Bài Tập Lớn PLC đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ Quạt công nghiệp encoder dải đo 500 Vòng/Phút CÓ CHƯƠNG TRÌNH

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của
thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc
điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết
góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn.
Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu
cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong những sản phẩm tiên
tiến của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ tự động hóa là việc
điều khiển, giá sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt
được năng suất, kinh tế thật cao .
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một mạch ứng
dụng của PLC, biến tần đó là “Ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động
cơ Quạt công nghiệp ”
Đối với những diện tích lớn như nhà xưởng, nhà ăn, trung tâm hội nghị, tiệc cưới,
cà phê sân vườn… thì quạt công nghiệp là một giải pháp hữu hiệu nhất. Quạt công nghiệp
mang lại luồng gió lớn, tốc độ mạnh và độ khuếch tán rộng tỏa mát cả 1 không
gian.Ngoài chức năng làm mát Quạt công nghiệp còn ứng dụng rất nhiều trong nghành
công nghiệp. Chúng e sẽ ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ vào
quạt công nghiệp để có thể đẩy mạnh quy mô mà dễ dàng vận hành và điều khiển.
Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa
điện, cùng các bạn trong lớp Tự Động Hóa 3-k10 đặc biệt là giảng viên Tống Thị Lý giảng viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người đã trực tiếp
giảng dạy và cho em kiến thức để hoàn thành bài tập lớn môn học này. Mong cô góp ý để
em hoàn thành bài tập lớn này được tốt hơn sau này.
Em xin chân thành cảm ơn !

1


Nhận xét của giáo viên:

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

2


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Mục đích của đề tài
1.1.1. Mục đích chọn đề tài
Trong công nghiệp nói chung và trong nghành đo lường và điều khiển nói chung
vấn đề đo và điều khiển tốc độ động cơ là một vấn đề quan trọng nó quyết định việc máy
có chạy có ổn định hay không, đúng yêu cầu công nghệ đặt ra hay không hay có đạt tiêu
chuẩn về độ chính xác máy thực hiện hay không. Do vậy trong ngành đo lường cảm và
điều khiển có nhiều phương pháp đo và điều khiển tốc độ động cơ.
Trên cơ sở những kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, dựa vào những
tính năng ưu việt của PLC và biến tần. Em xin được lựa chọn đề tài “ Ứng dụng PLC
đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ quạt công nghiệp” .
1.1.2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là điều khiển và cảnh báo tốc độ trên động cơ ở một ngưỡng
đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần, động cơ sẽ thay đổi tốc

độ dựa trên tín hiệu mà cảm biến encoder đưa về .
Đối với những diện tích lớn như nhà xưởng, nhà ăn, trung tâm hội nghị, tiệc cưới,
cà phê sân vườn… thì quạt công nghiệp là một giải pháp hữu hiệu nhất. Quạt công nghiệp
mang lại luồng gió lớn, tốc độ mạnh và độ khuếch tán rộng tỏa mát cả 1 không
gian.Ngoài chức năng làm mát Quạt công nghiệp còn ứng dụng rất nhiều trong nghành
công nghiệp. Chúng e sẽ ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ vào
quạt công nghiệp để có thể đẩy mạnh quy mô mà dễ dàng vận hành và điều khiển.

1.1.3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài

3


Do kiến thức, thời gian, kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đề tài chỉ được thực
hiện dưới dạng thiết kế một mô hình động cơ công suất nhỏ và encoder 1000 xung/vòng
1.1.4. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài
Điều khiển tự động là xu thế phát triển tất yếu trong các lĩnh vực công nghiệp
cũng như sinh hoạt bởi những ưu điểm vượt trội của nó. Ở các hệ thống điều khiển tự
động có quy mô vừa và lớn thì PLC được sử dụng làm thiết bị điều khiển cho toàn hệ
thống.
Kết hợp xây dựng một hệ thống điều khiển tự động với các thiết bị điện tử công
suất có ý nghĩa khoa học lớn trong việc xây dựng một hệ thống tự động hoàn chỉnh
cả về chức năng lẫn hiệu quả kinh tế. Đề tài “Ứng dụng PLC, điều khiển và cảnh báo
tốc độ động cơ quạt công nghiệp” xây dựng mô hình kết hợp PLC với biến tần để
điều khiển tốc độ động cơ một cách tối ưu nhất.
Về mặt thực tiễn, đề tài đi theo hướng phát triển mới cho các hệ thống đo và điều
khiển tốc độ động cơ . Thay thế cho các dạng đo và điều khiển tốc độ động cơ theo các
phương pháp đã coi là lỗi thời.

