Đồ Án PLC: ĐO VÀ ĐiỀU KHIỂN CẢNH BÁO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC
MỤC LỤC

Lời Nói Đầu..........................................................................................................
Chương I: Cơ Sở Lý Thuyết...............................................................................
I. Mục Đích........................................................................................................
II. Tìm Hiểu Về PLC........................................................................................
1. Khái Quát Về PLC....................................................................................
2. Các Modul, đối tượng mở rộng..............................................................
3. Giới Thiệu chung về Analog EM235......................................................
Chương II: Thiết Kế Hệ Thống........................................................................
I. Lựa Chọn Thiết Bị......................................................................................
1. Đặc Điểm Chính Biến Tần SIEMENS MM440.....................................
2.Nguyên lý hoat động của biến tần MM44...............................................
3. Bảng Điều Chỉnh.......................................................................................
4. Tìm Hiểu Vè CPU 224..............................................................................
5. Cảm Biến Vận Tốc ( ENCODER)...........................................................
6. Bộ Đếm Tốc Độ Cao.................................................................................
II. Tìm Hiểu Về Phần Mềm WinCC...............................................................
1.Giới Thiệu HMI.........................................................................................
2. Tìm Hiểu Phần Mềm WinCC..................................................................
III. Xây Dựng Sơ Đồ Khối, Sơ Đồ Đấu Dây,..................................................
1.Sơ Đồ Khối.................................................................................................
2 Sơ Đồ Đấu Dây...........................................................................................
3. Thuật Toán Và Chương Trình................................................................
Chương III: Kết Quả Đề Tài............................................................................
1.Kết Quả Nghiên Cứu Lý Thuyết..............................................................
2.Kết Quả Thực Nghiệm..............................................................................
Tài Liệu Tham Khảo.........................................................................................

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 1


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

Lời Nói Đầu
Đất nước ta trên con đường tiến lên một đất nước công nghiệp hóa hiện đại
hóa .Để đạt được mục tiêu đó thì ngành công nghiệp máy tính là một ngành
then chốt để tiến lên công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Ngày nay trong các nhà máy xí nghiệp hay công xưởng, đều sử dụng máy tính
vào việc đo lường điều khiển tính toán, quán lý hành chính, nhờ có đặc điểm
gọn nhẹ độ tin cậy cao. Linh hoạt và đơn giản trong sử dụng đặc biệt là nền
công nghiệp hiện đại máy tính điện tử không những góp phần vào việc nâng
cao năng suất lao động, và công góp phần vao việc sức khỏe của con người.
Để hoàn thành công việc trên chúng ta phải kết nối máy tính với nhau. Và các
thiết bị ngoại vi khác nhập dữ liệu sử lý dữ liệu cho các thiết bị khác, để thực
hiện được trước tiên ta phải kết nối phần cứng cho phù hợp và viết chương
trình truyền dữ liệu.
Trước yêu cầu thực tế nhóm sinh viên chúng em được nhận đề tài” ĐO VÀ
ĐiỀU KHIỂN CẢNH BÁO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ” sau khi nhận được đề tài
nhóm chúng em tập chung và tìm hiểu cùng với sự hướng dẫn của cô , chúng
em hoàn thành đồ án .

Hà Nội , ngày 21 tháng 2 năm 2014

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 2


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I.

Mục đích:

Hiện nay các nghành công nghiệp đã và đang ứng dụng tự động hóa vào
các quá trình sản xuất nhằm tạo ra năng suất cao, hạ giá thành sảm phẩm,
giảm sức lao động của con người. Việc ứng dụng plc vào điều khiển quá
trình công nghệ đã làm cho công việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở lên đơn
giản và đem lại hiệu quả cao. PLC có khả năng lập trình được các quá
trình phức tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng. Ứng dụng của plc biến tần
động cơ được sử dụng trong nhiều, nó giúp cho việc điều khiển động cơ
phù hợp với yêu cầu sử dụng, tiết kiệm dược năng lượng. Trong đề tài này
đề cập đến việc ứng dụng plc đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ
với giải đo: [0-1500]v/p.

Trong đó: Trong đó:
- Các nút ấn START, STOP: để khởi động và dừng hệ thống.
- Đèn RUN: Báo hệ thống làm việc.
- Đèn SLA: cảnh báo tôc độ thấp.
- Đèn SHA: cảnh báo tốc độ cao

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 3


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

II. TÌM HIỂU VỀ PLC
1. KHÁI QUÁT VỀ PLC
Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhu cầu về một bộ điều khiển
dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển các hệ
thống điều khiển lập trình – một hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều
khiển máy móc hay các qúa trình hoạt động. Trong hoàn cảnh đó, bộ điều
khiển lập trình được thiết kế nhằm thay thế phương pháp truyền thống dùng
rơle và thiết bị rời cồng kềnh, và bộ điều khiển đã tạo ra một khả năng điều
khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ
bản. Ngoài ra PLC còn có thể thực hiện những tác vụ khác như: định thời,
đếm,…làm tăng khả năng điều khiển cho những hoat động phức tạp, cả với
loại PLC nhỏ nhất…
Cách hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được
đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và
kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch
giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp
đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển
đổi tín hiệu ở ngõ vào mà không cần có mạch giao tiếp hay rơle trung gian.
Tuy nhiên cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển
các thiết bị có công suất lớn.

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà
không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối cứng, chỉ có sự thay đổi về
chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên
dùng.
Hơn nữa chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động
nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải
thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.Về phần cứng PLC tương

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 4


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

tự như máy tính truyền thống, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục
đích điều khiển trong công nghiêp.
- Có khả năng khử nhiễu tốt.
- Kết cấu chắc chắn do đó nâng cao độ tin cậy đồng thời kết cấu nhỏ gọn giảm
bớt không gian yêu cầu.
- Dựa vào nền vi xử lí giúp nâng cao khả năng giao tiếp, khả năng đa nhiệm.
- Cấu trúc dạng môđun cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng bằng việc
nối thêm môđun mở rộng vào ra và có thêm các môđun chức năng chuyên
dùng. Các trạm vào ra từ xa giúp tiết kiệm dây và ống dẫn.
- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn
hóa.
- Hiển thị chuẩn đoán làm cho việc chuẩn đoán dễ dàng hơn, giảm thời gian
khắc phục sự cố.

- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và dễ sử dụng (ladder, instruction và
functionchart).
- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.
Cấu trúc của PLC có dạng module và linh hoạt cho phép các yếu tố phần
mềm , phần cứng mở rộng khi các yêu cầu ứng dụng thay đổi.Khi mà ứng
dụng vượt quá giới hạn của phần cứng PLC thì bộ PLC cũ có thể thay thế đơn
giản với PLC mới có bộ nhớ và dung lượng vào ra lớn hơn trong khi phần
cứng cũ có thể tái sử dụng cho các ứng dụng nhỏ hơn. Một hệ thống PLC
mang lại nhiều lợi ích với giải pháp điều khiển từ độ tin cậy đến khả năng lặp
lại chương trình.
Liệt kê một số lợi ích mà PLC mang lại :
-

Nhờ kết cấu chắc chắn nên độ tin cậy được nâng cao.
- Bộ nhớ lập trình được do đó thay đổi đơn giản cũng như điều khiển

linh hoạt.
Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 5


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

- Kích thước nhỏ gọn nên không gian yêu cầu giảm bớt.
- Dựa vào nền vi xử lí giúp nâng cao khả năng giao tiếp, khả năng đa
nhiệm.
- Bộ đếm và bộ định thời bằng phần mềm giúp giảm bớt phần cứng, thay

đổi giá trị đặt trước dễ dàng.
- Role điều khiển bằng phần mềm làm cho giá thành dây dẫn, phần cứng
giảm, đồng thời giảm yêu cầu không gian.
- Tổ chức theo kiểu module cho phép cài đặt linh hoạt, dễ dàng,giảm giá
trị phần cứng và có khả năng mở rộng.
- Hạn chế được các tùy biến điều khiển, có khả năng điều khiển được
nhiều thiết bị hơn nhờ giao diện vào, ra đa dạng.
- Các trạm vào ra từ xa giúp tiết kiệm được dây và ống dẫn .
- Hiển thị chuẩn đoán làm cho khả năng chuẩn đoán lỗi dễ dàng hơn do
vậy giảm thời gian khắc phục sự cố.
- Giao diện vào ra module làm cho panel điều khiển gọn gàng, dễ đi dây,
dễ bảo dưỡng.
- Ngắt vào/ra nhanh chóng mà không làm xáo trộn đến dây dẫn.
- Các biến hệ thống được lưu trong bộ nhớ dữ liệu thuận lợi cho việc
quản lí, tạo báo cáo.

Các bộ PLC thường gặp:
Sau đây là một số các bộ PLC thường gặp sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp:
-

Bộ PLC ALLEN-BRADLEY SLC500 của hãng AMATROL Mỹ.
- Họ các bộ PLC Simatic S5, Simatic S7 của hãng Siemens, cộng hoà

liên bang Đức.
- Các họ PLC Series 90 TM của hãng Fanme, Nhật Bản.
- Các họ PLC CQM1, CPM1, CPM1A và SRM1 của hãng OMRON,
Nhật Bản.
Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 6


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

• Chức năng của các bộ PLC:
Các bộ PLC cung cấp hệ điều khiển thích hợp cho các máy móc và các ứng
dụng trong công nghiệp, chỉ với một máy tính để lập trình cho PLC, thay vì
phải sử dụng các thiết bị phần cứng cồng kềnh như: các cuộn Rơle và các
công tắc điện. Các bộ PLC có thể điều khiển thích hợp với bất kỳ loại máy
móc hay hệ thống công nghiệp nào như là:
-

Các Robot.

-

Điều khiển môi trường trong các công trình xây dựng.

-

Các dây chuyền lắp ráp.

-

Các hệ thống an toàn.

- Các dây truyền tự động.

Về cơ bản, chức năng của bộ điều khiển Lôgic khả lập trình cũng giống
như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các Rơle hoặc các thành
phần điện tử khác nhưng ở PLC mang tính nhỏ gọn và linh hoạt hơn trong
việc thay đổi các ứng dụng điều khiển mà không phải thay đổi phần cứng điều
khiển:
(1)

Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi (từ các cảm biến, các

công tắc hành trình).
(2)

Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chương

trình.
(3)

Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các

thông tin thu được từ các đầu vào.
(4)

Đưa các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp ở đầu ra.

Các bộ phận cơ bản của PLC:

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 7

GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

Hình 2. Các bộ phận cơ bản của PLC

Hình 3. Sơ đồ khối của PLC

Mỗi môđun được cắm lên đáy hộp nhờ các giắc cắm và qua các giắc cắm nối
với luồng liên lạc nội bộ. Luồng này cũng có thể đưa tín hiệu ra ngoài. Có hai
cách nối nối với ngoài:

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 8


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

-

Nối trực tiếp bằng dây dẫn.

-

Qua các mối liên lạc nối tiếp hoặc song song có giắc cắm.

Số lượng môđun vào ra có thể thay đổi nhiều hay ít tuỳ theo nhu cầu điều
khiển nhưng không thể vượt quá khả năng của bộ nhớ. Nếu cần có thể tăng
thêm bộ nhớ phụ.
Luång liªn l¹c néi bé

M«®un
Nguån

Trung t©m
Xö lý

M«®un
vµo

M«®un
ra

vµo

ra

M«®un
phèi
ghÐp

Bé
nhí

Nguån

Hình 4. Sơ đồ về sự liên lạc giữa các module.

Sự hoạt động của PLC theo vòng quét:
Hoạt động của một bộ PLC có thể được mô tả tóm tắt như sau: PLC tiến
hành hoạt động bằng cách kiểm tra trạng thái các đầu vào của nó và so sánh
chúng với logic chương trình. Các đầu ra sau đó được kích hoạt on hay off tuỳ
thuộc vào logic các dòng lệnh trong chương trình của PLC. PLC không quan
tâm đến việc thiết bị nào được nối với các môđun vào ra của nó mà chỉ kiểm
tra xem trạng thái của các đầu vào là on hay off và thực hiện kích hoạt các
đầu ra theo chương trình của nó. Điều này làm cho PLC trở thành một bộ điều
khiển lí tưởng cho mọi thiết bị công nghiệp.
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là
một vòng quét (scan) (Hình 5). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn
chuyền dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn
thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ
Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 9


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực
hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các
cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và
kiểm tra lỗi.
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên
các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ

không thông qua bộ đệm.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng
quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng
quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng
quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong
chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông... trong
vòng quét đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán
và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng
bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính
thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét
càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
TruyÒn th«ng vµ
kiÓm tra néi bé

ChuyÒn d liÖu tõ
cæng vµo tíi I
Vßng
QuÐt

PLC thực

ChuyÒn d÷ liÖu
tõ Q tíi cæng ra

Thùc hiÖn
Ch¬ng tr×nh

hiện vòng quét.

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như khối

OB40, OB80..., chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng
quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình
này có thể thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 10


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo
ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ,
PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chương
trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó. Với hình thức xử lí tín hiệu ngắt như
vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện
trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều
khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lí ngắt quá dài hoặc quá lạm
dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng
trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong
giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi
gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay
cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp tới cổng vào/ra.
• Các loại ngôn ngữ lập trình cho PLC:
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ
các ứng dụng khác nhau. Có 3 ngôn ngữ lập trình chính đó là:
-

Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là

dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được
ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một
hàng và đều có cấu trúc chung “tên lệnh + toán hạng” .
-

Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là dạng

ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển
logic.
-

Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).

Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch
điều khiển số.

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 11


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú
Ladder Diagram LAD
I:1 I:1
0

2

I:2

I:2

0

Đồ Án Học Phần PLC
Statement List STL

O:3
0

A
A
O
A
A
=

Function Block Diagram
FBD

I 0.0
I 0.1

I 0.0

I 0.2
I 0.3

Q 4.1

I 0.2

2

I 0.1

I 0.3

&
&

1 Q 4.1

Hình 7: Ba kiểu ngôn ngữ lập trình cho PLC

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng
STL, nhưng ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong
LAD hay FBD. Rất nhiều phần mềm lập trình cho PLC cho phép người lập
trình chuyển từ chương trình viết theo dạng LAD hoặc FBD sang chương
trình dạng STL.

2. CÁC MODULE, ĐỐI TƯỢNG MỞ RỘNG
. Giới thiệu chung về modul analog.
Trước hết bạn hãy so sánh việc cộng 2 tín hiệu tương tự (analog) với việc
cộng 2 tín hiệu số (digital). Cộng việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số
phát triển như hiện nay.
Hay ta lấy ví dụ đơn giản ta cần điều khiển nhiệt độ của một lò nung sao cho
đạt được chất lượng nào đó làm thế nào để đạt được nhiệt độ về và xử lý

nhiệt độ đó như thế nào trong bài toán điều khiển
Một trong nhưng công cụ được sử dụng là modul analog như vậy modul
analog là gì ?
Các bạn đã biết được những gì về modul analog ?
Bạn đã từng sử dụng chưa? Nguyên lý hoạt động của modul analog?
khái niêm về modul analog

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 12


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

modul analog là một công cụ để sử lý tín hiệu tượng tự thông qua việc sử
lý các tín hiệu số
analog input: thực chất đó là mộ bộ biến đổi tương tự số (A/D) nó chuyển

tín hiệu tương tự từ đầu vào thành các con số ở đầu ra dùng để kết nối các
thiết bị đo với bộ điều khiển chẳng hạn như đo nhiệt độ .
analog output: cũng là một phần của modul analog thực chất nó là bộ biến
đổi tương tự (D/A) nó chuyển đổi tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương
tự ở đầu ra dùng để điều khiển các thiết bị với giải đo tương tự chẳng hạn
như điều khiển van mở góc 0 đến 100% hay điều khiển tốc độ biến tần 0 –
50hz.
 Nguyên lý hoạt động của các cảm biến là tín hiệu đo chuẩn trong công
nghiệp
Thông thường đầu vào của các modul analog là các tín hiệu điện áp hoặc

dòng điện trong khi đó các tín hiệu tương tự cần sử lý lại thường là các tín
hiệu không điện như nhiệt độ , độ ẩm , áp suất, tốc độ , khối lượng…. vì vậy
người ta phải có thiết bị trung gian để chuyển tín hiệu này về dạng tín hiệu
điện áp hoặc tín hiệu điện thiết bị này được gọi là đầu đo hay cảm biến
Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của modul analog input và tín hiệu
ra của modul analog output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp có 2
loại chuaant phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện
- Điện áp 0-10v, 0-5v, 5v..
- Dòng điện 4-20ma, 0-20ma, 10ma…

