Xây dựng hệ thống điều khiển mạng 4 biến tần MM430 bằng giao thức ussprotocol

ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Số : Đề 6
Họ và tên HS-SV :Lớp :
…………………...……………………………………
…………………...……………………………………
Khoá :

Khoa : Điện

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Đăng Toàn
NỘI DUNG
Xây dựng hệ thống điều khiển mạng 4 biến tần MM430 bằng giao thức ussprotocol
TT

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1

2
3
4
PHẦN VIẾT BÁO CÁO
1. Tìm hiểu về giao thức USS protocol trong PLC S7-200 và biến tần MM430
2. Xây dựng phương án và tính chọn các thiết bị liên quan
3. Xây dựng hệ điều khiển và giám sát

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
1


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật việc áp dụng
khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được phát triển rộng rãi cả về
quy mô lẫn chất lượng. Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò rất quan
trọng không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất
lớn trong việc nâng cao năng xuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, chính
vì thế tự động hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình
trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống
công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
Chiếm một vị trí khá quan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật
điều khiển logic khả lập trình viết tắt là PLC.Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và
ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Không những
thay thế cho kỹ thuật điều khiển bằng cơ cấu cam hoặc kỹ thuật rơle trước kia mà
còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác nữa.
Bên cạnh đó việc sử dụng Biến Tần đem lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích,
đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần – động cơ là có thể điều chỉnh vô cấp tốc

độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
2


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

CHƯƠNG I :
TÌM HIỂU VỀ GIAO THỨC USS TRONG S7-200 VÀ BIẾN TẦN M420
I . Giao thức USS trong s7-200
1 Tổng quan về s7-200.
1.1 Giới thiệu
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng SIMENS ( CHLB Đức) cho
phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ
lập trình. S7-200 có cấu trúc kiểu modul và các modul mở rộng. Các modul này
được sử dụng với mục đích khác nhau.
Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ PLC, trường hợp bộ nhớ
không đủ ta có thể dùng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu.
Dòng S7-200 có 2 họ CPU là 21X(loại cũ) và 22X (loại mới) trong đó họ 21X
không còn sản xuất nữa, họ 22X có các dòng CPU sau: 221, 222,224,224XP,226,
226XM.Trong phạm vi đề tài này ta chỉ đi nghiên cứu sâu về S7-200 CPU226XM
.

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
3


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Hình 1.0 : PLC S7-200 CPU226XM
CPU 226XM có 14 đầu vào , số modul mở rộng tối đa là 7 do đó tông số đầu vào,
ra tối đa là 152 đầu vào và 144 đầu ra. Số đầu vào/ ra tương tự là 32vào/32 ra. CPU
226XM có 256 bộ đếm, 256 bộ timer một bộ thời gia thực và một bộ đém tốc độ
cao, khả năng giao tiếp thông qua RS 485(giao tiếp PPI, DP/T, FREE PORT TREE
PORT). Chúng có khả năng đặt passwork để bảo vệ chương trình được nạp xuống.
1.2 Cổng truyền thông.
S7-200 dùng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích 9 chân để phục vụ cho
việc ghép nối với thiết bị lập trình hay các trạm PLC khác. Tốc độ truyền thông
cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baund, theo kiểu tự do từ 300 đến 38400 baund
Sơ đồ cổng truyền thông như sau:

1- GND

6- 5VDC(điện trở trong 100ôm)

2 -24VDC

7- 24VDC(120mA tối đa)

