Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 154
2
.
500
2
.
250
1
.1000
2
.
dxd
V
ed
π
ω
==
(
s
m
) =
bt
V
d: Đường kính của bánh xe: chọn d = 0,1 [m]; L=0.5 [m]
x
dx
VV
edbt
086,18
500.250
.2.1000
.3600 ===
π
(
h
m
)
Chuẩn hoá về giá trị từ [0÷1] tiến hành chia cho V
max
; tính V
max
dựa vào tốc độ định
mức của động cơ.
Chuẩn hoá và đưa về đầu vào CV (Current Value) của bộ PID của PLC:
[]
[]
0,10,0
q
q0
q
q
max
max
max
÷=
÷
=
[][][]
0,10,00,10,0.0,10,0
V.q
V.q
P
P
maxmax
bt
max
÷=÷÷==
Qúa trình thực hiện được thực hiện theo sơ đồ khối sau:
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 155
Các quá trình tính toán này thực hiện trong PLC. Để tính Q dựa vào đầu vào analog
tương ứng, tại đây ta phải thực hiện các bước lấy mẫu. Đối với bộ PID ta phải có
chương trình khai báo các tham số cần thiết của bộ PID liên hệ chương 3. Để tính vận
tốc V phải sử dụng bộ đếm tốc độ cao Điều khiển các biến tần trong mạng dùng giao
thức USS protocol như trình bày ở
phần 7.5.
7.3. Ứng dụng PLC trong điều khiển quá trình:
Dưới đây là sơ đồ công nghệ của hệ thống phối liệu, nghiền, phân loại và phân phối xi
măng vào trong các silô. Ở đây không xét đến việc điều khiển hệ thống phối liệu như
nêu ở trên phần 7.2. Chỉ thực hiện công việc tương đối đơn giản:
Chọn silô muốn nhập vào thông qua các van sau: chuyển vị trí củ
a van 3 ngã và chọn
vị trí của van trên máng khí động 3. Nếu chuyển van 3 ngã sang bên phải thì silô 1
được nhập. Sang vị trí giữa thì silô 1 và silô 2 hoặc silô 3, nếu van trên máng khí động
3 đóng thì silô 2 được nhập, van ở trạng thái mở thì silô 3 được nhập. Nếu van 3 ngã
chuyển sang trái thì silô 2 hoặc silô 3, nếu van trên máng khí động 3 đóng thì silô 2
được nhập, van ở trạng thái mở thì silô 3 được nhập. Giả sử khi đang nhập cho silô 1
(van 3 ngã ở vị trí bên trái) mà phát hiện đầy thì hệ thống sẽ tự động chuy
ển van 3 ngã
sang bên phải để nhập cho silô 2 hoặc 3 (nếu 2 đã đầy thì nhập vào 3 và ngược lại).
Điều kiện để khởi động hệ thống:
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 156
Các silô chưa đầy.
Dầu thuỷ lực cấp cho máy nghiền đã đủ áp suất.
Các băng chuyền không bị trượt đai.
Sau khi đã chọn silô và kiểm tra đủ các điều kiện an toàn cho việc khởi động, hệ thống
phải được khởi động theo trình tự như sau: MKĐ2, MKĐ3 → MKĐ1 → Mở van →
Quạt hút (lọc bụi) → Gàu tải → Phân ly động →
Mở van dầu → Máy nghiền → BTC
→ BTTG → BTCL, BTPG, BTTC.
Từ yêu cầu công nhệ như trên ta tiến hành thiết kế chương trình như sau:
1. Vẽ giản đồ thời gian hoặc viết lưu đồ thuật toán.
2. Tính chọn PLC và module mở rộng.
3. Phân công I/O.
4. Quy định các ô nhớ để giám sát lỗi, khởi động hoặc dừng từ xa.
5. Tiến hành dịch sang ngôn ngữ của PLC từ giản đồ thời gian hoặc viết lư
u đồ
thuật toán.
7.4. Ứng dụng PLC trong mạng thu nhận dữ liệu từ biến tần:
Để điều khiển biến tần thông qua PLC người ta thường dùng các cách sau:
1. Dùng các dầu vào/ra số của PLC, nhưng chỉ thực hiện được những chức năng
đơn giản như dừng, khởi động, đảo chiều còn việc thay đổi thời gian khởi động
họăc dừng, đặt lại tốc
độ khôgn thể thực hiện được ở chế độ này.
