Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. Đặt vấn đề:
Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành
đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số.
các loại động cơ bước được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các hệ thống tự động,
điều khiển xa và nhiều thiết bị điện tử khác, nổi bật là trong các lĩnh vực sau: điều
khiển robot, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công, điều khiển máy dập giấy
decal, … v,…v, … Và cũng trong điều khiển chính xác người ta cần những động cơ
có thể đạt được độ chính xác cao theo đúng yêu cầu cả về lực và tốc độ. Động cơ
bước là một trong những sự lựa chọn tốt để đáp ứng được những yêu cầu trên với khả
năng chuyển động chính xác đến từng bước thậm chí là vi bước. Đặc biệt việc điều
khiển motor bước được ứng dụng phổ biến trong xí nghiệp, nhà máy phục vụ trong
công việc sản xuất hiện nay.
Bên cạnh đó việc phát triển các phần mềm ứng dụng cũng ngày một cao hơn, đặc biệt
với WinCC ( Windows Control Center), đây là phần mềm tích hợp giao diện người và
máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần
mềm điều khiển với quá trình tự động hóa, là phần mềm ứng dụng để giám sát, điều
khiển và thu thập dữ liệu của một hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất.Với
WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt
động của quá trình tự động hóa một cách dễ dàng.
Việc sử dụng những bộ điều khiển lập trình PLC riêng lẻ không đáp ứng yêu cầu điều
khiển của một hệ thống Scada, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human
Machine Interface) giao diện người và máy.
Phần mềm này có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác
nhau như Siemens, Mítubishi, Allen Bradley,v.v…,nhưng nó đặc biệt truyền thông rất
tốt với PLC của hãng Siemens.Trong lãnh vực tự động hóa trong công nghiệp,
WinCC là một trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng Siemens để quản
lý thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp, chương trình dùng để điều
hành các nhiệm vụ của màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa
sản xuất.
S7-200 (CPU 226CN) để lập trình, tìm hiểu về PC Access, HMI và dùng WinCC để
giám sát mô hình cắt giấy tự động. Rất mong nhận được sự góp ý kiến quý thầy cô
và các bạn sinh viên để hoàn thiện hơn về về tài này.
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN
1. Giới thiệu sơ lược về PLC S7-200.
1.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7.
• Họ PLC S7 là một họ PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ nhớ
tốt, kết nối mạng công nghiệp.
• Hiện nay họ PLC S7 gốm có S7-200, S7-300, S7-400.
• Mỗi một thế hệ PLC lại có nhiều chủng loại CPU khác nhau.
• Đối với PLC S7, có thể thực hiện các phép toán lo6gic, đếm, định thời, các
thực toán phức tạp và thực hiện truyền thông với các thiết bị khác.
Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X.
1.2 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU226CN
1.3 Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 4
1.3.1 khái niệm vòng quét của PLC
a) Đọc dữ liệu đầu vào: Đọc các trạng thái vật lý ( Input ) vào bộ đệm ảo ( IR
– Input Register ).
b) Thực thi chương trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chương trình
phần mềm, kết quả dược lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu
ra ( OR – Output Register ).
c) Xử lý các yêu cầu truyền thông ( Option ) : nếu có yêu cầu truyền thông
xử lý ngắt.
d) Tự chuẩn đoán lỗi: CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong Rom, các vùng
nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng.
• Định dạng truy cập :
c. Vùng nhớ thời gian ( T ; T0-T255):
3
Thay đổi mức logic
đầu vào
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 6
• Vùng nhớ này dùng cho các bộ thời gian của S7-200. Đối với một bộ Timer
có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Timer bit hoặc Current
Value.
• Định dạng truy cập :
• Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo
Timer bit hay Current value.
d. Vùng nhớ bộ đếm ( C ; C0-C255 ):
• Vùng nhớ này dùng cho các bộ đếm của S7-200. Đối với một bộ Counter có
hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Counter bit hoặc Current
Value.
