Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ độngcơ và cảnh báo tốc độ động cơ với dải đo: 0 ÷1500vp

Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

ĐỀ BÀI 4: Xây dựng hệ (SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ động cơ
và cảnh báo tốc độ động cơ với dải đo: [0 ÷1500]v/p.

Encorder
Biến tần
Bộ ĐK

I/O
Control Board
START
STOP
RUN
SLA
SHA
PC

Nhóm 4

Trang 1


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

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
Nhóm 4

Trang 2


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

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 đóng góp phần
vào 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

Nhóm 4

Trang 3


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

Chương 1: Cơ sở lý thuyết
1.1.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 SCADA 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. SCADA có khả năng lập trình được các quá trình phức
tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng. Ứng dụng biến tần động cơ được sử dụng
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 , xây dựng hệ
(SCADA) giám sát, điều khiển ổn định tốc độ động cơ và cảnh báo tốc động
cơ với dải đo: [0 ÷1500]v/p.

1.2.Phương pháp đo:
Có 3 phương pháp dùng để đo tốc độ của vòng quay khác nhau, tùy từng vào
mục đích sử dụng để có thể đo được tốc độ vòng quay động cơ chính xác nhất.
1.2.1.Phương pháp đo tiếp xúc:
Đây là phương pháp cũ nhất trong các phương pháp đo rpm. Tốc độ vòng
quay của vật cần đo sẽ được cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu này
sẽ được thiết bị phân tích và hiển thị. Phương pháp đo này vẫn được sử dụng
thường xuyên nhưng chủ yếu dùng cho những vật có vận tốc quay thấp từ 20 rpm
đến 20.000 rpm. Sự bất lợi của phương pháp đo này là tốc độ quay của tải phụ
Nhóm 4

Trang 4


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

thuộc rất nhiều vào lực tiếp xúc. Ngoài ra, phương pháp đo này không thể đo cho
những vật có kích thước nhỏ. Nếu như tốc độ vòng quay quá lớn cảm biến sẽ bị
trượt ra ngoài.
1.2.2.Phương pháp đo không tiếp xúc ( đo rpm bằng phản quang )
Tốc độ vòng quay sẽ được đo bằng cách đo thời gian của chùm tia phản xạ tại vật
cần đo. Thiết bị sẽ phát ra 1 chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng này sẽ bị phản
xạ lại tại vật cần đo bởi tấm phản quang được dán trên vật cần đo. Chú ý rằng
khoảng cách lớn nhất giữa tấm phản quang và thiết bị đo không vượt quá 350 mm).
Phương pháp đo này sẽ cao cấp hơn phương pháp đo tiếp xúc. Tuy nhiên, không
phải lúc nào ta cũng có thể dán được tấm phản quang lên trên vật cần đo.
Dải đo: 20 rpm đến 100.000 rpm
1.2.3.Phương pháp đo rpm sử dụng tần số chớp.
Dựa vào nguyên lý của tần số chớp, các vật thể sẽ đứng yên trong mắt người quan
sát khi tần số chớp tốc độ cao đồng bộ với sự di chuyển của vật. Phương pháp đo
này có những đặc tính nổi bật hơn các phương pháp đo khác là: Phương pháp đo có
thể đo được cho những vật rất nhỏ hoặc đo được ở những nơi ta không chạm đến
được. Không cần thiết phải dán tấm phản quang lên vật cần đo. Ví dụ như ta không
cần thiết phải dừng lại quy trình sản xuất.
Dải đo: 30 rpm đến 20.000 rpm.

1.3.Tìm hiểu về bộ điều khiển (PLC) :
1.3.1 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 quá 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

Nhóm 4

Trang 5


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

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 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.

Nhóm 4

Trang 6


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

•

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.
1.3.2. 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.
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.
Nhóm 4

Trang 7


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

Các biến hệ thống được lưu trong bộ nhớ dữ liệu thuận lợi cho việc quản lí,
tạo báo cáo.

1.3.3. 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.

1.3.4-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:

Nhóm 4

Trang 8


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

•

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

•
•

hành trình).
Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chương trình.
Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin

•

thu được từ các đầu vào.
Đưa các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp ở đầu ra.

1.3.6.Các bộ phận của PLC:

Hình 1.1. Các bộ phận cơ bản của PLC

Nhóm 4

Trang 9


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

Hình 1.2. 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:
•
•

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.