Hình 5: Sơ đồ công nghệ của hệ thống cấp liệu, nhiền, phân loại, phân phối xi măng
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 157
2. Để thay đổi giá trị setpoint trong điều khiển phản hồi, mỗi biến tần mất đi 1 đầu
vào analog và 1 đầu ra analog . Ngoài ra còn phải dùng các dầu vào/ra số để
điều khiển biến tần.
3. Điều khiển biến tần qua mạng Profibus, đối với loại MM3, MM4 của Siemens
đã có sẵn giao diện Profibus trên RS458 Port. Nhưng đối với những ứng dụng
nhỏ thì việc thiết kế một mạ
ng Profibus sẽ đưa giá thành lên cao, do đó không
kinh tế.
4.
Dùng Port 0 của PLC để kết nối tới các Port của biến tần, 1 PLC có thể đều
khiển tối đa 1 mạng gồm 31 biến tần. Mạng này gọi là mạng USS. Dạng kết nối
là điểm-điểm. Ta có thể điều khiển toàn bộ các chức năng của biến tần thông
qua mạng này, ngoài ra còn còn có thể giám sát được dòng điện, điện áp, tốc độ,
hướng quay dực vào các vùng nh
ớ mà PLC dành riêng cho mỗn biến tần. Chi
phí cho mạng này là thấp và tối ưu nhất cho các ứng dụng nhở và vừa.
5. Chuẩn điều khiển mạng biến tần (giao thức USS)
Sau đây là phương pháp điều khiển mạng biến tần dùng PLC qua giao thức USS:
7.4.1. Ðiều kiện sử dụng giao thức USS:
Thư viện lệnh của STEP 7 - Micro/Win cung cấp 14 chương trình con, 3 thủ tục
ngắt và một tập lệnh (gồm 8 lệnh) hỗ trợ cho giao thức USS.
+ Giao thức USS sử dụng Cổng 0 (Port 0) cho truyền thông USS.
Sử dụng lệnh USS_INIT để lựa chọn Port 0 cho cả USS hoặc PPI. Sau khi
đã lựa chọn Port 0 cho truyề
n thông với chuẩn USS, không được sử dụng Port 0 cho
bất kỳ mục đích nào khác.
Ðể phát triển các chương trình ứng dụng sử dụng giao thức USS, nên sử dụng
CPU 226, CPU 226XM hoặc module EM 277 PROFIBUS-DP kết nối đến card
PROFIBUS-CP ở máy tính. Cổng truyền thông thứ hai ở các loại CPU này sẽ cho phép
STEP 7 - Micro/Win giám sát được ứng dụng trong khi sử dụng giao thức USS.
+ Các lệnh USS tác động đến tất cả các bit SM với truyền thông Freeport qua
Port 0.
+ Các lệnh USS sử dụng 14 chươ
ng trình con và 3 thủ tục ngắt.
+ Các giá trị của các lệnh USS yêu cầu 400 byte của miền nhớ V. Ðịa chỉ bắt
đầu được ấn định bởi người sử dụng và phần còn lại dành cho các giá trị khác.
+ Vài lệnh trong lệnh USS yêu cầu một bộ đệm truyền thông 16 byte. Chẳng
hạn với một tham số cho lệnh, cần phải cung cấp một địa chỉ bắt đầu trong miền nhớ V
của b
ộ đệm này.
+ Khi thực hiện các phép tính, các lệnh USS sử dụng thanh ghi AC0 đến AC3.
Cũng có thể sử dụng các thanh ghi trong chương trình; tuy nhiên, giá trị trong các
thanh ghi sẽ bị thay đổi bởi lệnh USS.
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 158
+ Các lệnh
USS sẽ làm tăng bộ
nhớ của chương trình
lên đến 3450 byte.
Tuỳ thuộc vào loại
lệnh USS mà dung
lượng của bộ nhớ có
thể tăng từ 2150 byte
đến 3450 byte.
+ Các lệnh
USS không thể sử
dụng trong chương
trình con.
* Lưu ý:
Ðể thay đổi phương thức truyền thông của Port 0 trở lại PPI để truyền thông với
STEP 7 - Micro/Win, cần phải sử dụng lệnh USS _ INIT khác để
ấn định lại phương
thức cho Port 0.
Cũng có thể định lại phương thức bằng cách chuyển S7-200 sang chế độ STOP,
việc này sẽ Reset các tham số của Port 0.