• Định dạng truy cập :
• Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo
Counter bit hay Current Value.
e. Vùng nhớ đặc biệt ( SM ) :
• Vùng nhớ này cung cấp các bit truyền thông giữa CPU và chương trình. Các
bit này được dùng để lựa chọn và điều khiển một số chức năng đặc biệt của
CPU S7-200.
• Định dạng truy cập :
1.3.3 Truy cập dữ liệu gián tiếp thông qua con trỏ:
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 7
a. Con trỏ ( Pointer ) : là một ô nhớ có kích thước một từ kép ( double word )
chứa địa chỉ của một ô nhớ khác. Khi ta truy cập vào ô nhớ của con trỏ có nghĩa ta
Ba ngôn ngữ này về mặt hình thức có thể chuyển đổi lẫn cho nhau. Việc lựa
chọn ngôn ngữ lập trình là tùy theo thói quen, sở thích cũng như kinh nghiệm của
người sử dụng.
1.4.1 Ngôn ngữ LADDER :
• Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở sơ đồ trang bị điện, việc kết nối
lập trình đồ họa giống với việc thiết lập các sơ đồ relay- contactor. Một
chương trình nguồn viết bằng LAD được tổ chức thành các network, mỗi
network thực hiện một công việc nhỏ.
• S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lập lại ở
vòng quét tiếp theo.
Ví dụ ngôn ngữ LADDER:
1.4.2 Ngôn ngữ STL :
• Là ngôn ngữ lập trình dưới dạng Text gần giống với lập trình hợp ngữ trong
vi điều khiển và vi xử lý, là một ngôn ngữ mạnh cho phép tạo ra một chương
trình mà LAD và FBD rất khó tạo ra. Một chương trình viết dưới dạng STL
được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một công việc nhỏ.
• S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, sau đó lập lại ở vòng quét tiếp
theo.
Ví dụ ngôn ngữ STL:
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 9
1.4.3 Ngôn ngữ FBD :
• Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở kết nối các khối hàm, sử dụng
các ký hiệu logic giống với đại số boolean. Các hàm toán học phức tạp cũng
được thể hiện dưới dạng khối với các đầu vào đầu ra thích hợp.
• S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lập lại ở
vòng quét tiếp theo.
Ví dụ ngôn ngữ FBD :
2. Giới thiệu về S7-200 PC ACCESS
2.2 Cách sử dụng S7-200 PC Access :
2.2.1 Tạo sự kết nối cho một PLC :
Trong S7-200 PC Access với trợ giúp OPC bao gồm 3 biến đối tượng :
- PLC
- Folder ( không cần thiết)
- Item
Khi tạo một dự án mới, việc kết nối PLC phải được làm trước với hai bước sau
a. Thiết lập cấu hình giao tiếp :
Khởi động S7-200 PC Access, tù thanh Taskbar chọn Start > Simatic > S7-200
PC Access.
Mở một dự án mới, chọn File > New, cửa sổ Unititled- S7-200 PC Access xuất
hiện.
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 15
Nhấp phải vào Microwin chọn PG/PC Interface..
Cửa sổ Set PG/PC Interface xuất hiện .
Nhấp chọn PC/PPI cable(PPI), rồi chọn Properties, xuất hiện hộp thoại
Properties – PC/PPI cable.
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 16
Chọn địa chỉ và tốc độ truyền cho S7-200 PC Access , thông thường để mặc
định như trên, Ở mục Local connection chọn cổng COM cần kết nối với PLC.
Sau đó nhấn Ok để chấp nhận.
b. Thiết lập cấu hình mới cho một PLC :
Trên cửa sổ làm việc của S7-200 PC Access, nhấp phải Microwin chọn New
PLC.Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 17
Cửa sổ PLC Properties xuất hiện, ở mục Name nhập vào tên PLC cần làm việc,
hiệu điều khiển vào các cuộn dây stator, theo một thứ tự và một tần số nhất định.
Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều
quay và tốc độ quay của rotor, phụ thuộc vào thứ tự chuyển và tần số chuyển đổi.
3.1 Phân loại và cấu tạo
Động cơ bước cơ bản được chia làm 3 loại:
• Động cơ bước nam châm vĩnh cữu.
• Động cơ bước biến trở từ
• Động cơ bước lai
Động cơ bước nam châm vĩnh cữu cơ bản gồm 3 lọai:
• Động cơ bước đơn cực
• Động cơ bước lưỡng cực
• Động cơ bước nhiều pha
3.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cữu
3.2.1 Động cơ bước đơn cực:
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 20
STEP loại đơn cực bao gồm 2 cuộn dây, mỗi cuộn được nối ra ngồi ở giữa
cuộn, vì vậy thơng thường trên thực tế đây là loại động cơ 5 hoặc 6 dây ra, STEP
loại này được điều khiển bẳng cách cho đầu dây chung nối lên nguồn và từng đầu
dây còn lại lần lượt được nối mass .
Động cơ bước đơn cực có 5 ngõ ra: trong đó có 4 đầu dây coil1÷coil4
dùng để điều khiển còn đầu dây common dùng để nối nguồn cung cấp. Kí hiệu
các màu dây theo qui đònh như hình dưới :
Động cơ bước đơn cực có 6 ngõ ra: trong đó có 4 đầu dây coil1÷coil4 dùng
để điều khiển, 2 đầu dây còn lại chính là dây common được tách ra làm 2, khi
dùng phải nối cả 2 với nguồn cung cấp. Hai dây common này có cùng màu.
3.2.2 Động cơ bước lưỡng cực:
Động cơ loại lưỡng cực (Bipolar), thường có 4 đầu ra. Về cấu tạo đơn giản hơn
nhưng khó cho điều khiển vì phải đảo chiều dòng điện qua cuộn dây a,b.
bước thứ 8 ta cấp xung cho bước thứ 7 thì lúc đó nó sẽ quay ngược lại.
• Điều khiển tốc độ:thay đổi độ rộng xung và tần số xung .
Trong đó :
V: vận tốc trung bình của động cơ bước. (vòng/giây)
n: số lần dịch bước.
t: thời gian động cơ thực hiện n lần dịch bước. (giây)
θ: góc bước của động cơ (độ)
f : tần số dịch bước.
3.6 Các phương pháp điều khiển động cơ bước.
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 23
• Điều khiển đủ bước
• Điều khiển nửa bước
• Điều khiển vi bước
3.6.1 Điều khiển đủ bước:
a. Một pha:
Tại mỗi thời điểm chỉ có 1 mấu được cấp điện.
b. Hai pha:
Tại mỗi thời điểm sẽ có 2 mấu được cấp điện.
3.6.2 Điều khiển nửa bước:
Luận Văn Tốt Nghiệp Trang: 24
Khi không có phần nào của mạch từ bão hòa, thì việc cấp điện đồng thời cho
hai mấu động cơ sẽ sinh ra một moment xoắn theo vị trí là tổng của các moment
xoắn đối với hai mấu động cơ riêng lẻ. Đối với động cơ hai mấu nam châm vĩnh
cửu hoặc hỗn hợp, hai đường cong này sẽ là S radians khác pha, và nếu dòng qua
hai mấu bằng nhau, đỉnh của tổng sẽ nằm ở vị trí S/2 radians kể tử đỉnh của đường
cong gốc, như ở hình dưới
Đấy là cơ bản của điều khiển nửa bước. Moment xoắn giữ là đỉnh của đường
Khi không có bão hoà, các moment xoắn a và b tỉ lệ với dòng đi qua các mấu
tương ứng. Điều này rất thông dụng khi làm việc với các dòng và moment xoắn
bình thường, để moment xoắn giữ mấu đơn hoặc dòng cực đại được chấp nhận
trong một mấu động cơ là 1.0.
Copyright: Tài liệu đại học ©