băng tải, bộ điều khiển sẽ điều khiển tốc độ của băng tải ở một
giá trị thích hoạt để cho lƣu lƣợng vật liệu băng tải thích hợp, thỏa mãn tỉ lệ phối trộn
giữa các thành phần.
1.1 Thiết kế hệ thống.
1.1.1 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống.
Đảm bảo độ chính xác và tin cậy cao trong việc cân khối lƣợng nguyên liệu trên
băng tải.
Đảm bảo an toàn, dễ bảo trì, dễ vận hành và đảm bảo tính kinh tế.
Đảm bảo hệ thống có độ ổn định cao.
1.1.2 Giải pháp đưa ra.
Ta có thể sử dụng các thiết bị công nghiệp có độ tin cậy cao nhƣ PLC Premium,
biến tần ATV31 của hãng Schneider, loadcell OSBKC của hãng Bongshin – Hàn
Quốc, động cơ không đồng bộ ba pha… để điều khiển cân lƣu lƣợng thông qua điều
khiển tốc độ băng tải.
Bên cạnh đó ta dùng máy tính để điều khiển giám sat và thu thập dữ liệu. Ngoài ra ta
có thể đặt thêm các thiết bị nhƣ lọc bụi, chống ồn, thông gió…
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
3
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
1.2 Phân tích hệ thống.
1.2.1 Mô hình hệ thống.
Hình 1.1 Mô hình hệ thống cân lƣu lƣợng
Mô hình hệ thống cân lƣu lƣợng gồm:
Phiễu rót nguyên liệu: dùng để cấp nguyên liệu cho hệ thống.
Dây chuyền băng tải: dùng để truyền tải nguyên liệu từ đầu vào đến đầu
ra băng tải.
Motor kéo băng tải: dùng để quay băng tải đƣợc điều khiển bởi biến tần
Altivar31 của hãng Schneider.
Loadcell:
loadcell OSBKC của hãng Bongshin-Hàn Quốc với khối
lƣợng tối đa 20kg, độ nhạy 2mV/V dùng để cân nguyên liệu đi qua
loadcell và đƣa tín hiệu vào module analog của plc để xử lý.
Biến tần ATV31 của hãng Schneider để điều khiển động cơ không đồng
bộ 3 pha và dùng để đọc vận tốc của băng tải.
Mạch đầu cân.
Mạch chuyên đổi tín hiệu RS323 sang analog.
PLC Premium TSX P57 3634M của hãng Schneider.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
4
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
1.2.2 Nguyên tắc hoạt động của mô hình.
Nguyên liệu từ dây chuyền trƣớc chuyển đến thùng nguyên liệu. Cho hệ thống
hoạt động ở giá trị định sẵn. Khi nguyên liệu qua loadcell tín hiệu điện áp của
loadcell đƣợc khếch đại đƣa vào modul analog của PLC, và đồng thời đọc vận tốc
của băng tải. Hai thông số này đƣợc xử lý và tính toán để xuất tín hiệu điều khiển
động cơ thông qua biến tần để sao cho lƣu lƣợng hệ thống là hằng số mong muốn.
Quá trình trên đƣợc điều khiển và giám sát bằng phần mềm SCADA.
1.3 Cơ sở thiết kế hệ thống cân lƣu lƣợng.
Lƣu lƣợng P là khối lƣợng nguyện liệu đi qua băng tải trong một đơn vị thời
gian (đơn vị tấn/giờ hay kg/s).
P v q kg / s
v: vận tốc dài của băng tải (m/s).
q: khối lƣợng nguyên liệu phân bố trên chiều dài băng tải (kg/m).
Khi nhận giá trị đặt cho lƣu lƣợng, bộ xử lý phân làm 2 phần v và q.
Mục đích của luận văn: Điều khiển loadcell (thành phần khối lƣợng) và động cơ
(thành phần vận tốc) để lƣu lƣợng ngõ ra không đổi. Để thực hiện đƣợc điều này ta có
3 cách:
Cố định thành phần tốc độ, điều khiển thành phần khối lƣợng. Cách này
không khả thi vì việc điều khiển thành phần khối lƣợng khó và phức tạp.
Điều khiển đồng thời thành phần tốc độ và thành phần khối lƣợng. Cách
này có tính chính xác cao nhƣng hệ thống rất phức tạp, khó điều khiển và
đòi hỏi phải sự dụng các thiết bị chuyên dùng nên không có tính kinh tế.
