Dùng biến tần điều khiển động cơ AC bằng giao thức modbus RTU

GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Lời cảm ơn !
Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới nhà truờng, khoa điện, bộ môn
ĐKTĐ, các thầy cô đã dạy dỗ và dìu dắt chúng em trong suốt 4 năm học vừa qua để có
được những kiến thức chuyên môn cơ sở sau này chúng em có thể vào đời làm việc, sử
dụng có ích cho xã hội.
Để thực hiện thành công đồ án là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS Nguyễn
Đức Thành, Người đã hướng dẫn tận tình , giúp định hướng, góp ý và cung cấp ý
tưởng cũng như chỉ dẫn tài liệu và các tiến trình thực hiện đồ án .
Cuối cùng chúng em xin chân thành gửi những lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình,
bạn học...đã tận tình giúp đỡ để hoàn thành đồ án môn học này.
Chân thành cảm ơn !
TPHCM ,30-6-2011

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Mục Lục
Chương 1:Giới Thiệu Sơ lược Biến Tần ATV31 của Schneider Electric....................................... 3
I.Cấu hình mặc định biến tần:Altivar 31 được cài đặt mặc định cho các điều kiện hoạt động thông
dụng nhất ...................................................................................................................................................3
II.Màn hình hiển thị biến tần ....................................................................................................................4
1.Các thông số hiển thị thường gặp khi không có lỗi hoặc không khởi động: ............................................4
2.Các chức năng hiển thị và các phím. ......................................................................................................5

III.Tùy chọn kết nối từ xa. .........................................................................................................................5
IV.Lưu và gọi lại một cấu hình ..................................................................................................................6
V.Lập trình ................................................................................................................................................7
1.Cài đặt menu Set. ..................................................................................................................................8
2.Menu drC. .............................................................................................................................................8
3.Menu I/O. .............................................................................................................................................9
4.Menu CtL-. ...........................................................................................................................................9
5.Menu Fun-: ......................................................................................................................................... 10
6.Menu quản lí lỗi FLt-. ......................................................................................................................... 11

Chương 2:Giới thiệu phần mềm Twidosuite của hãng Schneider Electric .................................. 12
I.Tổng quan về Twidosuite software. ...................................................................................................... 12
II.Làm việc với Twidosuite software . ..................................................................................................... 12

Chương 3:Điều Khiển động Cơ AC Qua 2 Giao Thức Truyền Thông Modbus RTU Và
Canopen.......................................................................................................................................... 19
I.Giao thức truyền thông ModbusRTU. .................................................................................................. 19
1.Read N Words. .................................................................................................................................... 19
2.Write of N words. ............................................................................................................................... 20
3.địa chỉ các thanh ghi dữ liệu chính. ...................................................................................................... 20
II.Giao thức truyền thông CANopen. ...................................................................................................... 23

Chương 4:Kết quả thực hiện. ........................................................................................................ 26
Chương 5:Phụ lục .......................................................................................................................... 31

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Chương 1:Giới Thiệu Sơ lược Biến Tần ATV31 của Schneider Electric.
Các biến tần ATV21,ATV31 được Schneider sản xuất kèm theo.Trong đồ án này
sử dung biến tần ATV31 để điều khiển động cơ AC (vì đây là loại biến tần duy nhất
trong phòng thí nghiệm).
I.Cấu hình mặc định biến tần:
Altivar 31 được cài đặt mặc định cho các điều kiện hoạt động thông dụng nhất
Các cài đặt mặc định
Hiển thị: (BBT) sẳn sàng (rdY) khi động cơ dừng và tần số động cơ khi
đồng cơ chạy.
Tần số động cơ (bFr): 50Hz.
Ứng dụng duy trì moment cố định bằng cách điều khiển vector từ thông,
không cần cảm biến.
Chế độ dừng bình thường theo độ tăng/giảm tốc giảm tốc (Stt=rMP).
Chế độ dừng khi có lỗi: tự do
Các độ tăng/giảm tốc tăng & giảm tốc tuyến tính (ACC, dEC): 3 giây.
Tốc độ thấp (LSP): 0Hz.
Tốc độ cao (HSP): 50Hz.
Dòng nhiệt động cơ (ItH) = dòng điện danh định của động cơ (phụ thuộc
vào công suất (BBT)).
Dòng hãm động cơ (SdC) = 0.7x dòng danh định của (BBT), cho mỗi 0,5
giây.
Tự động điều chỉnh độ tăng/giảm tốc giảm tốc trong trường hợp quá áp lúc
hãm.
Không tự động khởi động sau khi bị lỗi.
Tần số đóng cắt của bộ nghịch lưu: 4kHz.
Các ngõ vào logic:
LI1, LI2 (vận hành 2 chiều): điều khiển 2-dây theo trạng thái, LI1=thuận,
LI2=nghịch. Đối với ATV31xxxxxxA, hai ngõ vào này chưa gán chức năng

