Đề tài Ứng dụng bộ pid của PLC Mitsubishi FX3U trong hệ PLC- biến tần- động cơ để thiết kế mô hình điều khiển, ổn định áp suất chất lỏng

Đề tài: “Ứng dụng bộ pid của PLC Mitsubishi FX3U trong hệ PLC- biến tần- động cơ để thiết kế mô hình điều khiển, ổn định áp suất chất lỏng” Đề tài: “Ứng dụng bộ pid của PLC Mitsubishi FX3U trong hệ PLC- biến tần- động cơ để thiết kế mô hình điều khiển, ổn định áp suất chất lỏng”

Vai trò của việc ổn định áp suất chất lỏng trong công nghiệp

Hệ thống bơm nước trong các nhà máy, khu công nghiệp và tòa nhà thường hoạt động với 100% tải từ khi khởi động cho đến khi dừng lại, dẫn đến nhiều hạn chế và lãng phí cho toàn bộ hệ thống.

Trong giờ cao điểm, nhu cầu sử dụng nước tăng cao, nhưng ngay cả khi hệ thống hoạt động với 100% công suất, vẫn không đủ lượng nước cung cấp, dẫn đến tình trạng thiếu nước Để đáp ứng nhu cầu, người vận hành thường phải kích hoạt thêm các bơm khác, tuy nhiên, các bơm này cũng hoạt động với 100% công suất, gây ra sự không ổn định trong lượng nước cung cấp và dẫn đến lãng phí.

Khi ở thời gian thấp điểm: Bơm vẫn chạy 100% công suất nhưng lượng nước đầu ra sử dụng ít => lãng phí.

Các bơm phải chạy liên tục sẽ giảm tuổi thọ về mặt cơ khí của bơm.

Vì vậy yêu cầu đặt ra là điều khiển tự động ổn định lưu lượng nước và tiết kiệm năng lương cho hệ thống cấp nước.

Tổng quan hệ biến tần – động cơ

Biến tần

Biến tần là thiết bị chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha với tần số và điện áp cố định thành nguồn điện xoay chiều 3 pha có tần số và điện áp linh hoạt.

Các bộ phận của biến tần:

Hình 1.1 Sơ đồ mạch lực của biến tần.

Các phụ kiện biến tần:

+) Bộ kháng điện xoay chiều (AC reactor)

+) Bộ kháng điện một chiều (DC reactor)

- Nguyên lý hoạt động của biến tần:

+) Nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng bằng bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện.

Điện áp một chiều cao sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện và sau đó được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua quá trình nghịch lưu.

IGBT là thiết bị có cổng cách điện, hoạt động như công tắc bật tắt nhanh chóng, giúp tạo ra dạng sóng đầu ra cho biến tần Qua trình tự kích hoạt IGBT, biến tần sẽ tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Nhờ sự tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn, tần số chuyển mạch xung hiện có thể đạt được dải tần số cao Điều này giúp giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt của động cơ.

Hệ biến tần-động cơ bơm

+) Biến tần cho bơm điều áp tự động ổn định áp suất theo giá trị đặt sẵn. +) Có chế độ stand by – tiết kiệm năng lượng.

+) Hệ thống điều khiển bằng biến tần

+) Giải pháp thông minh, bơm được điều khiển bằng biến tần

Hệ biến tần động cơ chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha cố định thành nguồn điện 3 pha có tần số và điện áp thay đổi, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ Tín hiệu áp lực từ mạng lưới cấp nước được gửi về bộ điều khiển của biến tần, nơi nó được so sánh với tín hiệu áp lực yêu cầu Sự sai lệch giữa hai giá trị này được xử lý bởi bộ điều khiển PID, nhằm tối ưu hóa tín hiệu điều khiển đến bộ chỉnh lưu và nghịch lưu của biến tần.

+) Hạn chế dòng khởi động động cơ.

+) Tự động ngừng khi đạt đến điểm đặt.

Hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ khởi động giúp tránh tình trạng quá tải và quá điện áp, đồng thời bảo vệ động cơ khỏi các sự cố như ngắn mạch, quá tải, quá dòng và quá nhiệt Sản phẩm được thiết kế dễ dàng lắp đặt và vận hành, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.

+) Hiển thị thông số, thuận tiện theo dõi.

Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng tiết kiệm năng lượng Khi sử dụng biến tần để điều khiển bơm, để giảm lưu lượng xuống 80% so với mức định sẵn, chỉ cần điều chỉnh biến tần để giảm tốc độ động cơ Mối quan hệ giữa momen tải và tốc độ động cơ rất quan trọng, đặc biệt trong các ứng dụng như bơm nước và quạt gió.