Cố định thành phần khối lƣợng, điều khiển thành phần tốc độ. Cách này
dễ thực hiện, có độ chính xác cao. Cách này đƣợc sử dụng trong luận
văn.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
5
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
1.4 Sơ đồ điều khiển hệ thống cân lƣu lƣợng.
Hệ thống cân lƣu lƣợng hoạt động dựa trên sơ đồ điều khiển sau đây:
Máy tính
(Citect)
Thuật toán điều
khiển
(PLC)
Biến tần
ATV31
motor
Mạch gia
công
Loadcell
Băng tải
Đọc vận tốc từ ATV31
Hình 1.2 Lƣu đồ điều khiển hệ thống cân lƣu lƣợng.
Giải thích sơ đồ:
Nguyên liệu từ dây chuyền đƣợc chứa trong hệ thống thùng nguyên liệu. Cho hệ
thống hoạt động bằng phím nhấn hay giá trị sẵn. Khi nguyên liệu qua loadcell thì tín
hiệu qua mạch gia công đƣợc khuếch đại đƣa vào modul analog AEY 414 của PLC
Premium – TSX P57 3634 của hãng Schneider để đọc khối lƣợng nguyên liệu trên
băng tải. Đồng thời đọc vận tốc băng tải thông qua đọc giá trị word thứ 2 ―RFRD‖
trong PDO6 truyền. Hai giá trị này xử lý và tín toán để qua thuật toán điều khiển PID
để xuất tín hiệu điều khiển xuống cho biến tần ALTIVAR 31 điều khiển tốc độ băng
tải để làm sao cho năng suất hệ thống là hằng số nhƣ giá trị đặt.
Quá trình đƣợc điều khiển và giám sát thông qua phần mềm SCADA Vijeo
Citect.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
6
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP ĐO KHỐI LƢỢNG
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP ĐO KHỐI LƢỢNG
2.1 Tổng quan về đo khối lƣợng.
Tất cả các phƣơng pháp đo lực hay khối lƣợng đều dựa trên nền tảng của định luật
II Newton, theo đó lực tác dụng vào vật thể có khối lƣợng m sẽ bằng tích số khối lƣợng
và gia tốc của nó, tức là:
F m a
Trong đó:
m (kg) : khối lƣợng vật thể.
a ( m/s2) : gia tốc của vật.
Trọng lực là một trƣờng hợp của công thức này. Dƣới tác dụng của sức hút trái
đất, vật có khối lƣợng sẽ chịu tác dụng của trọng lực:
P m g
Với g (m/s2) là gia tốc trọng trƣờng (có trị số cố định ở từng khu vực).
Tất cả các phƣơng pháp đo khối lƣợng đều dựa vào quan hệ này. Khi hai lực có
cùng độ lớn tác dụng lên vật theo hai hƣớng ngƣợc nhau thì làm cho vật thể cân bằng,
không tạo nên gia tốc làm cho vật chuyển động. Có hai phƣơng pháp để tạo nên lực
cân bằng: phƣơng pháp tự cân bằng và phƣơng pháp dịch chuyển.
2.1.1
Phƣơng pháp tự cân bằng.
Phƣơng pháp tự cân bằng là phƣơng pháp xác định khối lƣợng một vật chƣa biết
dựa trên khối lƣợng một vật đã biết gọi là quả chuẩn. Cân bằng đòn cân là một ứng
dụng của cảm biến lực cân bằng 0 vào việc đo khối lƣợng. Một khối lƣợng chƣa biết
đƣợc đặt trên đĩa cân. Các quả cân đƣợc hiệu chỉnh chính xác có kích thƣớc khác nhau
đƣợc đặt trên đĩa cân kia cho đến khi cân bằng. Khối lƣợng chƣa biết bằng tổng khối
lƣợng các quả cân đặt lên.
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
2.1.2 Phƣơng pháp đo khối lƣợng dựa vào dịch chuyển.
Sử dụng LVDT (Linear Variable Differential Transformer): Với biến áp
xoay tuyến tính vi sai, ta có thể chuyển đổi các dịch chuyển thành tín hiệu
điện áp để xử lý. Đầu tiên ta cấp nguồn cho cuộn sơ cấp của LVDT, khi có
lực tác động thông qua cơ cấu truyền động thích hợp, sẽ làm dịch chuyển lõi
từ (Magnetic core) của LVDT và ở cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện tín hiệu điện tỉ
lệ với lực tác dụng đó.