3. Giới thiệu chung về analog EM235
EM 235 là một modul tượng tự gồm 4 AI và 1 AO 12 bít có tich hợp
các bộ chuyển đổi A/D D/A ở bên trong
Các thành phần của modul analog EM2

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 13


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

Thông tin sản phẩm
EM235
Model

4 đầu vào × 12 bits
1 đầu ra x 12 bits

Mô tả sản phẩm
Thông số kỹ thuật
Dòng tiêu thụ từ bus
Dòng tiêu thụ từ L

20mA
60mA

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 14


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú
Điện năng tiêu thụ
Số đầu vào tương tự
Số đầu ra tương tự
Dạng đầu vào/ra

Dải điện áp vào

Đồ Án Học Phần PLC

2W
4
1
Vi phân
0 đến 50 mV; 0 đến 100 mV; 0 đến 500 mV; 0 đến 1V
0 đến 5 V; 0 đến 10 V; +/- 25 mV; +/- 50 mV;

+/- 100 mV; +/- 200 mV; +/- 500 mV; +/- 1 V; +/- 2.5 V;

+/-5 V; +/- 10V
Dải dòng vào
0 đến 20 mA
Dải điện áp ra
10V~10V
Dải dòng ra
4~20mA
Số bít chuyển đổi
12 bit với áp, 11 bit với dòng
Dải số chuyển đổi(2 cực)
-32,000 to +32,000
Dải số chuyển đổi(đơn cực) 0 to +32,000
Độ dài cáp(ko chống nhiễu) 300m
≥10M Ω với tín hiệu áp
Trở kháng đầu ra
250 Ω với tín hiệu dòng
Thời gian chuyển đổi
<250µs
Chế độ loại trừ chung
40db,DC to 60Hz
Chế độ điện áp
Tín hiệu áp + điện áp chung≤12V
Áp lớn nhất
30V DC
Dòng lớn nhất
32mA
Kích thước (RxCxD)(mm) 120.5×80×62
Mã số module PLC

... 235-0KD22-0XA0

Các module mở rộng:
- Module đầu vào số: EM 221 có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và
điện áp 24VDC/120-230VAC.
- Module đầu ra số: EM 222 bao gồm 4/8 đầu ra
24VDC/Relay/230VAC.
- Module vào/ra số: EM 223 bao gồm 4/8/16 đầu vào số 24VDC và
4/8/16 đầu ra 24VDC/Relay/230VAC.

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 15


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

- Module đầu vào tương tự: EM 231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu
0-10V, 4-20mA.
- Module đầu ra tương tự: EM 232 có 2 đầu ra.
- Module vào/ra tương tự: EM 235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra.
- Ngoài ra còn có các loại module thích hợp với các ứng dụng khác như
module điều khiển vị trí, module truyền thông,…

Hình 25. Chức năng module EM 235.

Chương II :

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

I. LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Biến tần Siemens MM440

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 16


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

Các sản phẩm biến tần Siemens dòng Micromaster 440 (MM440).
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.

1.ĐẶC ĐIỂM CHÍNH BIẾN TẦN SIEMENS MM440
Micromaster 440 là loại biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu
chuẩn. Khả năng điều khiển vector ổn định tốc độ hay khả năng điều khiển
vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống
Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 17

GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

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 dàng lắp đặt.
- Điều khiển Vector vòng kín (Tốc độ/Moment).
- Có nhiều 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.