LI3, LI4: dùng để chọn 4 tốc độ đặt trước (tốc độ 1= tốc độ tham chiếu hoặc
bằng 0, tốc độ 2 = 10Hz, tốc độ 3 = 15Hz, tốc độ 4 = 20Hz).
LI5-LI6: chưa gán chức năng.
Các ngõ vào analog:
AI1: tham chiếu tốc độ 0-10V, chưa gán đối với ATV31xxxxxxA.
AI2: tham chiếu tốc độ tổng 0±10V.
I3: 4-20mA chưa gán chức năng.
Relay R1: tiếp điểm hở khi có lỗi (hoặc BBTdừng).
Relay R2: chưa gán chức năng.
Ngõ ra analog AOC: 0-20mA chưa gán chức năng

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

II.Màn hình hiển thị biến tần.

Để lưu các lựa chọn: nhấn phím ENT
Giá trị hiển thị sẽ nhấp nháy khi dữ liệu được lưu.
1.Các thông số hiển thị thường gặp khi không có lỗi hoặc không khởi động:
- 43.0: hiển thị thông số được chọn trong menu SUP- (chọn lựa mặc định là tần số
động cơ).
- In :chế độ hạn dòng, hiển thị nhấp nháy.
- Init: khởi động trình tự.
- RdY: (BBT) sẳn sàng.
- Dcb: quá trình hãm bằng dòng DC đang thực hiện
- NSt: dừng tự do.

- FSt: dừng nhanh.
- TUn: quá trình tự điều chỉnh đang thực hiện.
Hiển thị nhấp nháy để chỉ rằng đang có lỗi.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

2.Các chức năng hiển thị và các phím.

III.Tùy chọn kết nối từ xa.
Modul này là một thiết bị điều khiển cục bộ được lắp trên cửa tủ điều khiển.Nó có dây
cáp với đầu nối, có thể nối tới (BBT) bằng đường truyền thông nối tiếp.Nó cũng có
phần hiển thị và các phím lập trình như Altivar31, thêm vào một công tắc khóa sự truy
cập vào menu và 3 phím điều khiển (BBT).
 FWD/REV: đảo chiều xoay.
 RUN: lệnh chạy động cơ.
 STOP/RESET: lệnh dừng động cơ hoặc reset lỗi.
Nhấn phím lần đầu dừng động cơ, và nếu chu trình hãm được cài đặt, nhấn lần thứ hai
sẽ dừng chu trình hãm.
Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

IV.Lưu và gọi lại một cấu hình
Có tới 4 cấu hình hoàn chỉnh của (BBT) Altivar31 có thể được lưu trong remote
terminal.Các cấu hình này có thể được lưu, truyền từ một (BBT) này tới (BBT) khác
cùng công suất.4 kiểu hoạt động khác nhau cho một thiết bị có thể lưu trên remote
terminal.Xem thông số SCS và FCS trong các menu drC-, I-O-, Ctl- và Fun-.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

V.Lập trình
Truy cập vào menu

Vài thông số có thể được truy cập trong một số menu để tăng sự tiện dụng.
- Nhập các cài đặt.
- Trở về mặc định.
- Phục hồi và lưu cấu hình.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

1.Cài đặt menu Set.

