Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC - Servo bằng PLC kết hợp WinCC - Flexible Siemens

Lời nói đầu 1

Lời cảm ơn 2

Nhiệm vụ luận văn 3

Nhận xét của GVHD 4

Nhận xét của GVPB 5

Mục lục 6

PHẦN 1 . ĐẶT VẤN ĐỀ 11

I. Lý do chọn đề tài 12

II. Mục tiêu nghiên cứu 12

III. Giới hạn nghiên cứu 13

IV. Nhiệm vụ nghiên cứu 13

V. Đối tượng nghiên cứu 13

VI. Phương pháp nghiên cứu 14

VII. Nội dung của đề tài 14

PHẦN 2 : GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 15

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ LUẬN 16

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ĐỘNG CƠ .16

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG 16

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT HỆ ĐIỀU KHIỂN SERVO 17

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP: 17

2.1.1 Điều khiển vòng hở (open loop): 17

2.1.2 Điều khiển nửa kín (semi-closed loop): 18

2.1.3 Điều khiển vòng kín(full-closed loop): 18

2.2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG SERVO: 19

2.2.1 Xu hướng trong điều khiển chuyển động dùng servo: 19

2.2.2 Hệ thống servo: 20

2.2.2.1 Hệ thống servo là gì?: 21

2.2.2.2 Cơ cấu định vị: 21

2.2.2.3 Cơ cấu chuyển động định hướng: 21

2.2.2.4 Backlash và hiệu chỉnh: 22

2.2.3 Sơ đồ khối của hệ thống servo: 23

2.3 CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ SERVO 24

2.3.1 Cấu tạo: 24

2.3.2 Đặc tính của động cơ servo: 25

2.3.2.1 Tăng tốc độ đáp ứng: 25

2.3.2.2 Tăng khả năng đáp ứng: 26

2.3.2.3 Mở rộng vùng điều khiển(control range): 26

2.3.2.1 Khả năng ổn định tốc độ: 27

2.3.2.1 Tăng khả năng chịu đựng của động cơ: 27

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của encoder: 28

2.4 TÌM HIỂU VỀ DÒNG SẢN PHẨM SIGMA AC-SEVO CỦA YASKAWA 30

2.4.1 Động cơ Ac-Servo (SGM-******) 30

2.4.1.1 Sơ đồ cấu trúc động cơ Ac-Servo (SGM-******) 30

2.4.1.2 Thông số động cơ 31

2.4.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ 31

2.4.2 Bộ điều khiển driver của động cơ SERVOPACK (SGD*-***S) 31 2.4.12.1 Thông số bộ điều khiển driver SERVOPACK (SGD*-****) 32

2.4.12.2 Sơ đồ chân của driver SERVOPACK (SGD-02AS) 33

2.4.12.3 Nguyên lý điều khiển của driver trong mod điều khiển tốc độ

và moment 35

2.4.3 Màng hình điều khiển DIGITAL OPERATOR (JUSP-OP02A,

JUSP-OP03A) 39

2.4.3.1 Thông số của màng hình điều khiển Digital Oprater (JUSP-

OP02A, JUSP-OP03A) 40

2.4.3.2 Chức năng và hướng dẫn sử dụng Digital Oprater

(JUSP-OP02A) 40

2.4.3.3. Cài đặt thông số cho mod tốc độ và moment với màng hình

điều khiển Digital Oprater (JUSP-OP02A, JUSP-OP03A) 46

2.4.4 Kết nối động cơ Ac-Servo (SGM-******) và với màng hình điều

khiển Digital Oprater (JUSP-OP02A) với driver SERVOPACK

(SGD*-****) 50

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ S7-200 VÀ OPC 52

3.1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7_200

3.1.1 Đặc điểm bộ điều khiển loic khả trình (PLC): 52

3.1.2 Cấu trúc phần cứng của S7-200 52

3.1.3 Cấu trúc bộ nhớ S7-200 52

3.1.4 Xử lý chương trình 53

3.1.5 Giao tiếp giữa sensor và cơ cấu chấp hành 54

3.2. BỘ ĐẾM XUNG TỐC ĐỘ CAO ( HSC: HIGHT SPEED COUNTER).

3.2.1 Giới thiệu về HSC 55

3.2.2 Số lượng bộ đếm HSC có trong PLC và tần số tối đa cho phép

3.2.3 Vùng nhớ đặc biệt sử dụng để lập trình cho HSC 55

3.2.4 Các mode đếm của bộ đếm 55

3.2.5 Ý nghĩa các bit của byte trạng thái khi lập trình cho HSC 59

3.2.6 Ý nghĩa các bit của byte điều khiển khi lập trình cho HSC 60

3.2.7 Chọn kiểu Reset, Start và tần số đếm cho HSC 61

3.2.8 Byte trạng thái và byte điều khiển của HSC3,HSC4,HSC5 61

3.2.9 Giá trị tức thời, giá trị đặt 61

3.2.10 Các bước khởi tạo bộ đếm HSC 62

3.3. CHƯƠNG TRÌNH NGẮT 63

3.3.1 Giới thiệu về ngắt trong S7 200 63

3.3.2 Các lệnh sử dụng khi lập trình điều khiển ngắt 63

3.3.3 Các sự kiện gây ngắt 64

3.3.4 Các bước lập trình khi sử dụng ngắt 64

3.4. MODUL ANALOG ( EM321, EM323) 65

3.4.1 Modul EM231 65

3.4.1.1 Giới thiệu về Modul EM231 65

3.4.1.2 Đọc tín hiệu analog qua modul EM232 66

3.4.2 Modul EM232 67

3.4.1.1 Giới thiệu về Modul EM231 67

3.4.2.2 Xuất tín hiệu analog qua modul EM232 67

3.5. TỔNG QUAN VỀ OPC 67

3.5.1 OPC supermarket Analogy 67

3.5.2 OPC Defined 67

3.5.3 Ứng dụng của việc giao tiếp OPC 68

3.5.4 OPC Server 68

3.5.5 OPC Client 68

 

docx81 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 06/03/2013 | Lượt xem: 10038 | Lượt tải: 118download
Tóm tắt tài liệu Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC - Servo bằng PLC kết hợp WinCC - Flexible Siemens, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ash thì chắc các bạn đã hiểu nó là cái gì rồi đúng không. Tuy nhiên trong thực tế độ động cơ quay những vòng chính xác để con trượt trựơt chính xác và quét lên toàn bộ khoản trống trên là rất khó thực hiện nếu không có một sự bù trừ cho nó. Và trong hệ thống servo nhất thiết có những hàm lệnh thực hiện việc bù trừ, hiệu chỉnh này. Như trong hình vẽ trên, hệ thống servo gởi xung lệnh hiệu chỉnh cộng/trừ số lượng xung lệnh điều khiển và các xung lệnh hiệu chỉnh này sẽ không được tính đến trong bộ đếm xung. Sơ đồ khối của hệ thống servo: Sau đây là một sơ đồ khối hệ truyền động servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độ Trong đó phần A, B, C là phần so sánh xử lý tín hiệu hồi tiếp và hiệu chỉnh lệnh. Phần D, E là cơ cấu thực thi và hồi tiếp. Các phần A, B, C thì khá phổ dụng trong các sơ đồ khối điều khiển, phần D, E thì tùy các thiết bị sử dụng mà chúng có khác nhau đôi chút nhưng về bản chất chúng hoàn toàn giống nhau. Sau đây là một số ví dụ về phần D, E thường gặp: CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ SERVO: Cấu tạo: Động cơ servo về nguyên lý, cấu tạo phần điện - từ thì giống như các loại động cơ bình thường (nghĩa là cũng có phần cảm phần ứng, khe hở từ thông, cách đấu dây, .v.v.) nhưng có sự khác biệt về cấu trúc cơ học, đó là động cơ servo có hình dáng dài, đường kính trục và rotor nhỏ hơn động cơ thường cùng công suất, moment. Điểm nổi bật của 1 servo motor là tích hợp sẵn cơ cấu feedback vào bên trong động cơ. Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng chu trình kín. Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển họat động của một động cơ servo. Với lý do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ (encoder hoặc máy phát tốc) là các bộ phận cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo Có 3 loại động cơ servo được sử dụng hiện nay đó là động cơ servo AC dựa trên nền tảng động cơ AC lồng sóc; Động cơ servo DC dựa trên nền tảng động cơ DC; và động cơ servo AC không chổi than dựa trên nền tảng động cơ không đồng bộ, và động cơ đồng bộ. Không phải bất kì động cơ nào cũng có thể dùng làm động cơ servo. Động cơ servo là động cơ hoạt động dựa theo các lệnh điều khiển vị trí và tốc độ. Chính vì thế nó phải được thiết kế sao cho các đáp ứng là phù hợp với nhu cầu điều khiển. …). Tuy nhiên tuỳ theo nhu cầu điều khiển mà nó có một số điểm cải tiến hơn (dành cho những mục đích đặc biệt) so với động cơ thường để phục vụ cho các mục đích điều khiển cụ thể. Đặc tính của động cơ servo: Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính Đặc tính vận hành của một động cơ servo phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính từ và phương pháp điều khiển động cơ servo Tăng tốc độ đáp ứng: Các động cơ bình thường, muốn chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác thì cần có một khoản thời gian quá độ. Trong một số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động cơ phải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt được một tốc độ mong muốn trong thời gian ngắn nhất, hoặt đạt được một vị trí mong muốn nhanh nhất. Ví dụ bạn muốn điều khiển một cơ cấu từ vị trí X đến vị trí X’, ban đầu khi ở xa vị trí X’ thì động cơ quay với vận tốc lớn để tăng tốc, tuy nhiên khi đến gần X’ đòi hỏi động cơ cần giảm tốc tức thì để có thể đạt được vị trí mong muốn một cách chính xác và loại trừ sự vọt lố vị trí. Các động cơ thường không thể đáp ứng được điều này. Để động cơ đáp ứng được những yêu cầu trên thì nó phải được thiết kế sao cho rút ngắn đáp ứng tốc độ của động cơ. Muốn như vậy ta cần giảm moment quán tính và tăng dòng giới hạn cho động cơ. Để giảm moment quán tính thì động cơ servo được giảm đường kính rotor và loại bỏ các cơ cấu sắt không cần thiết. Để tăng dòng giới hạn, động cơ servo có thể sử dụng sắt Ferrit để làm mạch từ và thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp. Đối với động cơ nam châm vĩnh cữu thì nó cần được thiết kế sao cho ngăn cản được sự khử từ (hình dạng mạch từ) và tăng khả năng từ tính của nam châm (sử dụng nam châm đất hiếm rare earth magnet). Tăng khả năng đáp ứng: Đáp ứng ở đây cần được hiểu đó là sự tăng/giảm tốc cần phải “mềm” nghĩa là gia tốc là một hằng số hay gần như là một hằng số. Một số động cơ như thang máy hay trong một số băng chuyền đòi hỏi đáp ứng tốc độ của cơ cấu phải “mềm”, tức là quá trình quá độ vận tốc phải xảy ra một cách tuyến tính. Để làm được điều này thì cuộn dây trong động cơ phải có điện cảm nhỏ nhằm loại bỏ khả năng chống lại sự biến đổi dòng điện do mạch điều khiển yêu cầu. Các động cơ servo thuộc loại này thường được thiết kế giảm thiểu số cuộn dây trong mạch và có khả năng thu hẹp các vòng từ trong mạch từ khe hở không khí. Mở rộng vùng điều khiển (control range): Một số yêu cầu trong điều khiển cần điều khiển động cơ ở một dải tốc độ lớn hơn định mức rất nhiều. Động cơ bình thường chỉ cho phép điện áp đặt lên nó phải bằng điện áp chịu đựng của động cơ và thông thường không quá lớn so với điện áp định mức. Động cơ servo thuộc loại này có thiết kế đặt biệt nhằm gia tăng điện áp chịu đựng hoặc tăng khả năng bão hoà mạch từ trong động cơ (nghĩa là động cơ làm việc ở đoạn phía dưới cách xa đoạn định mức. Như vậy động cơ servo thuộc loại này phải được tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm đất hiếm (rare earth). Khả năng ổn định tốc độ: Động cơ servo loại này thường được thiết kế sao cho vận tốc quay của nó rất ổn định. Không có mạch điện hoàn hảo, không có từ trường hoàn hảo trong thực tế. Chính vì thế một động cơ quay 1750 rpm không có nghĩa là nó luôn luôn quay ở 1750 rmp mà nó chỉ dao động quanh giá trị này. Động cơ servo khác biệt với động cơ thường là ở chỗ độ ổn định tốc độ khá cao. Các động cơ servo loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ chính xác (như robot). Nó được thiết kế sao cho có thể gia tăng được dòng từ trong mạch từ lên khá cao và gia tăng từ tính của cực từ. Các rãnh rotor được thiết kế với hình dáng đặc biệt và các cuộn dây rotor cũng được bố trí khác đặc biệt để có thể đáp ứng được yêu cầu này. Một hình ảnh minh hoạ Tăng khả năng chịu đựng của động cơ: Một số động cơ servo được thiết kế sao cho có thể chịu đựng được các tín hiệu điều khiển ở tần số rất và có khả năng chịu được được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ bộ điều khiển (có thể tạo ra các xung điện hài bậc cao). Những động cơ như thế này thường được cải tiến về phần cơ để có tuổi thọ cao và có thể chống lại được sự hao mòn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như trên chổi than (đối với DC). Một động cơ servo có thể một số đặc điểm trên để phù hợp với nhu cầu điều khiển của người điều khiển. Nguyên lý hoạt động của encoder: Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc. Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder (tuyệt đối) và incremental encoer (tương đối). Encoder tuyệt đối chỉ rõ ràng vị trí của encoder, chúng ta không cần xử lý gì thêm, cũng biết chính xác vị trí của encoder ,encoder tương đối chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ. Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1. Do vậy, encoder loại này có tên incremental encoder (encoder tăng lên 1 đơn vị) do đó không thể cho ta biết chính xác vị trí. Việc thiết kế encoder tuyệt đối cần quá nhiều vòng lỗ, và dẫn tới giới hạn về kích thước của encoder, bởi vì việc gia công chính xác các lỗ quá nhỏ là không thể thực hiện được. Chưa kể rằng việc thiết kế một dãy đèn led và con mắt thu cũng ảnh hưởng rất lớn đến kích thước giới hạn này nên trong đa số các Motor, incremental optical encoder được dùng và mô hình động cơ servo trong bài này cũng không ngoại lệ. Sự khác biệt giữa absolute encoder và incremental encoder: Absolute encoder sẽ theo dõi vị trí trục động cơ ngay cả khi hệ thống bị mất điện và một số chuyển động xảy ra trong thời gian đó. Incremental encoder là không có khả năng trên. Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Hình 2. Optical Encoder       Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I. Trong hình 2 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phát-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Như thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chỉ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển. Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder còn có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha 90 độ. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết chiều quay của động cơ. Hãy quan sát hình 3. Hình 3. Hai kênh A và B lệch pha trong encoder Hình trên cùng trong hình 3 thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau. Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng ngoại xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang phải. Bạn hãy quan sát lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức thấp. Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải qua trái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay (thông qua số xung) mà còn biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh A).  TÌM HIỂU VỀ DÒNG SẢN PHẨM SIGMA AC-SERVO CỦA YASKAWA (SGD*-***s): Động cơ Ac-Servo (SGM-******): Sơ đồ cấu trúc động cơ Ac-Servo (SGM-******): AC-Servo motor được chia thành hai loại: động cơ đồng bộ và động cơ cảm ứng. Loại đồng bộ thường được sử dụng nhiều hơn. Đối với động cơ loại đồng bộ tốc độ của motor được điều khiển bởi sự thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều. Động cơ loại đồng bộ có một moment giữ mạnh khi động cơ dừng và hơn nữa loại này có thể sử dụng khi đòi hỏi điều khiển vị trí chính xác, loại này thường sử dụng cho servo điều khiển vị trí. Hình minh họa theo sau là cấu trúc bên trong của một động AC-Servo loại đồng bộ. Thông số động cơ: Nhãn của động cơ cho ta các thông số kĩ thuật của động cơ Nguyên tắc hoạt động của động cơ: Được điều khiển từ bộ driver của động cơ servopack Tính hiệu hồi tiếp của động cơ nhờ encoder đưa về driver. Driver xử lý tín hiệu hồi tiếp để và đưa ra tín hiệu điều khiển cho động cơ. Bộ điều khiển driver của động cơ SERVOPACK (SGD*-****): Thông số bộ điều khiển driver SERVOPACK (SGD*-****): Nhãn của DRIVER cho ta các thông số kĩ thuật của DRIVER: Sơ đồ chân của driver SERVOPACK(SGD-02AS): Sơ đồ chân được chia làm 3 nhóm chính: Nhóm 1 : chân tín hiệu điều khiển COM+,COM_:chân nguồn SV-ON: cho phép động cơ làm việc P-CON: chọn mod điều khiển P-NL: mod điều khiển N-NL: mod điều khiển CL:xóa bộ đếm SV-RST:chân reset lỗi P-OT,N-OT:chân công tắc hành trình thuận và nghịch Nhóm 2: chân tín hiệu đèn báo SV-ALM:đèn báo trạng thái lỗi V-CMP: đèn báo vận tốc TGON:đèn báo mod vận tốc ALM1: mod trạng thái lỗi ALM2: mod trạng thái lỗi ALM2: mod trạng thái lỗi Nhóm 3: chân tín hiệu encoder : OA+, OA_: Tín hiệu ngõ ra kênh A OB+ ,OB_: Tín hiệu ngõ ra kênh B OC+, OC_: Tín hiệu ngõ ra kênh C Các tín hiệu phản hồi từ encoder gửi về driver qua một cổng đệm và được driver xử lý và được đưa về bộ điều khiển trung tâm(PLC). Sơ đồ tổng quát của một bộ AC-Servo: Nguyên lý điều khiển của driver trong Mod điều khiển tốc độ và moment: Driver điều khiển điều khiển tốc độ và moment nguyên tắc nhận tín hiệu analog dưới dạng điện áp từ bên ngoài, có thể từ ngõ ra của modul analog. Tín hiệu điện áp analog từ PLC Khi động cơ làm việc,encoder gắn trên động cơ sẽ gửi tín hiệu phản hồi vị trí vận tốc và moment về bộ điều khiển driver.Driver sẽ thực hiện việc so sánh tín hiệu nhận từ PLC và tín hiệu phản hồi từ đó đưa ra hướng xử lý. Tín hiệu điều khiển vận tốc va moment là tín hiệu điện áp analog được đưa trực tiếp đến các chân V-ref và T-ref .Tùy thuộc vào giá trị nguồn mà cài đặt thông số độ lợi cho thích hợp. Phụ thuộc vào việc cài đặt thông số trong Mod điều khiển tốc độ và moment mà các chân tín hiệu V-ref và T-ref có các ngưỡng điều khiển khác nhau, từng chế độ điều khiển khác nhau. Một số cài đặt cho mode điều khiển tốc độ và moment: Mode điều khiển 3 cấp tốc độ: Chủ yếu sử dụng 3 chân P-CON, P-NL, N-NL. Quá trình set các thông số được thể hiện ở bảng: Thông số hằng số Cn-02 bit 2 thể hiện ở bản sau: Kết hợp với