7.4.2. Thời gian yêu cầu cho việc truyền thông với biến tần:
Truyền thông với các MicroMaster (MM) không đồng bộ với vòng quét của S7-
200. S7-200 hoàn thành vài vòng quét trước khi một MM hoàn thành việc truyền
thông. Các yếu tố giúp xác định thời gian yêu cầu: số MM có trong mạng, tốc độ baud,
và thời gian vòng quét c
ủa S7-200.
Có vài loại yêu cầu thời gian trễ dài hơn khi sử dụng các lệnh truy xuất thông
số. Thời gian yêu cầu cho việc truy nhập các tham số tuỳ thuộc loại thiết bị và tham số
được truy nhập.
Sau khi lệnh USS _ INIT ấn định Port 0 cho giao thức USS, S7-200 sẽ thực hiện
hỏi vòng tất cả các biến tần trong những khoảng thời gian theo dưới đây.
Bảng 2.5: Thời gian yêu cầu cho truyền thông với MM
Tốc độ
Thời gian hỏi vòng giữa các biến tần
1200 240 ms (max)
2400 130 ms (max)
4800 75 ms (max)
9600 50 ms (max)
19200 35 ms (max)
38400 30 ms (max)
57600 25 ms (max)
115200 25 ms (max)
Hình 2.11: KếtnốiPLCvàbiếntầntheogiaothứcUSS
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 159
7.4.3. Sử dụng các lệnh USS:
Ðể sử dụng các lệnh trong chương trình điều khiển S7-200, cần phải theo các
bước sau:
1. Ðưa lệnh USS _INIT vào trong chương trình và thực hiện lệnh này cho mỗi
một vòng quét. Có thể sử dụng lệnh này để thiết lập các giá trị hoặc thay đổi các thông
số truyền thông.
Khi sử dụng lệnh USS _ INIT sẽ có vài ẩn chương trình con và thủ tục ngắt
được tự động thêm vào trong chương trình.
2. Chỉ thực hiện một lệnh USS _ INIT trong chương trình cho mỗi Drive.
Có thể đưa vào nhiều lệnh USS_RPM_x hay USS_WPM_x khi được yêu cầu,
nhưng chỉ một lệnh được làm việc trong một thời điểm.
3. Cấp phát vùng nhớ V cho thư viện lệnh bằng cách kích chuột phải (lấy từ
menu) trên Program Block trong cây thư mục.
4. Cài đặt các tham số về địa chỉ và tốc độ được sử dụng trong chương trình cho
drive.
5. Dùng cáp để k
ết nối truyền thông từ S7-200 đến các drive.
* Chú ý:
Các thiết bị kết nối với điện thế khác nhau có thể là nguyên nhân sinh ra dòng
điện không mong muốn trong cáp kết nối. Dòng điện này là nguyên nhân dẫn đến các
lỗi truyền thông hoặc làm hỏng thiết bị.
Cần phải chắc chắn rằng các thiết bị được kết nối với cáp đều có cùng dòng điện
định mức hoặc được cách ly để ng
ăn ngừa dòng điện không mong muốn.
7.4.4. Các lệnh trong giao thức USS:
4.1. Lệnh USS- INIT:
Cấu trúc lệnh:
Lệnh USS_ INIT được sử dụng để cho phép thiết lập hoặc không cho phép
truyền thông với các MM. Trước khi bất kỳ một lệnh USS nào khác được sử dụng, lệnh
USS_INIT phải được thực hiện trước mà không được xảy ra lỗi nào. Khi lệnh thực
hiện xong và bit Done được set lên ngay lập tức trước khi thực hiện lệnh kế tiếp.
Lệnh này được thực hiện ở mỗi vòng quét khi đầu vào EN đượ
c tác động.
Thực hiện lệnh USS_INIT chỉ một lần cho mỗi sự thay đổi trạng thái truyền
thông. Sử dụng lệnh chuyển đổi dương tạo một xung ở đầu vào EN. Khi thay đổi giá trị
ban đầu các tham số sẽ thực hiện một lệnh USS_ INIT mới.
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 160
Giá trị cho đầu vào Mode lựa chọn giao thức truyền thông: đầu vào có giá trị
010 sẽ ấn định Port 0 dùng cho giao thức USS và chỉ cho phép làm việc theo giao thức
này. Nếu đầu vào có giá trị 000 sẽ ấn định Port 0 dùng cho giao thức PPI và không cho
phép làm việc theo giao thức USS.
Tốc độ truyền được đặt ở các giá trị: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400,
57600 và 115200 (baud).
