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

ược chỉ định từ bộ điều khiển. Chuyển động có thể là chuyển động tịnh tiến hay quay. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 22 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens Ưu điểm là cơ cấu chấp hành đơn giản và nâng cao tuổi thọ hộp số truyền động (do truyền động khá êm). 2.2.2.4 Backlash và hiệu chỉnh: Backlash hiểu nôm na đó là giới hạn chuyển động của một hệ thống servo.Tất cả các thiết bị cơ khí đều có một điểm trung tính giữa chuyển động hoặc quay theo chiều dương và âm (cũng giống như động cơ trước khi đảo chiều thì vận tốc phải giảm về 0). Xét một chuyển động tịnh tiến lùi và tới như trong hình sau: Chuyển động tính tiến này được điều khiển bởi một động cơ servo. Chuyển động tới và lùi được giới hạn bởi một khoản trống như trong hình. Như vậy động cơ sẽ quay theo chiều dương hoặc chiều âm theo một số vòng nhất định để chuyển động của thanh quét lên toàn bộ khoản trống đó nhưng không được vượt quá khoản trống (đây là một trong những điều kiện cốt lõi của việc điều khiển động cơ servo). Giới hạn này được gọi là backlash, từ nay hễ gặp từ backlash thì chắc các bạn đã hiểu nó là cái gì rồi đúng SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 23 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 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. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 24 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 2.2.3 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: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 25 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 2.3 CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ SERVO: 2.3.1 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 26 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 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. 2.3.2 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 27 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 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 2.3.2.1 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). SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 28 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 2.3.2.2 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. 2.3.2.3 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 29 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm đất hiếm (rare earth). 2.3.2.4 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 30 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 2.3.2.5 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. 2.3.3 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. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 31 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 32 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 33 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 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). SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 34 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 2.4 TÌM HIỂU VỀ DÒNG SẢN PHẨM SIGMA AC-SERVO CỦA YASKAWA (SGD*-***s): 2.4.1 Động cơ Ac-Servo (SGM-******): 2.4.1.1 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. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 35 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 2.4.1.2 Thông số động cơ: Nhãn của động cơ cho ta các thông số kĩ thuật của động cơ 2.4.1.3Nguyên tắc hoạt động của động cơ: Được điều khiển từ bộ driver của động cơ servopack SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 36 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens 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. 