cài đặt các cấp tốc độ cho các hằng số Cn-19, Cn-20, Cn-21: Màn hình điều khiển Digital Operator (JUSP-OP02A,JUSP-OP03A): Thông số của màng hình điều khiển Digital Operator (JUSP-OP02A,JUSP-OP03A): Chức năng và hướng dẫn sử dụng Digital Oprater (JUSP-OP02A): Màn hình hiển thị của màn hình điền khiển Digital Operator cho ta các thông tin về Mod điều khiển, các tín hiệu đầu vào vị trí,tốc độ,moment,sự cố lỗi và cho phép cài đặt các thông số. Gắng cáp từ màng hình điều khiển vào cổng CN3 của driver servopack. Trên màng hình điều khiển có các nút nhấn với chức năng như sau: RESET: xoá đèn cảnh báo, reset cảnh báo JOG-SVON: tắt/mở servo DSPL/SET: mod chỉnh chế độ hiển thị DATA/ENTER: nut chọn ( chấp nhận) khi cài đặt , , , : điều chỉnh vị trí số cần chỉnh hoặc tăng/giảm số : màng hình hiển thị thông số. Ý nghĩa hiển thị của các bit trên màng hình hiển thị thông số: Khi nhấn nút : Khi nằm ở Setting Mode: Đây là mode chế độ cài đặt các thông số cần thiết cho driver Servopack trong đó chia ra làm ba nhóm như sau: Đối với Cn-00: dùng để điều khiển động cơ trực tiếp từ màng hình điều khiển Digital Operator gồm các mode như sau: Ví dụ cách sử dụng mode này được chi dẫn như hình sau: Lựu chọn giá trị 00 cần cài đặt bằng các nút , , , . Nhấn nút chấp nhận dữ liệu số mà mình đã chọn. Lựu chọn giá trị 00 cần cài đặt bằng các nút , , , . Nhấn nút chuyển mode. Nhấn nút chấp nhận cài đặt và trở về ban đầu. Đối với nhóm mode Cn-01, Cn-02: Khi bấm nút , để lựa chọn bit cần cài đặt, đang ở bit bao nhiêu hiển thị ở led cuối cùng, nút , để set hoặc không set bit. Đối với nhóm mode Cn-03 trở đi sử dụng như hướng dẫn bên dưới: Các trạng thái đèn cảnh báo trên màn hình điều khiển: Cài đặt thông số cho mode tốc độ và moment với màn hình điền khiển Digital Operator (JUSP-OP02A,JUSP-OP03A): Thực hiện việc set thông số thông qua màn hình.Có rất nhiều thông số.các thông số này đa phần được giữ nguyên theo tiêu chuẩn cài đặt ban đầu của nhà sản xuất. các thông số cài đặt cho mode tốc độ và moment chủ yếu chúng ta can thiệp vào một số thông số có liên quan đến tốc độ vào moment cho phù hợp với yêu cầu và mục đích sử dụng của chúng ta. Các thông số cài đặt cho hai mode điều khiển bit (Cn-01, Cn-02): Kết nối động cơ Ac-Servo (SGM-******) và màng hình điền khiển Digital Operator (JUSP-OP02A) với driver SERVOPACK (SGD*-****) Encoder gắn trên động cơ được kết nối với driver servopack thông qua cổng 2CN Tín hiệu điều khiển từ PLC được kết nối với driver servopack thông qua cổng 1CN. Màng hình điền khiển Digital Operator (cổng 3CN) (JUSP-OP02A) được kết nối với driver servopack thông qua cổng 3CN. Các chân U,V,W từ động cơ được nối vào các U,V,W của bộ driver servopack. Tính toán trong mode điều khiển vận tốc và moment: Vận tốc được tính toán từ tín hiệu phản hồi của encoder: Vận tốc=N.60No.To N: số xung đếm được trong thời gian lấy mẫu (xung/vòng). No: độ phân giải của encoder (xung/vòng) . To: thời gian lấy mẫu (s). Các trạng thái lỗi xảy ra trong quá trình hoạt dộng: CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ S7-200 VÀ OPC TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200: Đặc điểm bộ điều khiển loic khả trình (PLC): Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thế hoàn toàn cho các phương pháp điểu khiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bị phức tạp và cồng kềnh); khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ; khả năng tạo lập, gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyền công nghệ. Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tinh năng ưu việt và thích hợp trong môi trường công nghiệp: Khả năng kháng nhiễu rất tốt. Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp…. Có những module chuyên dụng để thực hiện những chức năng đặc biệt hay những module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng Internet Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại chương trình. Cấu trúc phần cứng của S7-200: Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các modul phần cứng sau: Modul nguồn module đơn vị xử lý trung tâm Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu. Modul đầu vào Modul đầu ra. Modul gối phép( để hộ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ) : Modul chức năng( để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng). Cấu trúc bộ nhớ S7-200 Phân chia bộ nhớ: Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc/ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (Special Memory) là vùng nhớ có chỉ số đọc, số còn lại có thể đọc/ghi được Vùng nhớ chương trình: Là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh, chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được. Vùng nhớ tham số: Là miền lưu giữ các tham số như từ khóa, địa chỉ trạm… cũng giống như vùng chương trình, vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đếm truyền thông… Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không thuộc kiểu non-valatie nhưng đọc/ghi được. Xử lý chương trình. PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đọan truyền thông và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra Giao tiếp giữa sensor và cơ cấu chấp hành: S7-200 có hai loại cơ bản: AC/DC/RELAY Hình 2.2: sơ đồ mạch giao tiếp giữa CPU 224 AC/DC/RLY với sensor và cơ cấu chấp hành DC/DC/DC Hình 2.3: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa CPU 224 DC/DC/DC với sensor và cơ cấu chấp hành BỘ ĐẾM XUNG TỐC ĐỘ CAO ( HSC: HIGHT SPEED COUNTER). Giới thiệu về HSC: Bộ đếm thường: Bộ đếm thường trong PLC như đếm lên ( CTU), đếm xuống (CTD), đếm lên xuống (CTUD), chỉ đếm được các sự kiện xảy ra với tần số thấp (Chu kì xuất hiện của sự kiện nhỏ hơn chu kì quét của PLC). HSC là bộ đếm tốc độ cao, được sử dụng để đếm những sự kiện xảy ra với tần số lớn mà các bộ đếm thông thường trong PLC không đếm được. VD: Tín hiệu xung từ encoder… 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. 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. Các mode đếm của bộ đếm: Mỗi bộ đếm đều có những Mode đếm khác nhau. Tùy vào từng ứng dụng cụ thể mà người lập trình lựa chọn Mode đếm cho phù hợp. Dưới đây trình bày Mode đếm của các bộ đếm tiêu biểu: HSC0 có 1 mod đếm(Mod 0).Các bộ đếm còn lại đều có 12 Mod đếm Bảng mô tả chế độ đếm của các bộ HSC 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, giảm1 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 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. Ý nghĩa các bit của byte trạng thái khi lập trình cho HSC: Các bit không sử dụng được bỏ qua Byte điều khiển của HSC0 :SMB36 Byte điều khiển của HSC1: SMB46 Byte điều khiển của HSC2: SMB56 Ý nghĩa các bit của byte điều khiển khi lập trình cho HSC: Các bit không sử dụng được bỏ qua Byte điều khiển của HSC0 Byte điều khiển của HSC1 Byte điều khiển của HSC2 Chọn kiểu Reset, Start và tần số đếm cho HSC Byte trạng thái và byte điều khiển của HSC3, HSC4, HSC5 Giá trị tức thời, giá trị đặt Các bước khởi tạo bộ đếm HSC: Để đọc xung tốc độ cao ,ta thực hiện các bước sau cho việc định dạng Wizard: Chọn Wizard đọc xung tốc độ cao High Speed Counter Chọn Mode đọc xung tốc độ cao và loại Counter nào (HC0,HC1…) Dùng chu kì quét đầu tiên (SM0.1) để gọi chương trình con khởi tạo. Trong chương trình con khởi tạo thực hiện các công việc sau đây. Nạp giá trị cho Byte điều khiển. Gán bộ đếm với Mode đếm tương ứng dùng lệnh HDEF. Nạp giá trị tức thời. Nạp giá trị đặt trước. Gắn chương trình ngắt với sự kiện ngắt dùng lệnh ATCH nếu sữ dụng ngắt. Cho phép ngắt dùng lệnh ENI. Chọn bộ đếm để thực thi dùng lệnh HSC. Lưu ý: Toàn bộ các bước trên đều được thực hiện trong một chương trình con khởi tạo HSC. Việc khởi tạo này chỉ thực hiện một lần, khi nào cần thay đổi giá trị, chế độ làm việc thì mới khởi tạo lại. CHƯƠNG TRÌNH NGẮT: Giới thiệu về ngắt trong S7 200. Ngắt là quá trình mà s7 200 dừng chương trình đang thực thi để thực hiện chương trình ngắt khi được yêu cầu(có sự kiện gây ra ngắt xãy ra). Sau khi thực hiện xong chương trình ngắt thì s7 200 sẽ quay về chương trình đang thực hiện trước khi xãy ra ngắt để thực hiện tiếp Khi có nhiều yêu cầu ngắt xãy ra đồng thời thì các

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxĐiều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens.docx