Có thể sử dụng một biến trở xoay đƣợc cấp nguồn DC. Khi có khối lƣợng đè
lên bàn cân, thông qua cơ cấu di chuyển thích hợp sẽ làm xoay biến trở và
do đó điện áp lấy ra cũng thay đổi. Điện áp này đƣợc đƣa về bộ chuyển đổi
AD và xử lý. Ngoài ra còn có thể sử dụng một encoder và bộ đếm để đếm số
xung phát ra của encoder khi xoay bởi sự di chuyển này.
Sử dụng cảm biến lực Strain Gage thông qua cơ cấu truyền động: khi có áp
lực tác dụng lên cảm biến thì độ dài sẽ tăng lên do nó bị biến dạng và điện
trở của nó cũng tăng lên tỉ lệ với lực nén. Khi ta đo điện trở thì sẽ suy ra
đƣợc lực tác dụng lên.
Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lƣợng đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay
là loadcell. Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chƣa biết tác động
vào một bộ phận đàn hồi, lƣợng di động của bộ phận đàn hồi làm biến đổi sự
phân cực giữa các phân tử. Sự biến đổi này luôn tỉ lệ tƣơng ứng với lực tác
dụng.
2.2 Phƣơng pháp đo khối lƣợng dùng loadcell.
Khối lƣợng là một trong hai thành phần quan trọng của hệ thống đo lƣờng trong
ứng dụng này.
Trong luận văn này, dùng phƣơng pháp đo khối lƣợng bằng loadcell. Đây là cách
dễ thực hiện và kinh tế trong mô hình đã có sẵn loadcell OSBKC. Việc xác định khối
lƣợng nguyên liệu đi qua vùng cân đƣợc xác định gián tiếp thông qua một con lăn cân.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
8
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Sơ đồ khối của hệ thống cân dùng Loadcell trong luận văn:
Loadcell
Mạch gia công
PLC
Máy tính
Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống cân dùng Loadcell
Dƣới tác dụng của khối lƣợng vật đặt trên băng tải, loadcell sẽ chuyển tín hiệu
ứng suất lực thành tín hiệu điện ở ngõ ra. Tín hiệu điện này đƣợc khuếch đại bằng cách
qua mạch gia công sau đó đƣa vào modul Analog AEY 414 của PLC Premium.
2.2.1 Các bộ phận trong phƣơng pháp đo khối lƣợng bằng loadcell.
2.2.1.1 Cảm biến đo khối lƣợng – Loadcell.
Loadcell là loại cảm biến đo trọng lực, có thể sử dụng để xác định cả lực tĩnh và
lực động. Đƣợc cấu tạo bởi các điện trở mỏng loại dán, áp sát lên cấu trúc chịu lực
bằng kim loại có độ cứng, Loadcell có nhiệm vụ chuyển các giá trị trọng lực thành tín
hiệu điện tƣơng ứng. Các điện trở loại dán này đƣợc ghép nối với nhau theo dạng cầu,
tạo ra một cầu điện trở. Các hình dạng load cell trong thực tế:
Hình 2.2 Hình dạng thực tế của loadcell.
Các đặc tính cơ bản của loadcell.
Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở là
một phƣơng tiện để biến dạng bé thành sự thay đổi tƣơng ứng trong điện trở.Các điện
trở loại dán này luôn đƣợc ghép nối với nhau theo dạng hình cầu, tạo ra một cầu điện
trở.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
9
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Có 2 loại điện trở dán dùng làm cảm biến lực dịch chuyển: loại liên kết và loại
không liên kết.
Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng ở một vị trí xác định trên bề mặt
của bộ phận đàn hồi. Điện trở này đƣợc dán trực tiếp vào tấm điện trở và nó làm thay
đổi giá trị điện trở tƣơng ứng.
Cảm biến dùng điện trở loại không liên kết sử dụng để đo lƣợng di động nhỏ. Một
lƣợng động do mối liên kết bằng cơ khí tạo nên sẽ làm thay đổi điện trở làm cảm biến.
Lƣợng di động cũng thƣờng đƣợc tạo nên bằng lực tác động vào một bộ phận đàn
hồi.
