ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Số : Đề 6
Họ và tên HS-SV :Lớp :
…………………...……………………………………
…………………...……………………………………
Khoá :

Khoa : Điện

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Đăng Toàn
NỘI DUNG
Xây dựng hệ thống điều khiển mạng 4 biến tần MM430 bằng giao thức ussprotocol
TT

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1

độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
2


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

CHƯƠNG I :
TÌM HIỂU VỀ GIAO THỨC USS TRONG S7-200 VÀ BIẾN TẦN M420
I . Giao thức USS trong s7-200
1 Tổng quan về s7-200.
1.1 Giới thiệu
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng SIMENS ( CHLB Đức) cho
phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ
lập trình. S7-200 có cấu trúc kiểu modul và các modul mở rộng. Các modul này
được sử dụng với mục đích khác nhau.
Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ PLC, trường hợp bộ nhớ
không đủ ta có thể dùng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu.
Dòng S7-200 có 2 họ CPU là 21X(loại cũ) và 22X (loại mới) trong đó họ 21X
không còn sản xuất nữa, họ 22X có các dòng CPU sau: 221, 222,224,224XP,226,
226XM.Trong phạm vi đề tài này ta chỉ đi nghiên cứu sâu về S7-200 CPU226XM
.

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
3


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA


GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
4


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc với các loại máy lập trình
thuộc họ 7XX có thể dùng một cáp nối thẳng MPI. Ghép nối S7-200 với máy tính
PC qua cổng RS-232 có cáp nối PPI có bộ chuyển đổi RS-232/RS485.
1.3.Chuẩn truyền thông RS-485.
Chuẩn truyền thông RS-485 là chuẩn truyền thông do EIA(Electronic industries
Association) đưa ra mà khả năng truyền thông đa điểm thực sự chỉ dùng một
đường dẫn chung duy nhất được gọi là bus. Cấu hình phổ biến nhất là sử dụng hai
dây dẫn cho việc truyền tín hiệu , hoặc nối theo kiểu 4 dây.
RS-485 Sử dụng điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai đầu dây dẫn A và B.
Ngưỡng giới hạn quy định cho VMC với RS-485 được nới rộng ra khoảng -7 đến
12 V, cũng như trở kháng đầu vào cho phép gáp 3 lần so với RS 422.
RS 485 có khả năng ghép nối nhiều điểm vì thế được dùng phổ biến trong hệ
thống bus trường. Khoảng 32 trạm có thể tham gia ghép nối được định vị và giao
tiếp đồng thời trong một đoạn RS 485 mà không cần bộ lặp.
Rs 485 cho phép truyền tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng
là 1200 m, không phụ thuộc vào số lượng trạm tham gia , tốc độ truyền có thể lên
mức 10Mbit/s, tuy nhiên một trạm dài 1200m không thể làm việc với tốc độ
10Mbit/s ,tốc độ này tùy thuộc vào chất lượng cáp mạng. Có thể dùng bộ lặp để
tăng số lượng trạm trong 1 mạng , cũng như chiều dài dây dẫn lên nhiều lần đồng
thời vẫn đả bảo chất lượng tín hiệu.
2. Giới thiệu về giao thức USS.
2.1 Định nghĩa.
Các giao thức USS (Universal Serial Interface Protocol) định nghĩa là truy cập kỹ
thuật theo nguyên tắc Master – Slave cho truyền thông qua 1 Bus nối tiếp và tối đa

ấn định bởi người sử dụng và phần còn lại dành cho các giá trị khác.
+ Vài lệnh trong thư viện USS yêu cầu một bộ đếm 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 bộ đếm 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.
+ Các lệnh USS sẻ làm tăng bộ nhớ của chương trình lên đến 3450 byte. Tùy 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.
Kết nối PLC và Biến Tần theo giao thức USS
Lưu ý:
Để 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.
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
6


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

2.3Lệnh 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.

MM nhận lệnh khởi động ở tốc độ danh định và theo chiều đã chọn trước. Để
Drive làm việc, các điều kiện phải theo đúng như sau:
+ Địa chỉ Drive phải được lựa chọn từ đầu vào Act ive trong lệnh USS_INIT.
+ Đầu 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 điều khiển
giảm tốc độ động cơ xuống cho đến khi động cơ dừng
- Đầu vào OFF2 được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ
chậm.
- Đầu 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
thăm 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 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 xóa khi F_ACK chuyển từ 0 lên 1.
- Bit Dir (Direction) xác định hướng quay mà MM sẽ điều khiển ( đảo chiều).
- Đầu vào Drive (Drive address) là địa chỉ của MM mà lệnh USS_CTRL
điềukhiển tới. Địa chỉ hợp lệ: 0 đến 31.
- Đầu vào Type (Drive type) dùng để lựa chọn kiểu MM. Đối 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 mới 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% ÷ 200%.
- D-Dir: Cho biết hướng quay.
- Inhibit: Cho biết trạng thái của the inhibit bit on the drive (0-not inhibit, 1GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN

sản xuất có thể phù hợp với một số ứng dụng điều khiển đọng cơ đơn giản.
2.1 Ưu điểm của M430.
- Thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt.
- Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROBIBUS,DeviseNet,CANopen.
- Điều khiển FCC (Flux Current Control) cho chất lượng truyền động cao ngay cả
khi thay đổi tải.
- Các đầu vào ra linh hoạt.
- Các phương thức cài đặt khác nhau, có thể dùng bảng điều khiển hoặc phần mềm
miễn phí.
- Thời gian tăng, giảm tốc có thể đăt từ 0-650s.
- 4 dải tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên máy hoạc động cơ.
- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay.
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
9


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

- Tích hợp bảo vệ nhiệt cho đọng cơ dùng PTC/KTY.

Hình 2.0: Biến tần M430
2.2 Các thông số kĩ thuật
Điện áp vào và Công
suất

380V đến 480V 3 AC ± 10%

Tần số nguồn vào

47 đến 63Hz

ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

thời gian 300 giây
Dòng điện vào khởi Thấp hơn dòng điện vào định mức
động
Phương pháp điều khiển

Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều
khiển dòng từ thông FCC

Tần số điều chế xung

7.5 kW to 90 kW
4 kHz (standard)
2 kHz to 16 kHz (in 2 kHz steps)
10 kW to 250 kW
2 kHz (standard)
2 kHz to 4 kHz (in 2 kHz steps)

(PWM)

Tần số cố định

15, tuỳ đặt

Dải tần số nhảy

4, tuỳ đặt

Độ phân giải điểm đặt


GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
11


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Độ dài cáp động cơ

- Không có kháng ra :
Max. 50m (bọc kim)
Max. 100m (không bọc kim)
- Có kháng ra :
max. 100m (bọc kim)
max. 150m (không bọc kim)

Tính tương thích điện từ Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 61 800-3
(giới hạn theo chuẩn EN 55 011, Class B)
Hãm

Hãm DC, hãm tổ hợp

Cấp bảo vệ

IP 20

Dải nhiệt độ làm việc
Nhiệt độ bảo quản

-10oC đến +40oC

D
E
FX
GX

Cao x Rộng x Sâu kg
245 x 185 x 195 5,7
520 x 275 x 245
17
650 x 275 x 245
22
1400x 326 x356
116
1533 x 326 x 545
176

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
12


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

2.3 Cách đầu nối mạch lực
Có thể tiếp cận với các đầu nối nguồn điện vào và các đầu nối của động cơ bằng
cách tháo các phần vỏ máy phía trước.

Hình 2.1: Cách đấu nối mạch lực biến tần M430
2.4 Cách đầu dây điều khiển
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
13

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
15


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

3 .Cài đặt mặc định
Bộ biến tần MCROMASTER 430 được cài đặt mặc định khi xuất xưởng sao cho
có thể vận hànhđược mà không cần cài đặt thêm bất kỳ thông số nào nữa.Để đạt
được điều này, các thông sốcủa động cơ được kết nối với biến tần phải có thông số
định mức phù hợp với hông số cài đặtmặc định (P0304, P0305, P0307, P0310)
tương ứng với động cơ 1LA7 4 cực của Siemens (hãyxem các thông số định mức
ghi trên nhãn).
Các thông số mặc định khác:

Hình 2.4: Các thông số mặc định của M430
- Các nguồn lệnh P0700 = 2
- Nguồn điểm đặt P1000 = 2
- Chế độ làm mát động cơ P0335 = 0
- Giới hạn dòng điện P0640 = 150%
-Tần số nhỏ nhấtP1080 = 0 Hz
- Tần số lớn nhất P1082 = 50 Hz
- Thời gian tăng tốc P1120 = 10 s
- Thời gian giảm tốc P1121 = 10 s
- Chế độ điều khiển P1300 = 0

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
16



Bước 1: cài đặt biến tần
Trước khi kết nối đến S7-200, cần phải chắc chắn rằng có đủ các thông số của biến
tần. Sử dụng các keypad có sẵn trên biến tần để cài đặt như sau:
- Reset để cài đặt lại cho hệ thống (tuỳ chọn):
P0010 = 30
P0970 = 1
Nếu bỏ qua bước này, các thông số tiếp theo sẽ được set theo các giá trị:
USS PZD length: P2012 Index0 = 2
USS PKW length: P2013 Index0 = 127
- Cho phép truy nhập đọc/ghi các thông số:
P0003 = 3
- Kiểm tra cài dặt thông số động cơ cho biến tần:
P0304 = điện áp động cơ (V)
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
18