2.Menu drC.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.

SVTH:Mai Sĩ Khoa


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

3.Menu I/O.

Các thông số có thể được thay đổi khi (BBT) dừng và không có lệnh RUN.
Trên remote terminal, menu này có thể được truy cập khi công tắc ở vị trí

4.Menu CtL-.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

5.Menu Fun-:

Các thông số chỉ có thể được thay đổi khi (BBT) dừng và không có lệnh Run.
Trên remote terminal, menu này có thể được truy cập khi công tắc ở vị trí

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.

.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

6.Menu quản lí lỗi FLt-.

Cách chỉnh biến tần cụ thể để có thể giao tiếp trong chế độ Modbus RTU sẽ được trình
bày cụ thể ở phần sau.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Chương 2:Giới thiệu phần mềm Twidosuite của hãng
Schneider Electric

I.Tổng quan về Twidosuite software.
Schneider Electric cung cấp nhiều phần mềm hỗ trợ đi kèm theo các PLC của
hãng,ứng với các PLC sẽ có phần mềm hỗ trợ riêng biệt.Twidosuite software là phần
mềm PLC được Schneider Electric cung cấp miễn phí (đã có bản hỗ trợ cho Win XP và
Win 7) hỗ trợ cho PLC Twido.Tương tự như unity pro sofware là phần mềm hỗ trợ để
viết chương trình cho các PLC Sneider như:Premium,quantum.Các phần mềm này viết
ra và cung cấp kèm theo PLC của hãng Schneider và không support cho các PLC của
hãng khác(tương tự như WinCC của Simens chỉ hỗ trợ cho S7-200,S7-300).

II.Làm việc với Twidosuite software .
Sau khi cài đặt và chạy chương trình ta được giao diện Twidosuite software ban
đầu như bên dưới.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Bước 1:Chọn “Programming mode” để viết chương trình.

Trong cửa sổ chính project manager này gồm có:
+Update project information:Cập nhật thông tin project
+Create a new project:Tạo project mới.
+Open an existing project:Mở một project có sẵn.
+Save/close current project:đóng /mở project hiện hành.

Bước 2:Để tạo một project mới có tên là “DKDC AC” bằng cach chọn Create a
new project và điền các thông tin về project và chọn create.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Trong cửa sổ làm việc lúc này gồm các mục chính:

+Project:Quản lý dự án(lưu ,mở,đóng...project).
+Describe:Nơi cài đặt cấu hình hình phần cứng của PLC và các thiết bị kết
nối,giao tiếp với PLC (như biết tần)...
+Program:viết chương trình diều khiển.
+Report:
Bước 3:Chọn Describe để cấu hình phần cứng.Dùng chuột vào module
Base/compact/ TWDNAC485T phía bên phải màn hinh rồi kéo ra ngoài.

Bước 4:Khai báo vai trò của Twido PLC là master trong mạng Modbus bằng cách
nhấp chuột phải vào Card TWDNAC485T và khai báo như hình phía dưới.
Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Thiết lập adress cho PLC khi nạp chương trình:(có thể không cần sử dụng bước
này nếu như địa chỉ PLC đã sẵn có và ta không cần set lại,trường hơp khi mất IP ta
phải set lại IP thông qua cáp chuyển đổi).Sau khi set IP cho PLC ta có thể giao tiếp với
PLC thông qua mạng LAN trong phòng thí nghiệm.Cụ thể là download chương trình từ
Pc xuống PLC và upload chương trình từ PLC lên PC).