1.2 Phương pháp đo tốc độ động cơ

1.2.1 Đo vận tốc vòng quay sử dụng máy phát tốc
Máy phát tốc là máy phát điện một chiều, cực từ là nam châm vĩnh cửu, điện áp trên
cực máy phát tỉ lệ với tốc độ quay của nó, máy phát tốc nối cùng trục với phanh hãm
điện từ và cùng trục động cơ do đó tốc độ quay của nó chính là tốc độ quay của động
cơ , tốc độ này tỉ lệ với điện áp của máy phát tốc độ, dùng Volmet điện từ hoặc đồng
hồ đo tốc độ nối với nó có thể đo được tốc độ của động cơ. Giá trị điện áp âm hay
dương phụ thuộc vào chiều quay.
Trong đó:
N: là số vòng quay trong 1 giây
⍵: là vận tốc góc của roto
Φo: là từ thông xuất phát từ cực nam châm
N là tổng số day chính trên roto

4


Hình 1.1 Cấu tạo của máy phát dòng 1 chiều
1.2.2 Đo tốc độ động cơ bằng phương pháp quang điện tử.
* Dùng bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hóa (Encoder)
Encoder là thiết bị có thể phát hiện sự chuyển động hay vị trí của vật, Encoder sử dụng
các cảm biến quang để sinh ra chuỗi xung , từ đó chuyển sang phát hiện sự chuyển động,
vị trí hay hướng chuyển động của vật thể.

Hình 1.2 Sơ đồ hoạt động của Encodor
Nguồn sáng được lắp đặt sao cho ánh sang liên tục được tập trung xuyên qua đĩa, bộ phận
thu nhận ánh sáng được lắp đặt ở mặt còn lại của đĩa sao cho có thể nhận được ánh sáng,
đĩa được lắp đặt trên trục của động cơ hay thiết bị khác cần xác định vị trí sao cho khi
trục quay thì tín hiệu xung vuông được sinh ra.
Việc đếm các xung được sinh ra ta có thể xác định được tốc độ của động cơ.
1.2.3 Đo tốc độ động cơ dùng cảm biến từ

Dựa vào nguyên lý cơ bản của cảm biến từ, người ta gắn trên trục động cơ một miếng
kim loại. Người ta dùng cảm biến từ để để đọc tín hiệu xung. Khi động cơ quay đồng
nghĩa với việc miếng kim loại cũng quay theo và cảm biến nhận tín hiệu và đựa ra tín
hiệu điện sau đó đưa tín hiệu này vào vi điều khiển để xử lý .

5


1.3. Tìm hiểu về PLC S7 200
1.3.1 Khái quát về PLC S7 200
a. Giới thiệu về PLC
- PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp
vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại.
S7-200 là thiết bịcủa hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modul mở rộng.
- Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp
dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ
liệu(Catridge )
- Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ) và 22X ( loại mới), trong đó họ 21X
không còn sản xuất nữa.Họ 21X có các đời sau:210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có
các đời sau:221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM
- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự
kiện
- PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp
thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối
truyền thông,…
- PLC có những ưu điểm:
+ Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm
và tiếng ồn, đáng tin cậy.
+ Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp.
+ Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển.

+ PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi.
+ Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.
Cấu trúc bên trong của PLC

6


Hình 1.1: Cấu trúc bên trong của CPU PLC
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm
(CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O)
Mô tả các đèn báo trên S7-200:
- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.
- RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và thực
hiện chương trình nạp ở trong máy.
- STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng, không
thực hiện chương trình hiện có.
- Ix.x (đèn xanh)chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x. Đèn sáng tương ứng
mức logic là 1.
- Qx.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x. Đèn sáng tương
ứng mức logic là 1.
Cách đấu nối ngõ vào ra PLC:

7


Hình 1.2: Cách đầu nối phần cứng PLC
Cổng truyền thông:
Chân 1: nối đất.
Chân 2: nối nguồn 24VDC.
Chân 3: truyền và nhận dữliệu.

Chân 4: không sửdụng.
Chân 5: đất
Chân 6: nối nguồn 5VDC
Chân 7: nối nguồn 24VDC.
Chân 8: Truyền và nhận dữliệu.
Chân 9: không sử dụng.

Hình 1.3: Cổng truyền thông kết nối PLC với PC

8


b. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Thông tin:
- Nguồn cấp: 85-264VAC. 47-63Hz
- Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm
- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words
- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words
- Bộ nhớ loại EEFROM
- Có 14 cổng vào, 10 cổng ra.
- Có thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul Analog.
- Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs
- Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và sốn thực.
- Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz
- Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.
- Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…
- Đồng hồ thời gian thực.
- Chương trình được bảo vệ bằng Password.
- Toàn bộ dung lƣợng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị mất điện.

- Xuất sứ: Siemens Germany

9


Hình 1.4: CPU PLC S7-200
- CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc, mức 0
là 0Vdc). 10 ngõ ra dạng relay.

Cách đấu nối S7-200 và các module mở rộng:
- S7-200 và module vào/ra mở rộng được nối với nhau bằng dây nối. Hai đầu dây
nối được bảo vệ bên trong PLC và module.Chúng ta có thể kết nối PLC và module sát
nhau để bảo vệ hoàn toàn dây nối. CPU224 cho phép mở rộng tối đa 7 module.
c. Bộ đếm tốc độ cao của S7 – 200
Định nghĩa bộ đếm tốc độ cao
Lệnh dùng định nghĩa bộ đếm tốc độ cao HDEF (High-speed counter definition )
sẽ cho phép chế độ hoat động của một bộ đếm tốc độ cao cụ thể (HSCx). Chế độ
hoạt động sẽ quyết định xung vào, chiều đếm, tín hiệu bắt đầu, và chức năng reset
của một bộ đếm tốc độ cao.
Bạn sử dụng một lệnh định nghĩa bộ đếm tốc độ cao cho mỗi bộ đếm tốc độ cao.
Các điều kiện gây ra lỗi sẽ set bit ENO =0
10


0003 ( đầu vào xung đột )
0004 ( lệnh trong chương trình ngắt không hợp lệ )
000A ( bộ đếm cần định nghĩa lại )
Bộ đếm tốc độ cao (high speed counter – HSC ):
Lệnh khai báo bộ đếm tốc độ cao HSC cấu hình và điều khiển bộ đếm tốc độ cao
nhờ vào các bit nhớ đặc biệt của bộ đếm tốc độ cao đó. Tham số N chỉ ra bộ đếm tốc

độ cao đang sử dụng là bộ đếm bao nhiêu. Bộ đếm tốc độ cao có thể được cấu hình
lên tới 12 chế độ hoạt động khác nhau
Mỗi bộ đếm được cung cấp đầu vào cho xung clock, điều khiển hướng đến, tín hiệu reset và bắt
đầu mà bộ đếm đó hỗ chợ. Đối với những bộ đếm 2 pha thì cả 2 xung có thể chạy ở tốc độ cực
đại của chúng. Trong chế độ nhân tốc thì bạn có thể chọn chế độ nhân 1 hoặc nhân 4 tốc độ cực
đại. tất cả các bộ đếm chạy ở tốc độ cực đại mà không ảnh hưởng tới bộ đếm khác.

