BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA DÙNG
PLC PANASONIC KẾT HỢP BIẾN TẦN
DÙNG PHƯƠNG PHÁP PWM
S

K

C

0

0

3

9
1

5
8

9
0


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................................. 3
CHƢƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................... 4
1.1 Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 4
1.2 Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................................... 4
1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ...................................................................... 4
1.4 Những vấn đề còn tồn tại ................................................................................................. 5
CHƢƠNG II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ....................................................................................... 6
2.1 Mục đích đề tài ................................................................................................................. 6
2.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................. 6
2.3 Nội dung thực hiện ........................................................................................................... 6
2.3.1
Sơ đồ khối hệ thống .................................................................................................. 6
2.3.2
Phần mềm PC way .................................................................................................... 7
2.3.3
Màn hình cảm ứng công nghiệp (GT32)................................................................... 8
2.3.4
Phần mềm GTWIN ................................................................................................... 9
2.3.5
PLC Panasonic FPX-C30T ..................................................................................... 10
2.3.6
Phần mềm FPWIN .................................................................................................. 17
2.3.7
Biến tần VF0 ........................................................................................................... 18
2.3.8
Động cơ 3 pha ......................................................................................................... 20
2.3.9
Encoder ................................................................................................................... 20
2.4 Giải thích quy trình hoạt động của hệ thống .................................................................. 22
2.5 Một số hình ảnh thực tế .................................................................................................. 23

Hình 2.11: Các thông số thiết đặt của PID.................................................................................... 15
Hình 2.12: Các phương thức truyền thông.................................................................................... 15
Hình 2.13: Cấu trúc chương trình ngắt trong PLC Panasonic ...................................................... 16
Hình 2.14: Word điều khiển chế độ ngắt trong PLC Panasonic ................................................... 16
Hình 2.15: Giao diện của Fpwin GR ............................................................................................ 17
Hình 2.16: Lưu đồ chương trình ................................................................................................... 17
Hình 2.17: Sơ đồ nối đây của biến tần VF0 .................................................................................. 18
Hình 2.18: Sơ đồ chức năng các chân trong biến tần VF0 ........................................................... 18
Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý của encoder ...................................................................................... 21
Hình 2.20: Đĩa và dạng sóng ra của encoder tuyệt đối ................................................................. 22
Hình 2.21: Đĩa và dạng sóng ra của encoder tương đối ................................................................ 22
Hình 2.22: Tổng quan hệ thống .................................................................................................... 23
Hình 2.23: PLC FPX-C30T .......................................................................................................... 23
Hình 2.24: Biến tần VF0 ............................................................................................................... 24
Hình 2.25: Giao diện điều khiển từ GT32 .................................................................................... 24
Hình 2.26: Đáp ứng quá độ của tốc độ động cơ tại tốc độ 1200 rpm ........................................... 25
Hình 2. 27: Đáp ứng tốc độ động cơ sau khi giảm tốc xuống còn 900 rpm ................................. 25

2


Nghiên cứu khoa học

Danh mục các từ viết tắt

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Config

Configuration


Proportional Integral Derivative

PWM

Pulse Width Modulation

SD

Secure Digital

USB

Universal Serial Bus

VBA

Visual Basic for Applications

3


Chương I: Đặt vấn đề

Nghiên cứu khoa học
CHƢƠNG I:

ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong thời đại hiện nay, đất nước ta đang phát triển theo con đường công nghiệp hóa và hiện đại
hóa. Lĩnh vực khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, đặc biệt là ngành tự động hóa ngày càng


không đồng bộ ba pha, dc, step motor… Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu khoa học nghiên cứu
về phương pháp PWM để ứng dụng phương pháp này vào nhiều lĩnh vực và thiết bị khác nhau.
1.4 Những vấn đề còn tồn tại
Độ vọt lố giữa setpoint và tốc độ thực tế lớn trong thời gian xác lập, hệ số Kp lớn khi đặt tốc độ
lớn hơn 1000 vòng/phút. Tốc độ đặt trong khoảng 500-900 đường biểu diễn setpoint và thực tế
không gần nhau

GVHD: ThS. Trương Đình Nhơn

5


Chương II: Giải quyết vấn đề

Nghiên cứu khoa học
CHƢƠNG II:

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
2.1 Mục đích đề tài
Đề tài nghiên cứu này được thực hiện phải đáp ứng các mục đích như sau:
- Sử dụng bộ xử lý PID trong PLC Panasonic sao cho giá trị đã tính toán đạt tối ưu.
- Sử dụng kết quả tính toán PID qua bộ PWM trong PLC Panasonic để xuất giá trị ra biến tần
điều khiển tốc độ động cơ đúng với tốc độ đặt.
- Giám sát được tốc độ động cơ trên màn hình HMI.
- Dùng phần PCWAY giám sát và điều khiển động cơ.
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài này:

-

Nghiên cứu khoa học

HMI (GT32)

Nguồn 1 pha

RS485

PC (PC Way)

RS232
C

PWM
PLC FPX-C30T

Biến tần VF0

Động cơ KĐB 3pha

Encoder

Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống
2.3.2

Phần mềm PC way

PCWAY là một phần mềm thu thập dữ liệu riêng của các PLC Panasonic. Nó được tích
hợp và dùng như một macro trong excel nên việc truy nhập và xử lý số liệu được thực
hiện rất dễ dàng nhờ các hàm tính toán có sẵn cũng như nhờ việc sử dụng các công cụ


Hình 2.2: Hình dáng của GT32
- Cấu tạo bên ngoài
1) Màn hình cảm ứng tinh thể lỏng trong suốt: những tính năng được thiết lập hiển thị ở
đây. Màn hình cảm ứng được cung cấp bằng loại màn hình tinh thể lỏng. Dữ liệu được
đưa vào đơn giản chỉ cần chạm vào màn hình.
2) Thẻ nhớ SD.
3) Khe cắm USB.
4) Khe cắm Ethernet (RG45): cho loại GT32T1.
5) Đèn Speed: thể hiện tốc độ truyền khi sử dụng Enthernet.
6) Đèn LINK / ACT: thể hiện trạng thái giao tiếp với cổng Enthernet cho loại GT32T1.
7) Âm thanh ngõ ra.
8) Đèn truy cập thẻ nhớ SD: đèn sẽ tác động khi truy cập vào thẻ nhớ SD.
9) Pin rời: có thể làm nguồn dự phòng để duy trì đồng hồ, giữ dữ liệu trong bộ nhớ PLC.
10) Chế độ hoạt động dạng công tắc: cho phép mở nguồn cung cấp có khả năng cài đặt
để ngăn chặn việc thay đổi hệ thống hoặc có thể xóa F-ROM.

Hình 2.3: Các chế độ hoạt động của công tắc
GVHD: ThS. Trương Đình Nhơn

8


Chương II: Giải quyết vấn đề

Nghiên cứu khoa học
11) Vị trí đặt pin.
12) Cổng COM.
13) Vật liệu không thấm nước: đặt phía trước màn hình.
-

PLC Panasonic FPX-C30T

PLC FPX-C30T trong hệ thống có chức năng đọc tốc độ động cơ đưa về từ encoder kết
hợp với giá trị tốc độ đặt từ HMI (hay từ PC) thực hiện xử lý PID xuất tín hiệu PWM,
đồng thời thực hiện việc truyền thông với màn hình cảm ứng HMI và PC.
PLC FP-X là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng Panasonic, có tốc độ quét lên
tới 0.32 μs vậy nên với một chương trình khoảng 5kbytes thì thời gian quét là 0.19ms. Nó
có cấu trúc theo kiểu modul (có các modul và cassette mở rộng). Các modul và cassette
mở rộng dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau, dưới đây là các kiểu cassettes
 Cassettes: điều khiển vị trí với bộ đếm tốc độ cao và bộ phát xung.
 Cassettes: bao gồm các cổng hỗ trợ giao tiếp.
 Cassettes: có chức năng đồng hồ thời gian thực.
Loại PLC này thích hợp cho các ứng dụng thông thường và các công việc điều khiển vừa
phải, có thể lập trình trực tiếp qua cổng USB. PLC này còn có chức năng chống sao chép
chương trình và hỗ trợ điều khiển với tín hiệu analog.

Hình 2.5: Bộ điều khiển lập trình PLC FP-X CT30
- PLC FP-X có các đặc điểm chính như sau:
 32765 vùng nhớ thường (DT0 đến DT32765) được chia làm 2 loại: non-hold type
(DT0 đến DT32709) và hold type (DT32710 đến 32756).
 374 vùng nhớ đặc biệt (DT90000 đến DT90373) dùng để chứa các dữ liệu đặc biệt,
các thiết lập và lỗi.
 16 cổng vào và 16 cổng ra logic khi không có module hay cassette mở rộng.
 1760 ngõ vào (từ X0 đến X109F).
 1760 ngõ ra (từ Y0 đến Y109F).
GVHD: ThS. Trương Đình Nhơn

10



Nghiên cứu khoa học

PLC Panasonic có rất nhiều chế độ đọc xung, nó có thể đọc xung ngõ vào theo chế độ
từng kênh riêng lẻ hay kết hợp hai kênh để phát hiện chiều quay. Chi tiết được mô tả ở
hình dưới.

Hình 2.7: Các chế độ đọc xung của bộ HSC
Sử dụng thanh ghi đặc biệt DT90052

Hình 2.8: Cấu trúc của thanh ghi DT90052

GVHD: ThS. Trương Đình Nhơn

12


Nghiên cứu khoa học

Chương II: Giải quyết vấn đề

- Điều chế độ rộng xung PWM
Việc điều chế độ rộng xung được thực hiện khá đơn giản qua lệnh phát xung F173
PWMH

S: giá trị bắt đầu của vùng chứa bảng dữ liệu

n: kênh ngõ ra

Hình 2.9: Các kênh tƣơng ứng với các ngõ ra và cờ điều khiển


- Truyền thông
Việc truyền thông giữa PLC với máy tính hoặc với PLC khác có thể được thực hiện
thông qua cổng USB port, Tool port và qua cassette truyền thông.

Hình 2.12: Các phƣơng thức truyền thông
GVHD: ThS. Trương Đình Nhơn

15


Nghiên cứu khoa học

Chương II: Giải quyết vấn đề

Với truyền thông qua cassette, PLC FPX có bốn chế độ truyền thông như sau:
 Mewtocol communication
 General purpose serial communication
 PC Link
 Modbus
-

Ngắt

Trong PLC Panasonic có ba loại ngắt chính:
 Ngắt từ đầu vào: ngắt xảy ra khi ngõ vào từ X0 đến X7 được hiệu chỉnh ở chế độ báo
ngắt.
 Ngắt khởi tạo high speed counter: xảy ra khi giá trị tức thời bằng giá trị đặt trước của
high speed counter.
 Ngắt chu kì (INT 24): xảy ra trong khoảng thời gian cố định đặt trước.
Cấu trúc của chương trình ngắt trong PLC Panasonic:

20ms

Chương trình điều
khiển start/stop,
for/rev

Đọc giá trị HSC

Tính toán tốc độ

Xử lý PID
END
Xuất PWM
Các chương trình con
khởi tạo và ISR

END

Hình 2.16: Lƣu đồ chƣơng trình

GVHD: ThS. Trương Đình Nhơn

17


Chương II: Giải quyết vấn đề

Nghiên cứu khoa học
2.3.7


 Tần số điều khiển trong / ngoài P09
Dùng để chọn tín hiệu điều khiển tần số bên trong hoặc bên ngoài biến tần

GVHD: ThS. Trương Đình Nhơn

19


Chương II: Giải quyết vấn đề

Nghiên cứu khoa học

Bảng 2.3: Bảng thông số điều khiển trong P09
 Điều khiển độ rộng xung P22
Giá trị dữ liệu cài đặt

Chi tiết

0

Không sử dụng chức năng điều chỉnh độ rộng xung

1

Sử dụng chế độ điều chỉnh độ rộng xung PWM

Bảng 2.4: Bảng các thông số điều khiển trong P22
2.3.8

Động cơ 3 pha

Encoder được chia làm 2 loại: encoder tuyệt đối (absolute encoder) và encoder
tương đối (incremental encoder).
 Encoder tuyệt đối được thiết kế để luôn xác định được vị trí vật một cách chính
xác. Đĩa encoder tuyệt đối sử dụng nhiều vòng phân đoạn theo hình đồng tâm. Vòng
trong cùng của encoder tuyệt đối xác định đĩa quay đang nằm ở nửa vòng tròn nào, khi
kết hợp với các vòng tròn ở phía ngoài, đĩa sẽ cho biết vị trí chính xác hơn, cứ thế ta sẽ
xác định được chính xác vị trí của encoder khi có nhiều vòng.

GVHD: ThS. Trương Đình Nhơn

21


Nghiên cứu khoa học

Chương II: Giải quyết vấn đề

Hình 2.20: Đĩa và dạng sóng ra của encoder tuyệt đối
 Encoder tương đối (incremental encoder) là loại encoder chỉ có 1, 2, hoặc tối đa
là 3 vòng lỗ. Vòng lỗ thứ nhất và thứ hai sẽ tạo ra hai xung A, B lệch nhau 90 độ,
xung thứ 3 là xung Z có nhiệm vụ xác định số vòng quay của đĩa. Cứ mỗi lần đi
qua một lỗ encoder sẽ phát ra một xung. Do vậy, encoder loại này có tên
incremental encoder .

Hình 2.21: Đĩa và dạng sóng ra của encoder tƣơng đối
2.4 Giải thích quy trình hoạt động của hệ thống
Ban đầu, tốc độ đặt được thiết lập từ màn hình cảm ứng GT32 (hay từ PC). PLC sẽ so sánh giá
trị tốc độ tức thời của động cơ với giá trị đặt, sau đó thực hiện việc xử lý PID, sau đó xuất ra tín
hiệu PWM đưa vào biến tần. Biến tần dựa vào duty cycle của tín hiệu PWM đưa vào xuất ra tần
số tương ứng trong khoảng từ 0 đến 50hz cung cấp cho động cơ KĐB 3 pha, với mục đích để độ