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Hoàn thành xong phần Describe.
Bước 5:Kích chọn program để viết chương trình :Twidosuite software hổ trợ giao
diện viết chương trình theo cả dạng ladder và dạng list.Trong đồ án này trình bày dưới
dang ladder.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Chương trình viết để điều khiển động cơ AC trong đồ án(phần giải thích sẽ trình
bày riêng ở các chương sau ):

Bước 6:Sau khi viết chương trình xong ta nạp và chạy chương trình:Trong
program chọn debug ,mode là connect.
Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Có 2 cách để nạp chương trình vào PLC Twido dùng cáp nạp trực tiếp hoặc thông
qua qua mạng LAN trong phòng thí nghiệm
+Nạp trực tiếp :cắm cáp nối giữa PLC và cổng usb của PC.Thiết lập giao tiếp giữa
PLC và cổng COM trên máy tính bằng cách ấn nút manage connection như hình trên
.Chọn connection mode:Serial.Bình thường máy tính sẽ tự nhận cổng COM và ta chỉ
việc chọn,nhưng đôi khi máy tính không tự nhận được cổng COM .Ta vào My

computer trêm PC,chọn device manager,chọn ports để xem tên cổng COM và điền tên
vào ô name và ô IP address.Nếu máy vẫn chưa nhận lưu project rồi thoát khỏi chương
trình và retry lại.
+Nạp chương trình thông qua mạng LAN:tương tự trong manage connection ta
chọn add để thêm connection mới,connection mode:Ethernet ,IP Address:gõ đúng đia
chỉ IP của PLC(trong trường hợp không biết địa chỉ của PLC ta thể set lại IP như
trên,hoặc dùng 1 phần mềm dò IP để biết được địa chỉ hiện tại của PLC!).

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Chương 3:Điều Khiển động Cơ AC Qua 2 Giao Thức Truyền
Thông Modbus RTU Và Canopen.
I.Giao thức truyền thông ModbusRTU.
The Modbus protocol :là nghi thức master-slave cho phép một master(duy
nhất),master có thể giao tiếp với các slaves thông qua địa chỉ riêng của mỗi slave.Các
slave sẽ respond khi nhận được yêu cầu từ master.
PLC Twido có thể giao tiếp với biến tần để điều khiển động cơ AC qua giao thức
Modbus RTU.Cách giao tiếp cụ thể được cung cấp trong Standar Modbus Request
trong file help của Twidosuite Software .

1.Read N Words.

Địa chỉ của slave.
Số word đểđọc về.
Địa chỉ đầu tiên của

word đọc về.

Nơi lưu word đầu tiên
khi đọc về

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Cách đọc giá trị từ slave về PLC bằng Modbus RTU.
2.Write of N words.

Địa chỉ của slave

Số word ghi ra slave.
Địa chỉ word đầu
tiên sẽ ghi ra.

N:Tùy theo số byte sẽ
ghi ra.

Nơi lưu giá trị word
đầu tiên ghi ra.

Cách ghi giá trị từ PLC ra Slave.

N:Tùy theo số byte sẽ

ghi ra.

3.địa chỉ các thanh ghi dữ liệu chính.
Slave trong chuẩn Modbus RTU có thể là:I/O distribute,biến tần,...Ứng với mỗi slave
sẽ có bảng địa chỉ kèm theo được nhà sản xuất cung cấp để có thể giao tiếp nhận và trả
dữ liệu về PLC.Trong đồ án này cụ thể là bảng giao tiếp trao đổi dữ liệu của biến tần
ATV31: Altivar 31 Communication variables.Có rất nhiều thanh ghi địa chỉ trong
bảng,giới hạn đồ án này chỉ trình bày những thanh ghi cần thiết và có sử dụng để điều
khiển động cơ.
Dưới đây là địa chỉ các thanh ghi dữ liệu chính:
3201:Status word
Là word trạng thái của biến tần,ứng với mỗi giá trị của status word cho ra các chế độ
cụ thể của biến tần.
Ví dụ:
Trạng thái lỗi:16#0008 hoặc 16#0028.
Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Bảng giá trị cụ thể từng bit trong Status word.