Vì thế tấm điện trở không liên kết sẽ đo toàn bộ lƣợng dịch chuyển của bộ phận
đàn hồi còn tấm điện trở liên kết đó biến dạng tại một điểm xác định trên bề mặt của
bộ phận đàn hồi.
Hình 2.3 Sơ đồ dây ra cho Loadcell
Loadcell đƣợc sử dụng trong luận văn là OSBKC loại 20kg, dạng beam của
hãng Bongshin-Hàn Quốc. Với điện áp danh định (độ nhạy) là 2mV/V nguồn cung cấp
10V nên ứng với khối lƣợng tối đa điện áp ra sẽ là 30mV/V.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
10
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Hình 2.4 Loadcell OSBKC sử dụng trong luận văn
Chức năng các dây trong Loadcell.
Exc+
Đỏ
Vàng
Xanh
Đỏ
Exc-
Đen
Nâu
Đen
Trắng
Sig+
Xanh
Xanh
Trắng
Xanh(gre
en)
Sig-
Trắng
Trắng
Đỏ
Xanh(blu
e)
Bảng 2.1 Chức năng các dây trong Loadcell
2.2.1.2 Mạch chuyển đổi tín hiệu RS322 sang analog
Hình2.5: Mạch chuyển đổi tín hiệu RS232 sang analog
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
11
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Chuổi tín hiệu đƣa về từ mạch đầu cân có dạng $0NYXXXXXXX@
Trong đó:
$: Mã bắt đầu chuổi.
Y: Mã dấu của dữ liệu.
XXXXXXX: Số liệu truyền về bao gồm cả dấu chấm phần thập phân.
@:Mã kêt thúc chuổi dữ liệu.
Ví dụ: Đầu cân hiển thị 10.34kg thì chuổi dữ liệu truyền về là $0N+0010.34@
Dùng vi điều khiển PIC 16F877A xử lý dữ liệu nhận về từ mạch đầu cân
Dùng MCP4921 nhận dữ liệu từ vi điều khiển qua chuẩn SPI data 12 bit.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
12
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP ĐO KHỐI LƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
CHƢƠNG 3: MẠNG CAN VÀ BIẾN TẦN ALTIVAR
3.1 Giới thiệu mạng CAN
Đã một thời gian rất dài sự hiểu nhầm cơ bản về mạng CAN (Controller Area
Network) là CAN chỉ đƣợc sử dụng trong xe ô tô. Sự thực là CAN từ khi đƣợc giới
thiệu vào năm 1986 đã chứng minh là một công nghệ bền vững, đơn giản và linh hoạt,
do vậy CAN đã tìm đƣợc hƣớng đi vào tất cả các lĩnh vực ứng dụng cần đến vi xử lý
để giao tiếp với nhau.
Cùng với sử dụng trong lĩnh vực ô tô không thể phủ nhận đƣợc thì các ứng
dụng của CAN không chỉ bao gồm các nhiệm vụ tự động hóa công nghiệp mà còn bất
kỳ ứng dụng nào khác mà điều khiển phân phối (distributed control) có lợi thế và một
hệ thống bus nối tiếp sẽ lƣợc bớt đi dây nối thừa. CAN chứng tỏ đƣợc tính ƣu việt hơn
bất kỳ một hệ thống bus-trƣờng nào khác nhờ vào đặc tính rẻ, có khả năng tạo chức
năng trong một môi trƣờng điện khó khăn, mức độ khả năng thời gian thực cao, phát
hiện lỗi tuyệt vời, và có khả năng khống chế lỗi, hầu nhƣ là mâu thuẫn với những đặc
tính nói trƣớc đây là dễ sử dụng.
CAN viết tắt của Controller Area Network, tạm dịch là ―mạng khu vực điều
khiển‖, hay gọi đơn giản Mạng CAN, là một công nghệ mạng ghép nối tiếp (a serial
network technology) khởi nguồn đƣợc thiết kế dùng cho công nghiệp xe ô tô, đặc biệt
các loại xe Châu Âu, nhƣng rồi đã trở thành một bus (kênh) phổ biến trong tự động
hóa công nghiệp cũng nhƣ các ứng dụng khác. Kênh dữ liệu CAN (CAN bus) khởi đầu
đƣợc dùng cho các hệ thống nhúng, và nhƣ tên đã bao hàm ý là một công nghệ mạng
cung cấp truyền thông tin nhanh chóng trong các vi điều khiển theo yêu cầu thời gian
thực đang dần thay thế cho công nghệ sử dụng bộ nhớ cổng đôi (Dual-Ported RAM)
đắt đỏ và phức tạp hơn nhiều.
Một thị trƣờng quan trọng khác của CAN (kết hợp với CANopen) là trang thiết
bị y tế, khởi đầu từ các cơ cấu phòng mổ nhƣ đèn, bàn, máy quay, máy chụp X-quang,
máy siêu âm, và hơn nữa là các thiết bị lớn hơn nhƣ máy quét CAT. Những công ty
thiết bị y tế chính ở Mỹ gồm Công ty GE Medical, Philips Medical và Siemens
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
14
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Medical ƣa sử dụng CAN/CANopen hơn bất kỳ một công nghệ bus-trƣờng nào khác
và kết quả là họ đã yêu cầu CAN/CANopen tƣơng thích nhau giữa các nhà cung cấp
khác nhau.a
Một trong những nhiệm vụ tự động hóa có nhu cầu nhất theo tốc độ và độ
chuẩn xác là điều khiển chuyển động (motion control). Sự liên kết giữa bộ xử lý điều
khiển (ví dụ máy tính công nghiệp) với một bộ điều khiển chuyển động (vị trí) tích
hợp và một động cơ có bộ phân tích tích hợp hoặc encoder cần có dây nối mở rộng.
Tình huống nhanh chóng trở nên tồi tệ hơn khi mà nhiệm vụ yêu cầu sử dụng nhiều
trục chuyển động. Không chỉ số dây dẫn dễ dàng đến con số hàng nghìn mà còn trở
nên khó khăn gia tăng khi kết nối thêm nhiều bộ điều khiển vị trí, ví dụ, một chiếc máy
vi tính chỉ có thể điều tiết đƣợc một số bảng giao diện. Một yếu tố nan giải khác là mỗi
tính năng của máy tính sẽ chỉ giới hạn ở một điểm nào đó khi nó đến thời điểm phản
ứng cần thiết dùng mỗi bộ điều khiển chuyển động.
Hình 3.1: Mạng CAN trong tự động hóa
Giải pháp cho vấn đề nan giải này là sử dụng điều khiển phân tán (phân phối)
nhƣ trình diễn trong ví dụ trong Hình 3.1. Mỗi thành phần, giao diện I/O số và tƣơng
tự, và mỗi trục chuyển động đƣợc lắm một bộ điều khiển riêng. Liên kết mạng giữa
các thành phần và bộ điều khiển chính đƣợc thực hiện bằng CAN, trong trƣờng hợp
thực tế là CANopen. CANopen là một giao thức lớp trên, một phần mềm phụ thêm ở
phía trên của lớp liên kết vật lý và dữ liệu.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
15
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Thiết kế này tạo ra sự dễ dàng kết nối thêm các thành phần hầu nhƣ không giới
hạn một cách dễ dàng (CANopen đƣợc giới hạn tới 125 nút, đủ để cho phần lớn các
ứng dụng tự động hóa) mà không mất đi đặc tính. Số các dây nối giữa các thành phần
(phần tử) giảm còn hai, không chỉ giảm giá dây nối mà còn giảm thời gian bảo trì và
dịch vụ trong lúc khởi động máy hoặc trong trƣờng hợp máy chạy có trục trặc.
Sự bảo dƣỡng cho mỗi thành phần trong mạng sẽ đƣợc cải thiện nhờ vào sự kiện thực
tế là kỹ sƣ chỉ cần cắm một bộ dịch vụ (ví dụ một máy tính xách tay) vào chỗ nào đó
trong mạng nhằm giao tiếp với bất kỳ một bộ phận nào của mạng. Việc này có thể
đƣợc làm chỉ bằng một chƣơng trình phần mềm dịch vụ vì tất cả cát nút trong mạng
nói cùng một ngôn ngữ. Không cần phải có một chƣơng trình dịch vụ riêng nào dành
cho mỗi một bộ phận riêng biệt.