3- Truyền, nhận dữ liệu

8- Truyền, nhận dữ liệu

4- Bỏ qua

9- Không sử dụng

5- GND
Hình 1.1 Cổng truyền thông RS485 của S7-200

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
4


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc với các loại máy lập trình
thuộc họ 7XX có thể dùng một cáp nối thẳng MPI. Ghép nối S7-200 với máy tính
PC qua cổng RS-232 có cáp nối PPI có bộ chuyển đổi RS-232/RS485.
1.3.Chuẩn truyền thông RS-485.
Chuẩn truyền thông RS-485 là chuẩn truyền thông do EIA(Electronic industries
Association) đưa ra mà khả năng truyền thông đa điểm thực sự chỉ dùng một
đường dẫn chung duy nhất được gọi là bus. Cấu hình phổ biến nhất là sử dụng hai
dây dẫn cho việc truyền tín hiệu , hoặc nối theo kiểu 4 dây.
RS-485 Sử dụng điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai đầu dây dẫn A và B.
Ngưỡng giới hạn quy định cho VMC với RS-485 được nới rộng ra khoảng -7 đến
12 V, cũng như trở kháng đầu vào cho phép gáp 3 lần so với RS 422.
RS 485 có khả năng ghép nối nhiều điểm vì thế được dùng phổ biến trong hệ
thống bus trường. Khoảng 32 trạm có thể tham gia ghép nối được định vị và giao
tiếp đồng thời trong một đoạn RS 485 mà không cần bộ lặp.
Rs 485 cho phép truyền tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng
là 1200 m, không phụ thuộc vào số lượng trạm tham gia , tốc độ truyền có thể lên
mức 10Mbit/s, tuy nhiên một trạm dài 1200m không thể làm việc với tốc độ
10Mbit/s ,tốc độ này tùy thuộc vào chất lượng cáp mạng. Có thể dùng bộ lặp để
tăng số lượng trạm trong 1 mạng , cũng như chiều dài dây dẫn lên nhiều lần đồng
thời vẫn đả bảo chất lượng tín hiệu.
2. Giới thiệu về giao thức USS.
2.1 Định nghĩa.
Các giao thức USS (Universal Serial Interface Protocol) định nghĩa là truy cập kỹ
thuật theo nguyên tắc Master – Slave cho truyền thông qua 1 Bus nối tiếp và tối đa

31 slave có thể được kết nối với Bus.
2.1 Sử dụng giao thức USS
Sử dụng Port 0 của PLC kết nối với port của biến tần, ở phương pháp này 1 PLC
có thể điều khiển tối đa mạng gồm 31 biến tần. Mạng này gọi là mạng USS đây là
dạng liên kết điểm-điểm. Ta có thể điều khiển toàn bộ chức năng của biến tần
thông qua mạng này. Ngoài ra có thể giám sát các thông số của biến tần thông qua
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
5


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

mạng này ví dụ : chiều quay, tốc độ các lỗi thường gặp…vv. dựa vào các vùng nhớ
của PLC dành cho mỗi biến tần. Chi phí dành cho mạng nay là thấp và tối ưu dành
cho những ứng dụng nhỏ và vừa.
2.2. Điều kiện sử dụng giao thức USS
Thư viện lệnh của STEP7- Micro/Win cung cấp 14 chương trình con, 3 thủ tục
ngắt và một tập lệnh(gồm 8 lệnh) hỗ trợ cho giao thức USS.
+ Giao thức USS sử dụng Cổng 0 (Port 0) cho truyền thông USS.
Sử dụng lệnh USS_INIT để lựa chọn Port 0 cho cả USS hoặc PPI. Sau khi đã lựa
chọn Port 0 cho truyền thông với chuẩn USS, không được sử dụng Port 0 cho bất
kỳ mục đích nào khác.
Để phát triển các chương trình ứng dụng sử dụng giao thức USS, nên sử dụng CPU
224XP,226, CPU 226XM hoặc module EM 277 Profibus-DP kết nối đến card
Profibus-CP ở máy tính. Cổng truyền thông thứ 2 ở các loại CPU này sẽ cho phép.
STEP 7 – Micro/Win giám sát được ứng dụng trong khi sử dụng giao thức USS.
+ Các lệnh USS tác động đến tất cả các bit SM với truyền thông Freeport qua Port
0.
+ Các lệnh USS sử dụng 14 chương trình con và 3 thủ tục ngắt.
+ Các giá trị của lệnh USS yêu cầu 400 byte của miền nhớ V. Địa chỉ bắt đầu được

ấn định bởi người sử dụng và phần còn lại dành cho các giá trị khác.
+ Vài lệnh trong thư viện USS yêu cầu một bộ đếm truyền thông 16 byte. Chẳng
hạn với một tham số cho lệnh, cần phải cung cấp một địa chỉ bắt đầu trong miền
nhớ V của bộ đếm này.
+ Khi thực hiện các phép tính, các lệnh USS sử dụng thanh ghi AC0 đến AC3.
Cũng có thể sử dụng các thanh ghi trong chương trình; tuy nhiên, giá trị trong các
thanh ghi sẽ bị thay đổi bởi lệnh USS.
+ Các lệnh USS sẻ làm tăng bộ nhớ của chương trình lên đến 3450 byte. Tùy thuộc
vào loại lệnh USS mà dung lượng của bộ nhớ có thể tăng từ 2150 byte đến 3450
byte
+ Các lệnh USS không thể sử dụng trong chương trình con.
Kết nối PLC và Biến Tần theo giao thức USS
Lưu ý:
Để thay đổi phương thức truyền thông của Port 0 trở lại PPI để truyền thông với
STEP 7 – Micro/Win, cần phải sử dụng lệnh USS_INIT khác để ấn định lại
phương thức cho Port 0.
Cũng có thể định lại phương thức bằng cách chuyển S7- 200 sang chế độ STOP,
việc này sẽ Reset các tham số của Port 0.
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
6


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

2.3Lệnh USS_INIT:
Cấu trúc lệnh
Lệnh USS_INIT được sử dụng để cho phép thiết lập hoặc không cho phép truyền
thông với các MM. Trước khi bất kỳ một lệnh USS nào khác được sử dụng, lệnh
USS_INIT phải được thực hiện trước mà không được xảy ra lỗi nào. Khi lệnh thực
hiện xong và bit Done được set lên ngay lập tức trước khi thực hiện lệnh kế tiếp.

Lệnh này được thực hiện ở mỗi vòng quét khi đầu vào EN được tác động.
Thực hiện lệnh USS_INIT chỉ một lần cho mỗi sự thay đổi trạng thái truyền thông.
Sử dụng lệnh chuyển đổi dương tạo một xung ở đầu vào EN. Khi thay đổi giá trị
ban đầu các tham số sẽ thực hiện một lệnh USS_INIT mới.
Giá trị cho đầu vào Mode lựa chọn giao thức truyền thông. Đầu vào có giá trị 010
sẽ ấn định Port 0 dùng cho giao thức USS và chỉ cho phép làm việc theo giao thức
này. Nếu đầu vào có giá trị 000 sẽ ấn định Port 0 dùng cho giao thức PPI và không
cho phép làm việc theo giao thức USS.
Tốc độ truyền được đặt ở các giá trị: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600
và 115200(baud).
Đầu vào Active dùng để xác định địa chỉ của Drive. Chỉ hỗ trợ số địa chỉ Drive, từ
0 đến 30.
Khi lệnh USS_INIT kết thúc, đầu ra Done được set lên. Đầu ra Error (kiểu byte)
chứa kết quả thực hiện lệnh.

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
7


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

2.4 Lệnh USS_CTRL
Cấu trúc lệnh
Lệnh USS_CTRL được sữ dụng để điều khiển hoạt động của biến tần. Lệnh
này được đưa vào bộ đếm truyền thông, từ đây, lệnh được gửi tới địa chỉ của
biến tần, nếu địa chỉ đã được xác định ở tham số Active trong lệnh
USS_INIT. Chỉ một lệnh USS_CTRL được ấn định cho một Drive.
- Bit EN phải được set lên mới cho phép lệnh USS_CTRL thực hiện. Lệnh
này luôn ở mức cao (mức cho phép).
- RUN (RUN/STOP) cho thấy Drive là on hoặc off. Khi bít RUN ở mức cao,

MM nhận lệnh khởi động ở tốc độ danh định và theo chiều đã chọn trước. Để
Drive làm việc, các điều kiện phải theo đúng như sau:
+ Địa chỉ Drive phải được lựa chọn từ đầu vào Act ive trong lệnh USS_INIT.
+ Đầu vào OFF2 và OFF3 phải được set ở 0.
+ Các đầu ra Fault và Inhibit phải là 0
- Khi đầu vào RUN là OFF, một lệnh được chuyển đến MM để điều khiển
giảm tốc độ động cơ xuống cho đến khi động cơ dừng
- Đầu vào OFF2 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ
chậm.
- Đầu vào OFF3 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ
nhanh.
- Bit Resp_R báo nhận phản hồi từ Drive. Tất cả các hoạt động của MM được
thăm dò thông tin trạng thái. Tại mỗi thời điểm, S7-200 nhận một phản hồi từ
Drive, bit Resp_R được set lên và tất cả giá trị tiếp theo được cập nhật.
- Bit F_ACK (Fault Acknowledge) được sử dụng để nhận biết lỗi từ Drive.
Các lỗi của Drive được xóa khi F_ACK chuyển từ 0 lên 1.
- Bit Dir (Direction) xác định hướng quay mà MM sẽ điều khiển ( đảo chiều).
- Đầu vào Drive (Drive address) là địa chỉ của MM mà lệnh USS_CTRL
điềukhiển tới. Địa chỉ hợp lệ: 0 đến 31.
- Đầu vào Type (Drive type) dùng để lựa chọn kiểu MM. Đối với thế hệ MM3
(hoặc sớm hơn) đầu vào Type được đặt 0; còn đối với MM4 giá trị đặt là 1.
- Speed_SP (speed setpoint): là tốc độ cần đặt theo tỉ lệ phần trăm. Các giá trị
âm sẽ làm động cơ quay theo chiều ngược lại.
Phạm vi đặt: -200% ÷ 200%
- Error: là một byte lỗi chứa kết quả mới nhất của yêu cầu truyền thông đến
Drive
- Status: là một word thể hiện giá trị phản hồi từ biến tần.
- Speed: là tốc độ động cơ theo tỉ lệ phần trăm. Phạm vi: -200% ÷ 200%.
- D-Dir: Cho biết hướng quay.
- Inhibit: Cho biết trạng thái của the inhibit bit on the drive (0-not inhibit, 1GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN

8


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

inhibit). Để xóa bít inhibit này, bit Fault phải trở về off, và các đầu vào Run,
Off 2, Off 3 cũng phải trở về off.
- Fault: Cho biết tình trạng của bit lỗi (0-không có lỗi, 1-lỗi). Drive sẽ hiện thị
mã lỗi. Để xóa bít Fault, cần phải chữa lỗi xẩy ra lỗi và set bit F_ACK.
II. BIẾN TẦN M430.
2.1Tổng quan về M430.
M430 là loại biến tần độc lập(biến tần gián tiếp), thay đổi điện áp hay tốc độ
động cơ bằng cách thay đổi dòng điện xoay chiều cung cấp thành dòng điện 1
chiều trung gian sử dụng cầu chỉnh lưu. Sau đó điện áp 1 chiều lại được nghịch lưu
thành điện áp xoay chiều cung cấp cho động cơ với giá trị tần số thay đổi. Nguồn
cấp cho biến tần có thể sử dụng nguồn xoay chiều 1 pha(cho công suất thấp) hay
nguồn xoay chiều 3 pha.
Điện áp một chiều được chuyển thành điện áp xoay chiều sử dụng phương pháp
điều chế độ rộng xung.Dạng sóng mong muốn được tạo lên bởi sự đóng cắt ở đầu
ra transistor.M420 sử dụng các IGBTs ở mạch nghịch lưu, điện áp mong muốn
được tạo ra bằng cách thay đổi tần số đóng cắt của các IGBTs. Điện áp đầu ra là sự
tổng hợp hàng loạt các xung vuông với caci giá trị khác nhau ở đầu ra của các van
IGBTs.
Trong thực tế biến tần thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ hay điều khiển
trơn theo tần số.
Các bộ biến tần sử dụng trong thực tế rất đa dạng, tùy thuộc vào mục đích sử dụng,
tính chất truyền động.Chúng được sản xuất ở nhiều hãng ở nhiều nước khác nhau.
Trong phạm vi đề tài chỉ giới thiệu họ biến tần được sử dụng là Micro Master 420.
M430 là bộ biến đổi tần số dùng điều khiển tốc độ động cơ ba pha. Có nhiều loại
khác nhau từ 0.37kw đến 11kw. Biến tần MM430 với thông số mặc địnhcủa nhà

sản xuất có thể phù hợp với một số ứng dụng điều khiển đọng cơ đơn giản.
2.1 Ưu điểm của M430.
- Thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt.
- Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROBIBUS,DeviseNet,CANopen.
- Điều khiển FCC (Flux Current Control) cho chất lượng truyền động cao ngay cả
khi thay đổi tải.
- Các đầu vào ra linh hoạt.
- Các phương thức cài đặt khác nhau, có thể dùng bảng điều khiển hoặc phần mềm
miễn phí.
- Thời gian tăng, giảm tốc có thể đăt từ 0-650s.
- 4 dải tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên máy hoạc động cơ.
- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay.
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
9


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

- Tích hợp bảo vệ nhiệt cho đọng cơ dùng PTC/KTY.

Hình 2.0: Biến tần M430
2.2 Các thông số kĩ thuật
Điện áp vào và Công
suất

380V đến 480V 3 AC ± 10%

Tần số nguồn vào

47 đến 63Hz

Tần số nguồn ra

0 đến 650Hz7.5kw đến 90kw
0 đến 270Hz

Hệ số công suất

Lớn hơn hoặc bằng 0,95

Hiệu suất chuyển đổi

96 đến 97%
97 đến 98

Khả năng quá tải

75KW đến 250kW

110kw đến 250kw

7.5kw đến 90kw
110kw đến 250kw

Quá dòng 1,5x dòng định mức trong 60 giây ở mỗi chu kì

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
10

ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

thời gian 300 giây
Dòng điện vào khởi Thấp hơn dòng điện vào định mức
động
Phương pháp điều khiển

Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều
khiển dòng từ thông FCC

Tần số điều chế xung

7.5 kW to 90 kW
4 kHz (standard)
2 kHz to 16 kHz (in 2 kHz steps)
10 kW to 250 kW
2 kHz (standard)
2 kHz to 4 kHz (in 2 kHz steps)

(PWM)

Tần số cố định

15, tuỳ đặt

Dải tần số nhảy

4, tuỳ đặt

Độ phân giải điểm đặt

10 bit analog
0,01Hz số
0,01Hz nối tiếp (mạng)
6 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể chuyển đổi
PNP /NPN

Các đầu vào số
Các đầu vào tương tự

Có hai đầu vào tương tự
• OV đến 10V, 4mA đến 20mA và -10V đến 10V
(AIN1)
• OV đến 10V, 4mA đến 20mA (AIN2)
• được sử dụng cả hai như là 7th hoặc 8th như là tín
hiệu vào số

Các đầu ra rơ le

3, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở), 250VAC/2A
(tải cảm)

Các đầu ra tương tự

2, tuỳ chọn chức năng; 0/4mA – 20mA

Cổng giao tiếp nối tiếp

RS-485 hoặc RS232(không bắt buộc), vận hành với
USS protocol

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
11


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Độ dài cáp động cơ

- Không có kháng ra :
Max. 50m (bọc kim)
Max. 100m (không bọc kim)
- Có kháng ra :
max. 100m (bọc kim)
max. 150m (không bọc kim)

Tính tương thích điện từ Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 61 800-3
(giới hạn theo chuẩn EN 55 011, Class B)
Hãm

Hãm DC, hãm tổ hợp

Cấp bảo vệ

IP 20

Dải nhiệt độ làm việc
Nhiệt độ bảo quản

-10oC đến +40oC

0 oC đến 40 oC
-40oC đến +70oC

Độ ẩm

95% không đọng nước

Độ cao lắp đặt

1000m trên mực nước biển
7.5kw đến 90kw
2000m trên mực nước biển
110kw 250kw
Thấp áp, quá áp, quá tải, chạm đất, ngắn mạch, chống
kẹt, I2t quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khoá tham
số PIN

Các chức năng bảo vệ

7.5kw đến 90kw
110kw đến 250kw

Phù hợp theo các tiêu Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC, loại
chuẩn CE mark
có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC
Kích thước và tuỳ chọn
(không có tuỳ chọn)

Cỡ vỏ (FS)
C

D
E
FX
GX

Cao x Rộng x Sâu kg
245 x 185 x 195 5,7
520 x 275 x 245
17
650 x 275 x 245
22
1400x 326 x356
116
1533 x 326 x 545
176

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
12


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

2.3 Cách đầu nối mạch lực
Có thể tiếp cận với các đầu nối nguồn điện vào và các đầu nối của động cơ bằng
cách tháo các phần vỏ máy phía trước.