Thông số kỹ thuật:
Điện áp vào và Công suất

(200V đến 240V 1 AC ± 10% 0,12 đến 3kW ) ; (200V

đến 240V 3 AC ± 10% 0,12 đến 45kW) ; (80V đến

Tần số điện vào
Tần số điện ra

480V 3 AC ± 10% 0,37 đến 200kW)
47 đến 63Hz
0 đến 650Hz

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 18


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

Hệ số công suất
Hiệu suất chuyển đổi
Khả năng quá tải

0.95
96 đến 97%
Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 giây ở mỗi 300

Dòng điện vào khởi động
Phương pháp điều khiển

giây hay 2 x dòng định mức trong 3 giây ở mỗi 300 giây

Thấp hơn dòng điện vào định mức
Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều

Tần số điều rộng xung

khiển dòng từ thông FCC, Vector, Moment
2kHz đến 16kHz (ở bước 2kHz)

(PWM)
Tần số cố định
Dải tần số nhảy
Độ phân giải điểm đặt

15, tuỳ đặt
4, tuỳ đặt
10 bit analog: 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng) : 0,01Hz

Các đầu vào số

digital
6 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể chuyển đổi

Các đầu vào tương tự
Các đầu ra rơ le

PNP/NPN
2 *0 tới 10V, 0 tới 20mA và —10 tới +10V
3, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở), 250VAC/2A

Các đầu ra tương tự

Cổng giao tiếp nối tiếp
Tính tương thích điện từ

(tải cảm)
2, tuỳ chọn chức năng; 0,25 — 20mA
RS-485, vận hành với USS protocol
Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 55 011,

Hãm
Cấp bảo vệ
Dải nhiệt độ làm việc
Nhiệt độ bảo quản
Độ ẩm
Độ cao lắp đặt
Các chức năng bảo vệ

Class A hay Class B (Tùy chọn)
Hãm DC, hãm tổ hợp
IP 20
CT -10oC đến +50oC : VT -10oC đến +40oC
-40oC đến +70oC
95% không đọng nước
1000m trên mực nước biển
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
Phù hợp theo các tiêu chuẩn Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC, loại có
CE mark
Kích thước và tuỳ chọn

lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC
Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg : A (73 x 173 x 149

(không có tuỳ chọn)

1,3) ; B (49 x 202 x 172 3,4) ; C(185 x 245 x 195 5,7) ;
D (75 x 520 x 245 17) ; E( 275 x 650 x 245 22) ; F
(không lọc 350 x 850 x 320 56) ; F (có lọc 350 x 1150 x

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 19


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

320 75).

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 20


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

2.Nguyên lý hoat động của biến tần MM440
Nguyên lý hoạt động cơ bản của biến tần cũng khá đơn giản . Đầu tiên
nguồn điện xoay chiều 1 pha hoăc 3 pha được điều chỉnh và chỉnh lưu và lọc
thành nguồn điện 1 chiều bằng phẳng công đoạn này được thực hiện bằng bộ

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 21


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

chỉnh lưu cầu diode và tụ điện .Nhờ vậy hệ số công suất cos phi của biến tần
đểu có giá trị không phu thuộc vào tải và có giá trị it nhất là 0.96 điện áp
một chiều này được biến đổi ( nghịch lưu ) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối
xứng .Công đoạn này được thực hiện thông qua quan hệ IGBT bằng cách điều
chế độ rộng xung(PWM).Nhờ tiến độ của bộ công nghệ xử lý và công nghệ
bán đẫn hiện nay tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm
nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ giảm tổn thất trên lõi sắt của động cơ . Hệ
thống điện áp xoay chiều 3 pha có thể thay đổi giả trị biên độ và tần số và cấp
tùy theo bộ điều khiển theo lý thuyeert giữa tần số và điện áp có một quy luật
nhất định tùy theo chế độ diều khiển . Đối với tải có momen không đổi tuy
vậy đổi với tải bơm hoặc quạt quy luật này lại là hàm bâc 4 , điện áp là hàm
bậc 4 của tấn số điều này tạo ra đặc tính momen là hàm bậc 2 của tốc độ phù
hợp với yêu cầu của tải do bản thân momen cũng là hàm bâc 2 của điện áp.
Ngoài ra biến tần ngày nay còn tích hợp rất nhiều điều khiển khác
nhau hầu hết phù hợp với các phụ tải khác nhau ngày nay biến tần có tích
hợp bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau rất phù hợp

cho điều khiển và giám sát hệ thống.