Giảm tốc độ bơm xuống 80% dẫn đến công suất P = 0,8^3 ≈ 0,5, cho thấy bơm chỉ hoạt động với 50% công suất định mức nhưng vẫn có thể đạt được 80% lưu lượng.

+) Hệ thống biến tần áp dụng nguyên lý điều khiển vòng kín.

Tín hiệu áp lực từ mạng lưới cấp nước được gửi đến bộ xử lý để so sánh với giá trị áp lực đã được cài đặt Sự chênh lệch giữa hai giá trị này sẽ được xử lý bởi một chương trình đặc biệt, nhằm tạo ra tín hiệu điều khiển tối ưu cho bộ biến tần.

Biến tần được lập trình để xử lý tín hiệu và cung cấp tần số phù hợp cho dòng điện vào động cơ, từ đó điều chỉnh số vòng quay của trục bơm Điều này giúp tối ưu hóa lưu lượng và áp lực cần thiết trong hệ thống đường ống.

- Chức năng của thiết bị biến tần.

+) Tự động điều khiển bơm và số vòng quay bơm để cung cấp đủ lưu lượng theo yêu cầu.

+) Khởi động mềm và dừng mềm tránh sụt áp dòng điện của hệ thống.

+) Có khả năng bảo vệ chống quá tải, ngắt mạch, mất pha, tăng áp…

Tổng quan về bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID (Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi quan trọng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, đặc biệt phổ biến trong các ứng dụng điều khiển vòng kín.

Bộ điều khiển PID hoạt động bằng cách tính toán sai số, tức là chênh lệch giữa giá trị đo và giá trị đặt mong muốn Để giảm thiểu sai số này, bộ điều khiển điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Để đạt hiệu quả tối ưu, các thông số PID cần được điều chỉnh phù hợp với đặc tính của hệ thống, mặc dù kiểu điều khiển vẫn giống nhau.

Hình 1.2 Cấu trúc bộ điều khiển PID.

+) P (Proportional): là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu.

Điều khiển tích phân (I - Integral) là phương pháp điều chỉnh dựa trên tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu, nhằm tạo ra các tín hiệu điều chỉnh để giảm thiểu độ sai lệch về 0.

D (Derivative) là vi phân của sai lệch, giúp điều khiển vi phân để tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỷ lệ với tốc độ thay đổi của sai lệch đầu vào.

Các bộ điều khiển PID:

+) Bộ điều khiển tỉ lệ - P

+) Bộ điều khiển tỉ lệ và tích phân - PI

+) Bộ điều khiển vi phân - PD

+) Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân - vi phân – PID

- Mục tiêu của việc sử dụng bộ PID :

Bộ điều khiển PID được xem là giải pháp tối ưu cho các hệ thống điều khiển quy trình hiện đại, được áp dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp Nó đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các thông số như lưu lượng, nhiệt độ và áp suất.

+) Giảm sai số xác lập đến mức tối thiểu nhất

+) Hạn chế độ dao động

+) Giảm thời gian tác động và độ lọt vố

- Hệ thống điều khiển PID tự động bao gồm:

+) Thiết bị điều khiển và cài đặt

Giới thiệu về đề tài thiết kế đồ án

Đề tài nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng bộ điều khiển PID của PLC FX3U trong hệ thống PLC-biến tần-động cơ nhằm thiết kế mô hình điều khiển hiệu quả Mục tiêu chính là ổn định áp suất chất lỏng, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy trong các quy trình công nghiệp Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện khả năng điều khiển mà còn tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.

+)PLC: Ứng dụng bộ PID

+)Mô đun đọc Analog: Đọc giá trị từ cảm biến đưa về

+) Biến tần: Truyền thông giữa PLC- biến tần

+) Động cơ bơm: Biến đổi điện năng thành cơ năng, hút nước từ bể chứa, lưu thông qua đường ống tạo nên áp suất.

+) Cảm biến: đo áp suất trong đường ống dẫn nước.

Hệ thống bơm thường sử dụng nhiều động cơ bơm phối hợp, nhưng do những hạn chế nhất định, chỉ một bơm được sử dụng để cung cấp nước và tạo áp suất.

TÍNH CHỌN THẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ BẢN VẼ ĐIỆN

Tính chọn động cơ bơm

Bơm là thiết bị quan trọng trong các ngành công nghiệp, được sử dụng để vận chuyển chất lỏng qua ống dẫn Nó cung cấp năng lượng cần thiết để vượt qua trở lực trong đường ống, nâng chất lỏng lên độ cao nhất định và tạo lưu lượng trong các thiết bị công nghệ Năng lượng của bơm được khai thác từ các nguồn động năng khác nhau.

Theo nguyên lý hoạt động, bơm được chia thành ba nhóm chính: bơm thể tích, bơm động lực và bơm khí động Bơm thể tích hoạt động bằng cách thay đổi thể tích không gian làm việc, dẫn đến sự thay đổi áp suất và cung cấp năng lượng cho chất lỏng Bơm động lực sử dụng chuyển động quay tròn để tạo ra động năng, từ đó truyền năng lượng vào chất lỏng và tạo ra dòng chảy Cuối cùng, bơm khí động hoạt động dựa trên sự thay đổi áp suất của dòng khí, giúp hút và đẩy chất lỏng, đồng thời tạo ra năng lượng cho dòng chảy.

Khi lựa chọn động cơ cho bơm dưa, cần dựa vào nhu cầu lưu lượng và cột áp Để tính toán công suất cho một máy bơm nước, có bốn yếu tố quan trọng cần xem xét.

+) Lưu lượng của máy bơm

+) Cột áp của máy bơm

+) Hút sâu của máy bơm

+) Độ nhớt của dung dịch chất lỏng, độ ăn mòn chất lỏng.

Khi chọn máy bơm nước, bất kể thương hiệu nào, việc xem xét các yếu tố cần thiết là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sử dụng và giảm chi phí Mỗi động cơ bơm đều có đường đặc tính và thông số riêng, từ đó giúp chúng ta tính toán và lựa chọn công suất phù hợp nhất.

Bài toán điều khiển ổn định áp suất trong hệ thống bơm sử dụng biến tần và động cơ được thực hiện thông qua bộ PID Cụ thể, ứng dụng này nhằm bơm nước lên bồn chứa của một nhà xưởng với lưu lượng Q = 6 m³/h và chiều cao cột áp H = 10m.

+) P công suất trung bình (kW)

[102∗0.8] =0.204( kW ) Lấy thêm hệ số dư tải cho động cơ = P*0.43 suy ra:

Chọn động cơ phù hợp với công suất bơm:

P đc công suất động cơ

P công suất máy bơm δ hiệu suất động cơ (0.9−0.95)

Dựa trên kết quả tính toán và yêu cầu của đề tài, tôi đã chọn động cơ ba pha có công suất 0.75kW của hãng Aulank Pump, với công suất lớn hơn hoặc bằng công suất tính toán.

Loại U(V) F(Hz) RPM P(Kw) I(A) Q(L/min)

Hình ảnh của động cơ bơm như sau:

Hình 2.1 Động cơ bơm RGP-10.

Chọn biến tần

- Biến tần trong hệ này đóng vai trò:

+) Cấp nguồn có điện áp và tần số có thể thay đổi cho động cơ.

+) Nhận tín hiệu phản hồi từ cảm biến áp suất để tự động tính toán, điều chỉnh

Biến tần hiện nay được sử dụng phổ biến và sản xuất bởi nhiều thương hiệu nổi tiếng như Siemens, Omron, Yaskawa, Toshiba, Mitsubishi, và ABB Khi lựa chọn biến tần, cần đảm bảo rằng công suất của biến tần lớn hơn hoặc bằng công suất của động cơ, đồng thời nên chọn loại có tích hợp sẵn bộ điều khiển PID để tối ưu hiệu suất hoạt động.

Chúng tôi đã chọn biến tần Mitsubishi Electric, một thương hiệu nổi tiếng của Nhật Bản, với model FR-D700 Biến tần này đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe trong ngành công nghiệp, đảm bảo chất lượng tốt, hoạt động ổn định và giá thành hợp lý FR-D700 thường được ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất, hệ thống tự động hóa công nghiệp và hệ thống điều khiển tại các nhà máy cũng như tòa nhà.

- Biến tần Mitsubishi dòng FR-D700 là biến tần 3 pha, điện áp 220v có các đặc điểm sau:

+) Tần số ngõ ra: 0,2-400Hz.

+) Điện áp 3 pha cho biến tần: 3 pha 200-240V 50/60Hz.

+) Điện áp cho động cơ: 3 pha 200-240V.

+) Dùng cho động cơ 3 pha không đồng bộ công suất từ 0,1-15Kw.

+) Khả năng chịu quá tại 150% trong 60s, 200% trong 0,5s.

+) Sai số tân số ngõ ra: ±5%

+) Ngõ vào analog 2 cổng: 0-10V, 0-5V, 4-20mA.

+) Ngõ vào Digital 5 cổng: 24VDC điều khiển Run/Stop, thuận ngược, Đa tốc độ.

+) Chế độ điều khiển: Thuận/ngược, đa tốc độ, điều khiển PID, truyền thông.

+) Các chức năng bảo vệ động cơ: Khi quá tải, ngắn mạch Khi đang hoạt động

- Biến tần Mitsubishi FR-D700 thường được dùng cho động cơ bơm nước, quạt, băng tải trục vít, cẩu trục ngang, các ứng dụng trung bình có công suất dưới

Để đảm bảo hiệu suất cho hệ thống sử dụng động cơ bơm công suất 0,75 KW, chúng ta cần lựa chọn biến tần có công suất lớn hơn 0,75 KW Do đó, biến tần Fr-D700 1,5k với công suất 1,5 KW là sự lựa chọn phù hợp.

Một số hình ảnh thực tế như sau:

Hình 2.3 Các bộ phận trên mặt biến tần.

Sst Thông số Ý nghĩa Giá trị cho phép cài dặt

Nhóm thông số cơ bản

2 Pr.01 Tần số lớn nhất 0-120Hz

3 Pr.02 Tần số nhỏ nhất 0-120Hz

4 Pr.03 Tần số cơ bản 60Hz

Các thông số cần cài đặt cho trong hệ thống:

Bảng 2.2 Các thông số cần cài đặt cho hệ thống

5 Pr.07 Thời gian tăng tốc 0-3600s

6 Pr.08 Thời gian giảm tốc 0-3600s

Nhóm thông số liên quan đến động cơ

7 Pr.80 Công suất định mức

0,1-15kW( chế độ vevtor control) 9999-(chế độ V/F control)

8 Pr.82 Dòng điện định mức

0-500A( động cơ thường) 9999(động cơ Mitsubishi)

9 Pr.83 Điện áp định mức 0-1000v

10 Pr.84 Tần số động cơ 10-120Hz

Nhóm thông số liên quan đến giao thức truyền thông

11 Pr.117 Số trạm kết nối 0-31

Tốc độ truyền tải( đơn vị 100bps)

13 Pr.119 Đột dài,bít cuối của dữ liệu truyền

Stop bit Độ dài data

14 Pr.120 Kiểm ta sự tương đồng

Thời gian trễ sau khi thiết lập

Khoảng thời gian truyền dữ liệu đến biến tần và phản hổi phản hồi

9999 Thiết lập ngay túc thời.

Lựa chọn giao thức điều khiển

17 Pr.79 Lựa chọn chế độ hoạt động

0 Cài đặt từ external (cả PU,Net)

1 Cài đặt trực tiếp trên biến tần

2 Cài đặt từ external (Chỉ Net)

3 Kết hợp external và PU 4

6 Chuyển đổi giữa external, PU và Net.

Nhóm thông số liên quan đến điều khiển PID

18 Pr.127 Tần số tự động chuyển

Tần số tự động chuyển chế độ sang điều khiển PID 9999 Không cài( luốn điều khiển PID)

20 PID(+) Phản hồi từ terminal 4 Giá trị đặt từ terminal 2 hoặc Pr.133

40 PID(+) Phương pháp cộng cố định

Giá trị đặt từ Pr.133, giá trị đo từ terminal 4.

42 PID(+) Phương pháp cộng tỷ lệ

Dải tỷ lệ càng nhỏ, hệ phản ứng nhanh nhưng độ ổn định giảm và ngược lại Kp=1/dải tỷ lệ.

21 Pr.130 Thời gian tích phân

9999- giá trị đặt từ terminal 2

25 Pr.134 Thời gian vi phân

27 Pr.576 Tần số ngủ 0-400Hz

Nhóm thông số liên quan đến đèn báo

28 Pr.192 Đầu ra đa chức năng A,B,C

0,1,2,3… Lựa chọn các chức năng cho đầu ra A,B,C.

Nối dây mạch điều khiển Trên biến tần có các đầu nối như hình sau:

Hình 2.4 Các chân đấu dây trên mạch điều khiển.

- Các cổng này có thể nối với dây 0,3-0,75mm.

- Ở cụm 1 là các đầu vào anlalog:

+) 2: chân tín hiệu tương tự chuẩn áp (0-5V,0-10V)

+) 4: chân tín hiệu tương tự chuẩn dòng (4-20mA)

The system comprises a safety stop signal group (RUN, SE, SO, S1, S2, SC, SD), a multifunctional input group (RL, RM, RH, SD, PC, STR, STF), and a multifunctional output group (A, B, C), ensuring efficient and secure operation.

- Trong hệ thống này chỉ sử dụng đến cụm 1 và cụm đầu ra đa chức năng Đấu nối mạch động lực được thể hiện qua hình sau:

Hình 2.5 Đấu nối nguồn vào/ra.

Chức năng truyền thông trên biến tần:

- Biến tần Mitsubishi D720 hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS485-2wire, RS485-4wire Cổng hết nối truyền thông hỗ trợ theo chuẩn cáp Rj-45 như hình sau:

Hình 2.6 Vị trí cổng truyền thông.

Các chân từ 1 đến 8 có chức năng như sau:

Bảng 2.3 Chức năng các chân cổng truyền thông

Chân số Tên Chức năng

1 SG Chân nối đất( terminal 5)

7 SG Chân nối đất (terminal 5)

- Các kiểu đấu nối tín hiệu truyền thông theo từng chuẩn

 Chuẩn RS485-4wire với 1 trạm:

Hình 2.7 Sơ đồ đấu nối truyền thông chuẩn RS485-4W 1 trạm.

 Chuẩn RS485-4wire với nhiều trạm:

Hình 2.8 Sơ đồ đấu nối truyền thông chuẩn RS485-4W nhiều trạm.

Hình 2.9 Sơ đồ đấu nối truyền thông chuẩn RS485-2W.

Trong phần truyền thông ta cần chú ý tới các dịa chỉ thanh ghi cần dùng của biến tần trong hệ thống, cụ thể trong bảng sau:

Bảng 2.4 Địa chỉ các thanh ghi cần thao tác trong hệ thống

Thao tác Chức năng Giá trị có thể ghi

1 40002 Chỉ ghi Reset lỗi Giá trị bất kì.

2 40009 Đọc/ Trạng thái/ lệch điều 0 Dừng ghi khiển

3 40201 Đọc Tần số ra(0,01Hz)

4 40202 Đọc Dòng điện đầu ra(0,01A)

5 40203 Đọc Điện áp đầu ra

6 40214 Đọc Công suất đầu ra

9 41129 Đọc/ ghi Dải tỷ lệ (0,1%)

11 41133 Đọc/ ghi Giá trị đặt (0,1%)

Lựa chọn HMI

HMI, viết tắt của Human-Machine Interface, là thiết bị trung gian thiết yếu giúp người vận hành giao tiếp với máy móc Hiện nay, màn hình HMI đã trở thành công cụ phổ biến trong ngành công nghiệp, đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối người sử dụng với các thiết bị máy móc.

Phần cứng: Bao gồm thân vỏ, khung, các thiết bị vi mạch điện tử…

Màn hình cảm ứng cho phép người vận hành điều khiển các thao tác dễ dàng như trên một smartphone hiện đại Bên cạnh đó, màn hình còn hiển thị trạng thái và tín hiệu hoạt động của máy, tùy thuộc vào nhu cầu của người dùng và được lập trình sẵn.

 Bộ nhớ chương trình: ROM,RAM, EPROM/Flash,…

 Các phần mềm phát triển.

 Các công cụ xây dựng HMI.

 Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối.

 Các chương trình mô phỏng.

 Các giao thức truyền thông: Mobus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus

 Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB…… Ứng dụng:

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu, HMI (Giao diện người-máy) trở thành thiết bị thiết yếu trong việc tự động hóa các quy trình sản xuất phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao.

HMI được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các công đoạn sản xuất của nhiều lĩnh vực, bao gồm dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, ngành điện, ngành nước, ô tô và xe máy.

Hiện nay, nhiều hãng sản xuất HMI nổi tiếng như Siemens, Delta, ABB, Omron, Mitsubishi và Weintek Trong số đó, chúng ta lựa chọn HMI của Weintek cho hệ thống với các thông số kỹ thuật phù hợp.

Model Kích thước U Cổng giao tiếp Truyền thông

TK6070ik 7 inch 24VDC Mini usb,

RS232, RS485(4 wire) RS485(2 wire)

Một số hình ảnh thực tế:

HMI TK6070ik của Weintek là sản phẩm được ưa chuộng tại Việt Nam nhờ vào giá cả hợp lý và phần mềm dễ sử dụng, đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của người dùng.

HMI đúng nghĩa cần có cấu hình, kết nối truyền thông và phần mềm mở Màn hình HMI TK6070ik được trang bị cổng Dsub 9 pin cho truyền thông và cổng mini USB để nạp chương trình Cổng Dsub 9 pin hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS232, RS485-2wire và RS485-4wire, với chức năng chân được mô tả chi tiết trong bảng.

Bảng 2.5 Chức năng các chân tín hiệu của cổng truyền thông HMI

Lựa chọn các thiêt bị phụ trợ khác

- Để hệ thống có thể hoạt động, ta cần các thiết bị phụ như sau:

Cảm biến áp suất là thiết bị có chức năng đo và chuyển đổi áp suất thành tín hiệu dòng điện, gửi về bộ điều khiển Loại cảm biến này sử dụng 2 dây và cung cấp tín hiệu dòng điện với dải đo từ 0,1 bar.

+) Bộ chuyển đổi nguồn xoay chiều- một chiều : cấp nguồn cho relay, HMI, đèn báo và cảm biến.

+) Aptomat: bảo vệ hệ thống khỏi sụ cố cháy, chập điện.

+) Đèn báo: hiển thị tín hiệu như chạy, lỗi, nguồn…

Thiết kế bản vẽ điện

Trong phần trước, chúng ta đã lựa chọn đầy đủ các thiết bị cần thiết cho hệ thống Dưới đây là sơ đồ bố trí và sơ đồ đấu nối các thiết bị.

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Thiết kế giao diện HMI

3.1.1 Cài đặt hệ thống Để lập trình thiết kế giao diện HMI cho màn hình HMI TK6070ik, ta sử dụng phần mềm lập trình HMI EB8000.

Hình 3.1 Lựa chọn kiểu màn hình.

- Màn hình HMI đã chọn là Tk6070ik, tương ứng trong phần mềm ta chọn

MT6000 i series, sau đó chọn Easybuider8000.

Xuất hiện cửa sổ như sau:

Hình 3.2 Lựa chọn màn hình sử dụng.

- Chọn new rồi ấn OK.

Chọn phiên bản màn hình bằng cách nhấn vào mũi tên để hiển thị nhiều tùy chọn với độ phân giải khác nhau Hãy chọn kiểu màn hình phù hợp với thông số của màn hình đã được chọn trước đó.

Để chọn chế độ màn hình, bạn có thể lựa chọn giữa kiểu màn hình dọc hoặc ngang Trong đồ án này, chúng ta sử dụng màn hình ngang, vì vậy hãy chọn chế độ landscape và nhấn OK.

- Xuất hiện hộp thoại parameter system, chọn new.

Hình 3.3 Màn hình cài đặt phần cứng

Hình 3.4 Màn hình cài đặt phần cứng

In the Device Properties dialog, select the PLC device, set the location to local, choose Modbus RTU for the PLC type, and configure it for RS485-2 wire Then, in the settings, select Com 2 with the parameters (19200, E, 8, 1) before clicking OK.

Trong hệ thống sử dụng 3 màn hình:

2 Màn hinh giám sát PID

3 Màn hình cài đặt tham số PID

Ta sẽ tiến hành thiết kế màn hình.

- Bước đầu tiên ta tạo nhiều của sổ Để tạo nhiều của sổ, ta click chuột phải và chọn New.

Hình 3.5 Màn hình danh sách các của sổ

- Đặt tên của sổ tạo mục Name Chiều dài và chiều rộng là kích thước của màn hình Sau khi thiết lập xong, ấn OK.

Hình 3.6 Màn hình cài đặt thông số cửa sổ.

- Để tạo text ta click vào biểu tượng Text trên thanh công cụ:

Hình 3.7 Biểu tượng tạo Text trên thanh công cụ.

- Tại cửa sổ New Text Object Chọn font chữ tại mục Font, chọn màu tại

Color, Cỡ chữ tại Size và các tùy chỉnh khác.

- Nhập nội dung tại mục Content Nhập xong rồi ấn OK.

Hình 3.8 Màn hình tạo Text

- Tạo các ô hiển thị giá trị từ biến tần, tại thanh công cụ chọn Numberic display.

Hình 3.9 Biểu tượng Numberic display trên thanh công cụ.

- Ta có địa chỉ thanh ghi của giá trị cần đọc như sau:

Bảng 3.1 Các địa chỉ thanh ghi chứa giá trị cần đọc

Thanh ghi Tiêu đề Đơn vị

- Tại cửa sổ Numberic display object’s properties, ta chọn đọc giá trị từ modbus RTU, địa chỉ thanh ghi của biến tần bắt đầu từ 40000, ta chọn address là 4x.

- Để đọc giá trị tần số ra ta nhập địa chỉ là 0201 là thanh ghi đọc giá trị tần số ra.

Hình 3.10 Gán địa chỉ thanh ghi giá trị tần số ra.

Trong mục định dạng, chúng ta cần chọn số chữ số trước và sau dấu phẩy phù hợp với đơn vị của các giá trị Đối với giá trị tần số, đơn vị được quy định là 0,01Hz, vì vậy ta sẽ chọn 2 chữ số trước dấu phẩy và 2 chữ số sau dấu phẩy.

Hình 3.11 Cài đặt đơn vị của giá trị tần số ra

Để đọc giá trị dòng điện, bạn cần nhập địa chỉ 0202 Tại mục định dạng, hãy chọn số chữ số trước và sau dấu phẩy phù hợp với đơn vị tần số, cụ thể là 0,01Hz Chọn 2 chữ số trước dấu phẩy và số chữ số cần thiết sau dấu phẩy.

Hình 3.12 Gán đại chỉ thanh ghi giá trị dòng điện đầu ra.

Hình 3.13 Cài đặt đơn vị của giá trị dòng điện ra.

- Tương tự với các thông số còn lại.

- Tạo các ô nhập giá trị và ghi vào biến tần, tại thanh công cụ, chọn numberic input

Hình 3.14 Biểu tượng chọn numberic input trên thanh công cụ.

- Ta có địa chỉ của các thanh ghi chứa dữ liệu cần thay đổi như sau:

Bảng 3.2 Các địa chỉ thanh ghi chứa giá trị cần ghi

Thanh ghi Tiêu đề Đơn vị

- Tại cửa sổ Numberic input object’s properties, ta chọn giá trị từ modbus

RTU, địa chỉ thanh ghi của biến tần bắt đầu từ 40000, ta chọn address là 4x, để ghi giá trị đặt ta nhập địa chỉ là 1133 rồi ấn OK.

Hình 3.15 Gán địa chỉ thanh ghi giá trị đặt.

Tại mục định dạng, chọn số chữ số trước và sau dấu phẩy tương ứng với đơn vị giá trị Đối với giá trị có đơn vị 0,1%, hãy chọn 2 chữ số trước dấu phẩy và 1 chữ số sau dấu phẩy, sau đó nhấn OK.

Hình 3.16 Cài đặt đơn vị cho giá trị đặt.

- Tại thanh công cụ ta chọn Set word để tạo các nút ấn start, stop, reset.

Hình 3.17 Biểu tượng Set word trên thanh công cụ.

- Ta có địa chỉ thanh ghi trạng thái biến tần/ đầu vào điều khiển biến tần như sau:

Bảng 3.3 Các địa chỉ chứa lệnh cần thực hiện

Thanh ghi Tiêu đề Giá trị Chú thích

40002 Reset biến tần Bất kì Reset lỗi

- Trong cửa sổ Set word object’s properties, ta chọn giá trị từ modbus

Để ghi giá trị đặt cho biến tần, địa chỉ thanh ghi RTU bắt đầu từ 40000, ta chọn địa chỉ là 4x Nhập địa chỉ 0009 và chọn giá trị 2 tương ứng với nút ấn Run, sau đó nhấn OK.

Hình 3.18 Gán địa chỉ và giá trị cho nút ấn ảo.

- Tại mục label, ta nhập nội dung chức năng của nút ấn

Hình 3.19 Chỉnh Font cho Nút ấn.

- Tương tự với các nút ấn còn lại.

- Tạo Trend display, trước tiên ta tạo Data sampling Trên thanh công cụ, chọn object- data sampling-new.

In the data sampling object window, select the sampling mode as time-based, with a sampling time interval of 1 second Choose the value from Modbus RTU, starting the register address for the variable from 40000 To read the set value, enter the address as 0252, using the address format 4x.

Hình 3.21.Cài đặt thông số và địa chỉ cần lấy mẫu.

- Tại mục data format, chọn new- chọn data type là 16 bit unsigned Ta dùng 2 trend nên sẽ tạo 2 data.

Hình 3.22 Tạo Format cho data

- Ấn exit rồi ấn OK

- Tại thanh công cụ ta chọn Trend display

Hình 3.23 Biểu tượng Trend display trên thanh công cụ.

- Tại mục Trend display object’s properties, chọn khoảng cách giữa các dữ liệu mẫu là 8.

Hình 3.24 Cài đặt Trend display

- Tại mục Trend, ta có thể tạo được các đường kẻ để dễ đọc và quan sát.

Hình 3.25 Cài đặt đường kẻ chia tỉ lệ.

- Tại mục chanel, ta chọn kênh 0 và 1 để hiển thị 2 trend trên 1 màn hình,trọn tỷ lệ 0-1000.

Hình 3.26 Chọn 2 data để đối chiếu.

Hình 3.27 chọn tỉ lệ cho Trend display

- Tại mục Object, chọn Button-Funtion key để tạo các nút ấn chuyển trang.

Hình 3.28 biểu tượng của Button-Funtion key

- Tại cửa sổ Funtion keys object’s properties, mục window no ta chọn cửa sổ muốn chuyển đến:

Hình 3.29 Cài địa chỉ trang muốn chuyển đến.

- Tại mục label có thể ghi tên và chỉnh sửa font của nút ấn.

Hình 3.28 chỉnh sửa font của nút ấn

Hình 3.30 Nhập tên nút ấn.

Các thông số và cài đặt giá trị cho biến tần.

Trước khi tiến hành cài đặt, bước đầu tiên là reset biến tần về cài đặt mặc định của nhà sản xuất Để thực hiện việc này, trên mặt biến tần, bạn cần ấn nút Mode cho đến khi màn hình LED hiển thị.

ALLC thì ấn Set, đổi giá trị là 1 rồi ấn Set Như vậy đã reset được biến tần.

Để cài đặt hệ thống, đầu tiên cần chuyển Pr.160 về giá trị 0, giúp hiển thị đầy đủ các tham số trong biến tần Tiếp theo, chuyển Pr.79 về 1 để thiết lập tham số trực tiếp bằng các phím bấm trên mặt biến tần, lúc này đèn PU sẽ sáng Cuối cùng, sau khi hoàn tất cài đặt, chuyển Pr.79 về giá trị 2 để điều khiển biến tần qua mạng truyền thông, khi đó đèn Net sẽ sáng.

- Các thông số và giá trị cài đặt cho biến tần được thể hiển ở bảng sau:

Bảng 3.4 Các thông số và giá trị cài đặt cho biến tần. STT Thông số Ý nghĩa Giá trị cho phép cài đặt

Nhóm thông số cơ bản

6%- với công suất biến tần là 1.5Kw.

2 Pr.01 Tần số lớn nhất 50Hz

3 Pr.02 Tần số nhỏ nhất 0

4 Pr.03 Tần số cơ bản 50Hz

5 Pr.07 Thời gian tăng tốc

6 Pr.08 Thời gian giảm tốc

Nhóm thông số liên quan đến động cơ

7 Pr.80 Công suất định mức

8 Pr.82 Dòng điện định mức

9 Pr.83 Điện áp định mức

10 Pr.84 Tần số động cơ 50Hz

Nhóm thông số liên quan đến giao hức truyền thông

11 Pr.117 Số trạm kết nối 1

Tốc độ truyền tải( đơn vị 100bps

Pr.119 Độ dài,bít cuối của dữ liệu truyền thông

Stop bit Độ dài data

14 Pr.120 Kiểm ta sự tương đồng

15 Pr.123 Thời gian trễ sau khi thiết lập

9999 Thiết lập ngay lúc tức thời

16 Pr.549 Lựa chọn giao thức điều khiển

17 Pr.79 Lựa chọn chế độ độ hoạt động

0 Cài đặt từ external (cả PU,Net)

1 Cài đặt trực tiếp trên biến tần

2 Cài đặt từ external (Chỉ Net)

3 Kết hợp external và PU

6 Chuyển đổi giữa external, PU và

7 Cài đặt từ external Nhóm thông số liên quan đến điều khiển PID

18 Pr.127 Tần số tự động 0- Tần số tự động chuyển chế độ chuyển sang điều khiển PID

9999 Không cài( luôn điều khiển PID)

20 PID(+) Phản hồi từ terminal 4

Giá trị đặt từ terminal 2 hoặc Pr.133

40 PID(+) Phương pháp cộng cố định

Giá trị đặt từ Pr.133, giá trị đo từ terminal 4

Phương pháp cộng tỷ lệ

Dải tỷ lệ càng nhỏ, hệ phản ứng nhanh nhưng độ ổn định giảm và ngược lại Kp=1/dải tỷ lệ.

21 Pr.130 Thời gian tích phân

9999- giá trị đặt từ terminal 2

25 Pr.134 Thời gian vi phân 0,01-10s

27 Pr.576 Tần số ngủ 0-400Hz

Nhóm thông số liên quan đến đèn báo

28 Pr.192 Đầu ra đa chức năng A,B,C

0,1,2,3… Lựa chọn các chức năng cho đầu ra A,B,C.

- Động cơ XC KĐB 3 pha roto lồng sóc

- Modul modbus FX3U-485ADP-MB

- Cảm biến áp suất dải đo 0- 0.1bar

- Module đọc Analog: FX2N- 4AD

- ATM, nguồn tổ ong 24vdc, cầu đấu, đèn báo

3.2.2 Điều khiển động cơ và giám sát qua HMI

- Screen 1: Tổng quan về giao diện HMI

- Screen 2: Cài đặt các tham số Kp, Ti.

3.3.3 Kết quả thực nghiệm Đặc tính của hệ thống sau khi kết thúc quá trình quá độ