Hình 2.1: Cách đấu nối mạch lực biến tần M430
2.4 Cách đầu dây điều khiển
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
13

ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Hình 2.2 Các đầu dây điều khiển chức năng
1 - Đầu nguồn ra +10V
2 - Đầu nguồn ra 0V
3 ADC+ Đầu vào tương tự (+)
4 ADC- Đầu vào tương tự (-)
5 DIN1 Đầu vào số số 1
6 DIN2 Đầu vào số số 2
7 DIN3 Đầu vào số số 3
8 - Đầu ra cách ly +24V/max. 100 mA
9 - Đầu ra cách ly 0V/max. 100 mA
10 RL1-B Đầu ra số / tiếp điểm NO
11 RL1-C Đầu ra số / chân chung
12 DAC+ Đầu ra tương tự (+)
13 DAC- Đầu ra tương tự (-)
14 P+ Cổng RS485
15 N- Cổng RS485

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
14


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đấu nối biến tần M430

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
15


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

3 .Cài đặt mặc định
Bộ biến tần MCROMASTER 430 được cài đặt mặc định khi xuất xưởng sao cho
có thể vận hànhđược mà không cần cài đặt thêm bất kỳ thông số nào nữa.Để đạt
được điều này, các thông sốcủa động cơ được kết nối với biến tần phải có thông số
định mức phù hợp với hông số cài đặtmặc định (P0304, P0305, P0307, P0310)
tương ứng với động cơ 1LA7 4 cực của Siemens (hãyxem các thông số định mức
ghi trên nhãn).
Các thông số mặc định khác:

Hình 2.4: Các thông số mặc định của M430
- Các nguồn lệnh P0700 = 2
- Nguồn điểm đặt P1000 = 2
- Chế độ làm mát động cơ P0335 = 0
- Giới hạn dòng điện P0640 = 150%
-Tần số nhỏ nhấtP1080 = 0 Hz
- Tần số lớn nhất P1082 = 50 Hz
- Thời gian tăng tốc P1120 = 10 s
- Thời gian giảm tốc P1121 = 10 s
- Chế độ điều khiển P1300 = 0

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
16

ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

CHƯƠNG II :
XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN
1.
PHƯƠNG ÁN
• Điều khiển bộ biến tần từ xa qua đường dữ liệu USS dung PLC 226 và
toolbox USS protocol trong STEP7 MicroWin 32.
• Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách xuất ra các giá trị tần số tương ứng vào
bộ biến tần dùng giao thức USS.Dùng một nút Input trong PLC làm nút nhấn
dùng để đảo chiều động cơ
• Trong bài toán này chúng em điều khiển 4 động cơ; mỗi động cơ có thể chạy
hai cấp tốc độ ( 50%; 100% ),giá trị tần số đặt trong P094(dùng lệnh
USS_CTRL)
• Dùng các ngõ vào PLC để điều khiển RUN/STOP, DIR(đảo chiều),
OFF( Off2 và Off3), (dùng lệnh USS_CTRL)
• Thiết bị cần thiết:
1. Động cơ không đồng bộ 3 pha 1,5KW
2. Biến tần Micomaster M430
3. PLC S7-226 và các moul Input/Output của simulator

1.1 Kết nối biến tần với PLC

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
17


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Hình 2.0:kết nối PLC với 4 biến tần MM430 qua giao thức USS

Bước 1: cài đặt biến tần
Trước khi kết nối đến S7-200, cần phải chắc chắn rằng có đủ các thông số của biến
tần. Sử dụng các keypad có sẵn trên biến tần để cài đặt như sau:
- Reset để cài đặt lại cho hệ thống (tuỳ chọn):
P0010 = 30
P0970 = 1
Nếu bỏ qua bước này, các thông số tiếp theo sẽ được set theo các giá trị:
USS PZD length: P2012 Index0 = 2
USS PKW length: P2013 Index0 = 127
- Cho phép truy nhập đọc/ghi các thông số:
P0003 = 3
- Kiểm tra cài dặt thông số động cơ cho biến tần:
P0304 = điện áp động cơ (V)
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
18


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

P0305 = dòng điện động cơ (A)
P0307 = công suất động cơ (W)
P0310 = tần số động cơ (Hz)
P0311 = tốc độ động cơ (RPM)
Các thông số cài đặt này có thể thay đổi tuỳ thuộc vào loại động cơ được sử dụng.
Trước khi cài đặt các thông số P0304, P0305, P0307, P0310, P0311, cần thiết phải
set thông số P0010 lên 1 trước. Sau khi kết thúc việc cài đặt, đặt thông số P0010 về
0.Các thông số P0304, P0305, P0307, P0310, P0311 chỉ có thể thay đổi trong chế
độ quick commissioning.
- Định chế độ điều khiển từ xa hay tại chỗ (Local / Remove):
P0700 Index0 = 5

- Đặt lựa chọn tần số setpoint cho USS ở cổng COM
P1000 Index0 = 5
- Định thời gian tăng tốc (tuỳ chọn), là thời gian để động cơ tăng tốc đến tốc độ
max:
P1120 = 0 ¸ 650,00 (s).
- Định thời gian giảm tốc (tuỳ chọn), là thời gian để động cơ giảm dần tốc độ cho
đến khi dừng:
P1121 = 0 ¸ 650,00 (s).
- Đặt tần số tham chiếu:
P2000 = 1 đến 650 Hz
- Tiêu chuẩn hoá USS:
P2009 Index0 = 0
- Đặt giá trị tốc độ baud cho chuẩn RS-485:
P2010 Index0 = 4 (2400 baud)
P2010 Index0 = 5 (4800 baud)
P2010 Index0 = 6 (9600 baud)
P2010 Index0 = 7 (19200 baud)
P2010 Index0 = 8 (38400 baud)
P2010 Index0 = 9 (57600 baud)
P2010 Index0 = 10 (115200 baud)
- Nhập địa chỉ biến tần:
P2011 Index0 = 0 đến 31
- Đặt thời gian trống giữa hai bức điện, đây là khoảng thời gian cho phép giữa hai
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
19


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

lần truy nhập dữ liệu bức điện. Nó được sử dụng để cắt biến tần trong khoảng thời

gian xảy ra lỗi truyền thông.Thời gian này tính từ lúc sau khi một dữ liệu hợp lệ
của bức điện được nhận.Nếu có một dữ liệu không được nhận, biến tần sẽ ngắt và
hiển thị mã lỗi F0070.Đặt giá trị 0 để ngừng điều khiển.
P2014 Index0 = 0 đến 65,535 ms
- Chuyển dữ liệu từ RAM đến EEPROM:
P0971 = 1 (bắt đầu chuyển).
Lưu cài đặt sự thay đổi các thông số vào EEPROM.
Bước 2: :Lập trình PLC sử dụng thư viện lệnh USS
Ta sử dụng các lệnh USS_INIT, USS_CTRL, USS_R và USS_W
+ Lệnh USS_INIT
Khởi tạo chế độ truyền thông USS
- Chân Mode cho phép hoặc không cho phép chế độ USS
Mode = 0 - Không cho phép USS
Mode = 1- Cho phép khởi tạo USS
Có thể dùng chức năng này để thiết lập chế độ USS cho Port 0 (với PLC có 1 cổng)
lúc làm việc với USS. lúc làm việc với freeport bằng chương trình.
- Chân Baud: chọn tốc độ truyền trong mạng: (9600)
- Chân Active: 16#1
- Chân Done: báo Chế độ USS được khởi tạo
- Chân error: lưu trạng thái lỗi
- Chân Active:số địa chỉ biến tần được kích hoạt sử dụng
+ Lệnh USS_CTRL
Chỉ một lệnh USS _CTRL được ấn định cho mỗi Drive.
- Bit EN phải được set lên mới cho phép lệnh USS_CTRL thực hiện. Lệnh này
luôn ở mức cao (mức cho phép).
- RUN (RUN/STOP) cho thấy drive là on hoặc off. Khi bit RUN ở mức cao, MM
nhận lệnh khởi động ở tốc độ danh định và theo chiều đã chọn trước. Ðể Drive làm
việc, các điều kiện phải theo đúng như sau:
+ Ðịa chỉ Drive phải được lựa chọn từ đầu vào Active trong lệnh USS_INIT.
+ Ðầu vào OFF2 và OFF3 phải được set ở 0.