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

P0305 = dòng điện động cơ (A)
P0307 = công suất động cơ (W)
P0310 = tần số động cơ (Hz)
P0311 = tốc độ động cơ (RPM)
Các thông số cài đặt này có thể thay đổi tuỳ thuộc vào loại động cơ được sử dụng.
Trước khi cài đặt các thông số P0304, P0305, P0307, P0310, P0311, cần thiết phải
set thông số P0010 lên 1 trước. Sau khi kết thúc việc cài đặt, đặt thông số P0010 về
0.Các thông số P0304, P0305, P0307, P0310, P0311 chỉ có thể thay đổi trong chế
độ quick commissioning.
- Định chế độ điều khiển từ xa hay tại chỗ (Local / Remove):
P0700 Index0 = 5

gian xảy ra lỗi truyền thông.Thời gian này tính từ lúc sau khi một dữ liệu hợp lệ
của bức điện được nhận.Nếu có một dữ liệu không được nhận, biến tần sẽ ngắt và
hiển thị mã lỗi F0070.Đặt giá trị 0 để ngừng điều khiển.
P2014 Index0 = 0 đến 65,535 ms
- Chuyển dữ liệu từ RAM đến EEPROM:
P0971 = 1 (bắt đầu chuyển).
Lưu cài đặt sự thay đổi các thông số vào EEPROM.
Bước 2: :Lập trình PLC sử dụng thư viện lệnh USS
Ta sử dụng các lệnh USS_INIT, USS_CTRL, USS_R và USS_W
+ Lệnh USS_INIT
Khởi tạo chế độ truyền thông USS
- Chân Mode cho phép hoặc không cho phép chế độ USS
Mode = 0 - Không cho phép USS
Mode = 1- Cho phép khởi tạo USS
Có thể dùng chức năng này để thiết lập chế độ USS cho Port 0 (với PLC có 1 cổng)
lúc làm việc với USS. lúc làm việc với freeport bằng chương trình.
- Chân Baud: chọn tốc độ truyền trong mạng: (9600)
- Chân Active: 16#1
- Chân Done: báo Chế độ USS được khởi tạo
- Chân error: lưu trạng thái lỗi
- Chân Active:số địa chỉ biến tần được kích hoạt sử dụng
+ Lệnh USS_CTRL
Chỉ một lệnh USS _CTRL được ấn định cho mỗi Drive.
- Bit EN phải được set lên mới cho phép lệnh USS_CTRL thực hiện. Lệnh này
luôn ở mức cao (mức cho phép).
- 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.

OFF2,OFF3 cũng phải trở về off.
- Fault: cho biết tình trạng của bit lỗi ( 0 - không có lỗi, 1- lỗi ). Drive sẽ hiển thị
mã lỗi. Ðể xoá bit Fault, cần phải chữa lỗi xảy ra lỗi và set bit F_ACK.
Bước 3 Kết nối biến tần với plc
Để kết nối với biến tần thế hệ 4, ta sử dụng cáp RS-485 (nối trực tiếp S7-200 với
biến tần).Ngoài ra, còn có thể dùng cáp chuẩn PROFIBUS và các đầu nối để kết
nối.
Chú ý:
Các thiết bị kết nối với điện thế khác nhau có thể sẽ là nguyên nhân dẫn tới việc
phát sinh dòng điện không mong muốn chạy trong cáp kết nối. Dòng điện này là
nguyên nhân dẫn tới các lỗi truyền thông hoặc làm hỏng thiết bị.Vì vậy cần phải
chắc chắn rằng tất cả các thiết bị được kết nối vào một cáp truyền thông đều có
GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
21


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

cùng dòng điện định mức hoặc được cách ly để ngăn ngừa dòng điện phát sinh
không mong muốn.
Nếu S7-200 là điểm nút cuối trong mạng, hoặc nếu kết nối là điểm - điểm (point to - point), cần phải sử dụng đầu A1 và B1 (không phải A2 và B2) của đầu cắm.
Kết nối dây: chân 3 của PLC kết nối với chân 14 của biến tần, chan 8 của PLC kết
nối với chân 15 của biến tần
Bước 4 kết hợp với phần mềm Wincc trên máy tính để lập hệ giám sát và điều
khiển 4 biến tần

II .CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN
1 .Động cơ xoay chiều ba pha
Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây của ba
pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay.

CHƯƠNG III:
XÂY DỰNG HỆ THÔNG DIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
I.THIẾT KẾ
1.sơ đồ nguyên lý
PLC S7200

USS

4 BIẾN TẦN

ĐÔÔ NG CƠ

WINCC

2.Chương trình trên PLC S7200

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
24


ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

GVHD:ThS. NGUYỄN ĐĂNG TOÀN
25