Ðầu vào Active dùng để xác định địa chỉ của Drive. Chỉ hỗ trợ số địa chỉ Drive
từ 0 đến 30.
Các tham số sử
dụng trong lệnh USS_INIT.
Bảng 2.6: Kiểu dữ liệu và toán hạng của các đầu vào/ra trong lệnh USS_INIT
Khi lệnh USS_INIT kết thúc, đầu ra Done được set lên. Ðầu ra Error (kiểu byte)
chứa kết quả thực hiện lệnh.
4.2. Lệnh USS - CTRL:
C ấu trúc lệnh:
Lệnh USS_CTRL được sử dụng để điều khiển hoạt
động của biến tần. Lệnh này được đưa vào bộ đệm truyền
thông, từ đây, lệnh được gởi tới địa chỉ của biến tần, nếu địa
chỉ đã được xác định ở tham số Active trong lệnh USS _
INIT.
Chỉ một lệnh USS _CTRL được ấn định cho mỗi
Drive.
- Bit EN phả
i được set lên mới cho phép lệnh USS_CTRL thực hiện. Lệnh
này luôn ở mức cao (mức cho phép).
Ðầu vào/ra
Kiểu dữ
liệu
Toán hạng
Mode Byte
VB,IB,QB,MB,SB,SMB,LB,AC,Constant,*VD,*AC,
*LD
Baud,Activ
e
Dword
VD,ID,QD,MD,SD,SMD,LD,Constant,AC,
*VD,*AC,*LD
Done Bool I, Q, M, S, SM, T, C, V, L
Error Byte VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC,*VD,*AC,*LD
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 161
- RUN (RUN/STOP) cho thấy drive là on hoặc off. Khi bit RUN ở mức cao,
MM nhận lệnh khởi động ở tốc độ danh định và theo chiều đã chọn trước. Ðể Drive
làm việc, các điều kiện phải theo đúng như sau:
+ Ðịa chỉ Drive phải được lựa chọn từ đầu vào Active trong lệnh USS_INIT.
+ Ðầu vào OFF2 và OFF3 phải được set ở 0.
+ Các đầu ra Fault và Inhibit phải là 0.
- Khi đầu vào RUN là OFF, một lệnh được chuyển đến MM để đi
ều khiển
giảm tốc độ động cơ xuống cho đến khi động cơ dừng.
- Ðầu vào OFF2 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ
chậm.
- Ðầu vào OFF3 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ
nhanh.
- Bit Resp_R báo nhận phản hồi từ Drive. Tất cả các hoạt động của MM được
th
ăm dò thông tin trạng thái. Tại mỗi thời điểm, S7-200 nhận một phản hồi từ Drive,
bit Resp_R được set lên và tất cả các giá trị tiếp theo được cập nhật.
- Bit F_ACK (Fault Acknowledge) được sử dụng để nhận biết lỗi từ Drive.
Các lỗi của Drive được xoá khi F_ACK chuyển từ 0 lên 1.
- Bit Dir (Direction) xác định hướng quay mà MM sẽ điều khiển.
- Ðầu vào Drive (Drive address) là địa chỉ của MM mà lệnh USS_ CTRL điều
khiển tớ
i. Ðịa chỉ hợp lệ: 0 đến 31.
- Ðầu vào Type (Drive type) dùng để lựa chọn kiểu MM. Ðối với thế hệ MM3
(hoặc sớm hơn) đầu vào Type được đặt 0; còn đối với MM4 giá trị đặt là 1.
- Speed-SP (speed setpoint): là tốc độ cần đặt theo tỉ lệ phần trăm. Các giá trị
âm sẽ làm động cơ quay theo chiều ngược lại.
Phạm vi đặt: -200% ÷ 200%.
- Error: là một byte lỗi chứa kết quả m
ới nhất của yêu cầu truyền thông đến
Drive.
- Status: là một word thể hiện giá trị phản hồi từ biến tần.
- Speed là tốc độ động cơ theo tỉ lệ phần trăm. Phạm vi: -200% đến 200%.
- D-Dir: cho biết hướng quay.
- Inhibit: cho biết tình trạng của the inhibit bit on the drive (0 - not inhibit, 1-
inhibit ). Ðể xoá bit inhibit này, bit Fault phải trở về off, và các đầu vào RUN, OFF2,
OFF3 cũng phải trở về off.
- Fault: cho biết tình trạng của bit lỗi ( 0 - không có lỗi, 1- lỗi ). Drive sẽ hi
ển
thị mã lỗi. Ðể xoá bit Fault, cần phải chữa lỗi xảy ra lỗi và set bit F_ACK.