2.4.2 Bộ điều khiển driver của động cơ SERVOPACK (SGD*-****): 2.4.2.1 Thông số bộ điều khiển driver SERVOPACK (SGD*-****): SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 37 Điều khiển vận tốc và moment động cơ AC-Servo GVHD : TS.NGUYỄN MINH TÂM bằng PLC kết hợp WinCC-Flexible Siemens Nhãn của DRIVER cho ta các thông số kĩ thuật của DRIVER: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 38 2.4.2.2 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 35 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:  SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 36 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 37 2.4.2.3 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. 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: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 38 Tín hiệu điện áp analog từ PLC SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 39 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 40  Mode điều khiển 3 cấp tốc độ: Chủ yếu sử dụng 3 chân P-CON, P-NL, N-NL. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 41 Quá trình set các thông số được thể hiện ở bảng: Thông số hằng số Cn-02 bit 2 thể hiện ở bản sau: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 42 Kết hợp với cài đặt các cấp tốc độ cho các hằng số Cn-19, Cn-20, Cn-21: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 43 2.4.3 Màn hình điều khiển Digital Operator (JUSP-OP02A,JUSP- OP03A): 2.4.3.1Thông số của màng hình điều khiển Digital Operator (JUSP- OP02A,JUSP-OP03A): SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 44 2.4.3.2 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: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 45 Khi nhấn nút : SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 46 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 47 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: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 48 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. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 49 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: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 50  Các trạng thái đèn cảnh báo trên màn hình điều khiển: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 51 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 52 2.4.3.3Cài 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. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 53 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 54 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 55  Các thông số cài đặt cho hai mode điều khiển bit (Cn-01, Cn-02): SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 56 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 57 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 58 2.4.4 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. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 59 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: V nậ t cố = N .60 N o. T o V nậ t cố = N .60 N o. T o 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: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 60 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ S7-200 VÀ OPC 3.1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200 : 3.1.1 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. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 61  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. 3.1.2 Cấu trúc phần cứng của S7-200: Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các modul phần cứng sau: 1. Modul nguồn 2. module đơn vị xử lý trung tâm 3. Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu. 4. Modul đầu vào 5. Modul đầu ra. 6. Modul gối phép( để hộ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ) 7. : Modul chức năng( để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng). 3.1.3 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. 3.1.4 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 62 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 3.1.5 Giao tiếp giữa sensor và cơ cấu chấp hành: S7-200 có hai loại cơ bản: AC/DC/RELAY SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 63 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 3.2 BỘ ĐẾM XUNG TỐC ĐỘ CAO ( HSC: HIGHT SPEED COUNTER). 3.2.1 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 3.2.2 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. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 64 3.2.3 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. 3.2.4 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 65 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 66 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 67 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. 3.2.5 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 68 Byte điều khiển của HSC1: SMB46 Byte điều khiển của HSC2: SMB56 3.2.6 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 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 69 Byte điều khiển của HSC1 Byte điều khiển của HSC2 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 70 3.2.7 Chọn kiểu Reset, Start và tần số đếm cho HSC 3.2.8 Byte trạng thái và byte điều khiển của HSC3, HSC4, HSC5 3.2.9 Giá trị tức thời, giá trị đặt 3.2.10Các bước khởi tạo bộ đếm HSC: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 71 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. 3.3 CHƯƠNG TRÌNH NGẮT: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 72 3.3.1 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 ngắt sẽ thực hiện theo thứ tự ưu tiên từ ngắt có mức ưu cao nhất đến ngắt có mức ưu tiên thấp nhất. Thứ tự ưu tiên ngắt như sau:  Ngắt truyền thông  Ngắt vào ra  Ngắt timer Các điều kiện ngắt xảy ra sẽ được lưu lại và sắp xếp theo thứ tự Một chương trình ngắt có thể được gọi bởi nhiêu sự kiện ngắt, Tuy nhiên một sự kiện ngắt thì không thể gán cho nhiều chương trình ngắt Tùy thuộc vào loại CPU mà số lượng ngắt cũng như sự kiện ngắt có khác nhau 3.3.2 Các lệnh sử dụng khi lập trình điều khiển ngắt. 3.3.3 Các sự kiện gây ra ngắt SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 73 3.3.4 Các bước lập trình khi sử dụng ngắt. Tất cả các ngắt phải được khởi tạo trước khi làm việc. Việc khởi tạo các ngắt nên thực thi một lần(SM0.1) trong chương trình, chỉ khi nào cần thay đổi các thông số trong quá trình khởi tạo thì mới khởi tạo lại. – Xác định ứng dụng và chương trình ngắt – Phụ thuộc vào từng loại ngắt mà khởi tạo chương trình ngắt – Kích hoạt chế độ ngắt 3.4 SỬ DỤNG MODUL ANALOG: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 74 Tín hiệu Analog là các tín hiệu tương tự ( 0 – 10VDC,hoặc 4-20mA),Hầu hết các ứng dụng của chương trình PLC Siemens nói riêng hay các ứng dụng khác đều cần phải đọc các tín hiệu analog.Tín hiệu analog có thể là tín hiệu từ các cảm biến đo khoảng cách,cảm biến áp suất,cảm biến đo trọng lượng 3.4.1 Modul EM321: 1.1.1. Giới thiệu về modul EM321: Số lượng ngõ vào. Số lượng ngõ vào 4AIW (AIW0,AIW2,AIW4,AIW6). Ngõ vào có thể là điện áp hay dòng điện. Cách kết nối ngõ vào. Dãy điện áp ngõ vào và độ phân giải.  Điện áp vào: +10V, +5V, +2,5V,-5V,-2,5V.  Dòng điện ngõ vào: 0 đến 20mA.  Độ phân giải: 5uA hay từ 1,25mV đến 2,5mV.  Giá trị số ngõ vào: -32000 đến 32000 hay từ 0 đến 32000. Switch chọn giá trị ngõ vào và độ phân giải. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 75 1.1.2. Đọc tín hiệu analog từ Modul EM231: Các tín hiệu có thể đọc được từ Modul EM231(tuỳ thuộc việc chọn các Switch trên modul): - Tín hiệu đơn cực ( Tín hiệu điện áp): 0-10VDC, 0-5VDC - Tín hiệu lưỡng cực (tín hiệu điện áp): -5VDC – 5VDC, -2.5VDC – 2.5VDC - Tín hiệu dòng điện :0 – 20mA ( có thể đọc được 4-20mA)  Tín hiệu Analog sẽ được đọc vào AIW0,AIW2 tương ứng,tuỳ thuộc vào vị trí của tín hiệu đưa vào modul.  Modul EM231 có 4 ngõ vào Analog,do vậy vị trí các ngõ vào tương ứng là: AIW0, AIW2, AIW4, AIW6  Tín hiệu analog là tín hiệu điện áp ,tuy nhiên giá trị mà AIW đọc vào không phải là giá trị điện áp ,mà là giá trị đã được quy đổi tương ứng 16bit.  Trường hợp đơn cực : Giá trị từ 0 – 64000 tương ứng với ( 0-10V,0-5V hay 0-20mA)  Trường hợp lưỡng cực : Giá trị từ -32000 – 32000 tương ứng với (-5VDC – 5VDC hay - 2.5VDC – 2.5VDC). Vídụ : – Trường hợp đơn cực: giá trị đọc vào của AIW0 = 32000,khi đó giá trị điện áp tương ứng là : (32000x10VDC/ 64000) = 5VDC ( Tầm chọn 0 – 10VDC) – Trường hợp lưỡng cực : Giá trị đọc vào của AIW0 = 16000,khi đó giá trị điện áp. – Tương ứng là : ( 16000x5VDC/32000) =2.5VDC ( Tầm đo -2.5VDC – 2.5VDC)  Do vậy căn cứ vào giá trị đọc vào của AIW ta có thể dùng quy tắc “tam suất”,từ đó có thể tính được giá trị điện áp tương ứng.Từ giá trị điện áp ta có thể suy ra giá trị mong muốn.  Thông thường các tín hiệu Analog đọc vào bao giờ người sử dụng cũng mong muốn đọc được chính giá trị mong muốn ( Ví dụ: giá trị khối lượng trong đọc đầu cân Loadcell, giá trị áp suất trong đọc tín hiệu từ cảm biến áp suất..)  Phương pháp đọc Analog trong trường hợp này ta sẽ không cần quan tâm nhiều đến chế độ đơn cực hay lưỡng cực,mà chỉ cần xác định được 2 điểm,từ đó lập được phương trình đường thẳng ( Giá trị mong muốn đọc theo AIW) – Ví dụ: Để đọc khối lượng từ đầu cân :Ta xây dựng hàm Khối lượng theo AIW( là tín hiệu đọc vào) Bước 1: Ta cần xác định 2 điểm: điểm 1: Ta online trên máy tính,đọc giá trị AIW0 là x1,trong trường hợp ở điểm 1 (Điểm 1 là điểm ta đặt quả cân chuẩn 1:có khối lượng m1 lên bàn cân) ,Tương tự ta có thể xác định được điểm 2 ( tương ứng x2 và m2). Từ đó ta có 2 điểm : Điểm 1 ( x1,m1) , Điểm 2 (x2,m2). Phương trình đường thẳng đi qua 2 điểm 1,2 có dạng: SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 76 (X-X1/X2-X1) = (Y-Y1/Y2-Y1),Từ đó rút Y theo X Đó chính là phương trình khối lượng theo AIW. Ví dụ cụ thể: Điểm 1 (0,0), điểm 2 ( 32000,1000) Phương trình lập: (X-0/32000-0) = ( Y-0/1000-0) Từ đó suy ra: Y= 1xX/ 32 Vậy : Khối lượng = AIW / 32. 3.4.2 Modul EM232: 1.1.1. Giới thiệu về modul EM232: Điện áp nguồn: +24V. Số lượng ngõ ra 4 analog Output. Dãy điện áp ngõ ra -10V,+10V. Dòng điện ngõ ra: 0 đến 20mA. Giá trị số ngõ ra: -32000 đến 32000 hay từ 0 đến 32000. Độ phân giải: 2,5mV. 1.1.2. Xuất tín hiệu analog qua modul EM232: Các tín hiệu có thể xuất ra Modul EM232(tuỳ thuộc việc chọn các Switch trên modul): Tín hiệu đơn cực ( Tín hiệu dòng điện): 0-20mA Tín hiệu lưỡng cực (tín hiệu điện áp): -10VDC – 10VDC Tín hiệu 0 -20mA tương ứng với giá trị 0 – 32000 Tín hiệu -10VDC – 10VDC tương ứng -32000 – 32000 Giá trị xuất ra Modul EM232 được đưa vào ô nhớ AQW tương ứng. 3.5 TỔNG QUAN VỀ OPC PC Access là phần mềm của Simens đưa ra để hỗ trợ kết nối PLC S7 200 với PC thuận tiện hơn. Nhiệm vụ của PC Access trong đề tài này là tạo thư viện động hổ trợ cho vịệc kết nối PLC với PC, trong đó PC Access đóng vai trò là OPC Server. 3.5.1 OPC supermarket Analogy (tạm dịch: OPC như một siêu thị) Khái niềm về OPC server và OPC client được liên kết với nhau giống như một siêu thị. Tất cả những thành phần có thể sử dụng đều được thể hiện trên OPC Server, việc lựa chọn này bao gồm tất cả các vùng xử lý dữ liệu đọc và ghi bởi OPC Server. OPC Client sẽ lựa chọn những Items mà được yêu cầu. OPC Client sẽ đọc và ghi giá trị mới đến những Items yêu cầu thông qua OPC Server 3.5.2 OPC Defined (tạm dịch: Xác định cấu trúc OPC) Với cấu trúc OPC thì đối tượng OLE được sử dụng như là một đối tượng của Microsoft. Định dạng OLE ban đầu được thể hiện như là một đối tượng nhúng. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 77 Ngày nay OPC được gọi là “COM for Proccess Control” từ khi OPC dựa trên COM. COM là một đối tượng chung của hệ thống hoạt động Windows và được điều khiển bên trong bởi một vài đối tượng phần mềm. (COM (Component Object Model: mô hình các đối tượng thành phần) là một giao thức chuẩn để giao tiếp giữa các đối tượng cục bộ trên một máy tính nhưng chúng là thành phần của những chương trình khác nhau) Bằng việc sử dụng COM, OPC Server sẽ trở thành một phần của hệ thống Windows và do đó, OPC Server không độc lập về tên file, vị trí lưu trữ và phiên bản. Để phát triển hơn nữa COM, DCOM thậm trí hỗ trợ những ứng dụng phân tán và cho phép đồng hoạt động giữa các đối tượng phần mềm trên các máy tính khác nhau trong phạm vi một mạng. OPC cung cấp một cơ cấu để cung cấp dữ liệu từ nguồn dữ liệu và chia sẽ dữ liệu đến bất kỳ ứng dụng khác theo những cách thức tiêu chuẩn. Một nhà cung cấp ngày nay có thể phát triển một Server sử dụng và tối ưu hoá khả năng này để chia sẽ dữ liệu tới nguồn dữ liệu, và bao gồm cả cơ cấu truy cập dữ liệu từ dữ liệu nguồn với hiệu suất cao. Việc cung cấp Server cùng với việc giao diện OPC cho phép bất kỳ Client nào cũng có thể truy cập các thiết bị của OPC. Mặc dù OPC được thiết kế ban đầu là để truy cập dữ liệu từ mạng Server, nhưng giao diện OPC có thể được sử dụng nhiều nơi trong phạm vị một ứng dụng. Mức truy cập thấp nhất, chúng có thể thu thập dữ liệu từ các thiết bị vật lý ở trong mạng SCADA hoặc DCS hoặc là hệ thống SCADA,DCS trong phạm vi ứng dụng.Kỹ thuật và thiết kế này tạo nên khả năng có thể cấu trúc một OPC Server cho phép các ứng dụng khác có thể truy cập từ nhiều OPC Server khác nhau được cung cấp bởi nhiều nhà cung cấp OPC khác nhau chạy trên những nút mạng khác nhau thông qua một đối tượng . 3.5.3 Ứng dụng của việc giao tiếp OPC Ứng dụng của giao diện OPC được dựa trên mô hình Server-Client. Một đối tượng của Server thì cung cấp dịch vụ cho những đối tượng giao tiếp khác thông qua giao diện. Một đối tượng khác sẽ sử dụng các dịch vụ này. Với OPC, một ứng dụng cụ thể có thể nhận ra một OPC Server đang tồn tại trên hệ thống. Có thể địa chỉ hóa một hoăc nhiều Server và yêu cầu dịch vụ mà chúng sẽ cung cấp. Từ vài OPC Client khác nhau có thể truy cập một OPC Server tại cùng một thời điểm, cùng nguồn dữ liệu để sử dụng cho bất kỳ lệnh ứng dụng OPC. 3.5.4 OPC Server Thành phần OPC phân phối dữ liệu gọi là OPC Server. Các thành phần này thực hiện việc thâm nhập để tồn tại trên hệ thống (máy tính). Một phần dịch vụ, chúng cung cấp thông tin cho các OPC Client từ bất kỳ nguồn dữ liệu nào; có thể là nguồn dữ liệu về phần cứng hay thành phần của một phần mềm. Dữ liêu được thu thập từ giao diện, card bus trường, thiết bị đo hay thiết bị điều khiển. Mỗi OPC server được gán một tên duy nhất bởi nhà cung cấp để định dạng nó. Theo tiểu chuẩn COM thì cái tên này được định nghĩa như là ProgIDs. Bằng việc xác định ProgIDs, chúng ta có thể định địa chỉ cho OPC Server xác định. 3.5.5 OPC Client SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 78 Đối tượng OPC mà sử dụng OPC Server như là nguồn dữ liệu được gọi là OPC Client. OPC Client có thể được tồn tại như là một phần mềm chuẩn. Những Module phần mềm còn có thể kết hợp với nhau để tạo nên các hàm cho chính các Client. Để gặp những yêu cầu độc lập trên hệ thống và đạt được những hình thức trình bày tốt nhất có thể, chúng ta có thể viết OPC Client bằng những ngôn ngữ lập trình khác nhau. 3.5.6 Cách thức mà Server và Client làm việc với nhau: Server và Client truyền thông dựa trên DCOM. Client không truy cập trực tiếp Server nhưng sử dụng thư viện COM. Bằng việc xác định ProgIDs, OPC client có thể định địa chỉ mà mỗi OPC mà nó yêu cầu. Hình 2.4: Truyền thông giữa Server và Client Đặc tính và cách thức: Chức năng của OPC Server được xác định bởi giao tiếp của chúng, OPC Client biết được chức năng của OPC Server để yêu cầu và có thể sử dụng những dịch vụ có giá trị. Từ góc nhìn hướng đối tượng, các dịch vụ của OPC Server được thể hiện bởi đặc tính và cách thức. Tất cả OPC Server có đặc tính và cách thức cài đặt cơ bản giống nhau. Nếu một Server không cung cấp nhiều chức năng mở rộng nào thì một Client có thể nhận ra điều đó và phản ứng phù hợp với điều đó. Kết quả là các thành phần của nhà cung cấp khác có thể làm việc với nhau mà không có vấn đề gì xảy ra. Một Client có thể được tạo hoặc xóa đối tượng trên OPC Server thông qua giao diện OPC. OPC Client tham chiếu tất cả các hàm của Server, và sử dụng cách thức của Server đọc và ghi dữ liệu. Mỗi hàm của Server tương ứng với một lệnh trên Client. 3.5.7 Tên các cấp bậc trong hệ thống: Khi một đối tượng OPC Server được tạo thì chúng xác định một đường dẫn cấp bậc. OPC Client sẽ sử dụng đường dẫn này để xác định Item, là một phần của Group kết nối tới một Server cụ thể. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 79 Hình 2.5: Các cấp bậc trong OPC Server CHƯƠNG 4:WINCC FLEXIBLE VÀ HMI 4.1 GIỚI THIỆU VỀ SIMATIC HMI Sự thông suốt tối đa là điều thiết yếu để người vận hành điều khiển và giám sát quá trình hoạt động trong nhà máy một cách hiệu quả với các thiết bị, máy móc ngày càng hiện đại. Giao diện người máy (Human Machine Interface- HMI) cung cấp một sự tích hợp toàn diện và đa dạng cho người vận hành điều khiển và giám sát các nhiệm vụ. Ví dụ của những hệ thống SIMATIC HMI là các màn hình điều khiển nhỏ để sử dụng cho thiết bị cấp cao. Hệ thống HMI miêu tả giao diện giữa người (người vận hành) và quá trình (máy móc/ thiết bị). PLC là đơn vị hiện thời để điều khiển quá trình. Vì những lý do đó, có một giao diện giữa người vận hành và WinCC flexible (tại thiết bị HMI) và một giao diện giữa WinCC flexible và PLC. Một hệ thống HMI đảm đương những nhiệm vụ sau: • Miêu tả quá trình: Quy trình được mô tả bởi thiết bị HMI. Màn hình trên HMI được cập nhật động. Đây là điều cơ bản trong một quá trình chuyển động. • Người vận hành điều khiển quá trình: Người vận hành có thể điều khiển quá trình bởi công cụ GUI. Ví dụ, người vận hành có thể đặt trước giá trị chuẩn của quá trình điều khiển hoặc cài đặt thong số làm việc của động cơ. • Hiển thị cảnh báo: Trạng thái giới hạn quá trình được tự động khởi phát báo động. Ví dụ, khi giá trị đặt trước bị vượt quá. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 80 • Lưu trữ cảnh báo và giá trị quá trình: Hệ thống HMI có thể có bản ghi giá trị cảnh báo và quá trình. Trong tương lai, cho phép bạn truy cập dữ liệu quá trình và lấy ra những dữ liệu sản xuất trước đó. • Ghi chép cảnh báo và giá trị quá trình: Hệ thống HMI có thể có bản thông báo các cảnh báo và giá trị quá trình. Điều này cho phép bạn in ra dữ liệu sản xuất. • Quản lý thông số máy và quá trình: Hệ thống HMI có thể lưu trữ thông số quá trình và máy móc trong công thức. Ví dụ, bạn có thể tải những thông số này trong một đường dẫn của thiết bị HMI tới PLC để thay đổi phiên bản sản xuất. 4.2 GIỚI THIỆU VỀ WINCC FLEXIBLE WinCC Flexible là phần mềm SCADA được thiết kế bởi hãng Microsoft theo yêu cầu Siemens nhằm phục vụ cho việc giám sát và thu thập dữ liệu trong hệ thống SCADA sử dụng thiết bị của SIEMENS như các PLC S7-200, S7-300, S7-400. Hình 3.1 WinCC Flexible giám sát PLC WinCC Flexible rất linh hoạt trong việc giám sát có thể chuyển đổi dễ dàng giữa các kết nối. Giao diện rất thân thiện với người sử dụng, ngoài ra còn hỗ trợ ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng VisualBasic. Đặc điểm nổi bật nhất của WinCC Flexible so với WinCC SCADA chính là hỗ trợ những tính năng rất mạnh cho việc thiết kế giao diện, thiết lập giao diện cũng như lập trình cho các loại màn hình HMI. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 81 Hình 3.2: Một số màn hình HMI được tích hợp trong WinCC Flexible 4.3 MỘT SỐ THUỘC TÍNH NỔI BẬT CỦA WINCC FLEXIBLE: 4.3.1 Thiết lập giao thức kết nối: WinCC Flexible cung cấp các giao thức kết nối giữa HMI và s7-200, s7-300, s7-400. Các kết nối có thể qua PMI, DP, Probifus, Ethernet..  Kết nối giữa HMI với s7-200 SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 82 Hình 3.3. Thiết lập giao tiếp giữa HMI với s7 200.  Kết nối giữa HMI với s7-300/s7-400. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 83 Hình 3.4: Thiết lập giao tiếp giữa HMI với s7 – 300 qua MPI  Kết nối giữa HMI với s7-300 qua Ethernet Hình 3.5 Thiết lập thông số kết nối qua Ethernet Giao thức kết nối Ethernet theo chuẩn IP. Ta chỉ cần khai báo địa chỉ IP cho các phần tử kết nối mạng. 4.3.2 Tags và Tags Group SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 84 WinCC Flexible giao tiếp các thiết bị thông qua các Tags. WinCC Flexible thực hiện tính toán và truyền dữ liệu thông qua tag xuống thiết bị, dữ liệu thu nhận từ thiết bị cũng được thông qua tag về PLC. Có 2 loại tag: tag nội và tag ngoại Tag nội: Được sử dụng để tính toán, lưu trữ trong nội tại của WinCC, tag nội không giao tiếp với các bộ điều khiển lập trình bên ngoài.WinCC quản lý tag nội thông qua tên của tag và kiểu dữ liệu tương ứng. Chính vì vậy trong một chương trình thì tên của tag là độc nhất. Tag ngoại: Là những vùng nhớ bên trong bộ điều khiển lập trình hoặc thiết bị mô phỏng. Tag ngoại luôn gắn với một địa chỉ và một kiểu dữ liệu nhất định. WinCC quản lý các tag ngoại thông qua tên của tag và địa chỉ của nó. Hình 3.6 Thiết lập Tag kết nối Ở hình trên ta có: Tag_1 là tag nội có kiểu dữ liệu là Int Tag_2 là tag ngoại có kiểudữ liệu là Bool và đại chỉ giao tiếp với thiết bị bên ngoài là M0.0. 4.3.3 Thiết kế giao diện (Screen) cho HMI. Giao tiếp của người và máy đều thông qua màn hình. Vì vậy việc thiết kế giao diện cho phù hợp với mục đích sử dụng là điều hết sức quan trọng. WinCC Flexible cung cấp hầu hết các công cụ thiết kế phục vụ cho việc thiết kế giao diện điều khiển và giám sát. Hình 3.7 Giao diện thiết kế của WinCC Flexible  Menubar: Là nơi dùng để điều khiển hoạt động chính của việc thiết kế. Nó cung cấp các công cụ cũng như thiết lập các thông số cho giao diện của chúng ta. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 85  Standar Toolbar: Là nơi chứa các nút cho phép chúng ta thực hiện những lệnh một cách nhanh chóng.  Tool: Cung cấp cho chúng ta nhựng đối tượng chuấn như ( Polygon, Ellipse, Rectangle,) các đối tượng thông minh ( OLE control, OLE Eleemnt, I/O Field,) và các đối tượng Window ( Button, Check Box,.)  Project: Là nơi cung cấp các dịch vụ về điều khiển hoạt động của giao diện như tạo ngắt, tạo ra các report  Kịch bản (Scrip):Scipt là nơi mà ta tạo ra các hoạt động khi có sự kích hoạt. Scipt được hỗ trợ viết bằng ngôn ngữ Visual Basic. Trong script hỗ trợ một cú pháp chuẩn của các lệnh Hình 3.8: Khởi tạo Scrip 4.3.4 Một số hàm sử dụng trong chương trình: Inverbit Cú pháp: Inverbit Ý nghĩa: Đảo ngược giá trị của một tag kiểu dữ liệu Binary Setbit Cú pháp: Setbit (Tag) Ý nghĩa: Đặt giá trị của Tag = True với kiểu dữ liệu là Binary Resetbit Cú pháp: Resetbit ( Tag) Ý nghĩa: Đặt giá trị của Tag = False với kiểu dữ liệu là Binary SetbitlnTag Cú pháp: SetbitlnTag( Tag,bit) Ý nghĩa: Đặt giá trị là true cho vị trí bit được xác định trong Tag ResetbitlnTag Cú pháp: ResetbitlnTag( Tag,bit) Ý nghĩa: Đặt giá trị là false cho vị trí bit được xác định trong Tag StopRuntime SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 86 Cú pháp: StopRuntime (Mode) Ý nghĩa: Thoát khỏi Runtime của Wincc Flexible SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 87 CHƯƠNG 5: ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ I. ƯU ĐIỂM CỦA ĐỀ TÀI: 1) Tính khoa học của đề tài: Đề tài nghiên cứu về cách thức điều khiển tốc độ và moment của động cơ Ac-Servo. Tuy động cơ Servo được sử dụng nhiều trông công nghiệp nhưng đề tài này là một đề tài tương đối là mới. Nghiên cứu thực tế đã chứng minh các sản phẩm Ac-Servo sau này có thể cùng lúc điều khiển được cả vị trí tốc độ và moment. Qua đề tài em có thêm một kiến thức thực tế quý báu để có thể hỗ trợ cho tôi sau khi ra ra trường và bước chân vào xa hội. 2) Tính thực tiễn và khả năng ứng dụng: Qua nghiên cứu để rút ra qui trình, tôi thấy rằng điều khiển động cơ Ac-Servo không quá phức tạp. Đây là mô hình điều khiển nhỏ nếu có thêm thời gian nguyên cứu tôi nghĩ có thể tạo ra một sản phẩm có thể được ứng dụng vào để sản xuất với qui mô. II. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI: Vì thời gian nghiên cứu có hạn, máy móc thiết bị không đầy đủ nên còn có những vấn đề còn tồn tại. Chưa làm được hết tất cả các cách điều khiển tốc độ. Chưa làm được hết tất cả các cách điều khiển moment. Việc nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở vị trí, tốc độ và moment của bộ động cơ nhỏ. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 88 PHẦN 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 89 I. KẾT LUẬN Đồ án đã hoàn thành đúng tiến độ và cơ bản đạt được các yêu cầu đề ra như sau:  Tìm hiểu cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị: PLC  Hiểu được nguyên lý hoạt động và nắm đươc phương pháp điều khiển hệ thống servo  Sử dụng được phần mềm Wincc Flexible và phần mềm Step 7 MicroWin V4.0  Chạy thành công hệ thống trên mô hình thật  Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế chưa được xử lí. Trong quá trình thực hiện đồ án T.S NGUYỄN MINH TÂM đã tận tình hướng dẫn để tác giả có thể hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Tác giả cũng đã cố gắng nhiều nhưng do hạn chế về tài liệu tham khảo và năng lực nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến bổ sung, góp ý của quý thầy cô để đề tài của tác giả ngày càng hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 90 II. KIẾN NGHỊ - Nếu có thời gian, tôi sẽ nghiên cứu khắc phục những lỗi nhỏ, phát triển đề tài điều khiển tốc độ và moment thành một đề tài lớn hơn đó là làm một máy CNC cỡ nhỏ điều khiển 3 trục trong đó vừa điều khiển được vị trí,tốc tốc độ và cả moment. SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 91 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách tham khảo: [1] Nguyễn Doãn Phước. Phan Xuân Minh. Tự Động Hoá với SIMATIC S7-200. Nhà Xuất Bản Nông Nghiệp, 1997 [2] Lâm Tăng Đức. Nguyễn Kim Ánh – Giáo trình điều khiển Logic – Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [3] WinCCflexible – GettingStarted – PowerUser. [4] Tạ Văn Phương .Tài liệu PLC công nghiêp. Trường Đại Học SPKT TPHCM Lưu hành nội bộ [5]Hà Văn Trí.Giao trình PLC. NXB Khoa học kỹ thuật [6] Lâm Quỳnh Trang – Lê Trọng Hiền – Nguyễn Minh Trung – Đoàn Hiệp Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh - Chương trình PFIEV.Động cơ servo. Web tham khảo: [7] [8] [9] SVTH : BIỆN QUỐC THOẠI 92