3.2 Chuẩn giao tiếp CANOPEN
Cơ sở qui định điều khiển một hệ thông CAN đƣợc biểu diễn trong chuẩn tham
chiếu ISO/OSI gồm 7 lớp băt đầu với kết nối vật lý và cao nhất ứng dụng thực tế
ngƣời sử dụng. Một chuẩn CAN đƣợc thực hiện qua kết nối giữa lớp dữ liệu và lớp
ứng dụng
Hình 3. 2 Mẫu chuẩn tham chiếu 7 lớp ISO/OSI
Một mình CAN không thể đủ để dùng trong công nghệ tự động hóa máy móc,
từ khi truyền thông giữa các thiết bị giới hạn chỉ trong 8 byte. Chính vì vậy giao thức
lớp trên dựa vào CAN - CanOpen ra đời . CanOpen là một giao thức lớp trên, là một
phầm mềm phụ thêm ở phía trên của lớp liên kết vật lý và dữ liệu.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
16
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
CanOpen đƣợc phát triển bởi CiA (CAN in Automation) – là một tổ chức các
nhà sử dụng và sản xuất quốc tế và ủng hộ các tiêu chuẩn của CAN và các giao thức
lớp cao của CAN.
CanOpen dựa vào một khung CAN là đối tƣợng truyền thông COB
(Communication Object). COB thƣờng sử dụng 11 bit định dạng CAN . Một định dạng
CAN đặc biệt gọi là COB-id, COB-id định nghĩa các địa chỉ Node và một code hàm.
COB-id ghi ro nếu là COB của một đối tƣợng dữ liệu quá trình (PDO- Process Data
Object) hay là đối tƣợng dữ liệu phục vụ (SDO- Service Data Object). PDO và SDO là
những loại đối tƣợng truyền thông đƣợc truyền nhận dữ liệu ứng dụng giữa các Node.
Một thiết bị CanOpen đƣợc chia làm ba phần:
Phần mềm giao diện và giao thức truyền thông.
Đối tƣợng từ điển.
Quá trình giao tiếp và các chƣơng trình ứng dụng.
Hình 3. 3 Cấu tạo của một thiết bị CanOpen
Phần mềm giao diện và giao thức truyền thông cung cấp dịch vụ truyền và nhận
các đối tƣợng truyền thông trên bus. Đối tƣợng từ điển mô tả tất cả các dữ liệu, đối
tƣợng truyền thông, đối tƣợng ứng dụng sử dụng trong thiết bị này. Đây là giao diện để
ứng dụng phần mềm. Chƣơng trình ứng dụng cung cấp các hàm điều khiển nội, các
chức năng cũng nhƣ giao diện cho quá trình phần cứng giao diện.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
17
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
3.3 Phần cứng CanOpen cho ATV31.
Hình 3.4 Kết nối AVT312 qua CAN bus
Diễn tả VW3 CAN TAP2.
Hình 3.5 VW3 CAN TAP2.
Chú thích:
1-
Chỗ mắc vit.
2-
Cổng cái RJ45 chỗ kết nối ATV thứ nhất (ATV1)
3-
Cổng cái RJ45 chỗ kết nối ATV thứ hai nếu dùng (ATV2)
4-
Cổng cái RJ45 chỗ kết nối Power Suite ( PC) .
5-
Công tắc on/off để sử dụng điện trở ngoài (120ohm)
6-
Dây kết nối đất.
7-
Chỗ kết nối cap CanOpen.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
18
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Kết nối biến tần ATV 31 vào VW3 CAN TAP2
Hình 3.6 Cách nối ATV 31 vào VW3 CAN TAP2.
Giới thiệu cap kết nối CanOpen.
Cáp CanOpen gồm 5 dây: GND, CAN_L, SHLD, CAN_H, V+
Hình 3.7 Cấu tạo của cap CanOpen
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
19
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Cấu hình Các thông số CanOpen trong ATV31
Để cấu hình CanOpen cho ATV 31 chúng ta vào menu CON- thay đổi 2 thông
số: AdCO- thông số Nod-id , bdCO- tốc độ CanOpen.
Bảng 3.1 Cài đặt thông số CanOpen cho ATV31
3.3.1 Cài đặt phần mềm
Cấu hình Can Open cho ATV31 dùng SyCon.
Từ phần mềm SyCon bấm New hiện ra cửa sổ ―select fieldbus‖ chọn CanOpen.
Hình 3.8 Chọn CanOpen.
Chọn
để Add CanOpen master PLC chọn TSX CPP110.