Điều kiện gây ra lỗi sẽ set ENO = 0
0001 ( lệnh HSC đặt trước HDEF )
0005 ( sử dụng đồng thời HSC/PLS)
 Bộ đếm tốc độ cao đếm các sự kiện mà tốc độ của nó vượt khỏi tầm kiểm
soát của vòng quét S7-200. Tần số đếm lớn nhất có thể của bộ đếm tùy
thuộc vào loại CPU mà bạn sử dụng. CPU 221 và CPU 222 hỗ trợ 4 bộ
đếm tốc độ cao. HSC0, HSC3, HSC4 và HSC5. Hai loại CPU này không
hỗ trợ bộ đếm HSC2 và HSC1 . CPU 224, CPU 224XP và CPU 226 hỗ
trợ cả 6 loại bộ đếm tốc độ cao từ HSC0 đến HSC5.
Về cơ bản thì bộ đếm tốc độ cao hoat động tương tự như nguyên lý cơ bản của
bộ đếm trong S7-200. Ở đây có thể tưởng tượng rằng một encoder sẽ cung cấp đầu
vào xung clock cho bộ đếm. Encoder sẽ cho ra một số lượng xung nhất định trong
một vòng quay và một xung reset sẽ được cho ra sau một vòng quay. Xung clock và
xung reset sẽ là 2 đầu vào của bộ đếm tốc độ cao. Bộ đếm tốc độ cao sẽ được đặt
11


trước với một hằng số và đầu ra sẽ được tích cực trong khoảng thời gian mà giá trị
đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước của bộ đếm. Bộ đếm được thiết lập để cung
cấp một ngắt khi giá trị đếm tức thời bằng với giá trị đặt trước hoặc là khi ta reset bộ
đêm.
Mỗi khi giá trị đếm tức thời bằng giá trị đặt trước một ngắt xảy ra thì một giá trị
đặt trước mới được nạp vào cho lần hoạt động tiếp theo của bộ đếm. Còn khi một tín

hiệu reset tích cực, một ngắt xảy ra thì giá trị đặt trước đầu tiên sẽ được nạp vào bộ
đếm cho chu kỳ tiếp theo.
 Số lượng bộ đếm HSC có trong PLC và tần số tối đa cho phép:
Tùy thuộc vào loại CPU mà số lượng bộ đếm HSC và tốc độ tối đa cho phép khác
nhau.
Bảng 1.1 Ngõ vào các loại bộ đếm trên các CPU và tần số cho phép
Bộ Đếm
Ngõ Vào
Tần số cho phép Loại CPUs
HSC0
I0.0
30 KHZ
221,222,224,224XP,226
30 KHZ
HSC1
I0.6
221,222,224,224XP,226
30 KHZ
HSC2
I1.2
221,222,224,224XP,226
I0.1
30 KHZ
HSC3
221,222,224,224XP,226
I0.3
200 KHZ
HSC4
224xp
I0.4

200 KHZ
HSC5
224xp
 Vùng nhớ đặc biệt sử dụng để lập trình cho HSC:
Mỗi vùng nhớ HSC có một vùng nhớ riêng đặc biệt, vùng nhớ này được sử dụng để
khai báo chọn mode đếm, đặt giá trị, lưu giá trị cho HSC tương ứng.
Bảng 1.2 Vùng nhớ khai báo trên các bộ đếm tốc độ cao

Sự khác nhau giữa các bộ đếm tốc độ cao:

12


Mọi chức năng của bộ đếm là như nhau cho các chế độ hoạt động giống nhau.
Có tất cả 4 chế độ cơ bản: bộ đếm một pha với tín hiệu hướng đên bên trong , một
pha với tín hiệu điều khiển hướng bên ngoài, hai pha với 2 đầu vào clock, A/B pha
cho chế độ nhân tóc. Chú ý rằng không phải tất cả các chế độ điều được hỗ trợ bởi
một bộ đếm. Có thể sử dụng các loại điều khiển: không sử dụng đầu vào reset và
start, có đầu vào reset nhưng không có start, có cả reset và start.
Khi bạn cấp tín hiệu tích cực vào đầu reset, bộ đếm sẽ bị xóa giá trị đếm tức thời
và sẽ giữ ở trạng thái này cho đến khi bạn vô hiệu hóa đâu reset.
Khi bạn cấp tin hiệu tích cực cho đầu vào start, điều này cho phép bộ đếm bắt
đầu đếm. Trong khi tín hiệu start bị vô hiệu hóa thì giá trị đếm tức thời sẽ giữ
nguyên và tín hiệu clock đầu vào sẽ bị bỏ qua.
Nếu tín hiệu reset tích cực trong khi start không tích cực thì tín hiệu reset sẽ bi
bỏ qua và giá trị đếm không thay đổi. Nếu tín hiệu start tích cực trong khi reset cũng
tích cực thì giá trị đếm sẽ bị xóa.
Trước khi bạn sử dụng một bộ đếm tốc độ cao, bạn sử dụng một lệnh định nghĩa
bộ đếm HDEF để chon chế độ hoạt động. sử dụng bit đặc biệt SM0.1 ( bit này mở
trong chu kỳ quét đầu tiên của PLC và đóng ở các chu kỳ sau đo ) để gọi một

chương trinh con khởi tạo có chứa lệnh HDEF.
Lập trình một bộ đếm tốc độ cao:
Bạn có thể dung HSC winzard để cấu hình cho bộ đếm tốc độ cao . HSC winzard sử
dụng các thông tin: loại và chế độ hoạt động của bộ đếm, giá trị đặt trước của bộ
đếm, giá trị tức thời của bộ đếm và khởi tao bộ đếm.Để sử dụng HSC winzard bạn
vào Tool -> instruction Winzard -> HSC
Để lập trình được một bộ đếm tốc độ cao bạn cần làm những bước sau đây:
B1. Chỉ định bộ đếm và chọn chế độ bộ đếm
13


B2. Thiết lập byte điều khiển
B3. Nạp giá trị bắt đầu chọ bộ đếm ( starting value )
B4. Nạp giá trị đặt trước cho bộ đếm ( target value )
B5. Gán và cho phép chương trình ngắt
B6. Khởi động bộ đếm ( tích cực bộ đếm )
 Chỉ định chế độ hoạt động và các đầu vào:
Sử dụng lệnh định nghĩa bộ đếm tốc độ cao HDEF để chọn chế độ đếm ( mode) và các
đầu vào sử dụng .
Bảng 1.3 mô tả các đầu vào sử dụng cho xung clock, điều khiển hướng và điều khiển bắ
đầu được gắn với mỗi bộ đếm cụ thể.
Mode

0
1
2
3
4
5
6

7
8
9
10
11

Description
HSC0
HSC1
HSC2
HSC3
HSC4
HSC5
Single-phase counter
with internal direction
control
Single-phase counter
with external direction
control
Two-phase counter
with 2 clock input
A/B phase quadrature
counter

Inputs
I0.0
I0.6
I1.2
I0.1
I0.3

I0.4
Clock
Clock
Clock
Clock
Clock
Clock
Clock up
Clock up
Clock up
Clock A
Clock A
Clock A

14

I0.1
I0.7
I1.3

I0.2
I1.0
I1.4

I0.4

I0.5
reset
reset

direction
direction
direction
Clock Down
Clock Down
Clock Down
Clock B
Clock B
Clock B

I1.1
I1.5

Start
Start
Start
Start


12

Only HSC0 and HSC3
support mode12.
HSC0 counts the
number of pulses
going out of Q0.0
HSC3 counts the
number of pulses going
out of Q0.1
1.3.7 Các mode đếm của bộ đếm:

Mode 0,1,2 : dùng để đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi bit nội
Mode 0:chỉ đếm tăng hoặc giảm không có bit START và RESET
Mode 1: đếm tăng hoặc giảm có bit RESET nhưng không có bit START
Mode 2: : đếm tăng hoặc giảm có bit RESET và bit START để cho phép bắt đầu
đếm cũng như bắt đầu reset.Các bit reset cũng như start là các tín hiệu INPUT được chọn
từ bên ngoài.
Mode 3,4,5 dùng để đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi bit ngoại tức là có
thể chọn từ ngõ vào input
Mode 3:chỉ đếm tăng hoặc giảm không có bit START và RESET
Mode 4: đếm tăng hoặc giảm có bit RESET nhưng không có bit START
Mode 5: : đếm tăng hoặc giảm có bit RESET và bit START để cho phép bắt đầu
đếm cũng như bắt đầu reset.Các bit reset cũng như start là các tín hiệu INPUT được chọn
từ bên ngoài
Mode 6,7,8: dùng đếm 2 pha với 2 xung vào,1 xung dùng để đếm tăng và 1 xung
dùng để đếm giảm
Mode 6:chỉ đếm tăng hoặc giảm không có bit START và RESET
Mode 7: đếm tăng hoặc giảm có bit RESET nhưng không có bit START
Mode 8: : đếm tăng hoặc giảm có bit RESET và bit START để cho phép bắt đầu
đếm cũng như bắt đầu reset.Các bit reset cũng như start là các tín hiệu INPUT được chọn
từ bên ngoài
Mode 9,10,11 : dùng để đếm xung A/B của ENCODER có 2 dạng
Dạng 1:đếm tăng 1 khi có xung A/B quay theo chiều thuận, giảm khi có xung A/B
quay theo chiều nghịch

Dạng 2:đếm tăng 4 khi có xung A/B quay theo chiều thuận, giảm4 khi có xung A/B
quay theo chiều nghịch
Mode 9:chỉ đếm tăng hoặc giảm không có bit START và RESET
15

Mode 10: đếm tăng hoặc giảm có bit RESET nhưng không có bit START
Mode 11: : đếm tăng hoặc giảm có bit RESET và bit START để cho phép bắt đầu
đếm cũng như bắt đầu reset.Các bit reset cũng như start là các tín hiệu INPUT được chọn
từ bên ngoài
Mode 12: Chỉ áp dụng với HSC0 và HSC3.HSC0 dùng để đếm xung phát ra từ
Q0.0 . HSC3 dùng để đếm xung phát ra từ Q0.1 .mà không cần phải đấu nối phần cứng
có nghĩa là PLC tự kiểm tra từ bên trong.
1.3.2. Giới thiệu về module Analog.
PLC S7-200 có các modul mở rộng như sau:
 EM 231: gồm có 4 ngõ vào analog
 EM 232:gôm có 2 ngõ vào analog
 EM 235: gồm có 4 ngõ vào và 1 ngõ ra analog.
a. Đặc tính chung
 Trở kháng vào input >= 10M.
 Bộ lọc đầu vào input –3Db tới 3.1Khz.
 Điện áp cực đại cung cấp cho module: 30VDC.
 Dòng điện cực đại cung cấp cho module: 32mA.
 Có Led báo trạng thái.
 Có núm chỉnh OFFSET và chỉnh độ lợi (GAIN).
b. Đầu vào
 Phạm vi áp ngõ vào: +/- 10V.
 Phạm vi dòng điện ngõ ra: 0 -> 20mA.
 Các bộ chuyển đổi ADC, DAC (12 bit).
 Thời gian chuyển đổi analog sang digital : <250s.
 Đáp ứng đầu vào của tín hiệu tương tự: 1.5ms đến 95%.
 Chế độ Mode chung: Điện áp vào đầu cộng của chế độ Mode chung nhỏ hơn hoặc
bằng 12V.
 Kiểu dữ liệu đầu vào input:

Kiểu không dấu (đơn cực) tầm từ 0 đến 32000


Kiểu có dấu ( đa cực) tầm từ -32000 đến 32000.
c. Đầu ra
 Phạm vi áp ngõ ra : +/- 10V.
 Phạm vi dòng diện ngõ ra: 0 -> 20mA.
 Độ phân giải:

Điện áp:
12 bit.