3.Bảng điều chỉnh
Bảng điều

Chức năng

Ý nghĩa

khiển/ Nút

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 22


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

Hiển thị

Màn hình LCD hiển thị các chế độ cài đặt hiện

trạng thái
Khởi động

hành của bộ biến tần.
Ấn nút này làm cho bộ biến tần khởi động. Nút

bộ biến tần

này không tác dụng ở mặc
định
Kích hoạt nút:
BOP: P0700 = 1 hoặc P0719 = 10…16
AOP: P0700 = 4 hoặc P0719 = 40…46 trên
đường truyền BOP
P0700 = 5 hoặc P0719 = 50…56 trên đường

Dừng bộ

truyền COM
OFF1 Ấn nút này khiến động cơ dừng theo đặc

biến tần

tính giảm tốc được chọn.
Kích hoạt nút: hãy xem nút “Khởi động bộ
biến tần”.
OFF2 Ấn nút này hai lần (hoặc ấn một lần và giữ
một khoảng thời gian)
khiến động cơ dừng tự do.
BOP: Nút này luôn luôn có tác dụng
(không phụ thuộc vào thông số P0700 hoặc

Đảo chiều

P0719)
Ấn nút này làm động cơ đảo chiều quay. Đảo

chiều được hiển thị bằng dấu
(-) hoặc điểm chấm nháy. Nút này không tác
dụng ở mặc định
Kích hoạt nút: hãy xem nút “Khởi động bộ

Chạy nhấp
động cơ

biến tần”.
Ở trạng thái sẵn sàng chạy, khi ấn nút này, động
cơ khởi động và quay với
tấn số chạy nhấp được cài đặt trước. Động cơ
dừng khi thả nút này ra. Ấn
nút khi động cơ đang làm việc không có tác động
gì.

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 23


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú
Nút chức
năng

Đồ Án Học Phần PLC
Nút này có thể dùng để xem thêm thông tin
Khi ta ấn và giữ khoảng 2 giây nút này hiển thị
các thông tin sau, bắt đầu
từ bất kỳ thông số nào trong quá trình vận hành:

1. Điện áp một chiều trên mạch DC (hiển thị
bằng d- đơn vị V).
2. Dòng điện ra (A).
3. Tần số ra (Hz).
4. Điện áp ra (hiển thị bằng o- đơn vị V).
5. Giá trị được chọn trong thông số P0005 (Nếu
như P0005 được cài đặt
để hiển thị bất kỳ giá trị nào trong số các giá trị
từ1-4 thì giá trị này không
được hiển thị lại).
Ấn thêm sẽ làm quay vòng các giá trị trên bảng
hiển thị. Ấn giữ trong
khoảng 2 giây để quay về chế độ hiển thị thông
thường.
Chức năng nhảy
Từ bất kỳ thông số nào (ví dụ rxxxx hoặc
Pxxxx), ấn nhanh nút Fn sẽ ngay
lập tức nhảy đến r0000, sau đó người sử dụng có
thể thay đổi thông số
khác, nếu cần thiết. Nhờ tính năng quay trở về
r0000, ấn nút Fn sẽ cho
phép người sử dụng quay trở về điểm ban đầu.
Giải trừ
Nếu xuất hiện các cảnh báo và các thông báo lỗi,
thì các thông tin này có

Truy nhập
thông số

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

thể được giải trừ bằng cách ấn nút Fn.
Ấn nút này cho phép người sử dụng truy nhập tới
các thông số.

Page 24


GVHD: Th.s Đỗ Duy Phú

Đồ Án Học Phần PLC

Tăng giá trị

Ấn nút này làm tăng giá trị được hiển thị

Giảm giá trị

Giảm giá trị Ấn nút này làm giảm giá trị được

Trình đơn

hiển thị.
Gọi trình đơn AOP ngay lập tức (chức năng này

AOP

chỉ có ở AOP).

4.Tìm hiểu về CPU 224.

4.1 Cấu trúc phần cứng:
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng
SIEMENS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở
rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau.
Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-224.

Hình 1.1.sơ đồ khối plc

Nhóm 1 – Lớp LT CĐ-ĐH Điện 1-K6

Page 25