Hình 3.9 Chọn TSX CPP110.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
20
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Hình 3.10 Master TSX CPP110
Chọn
để chèn Node là ATV31_V1.2
Hình 3.11 Chọn Node ATV31_V1.2
Hình 3.12 Node ATV31_V1.2
Nhấp đôi vào Node ATV31 để cấu hình cho ATV31. Chọn Receive PDO6 và
Transmit PDO6.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
21
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Hình 3.13 Chọn Receive PDO6 và Transmit PDO6
PDO6 ( PDO cho mode vận tốc) gồm có:
Một PDO nhận gồm 2 word sử dụng để điều khiển biến tần .Word
đầu là word điều khiển ―CMDD‖, word thứ hai dùng để đặt tốc độ
hoạt động cho biến tần ―LFRD‖.
Một PDO truyền gồm 2 word sử dụng để quan sát biến tần. Word
đầu là word trạng thái ―ETAD‖, word thƣ hai dùng để hiển thị giá
tri thực của động cơ ―RFRD‖.
Cuối cùng ta save file cấu hình có đuôi *.co. Chọn Save As đặt tên atv31.co nhớ
đƣờng dẫn file này để sau này trong Unity Pro chọn file này để cấu hình.
Ở đây ATV có địa chỉ Node-id là 2 và tốc độ truyền nhận là 500kbit/s. Ta phài
vào cài đặt lại hai thông số AdCO và BdCO trong memu CON-.
Cài đặt cấu hình cho Card TSX CPP110 trong Unity Pro
Kích đúp vào rãnh card PCMCIA trong màn hình làm việc X Bus. Xuất
hiện.
Hình 3.14 Chọn Communication trong rãnh PCMCIA
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
22
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
Kích vào communication TSX CPP110 nhấn Ok.
Hình 3.15 Chọn TSX CPP110 trong communication.
Từ màn hình X Bus nhấp đôi vào CPP110 để cấu hình, màn hình làm việc
hiện ra
Hình 3.16 Màn hình cấu hình CPP110.
Click vào ―select Database‖ chọn đƣờng dẫn lƣu file ―atv31.co‖ ta cấu hình từ
phần mềm SyCon trƣớc.
Bảng cấu hình PDO của ATV31 và ngõ vào, ra của PLC premium.
PDO
TYPE
SYCON
UNITY PRO
Ý NGHĨA
PDO6
Ngõ
IB0-IB1
%MW0
Word trạng thái ―ETA‖
truyền
vào
IB2-IB3
%MW1
Giá trị vận tốc thực ―RFRD‖
PDO6
Ngõ ra
QB0-QB1
%MW32
Word điều khiển ―CMD‖
QB2-QB3
%MW33
Giá trị vận tốc đặt ―LFRD‖
nhận
Bảng 3.2 Vai trò và chức năng các word trong PDO6
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
23
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
3.3.2 Lƣu đồ điều khiển biến tần ATV31 dùng giao thức CANOPEN
Hình 3.17 Lƣu đồ điều khiển biến tần AVT31
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
24
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN LƢU LƢỢNG
SVTH: HUỲNH LƢU PHÚC
3.4 Cài đặt thông số ATV31
Khi mua (BBT): kiểm tra cẩn thận xem có đúng với BBT cần mua.
Kiểm tra điện áp cấp đúng cho biến tần.
Lắp biến tần.
Đấu nối vào biến tần.
Điện áp cung cấp phải đúng với điện áp của biến tần.
Động cơ phải phù hợp với điện áp ra của biến tần.
Điều khiển bằng các ngõ vào logic.
Tham chiếu tốc độ bằng các ngõ vào analog hoặc logic.
Bậc nguồn cho biến tần, nhƣng chƣa đƣợc thực hiện lệnh RUN.
Cài đặt cấu hình cho biến tần: Cài đặt tần số danh điện cho (bFr) của
motor nếu nó không phải là 50hz.
Cài đặt menu drC-: Cài đặt lại thông số động cơ nếu các thông số mặc
định không phù hợp.
Cài đặt lại các menu I-O-, CtL-, và Fun-: nếu các chức năng ứng dụng
không phù hợp, ví dụ điều khiển 3 dây hay 2 dây theo trạng thái hoặc 2
dây theo mức.
Cài đặt menu Set-:
Thông số ACC (tăng tốc) và DEC (giảm tốc).
Thông số LSP (tốc độ thấp khi tham chiếu bằng 0) và HSP
(tốc độ cao khi tham chiếu là tối đa).
Thông số itH (bảo vệ nhiệt động cơ).
Khởi động bộ biến tần.
GVHD: TS. Trƣơng Đình Châu
25