Status word :
bit 0: Ready to switch on
bit 1: Switched on
bit 2: Operation enabled
bit 3 = 0: No fault
bit 3 = 1: Malfunction, fault present (FAI)

bit 4: Voltage disabled (still equals 0)
bit 5: Quick stop
bit 6: Switch on disabled
bit 7 = 0: No alarm
bit 7 = 1: Alarm present
bit 8: Reserved
bit 9 = 0: Forced local mode in progress (FLO)
bit 9 = 1: No forced local mode
bit 10 = 0: Reference not reached (transient state)
bit 10 = 1: Reference reached (steady state)
bit 11 = 0: LFRD reference normal
bit 11 = 1: LFRD reference exceeded (< LSP or > HSP) Caution: LFRD is
expressed in rpm,
LSPHyhyhyhyhyhyhhbyhyhyhyhyhyhyhyhyhyhyyh
and HSP in Hz
bits 12 and 13: Reserved
bit 14 = 0: No stop imposed by STOP key on built-in keypad (ATV31...A) or
on the remote
display terminal
bit 14 = 1: Stop imposed by STOP key on built-in keypad (ATV31...A) or on
the remote display
terminal
bit 15 = 0: Forward rotation (output frequency)
bit 15 = 1: Reverse rotation (output frequency)

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

3103:Maximum output frequency-Tần số đầu ra cực đại.Thanh ghi này tương ứng
điều chỉnh thông số cho mục tFr trong biến tần ATV31 .
8501:địa chỉ thanh ghi điều khiển của biến tần,một số trãng thái cụ thể của biến
tần khi điều khiển động cơ AC như sau:
Ví dụ: Trạng thái quay thuận :16#000F
Trạng thái quay nghịch:16#080F
Trạng thái dừng
:16#100F
Trạng thái dừng nhanh :16#400F
8052:Điều chỉnh tốc độ biến tần.
9001:ACC time-Địa chỉ thanh ghi chứa thời gian tăng tốc của biến tần.tương ứng
với muc ACC trong ATV31.
9002:DEC time-Địa chỉ thanh ghi chứa thời gian giảm tốc của biến tần.tương ứng
với muc DEC trong ATV31.

Giản đồ điều khiển động cơ
(trích từ bản đầy của file ATV31 Communication variables đủ nằm ở phần phụ
lục cuối cùng trong đồ án này).
Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

II.Giao thức truyền thông CANopen.

Bảng giao tiếp Canopen.

%MWx %MWx+1 %MWx+2
Bit Bit Bit Bit
[15-8] [7- [15-8] [70]
0]
1
0
1
1
2

0

2

1

%MWx+3 %MWx+4 %MWx+5
Bit Bit Bit Bit Bit Bit
[15- [7- [15-8] [7- [15-8] [78] 0]
0]
0]

---

3 or 4
Node
Index
Sub Len
Data 1

5 (1)

Node

6 (1)
7 (1)

Node
Node

8 (1)

Node

Action

ResetCANopen communication.
Reset CANopen nodes.
Switch from operational to preoperational mode.
Switch to operational mode.
3 => Start Read SDO command.
4 => Start Write SDO command.
Node = 1-16 => Node address
PDO object index.
Sub = 0-255 => Object sub-index
Len = Length of data in byte
Payload according to the length
field (Len) value
Payload according to the length
Data 2

field (Len) value
Reset CANopen communication
for a node.
Reset CANopen nodes for a node.
Switch from operational to preoperational mode for a node.
Switch to operational mode for a
node.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

SVTH:Mai Sĩ Khoa

Ví dụ:chương trình dùng đọc momen của Motor:

Ví dụ 2:Chương trình thay đổi thời gian tăng tốc của động cơ ACC time tại word
%MW50.

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.


GVHD:TS.Nguyễn Đức Thành

Đề Tài:Dùng Biến Tần Điều Khiển Động Cơ AC bằng giao thức Modbus RTU.

SVTH:Mai Sĩ Khoa