+ Các đầu ra Fault và Inhibit phải là 0.
- Khi đầu vào RUN là OFF , một lệnh được chuyển đến MM để điều khiển giảm
tốc độ động cơ xuống cho đến khi động cơ dừng.
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
20


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

- Ðầu vào OFF2 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ chậm.
- Ðầu vào OFF3 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ
nhanh.
- Bit Resp_R báo nhận phản hồi từ Drive. Tất cả các hoạt động của MM được thăm
dò thông tin trạng thái. Tại mỗi thời điểm, S7-200 nhận một phản hồi từ Drive, bit
Resp_R được set lên và tất cả các giá trị tiếp theo được cập nhật.
- Bit F_ACK (Fault Acknowledge) được sử dụng để nhận biết lỗi từ Drive. Các lỗi
của Drive được xoá khi F_ACK chuyển từ 0 lên 1.
- Bit Dir (Direction) xác định hướng quay mà MM sẽ điều khiển.
- Ðầu vào Drive (Drive address) là địa chỉ của MM mà lệnh USS_ CTRL điều
khiển tới. Ðịa chỉ hợp lệ: 0 đến 31.
- Ðầu vào Type (Drive type) dùng để lựa chọn kiểu MM. Ðối với thế hệ MM3
(hoặc sớm hơn) đầu vào Type được đặt 0; còn đối với MM4 giá trị đặt là 1.
- Speed-SP (speed setpoint): là tốc độ cần đặt theo tỉ lệ phần trăm. Các giá trịâm sẽ
làm động cơ quay theo chiều ngược lại.
Phạm vi đặt: -200% ÷ 200%.
- Error: là một byte lỗi chứa kết quả mới nhất của yêu cầu truyền thông đến Drive.
- Status: là một word thể hiện giá trị phản hồi từ biến tần.
- Speed là tốc độ động cơ theo tỉ lệ phần trăm. Phạm vi: -200% đến 200%.
- D-Dir: cho biết hướng quay.
- Inhibit: cho biết tình trạng của the inhibit bit on the drive (0 - not inhibit, 1inhibit ). Ðể xoá bit inhibit này, bit Fault phải trở về off, và các đầu vào RUN,

OFF2,OFF3 cũng phải trở về off.
- Fault: cho biết tình trạng của bit lỗi ( 0 - không có lỗi, 1- lỗi ). Drive sẽ hiển thị
mã lỗi. Ðể xoá bit Fault, cần phải chữa lỗi xảy ra lỗi và set bit F_ACK.
Bước 3 Kết nối biến tần với plc
Để kết nối với biến tần thế hệ 4, ta sử dụng cáp RS-485 (nối trực tiếp S7-200 với
biến tần).Ngoài ra, còn có thể dùng cáp chuẩn PROFIBUS và các đầu nối để kết
nối.
Chú ý:
Các thiết bị kết nối với điện thế khác nhau có thể sẽ là nguyên nhân dẫn tới việc
phát sinh dòng điện không mong muốn chạy trong cáp kết nối. Dòng điện này là
nguyên nhân dẫn tới các lỗi truyền thông hoặc làm hỏng thiết bị.Vì vậy cần phải
chắc chắn rằng tất cả các thiết bị được kết nối vào một cáp truyền thông đều có
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
21


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

cùng dòng điện định mức hoặc được cách ly để ngăn ngừa dòng điện phát sinh
không mong muốn.
Nếu S7-200 là điểm nút cuối trong mạng, hoặc nếu kết nối là điểm - điểm (point to - point), cần phải sử dụng đầu A1 và B1 (không phải A2 và B2) của đầu cắm.
Kết nối dây: chân 3 của PLC kết nối với chân 14 của biến tần, chan 8 của PLC kết
nối với chân 15 của biến tần
Bước 4 kết hợp với phần mềm Wincc trên máy tính để lập hệ giám sát và điều
khiển 4 biến tần

II .CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN
1 .Động cơ xoay chiều ba pha
Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây của ba
pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay.

Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm
cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài
và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
Phân loại
Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau.
Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha, và nếu theo
tốc độ có động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
22


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Hình 2.1 động cơ xoay chiều 3 pha
Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam
châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Cách bố trí các cuộn dây tương tự như
trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện người ta đưa dòng điện từ
ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3.
Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm cho
rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và
được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
23


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

CHƯƠNG III:
XÂY DỰNG HỆ THÔNG DIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
I.THIẾT KẾ
1.sơ đồ nguyên lý
PLC S7200

USS

4 BIẾN TẦN

ĐÔÔ NG CƠ

WINCC

2.Chương trình trên PLC S7200

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
24


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
25