Hình 1.3 Sơ đồ về sự liên lạc giữa các module.

1.3.7-.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
Nhóm 4

Trang 10


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

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). 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 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.

Nhóm 4

Trang 11


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

Hình 1.4: sự hoạt động của PLC theo vòng quét

PLC thực 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 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
Nhóm 4

Trang 12


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

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.
1.3.8- Các ngôn ngữ lập trình của 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.

Ladder Diagram LAD
I:1 I:1
0

2

I:2

I:2

0

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 1.5: 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

Nhóm 4

Trang 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

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.

1.4 -Các module, đối tượng mở rộng mở rộng:
1.4.1-Giới thiệu modul analog:
Trước hết bạn hãy so sánh việc cộng hai tín hiệu tương tự (analog) với việc
cộng hai tín hiệu số (digital), công việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số
phát triển như hiện nay?
Hay ta lấy một ví dụ đơn giản như sau : Ta cần điều khiển nhiệt độ của một
lò nung sao cho đạt được chất lượng nào đó. Làm thế nào để đo nhiệt độ về và xử
lý nhiệt độ đó như thế nào trong bài toán điều khiển?
Một trong những công cụ được sử dụng là module analog.
-

Vậy Module analog là gì?
Các bạn đã biết được những gì về module analog ?
Bạn đã từng sử dụng chưa ?
Nguyên lý hoạt động chung của module analog là gì ?

a, Khái niêm về modul analog
Modul analog là một công cụ để sử lý tín hiệu tượng tự thông qua việc sử lý

các tín hiệu số
b, 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 .
c,Analog output
Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một bộ
biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương
tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng hạn như
điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz.
Nhóm 4

Trang 14


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

d, Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong
công nghiệp.
Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc
dòng điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu
không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì vậy người ta
cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp
hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến.
Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín
hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2
loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện.
- Điện áp : 0 – 10V, 0-5V,

±

5V…

±

- Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA, 10mA.
Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì vậy
người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công
nghiệp.

1.5.Tìm hiểu về HMI (WinCC ,…).
1.5.1.Giới thiệu về HMI :
HMI là viết tắt của Human-machine-interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa
người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị .
Nói một cách khác , bất cứ cách nào mà con người giao tiếp với một máy móc thì
đó là một HMI ,cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số điều khiển
trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọ phần mềm hoạt động từ xa trên ti vi đều là
HMI.
Bộ truyền và cảm biến trước kia không có HMI , nhiều thiết bị trong đó thậm trí
không có cả HMI đơn giản như một hệ hiển thị đơn thuần rất nhiều trong số đó
không có hiển thị chỉ với một tín hiệu đầu ra. Một số có một HMI thô sơ một hiên
thị ASCII đơn hoặc hai dòng với tập hợp các arrow cho lập trình hoặc 10 phím
nhỏ có rất ít các thiết bị hiện trường cảm biến và các bộ phận phân tích từng có
bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp hình ảnh đồ họa tốt có cách thức và nhập
Nhóm 4

Trang 15

Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

dữ liệu một cách đơn giản dễ hiều đồng thời cung cấp một cửa sổ có độ phân giải
cao cho quá trình lập trình.
HMI sử dụng bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế với các phòng điều
khiển bởi vì mạch máy tính và màn hình ổ đĩa dễ hỏng vỏ bọc được phát triển để
giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể đinh vị bên ngoài sàn nhà máy nhưng rất
rộng cồng kềnh và dễ hỏng do sức nóng độ ẩm sự rửa trôi và các sự cố khác ở
sàn nhà máy.
1.5.2. Thành phần HMI truyền thống.
• Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm…
•

Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo…

1.5.3. Nhược điểm của HMI truyền thống
• Thông tin không đầy đủ.
•

Thông tin không chính xác.

•

Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế.

•

Độ tin cậy và ổn định thấp.

•

Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng.

1.5.4. Các thiết bị HMI hiện đại :
 Các ưu điểm của HMI hiện đại :
• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin.
•

Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết.

•

Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.

•

Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều
loại giao thức.

•

Khả năng lưu trữ cao.

Các thành phần của HMI hiện đại.
• Phần cứng:
- Màn hình.
- Các phím bấm.



Nhóm 4

Trang 16


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

Chíps: CPU, ROM,RAM, EPROM/Flash, …
• Phần Firmware:
- Các đối tượng.
- Các hàm và lệnh.
• Phần mềm phát triển:
- Các công cụ xây dựng HMI.
- Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối.
- Các công cụ mô phỏng.
• Truyền thông:
- Các cổng truyền thông.
- Các giao thức truyền thông.
-

 Các thông số đặc trưng của HMI hiện đại
• Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI.
• Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định
•

số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin.

Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác

vận hành.
• Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ.
• Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ.
• Các cổng mở rộng: Printer, USB, PC100...
1.5.5.Giới thiệu về Win CC:
WinCC ( Windows control center) : là chương trình kết hợp với PLC để giám
sát,thu thập dữ liệu và điều khiển tự động hóa các quá trình sản xuất . Nó là một
chương trình HMI hỗ trợ người dùng thiết kế giao diện người,máy.
WinCC là hệ thống trung tâm điều khiển của cả hệ thống,nó cung cấp các
tính năng như :hiển thị hình ảnh,các số lệu,lưu trữ dữ liệu ,cảnh báo,giao diện thân
thiện,dễ điều khiển,…..

Nhóm 4

Trang 17


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

Chương 2: Lựa Chọn thiết Bị
2.1. Các thiết bị và đặc điểm của các thiết bị:
2.1.1 Biến tần Siemens MM440 .

Hình 2.1: biến tần Siemens MM440.
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.

Nhóm 4

Trang 18


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

2.1.1.1 Đặc điểm chính của 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 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.
2.1.1.2 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.
• 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.
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.

2.1.1.3 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 480V 3 AC ± 10% 0,37 đến 200kW)
Tần số điện vào

47 đến 63Hz

Tần số điện ra

0 đến 650Hz

Hệ số công suất

0.95

Hiệu suất chuyển đổi

96 đến 97%

Khả năng quá tải

Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 giây ở
mỗi 300 giây hay 2 x dòng định mức trong 3 giây

Nhóm 4

Trang 19


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

ở mỗi 300 giây
Dòng điện vào khởi động Thấp hơn dòng điện vào định mức
Phương pháp điều khiển Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f;
điều khiển dòng từ thông FCC, Vector, Moment
Tần số điều rộng xung

2kHz đến 16kHz (ở bước 2kHz)

(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 giao tiếp nối tiếp (mạng) :
0,01Hz digital

Các đầu vào số

6 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể
chuyển đổi PNP/NPN

Các đầu vào tương tự

2 *0 tới 10V, 0 tới 20mA và —10 tới +10V

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; 0,25 — 20mA

Cổng giao tiếp nối tiếp

RS-485, vận hành với USS protocol

Tính tương thích điện từ Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 55
011, Class A hay Class B (Tùy chọn)
Hãm

Hãm DC, hãm tổ hợp

Cấp bảo vệ

IP 20

Dải nhiệt độ làm việc

CT -10oC đến +50oC : VT -10oC đến +40oC

Nhiệt độ bảo quản

-40oC đến +70oC

Độ ẩm

95% không đọng nước

Độ cao lắp đặt

1000m trên mực nước biển

Các chức năng bảo vệ

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

Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC,

chuẩn CE mark

loại có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC

Nhóm 4

Trang 20


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

Kích thước và tuỳ chọn

Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg : A (73 x 173 x

(không có tuỳ chọn)

149 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 320 75).

Nhóm 4

Trang 21


Trường ĐHCN Hà Nội

Nhóm 4

Lớp TĐH1-K8

Trang 22


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

Hình 2.2 : Nguyên lý hoat động của biến tần MM440

2.1.1.4 Nguyên lý hoat động của biến tần MM440.
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
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 dẫn 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
Nhóm 4

Trang 23


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp TĐH1-K8

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.

2.1.1.5 Bảng điều chỉnh.
Bảng điều

Chức năng

Ý nghĩa

Hiển thị

Màn hình LCD hiển thị các chế độ cài đặt

khiển/ Nút

trạng thái

Nhóm 4

hiện hành của bộ biến tần.

Trang 24


Trường ĐHCN Hà Nội

Khởi động
bộ biến tần

Lớp TĐH1-K8

Ấn nút này làm cho bộ biến tần khởi
động. Nút 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 truyền COM

Dừng bộ
biến tần

OFF1 Ấn nút này khiến động cơ dừng
theo đặc 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 P0719)

Đảo chiều

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

Nhóm 4

Trang 25