Dòng điện: 11 bit.
 Kiểu dữ liệu ngõ ra:

Kiểu không dấu (đơn cực) tầm từ 0 đến 32000
16



Kiểu có dấu ( đa cực) tầm từ -32000 đến 32000.
 Thời gian gửi dữ liệu đi:

Điện áp: 100us.

Dòng điện: 2ms.

Hình 1.5: Sơ đồ kết nối với các thiết bị ngoại vi, sử dụng theo dạng áp và dòng.

17

Có các contact (switch) để lựa chọn phạm vi ngõ vào ( contact ở một trong 2 vị trí
ON và OFF). Contact 1 lựa chọn cực tính áp ngõ vào: ON đối cới áp đơn cực, OFF với áp
lưỡng cực, contact 2,3,4,5,6 chọn phạm vi điện áp.
Các bước chỉnh đầu vào:
1. Tắt nguồn của Modul, chọn tầm ngõ vào thích hợp.
2. Cấp nguồn cho CPU và Modul. Để cho modul ổn định trong vòng 15 phút.
3. Sử dụng máy phát tín hiệu, nguồn áp hoặc nguồn dòng đặt tín hiệu có giá trị
bằng 0 tới một trong những đầu nối của ngõ vào.
4. Đọc giá trị thu được cho CPU bằng kênh ngõ vào thích hợp.
5. Điều chỉnh OFFSET của máy đo điện thế cho đến khi bằng 0, hoặc giá trị dữ
liệu dạng số mong muốn.
6. Kết nối một giá trị toàn thang tới một trong những đầu nối của ngõ vào. Đọc dữ
liệu thu được cho CPU.
7. Điều chỉnh GAIN của máy đo điện thế cho đến khi bằng 32000, hoặc giá trị dữ
liệu dạng số mong muốn.
8. Lặp lại sự chỉnh định OFFSET và GAIN theo yêu cầu.

Hình 1.6: Switch chỉnh chọn điện áp hoặc dòng ngõ vào đối với modul
EM235.
Bảng 1.4: Bảng chọn dải điện áp hoặc dòng điện đầu vào
Dải không đối xứng
SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

ON

OFF

OFF

ON

OFF

ON
18

Dải đầu vào

Độ phan giải

0 – 50 mV

12.5 uV


OFF

ON

OFF

ON

OFF

ON

0 – 100 mV

25 uV

ON

OFF

OFF

OFF

ON

ON

0 – 500 mV

125 uV

OFF

ON

OFF

OFF

ON

ON

0–1V

250 uV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

0–5V

1.25 mV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

0 – 20 mA

5 uA

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

ON

0 – 10 V

2.5 mV

Dải đầu vào

Độ phân giải

Dải đối xứng
SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

ON

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

± 25 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF

ON

OFF

OFF

± 50 mV

25 uV

OFF

OFF

ON

ON

OFF

OFF

± 100 mV

50 uV

ON

OFF

OFF

OFF

ON

OFF

± 250 mV

125 uV

OFF

ON

OFF

OFF

ON

OFF

± 500 mV

250 uV

OFF

OFF

ON

OFF

ON

OFF

± 1V

500 uV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

± 2.5 V

1.25 mV

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

±5V

2.5 mV

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

± 10 V

5 mV

Sơ đồ khối các ngõ vào của EM 235 :

19


Hình 1.7: Sơ đồ khối ngõ vào modul analog EM235
Tín hiệu tương tự được đưa vào các đầu vào A+, A-,B+,B-,C+,C- sau đó qua các bộ
lọc nhiễu, qua bộ đệm, bộ suy giảm, bộ khuếch đại rồi đưa đến khối chuyển đổi ADC,
chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiếu số 12 bit, 12 bit dữ liệu này được đặt bên trong
word ngõ vào analog của CPU như sau:
Dữ liệu đầu vào:
-

Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…)
Định dạng:
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA):
MSB

LSB

15 14
0

3

2

Dữ liệu 12 bit

1
0

0
0

0

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dòng)
thành giá trị số từ 032000.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,):
MSB

LSB

15

4
20

3

2

1

0


Dữ liệu 12 bit

0

0

0

0

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp, dòng)
thành giá trị số từ -3200032000.
Sơ đồ khối ngõ ra EM 235:

Hình 1.8: Sơ đồ khối ngõ ra modul analog EM 235
Dữ liệu đầu ra:
-

Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…)
Định dạng dữ liệu

+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA):
MSB
15
0

LSB
14

4

Dữ liệu 11 bit

3

2
0

1
0

0
0

0

Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 032000 thành tín hiệu
điện áp đầu ra 010V.

21

+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,): Kiểu này các module
Analog output của S7-200 không hỗ trợ.

MSB

LSB

15

4

Dữ liệu 12 bit

3

2
0

1
0

0
0

0

12 bit dữ liệu trước khi vào bộ chuyển đổi DAC được canh trái đều trong word dữ
liệu ngõ ra. Bit MSB là bit dấu: 0 diễn tả giá trị từ dữ liệu dương. 4 bit thấp có giá trị 0
được loại bỏ trước khi dữ liệu này được đưa vào bộ chuyển đổi DAC, các bit này không

ảnh hưởng đến giá trị ngõ ra
Các chú ý khi cái đặt ngõ vào ra analog.
 Chắc chăn rằng nguồn 24VDC cung cấp không bị nhiễu và ổn định.
 Xác định được Modul.
 Dùng dây cảm biến ngắn nhất có thể.
 Sử dụng dây bọc giáp cho cảm biến và dây dùng cho một mình cảm biến.
 Tránh đặt các dây tín hiệu song song với các dây có năng lượng cao. Nếu hai dây
bắt buộc phải gặp nhau thì bắt chéo chúng về góc bên phải.

22


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 Lựa chọn thiết bị.
2.1.1 Encoder

Hình 2.1 Ecoder E6B2-CWZ6C










Thông số kỹ thuật:
Model: Omron E6B2-CWZ6C 1000 p/r
Điện áp sử dụng: 5~24VDC.

Dòng tiêu thụ: max 80mA
Số xung: 1000 xung / 1 vòng (1000 p/r)
Số kênh xung: 3 kênh xung riêng biệt A, B, Z.
Tần số đáp ứng tối đa: 100Khz
Dạng ngõ ra xung: NPN cực thu hở (cần mắc trở treo lên VCC để tạo mức
cao (High))
Đường kính trục: 6mm
Đường kính thân: 40mm

23


2.1.2 Biến tần MM440

Hình 2.1 Biến tần MM440
Với mô hình này em sử dụng biến tần MM440 của siemens
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.
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.
24


- 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 của MM440
Công suất định mức:
 Công suất từ 0.37 KW đến 200 Kw đối với điện áp vào 3 pha AC 380V -480V.
 Công suất từ 0.12Kw đến 3.0kw đối với điện áp vào 1 pha 200V - 240V.
 Công suất từ 0.12kw đến 45.0kw đối với điện áp vào 3 pha 200V - 240V.
Điện áp định mức ngõ ra:
3 pha 220VAC hoặc 380VAC tuỳ theo chon mã hàng.
Tần số ngõ ra từ 0Hz đến 650Hz.
Các đầu đấu nối vào và ra:
 6 đầu vào số
 2 đầu vào tương tự
 3 đầu ra rơle
 2 đầu ra tương tự
 1 cổng RS485
 15 cấp tần số cố định
 Có tích hợp bộ điều khiển PID
 Có chức năng hãm DC, hãm tổ hợp và hãm bằng điện trở hay hảm động năng.

25