Bảng 2.7: Kiểu dữ liệu và toán hạng của các đầu vào/ra trong lệnh USS _CTRL
Ðầu vào/ra Kiểu dữ liệu Toán hạng
RUN, OFF2, OFF3,
F_ACK, DIR
BOOL I, Q, M, S, SM, T, C, V, C, L, Power Flow
Resp_R, Run_EN,
D_Dir, Inhibit, Fault
BOOL I, Q, M, S, SM, T, C, V, C, L
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 162
Drive, Type BYTE
VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD,
*AC, *LD, Constant
Error BYTE
VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD,
*AC, *LD
Status WORD
VW, T, C, IW, QW, SW, MW, SMW, LW,
AC, AQW, *VD, *AC, *LD
Speed_SP REAL
VD, ID, QD, MD, SMD, LD, AC, *VD,
*AC, *LD, Constant
Speed REAL
VD, ID, QD, MD, SMD, LD, AC, *VD,
*AC, *LD
4.3. Lệnh USS_RPM_x:
Cấu trúc lệnh:
Có 3 lệnh đọc cho giao thức USS.
USS_RPM_W: là lệnh đọc một tham số Word.
USS_RPM_D: là lệnh đọc một tham số Douple Word.
USS_RPM_R: là lệnh đọc một tham số thực.
Chỉ một lệnh đọc (USS_RPM_x) hoặc ghi (USS_WPM_x) có thể làm việc tại
một thời điểm.
Lệnh USS_RPM_x hoàn thành việc thực hiện lệnh khi MM nhận biết cách thức
của lệnh, hoặc khi một lỗi trạng thái được thông báo. Vòng quét vẫn tiếp tục th
ực hiện
trong khi quá trình chờ sự phản hồi.
- Bit EN phải được set để cho phép truyền đi các yêu cầu, và nên giữ lại ở
trạng thái đó cho đến khi bit Done được set lên - tín hiệu hoàn thành quá trình (Ví dụ:
một lệnh USS_RPM_x truyền đến MM ở mỗi vòng quét khi đầu vào XMT _REQ là
on). Do đó, đầu vào XMT-REQ nên được kích xung khi nhận được sườn xung lên để
truyền một yêu cầu cho mỗi chuyển tiếp dương của đầu vào EN.
Bảng 2.8: Kiểu dữ
liệu và toán hạng của các đầu vào/ra trong lệnh USS_RPM_x
Ðầu vào/ra Kiểu dữ liệu Toỏn h?ng
XMT-REQ BOOL I, Q, M, SM, T, C, V, L
Drive BYTE VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD,
*AC, *LD, Constant
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 163
Param,
Index
WORD VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C,
AC, AIW, *VD, *AC, *LD, Constant
DB-Ptr DWORD &VB
Value WORD
DWORD,REAL
VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C,
AC, AQW, *VD, *AC, *LD
VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, *VD,
*AC
Done BOOL I, Q, M, S, SM, T, C, V, L
Error BYTE VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD,
*AC, *LD
- Ðầu vào Drive là địa chỉ của MM mà lệnh USS_RPM_x được chuyển tới.
Ðịa chỉ hợp lệ là 0 đến 31.
- Param là số tham số (là giá trị cần đọc từ MM).
- Index là con trỏ chỉ vào giá trị để đọc.
- Value là giá trị của thông số phản hồi.
- Ðầu vào DB_Ptr được cung cấp bởi địa chỉ của bộ đệm 16 byte. Trong lệnh
USS _RPM_x, bộ đệm này dùng chứa kết quả của lệnh đư
a đến từ MM.
Khi lệnh USS_RPM_x đã hoàn tất, đầu ra Done được set lên và đầu ra Error
(kiểu byte) và đầu ra Value chứa các kết quả của việc thực hiện lệnh. Ðầu ra Error và
Value sẽ không hợp lệ cho đến khi đầu ra Done được set lên.
4.4. Lệnh USS _WPM _x:
Cấu trúc lệnh:
Có 3 lệnh ghi cho giao thức USS:
USS_WPM_W: là lệnh ghi một tham số Word.
USS_WPM_D: là lệnh ghi một tham số Double Word.
USS _WPM_R: là lệnh ghi một tham số thực.
Chỉ một lệnh đọc (USS_WPM _x) hoặc ghi (USS_WPM_x) có thể làm việc tại
một thời điểm.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét