Trong dự án lập trình chúng ta thường kết nối với ngoại vi là điều khiển biến tần, mời các bạn cùng abientan tìm hiểu bài viết sau về cách lập trình plc điều khiển biến tần.
Vuidulich.vn cũng giúp giải đáp những vấn đề sau đây:
PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller nghĩa là bộ điều khiển Logic có thể lập trình được. Khác với các bộ điều khiển thông thường, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển dựa vào người lập trình vì vậy cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển.
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens, Rockwell, Omron, Mitsubishi, INVT, Delta… Ngôn ngữ lập trình là LAD (Ladder logic – Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram Khối chức năng), STL (Statement List – Liệt kê lệnh) trong đó Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC được sử dụng phổ biến hiện nay.
2. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC
2.1. Bộ phận chính của PLC
Nguồn cấp: điện áp sử dụng thường 24VDC, và 120-240VAC
Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM
Bộ vi xử lý trung tâm CPU đóng vai trò là bộ não của PLC, dùng để xử lí các phép toán logic và điều khiển các thông tin giữa các module.
Module đầu vào: nhận các tín hiệu trong quá trình điều khiển đưa vào bộ xử lí trung tâm, đầu vào có thể là các nút nhấn, switch, cảm biến áp suất,…
Module đầu ra: là thiết bị để PLC gửi những thay đổi ra cơ cấu chấp hành như các tính hiệu điều chỉnh quá trình, động cơ, relay,…
Thiết bị lập trình: được sử dụng để nhập chương trình mong muốn vào bộ nhớ của CPU. Nó có thể là: máy tính hoặc laptop, và nó chỉ cần kết nối với PLC những khi nào cần chỉnh sửa và thay đổi chương trình
2.2. Nguyên lý làm việc của PLC
Thông qua module tín hiệu, PLC sẽ nhận tất cả các tín hiệu từ thiết bị ngoại vi gồm cảm biến, công tắc hành trình, tín hiệu relay…
Dựa vào chương trình lập trình, PLC sẽ xử lí các tín hiệu nhận được theo thuật toán được lập trình sẵn sau đó sẽ xuất các tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành như contactor, đèn báo, tải, các tín hiệu analog, HSC…..
Chu kì quét của PLC gồm nhận tín hiệu ngõ vào, thực thi chương trình, kiểm tra lỗi và xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra.
Thời gian thực hiện vòng quét phụ thuộc vào các yếu tố sau: tốc độ xử lý của PLC, dung lượng chương trình lập trình và độ trễ tín hiệu ngõ vào từ thiết bị ngoại vi.
Cấu trúc dạng lắp ghép các module gọn gàng, dễ thay thế và lắp đặt.
Phần cứng dễ dàng bảo quản và sửa chữa.
Khả năng chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp.
Chương trình lập trình thay đổi linh hoạt, tốc độ điều khiển nhanh, độ chính xác cao.
Cho phép giao tiếp kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi khác.
Nhược điểm:
Giá thành cao, đặc biệt đối với một số dòng sản phẩm từ châu Âu.
Yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức chuyên môn.
3. Sử dụng PLC điều khiển biến tần
3.1. Lợi ích sử dụng PLC điều khiển biến tần
Trong hệ thống điều khiển và giám sát tự động hóa, PLC đóng vai trò bộ điều khiển trung tâm và biến tần đóng vai trò cơ cấu chấp hành. Việc kết hợp PLC và biến tần giúp biến tần hoạt động dựa theo giải thuật điều khiển của PLC ngoài ra PLC chủ động kiểm tra trạng thái hoạt động và kiểm soát lỗi trực tiếp trên biến tần từ đó đưa ra các tín hiệu điều khiển kịp thời, đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác, ổn định đồng thời bảo vệ biến tần và các thiết bị chấp hành khác.
3.2. Cách thức PLC điều khiển biến tần
PLC kết nối với biến tần bằng đấu nối dây điều khiển
Phần cứng I / O kết nối dây điều khiển cho phép các hệ thống bên ngoài ra lệnh và giám sát VFD bằng các tín hiệu digital hoặc analog. Ví dụ như sơ đồ mô phỏng sau
Các PLC xuất các tín hiệu Digital để điều khiển các trạng thái như stop, quay thuận quay nghịch, hoặc chức năng điều khiển đa cấp tốc độ. Đồng thời biến tấn sẽ phản hồi những tín hiệu digital để báo trạng thái của động cơ (running), báo lỗi (fault),… cho PLC.
Đối với tín hiệu Analog thì PLC có khả năng xuất ra các tín hiệu như 0…10V, 1…5V, 4…20mA, 0…20mA để điều khiển tốc độ của biến tần. Đồng thời biến tần có thể xuất tín hiệu analog để phản hồi tốc độ lại cho PLC.
PLC có thể đọc được tín hiệu HSC từ encoder để tính vận tốc của động cơ hoặc xuất tín hiệu HSC để điều khiển biến tần.
PLC điều khiển biến tần thông qua mạng truyền thông
Điều đầu tiên chúng ta cần lưu ý là PLC của mỗi hãng sẽ không nhất thiết sẽ hỗ trợ chung 1 giao thức truyền thông. Ví dụ, hầu hết PLC của hãng Siemens sẽ hỗ trợ PROFINET, đối với PLC hãng Rockwell thì hỗ trợ giao EtherNet / IP và PLC của Schneider hỗ trợ Modbus TCP. Ngoài ra còn rất nhiều giao thức khác tùy theo ứng dụng và tính năng của từng loại mạng chúng ta có thể lựa chọn mạng truyền thông phù hợp với yêu cầu mỗi hệ thống.
Đối với mỗi giao thức truyền thông thì sẽ sử dụng các loại cáp cũng như các cổng truyền vật lí thích hợp khác nhau (RS232, RS485, RJ45,..). Hệ thống dây mạng truyền thông phải tách biệt ra khỏi bất kỳ đường dây điện cao áp nào để chống trường hợp nhiễu làm ảnh hưởng tới chất lượng truyền, và cấu tạo của dây thường có một lớp shield chống nhiễu.
Những lợi thế của việc sử dụng mạng truyền thông là dễ cài đặt và độ tin cậy cao. Người dùng sẽ tiết kiệm được số dây dẫn trong hệ thống điện.
Nhược điểm của việc sử dụng mạng truyền thông PLC là chi phí cao và tính linh hoạt hạn chế.
Trong thực tế thì giao thức Modbus RTU là giao thức được sử dụng phổ biến bởi hầu hết các nhà cung cấp. Bằng cách sử dụng giao thức modbus Rtu ta có thể điều khiển biến tần các lệnh tương tự với việc đấu dây điều khiển như: stop, quay thuận, quay nghịch, điều khiển tốc độ,… nhưng với số lượng dây ít hơn (2 dây RS485). Ngoài ra PLC còn có thể đọc được các dữ liệu của biến tần mà trước đây với hệ thống nối dây thông thường không làm được như: biến tần sẽ cung cấp các vùng nhớ để lưu mã lỗi như lỗi quá dòng, thiếu áp,…
Ngoài ra 1 ưu điểm khác của chuẩn modbus nó có thể hỗ trợ PLC kết nối và điều khiển 247 thiết bị slave cụ thể ở đây là biến tần chỉ cần thông qua 2 đường dây dẫn (RS485), có thể xem hình minh họa sau đây:
Nhược điểm của việc sử dụng mạng modbus so với việc đấu dây điện thông thường là :
Tốc độ phản hồi của mạng modbus sẽ chậm hơn vì PLC không thể đồng thời phát nhiều lệnh khác nhau trên đường truyền mạng. Ví dụ khi muốn điều khiển biến tần quay thuận với tốc độ 1000v/p thì cần phát 2 tín hiệu riêng biệt.
Trong đường truyền modbus nếu một dây bị vô hiệu hóa ( lỏng vít, đứt dây) thì sẽ gây vô hiệu hóa toàn hệ thống mạng.
Tìm hiểu cách đấu dây điều khiển giữa PLC và biến tần
Kết nối chân chân điều khiển Run/Stop của biến tần với PLC
Trên biến tần mặc định thường có chân chạy tới lùi( thường ký hiệu ở chân là FWD REV) và chân chung thường được ký hiệu là chân “COM”, đối với PLC có ngõ ra relay thì ta chỉ cần nối chung chân này từ biến tần lên plc sau đó dùng relay để kích nối chân chung lần lượt với các chân Run/Stop để điều khiển biến tần. Bạn cũng có thể hình dung là thay vì dùng công tắc ngoài thì các bạn sử dụng relay trên biến tần thay thế.
Còn đối với plc có ngõ ra dạng transistor hoặc điện áp thì các bạn cần phải xem kỹ chân điều khiển của biến tần ở dạng sink hay source sau đó kết nối plc với biến tần theo đúng hướng dẫn của hãng công bố trong manual. Lưu ý có một số loại biến tần có sẵn nguồn 24v thì các bạn có thể tận dụng, nếu không có sẵn thì các bạn phải dùng nguồn ngoài để cấp nguồn điều khiển cho những chân tới lùi này.
Đặc biệt khi sử dụng transitor trên plc để điều khiển biến tần các bạn cần phải kiểm tra cẩn thận vì nếu đấu sai gây chập nguồn trên biến tần sẽ khiến cho biến tần bị báo lỗi hay hư chân điều khiển trên plc.
Kết nối chân điều khiển tốc độ – tần số giữa plc và biến tần
Điều khiển tốc độ biến tần bằng ngõ ra analog của plc
Để plc có thể điều khiển được tần số của biến tần thì ta thường dùng phương pháp điều khiển bằng analog. Trên plc bắt buộc phải tích hợp module analog dạng (0-10V hoặc 4-20mA) sau đó ta kết nối chân này vào chân nhận analog của biến tần. Đối với một số môi trường dễ bị nhiễu và khoảng cách từ biến tần tới plc xa thì các bạn nên chọn phương án sử dụng analog 4-20 mA sẽ tốt hơn.
Lưu ý đối với một số loại biến tần chân nhận tín hiệu analog có công tắc gạt chọn chế độ nhận dòng hay áp nên các bạn cần lưu ý công tắc này để kết nối cho đúng. Tránh kết nối áp và dòng lẫn lộn dễ gây hư hỏng chân tín hiệu analog. Có nhiều loại biến tần cần phải cài đặt tính năng chân cũng như chọn nhận dòng hay áp.
Điều khiển tốc độ biến tần trên plc bằng chế độ đa cấp tốc độ
Nếu bạn không sử dụng loại plc có hỗ trợ ngõ ra analog thì bạn có thể sử dụng kiểu nhận tốc độ bằng chân đa cấp tốc độ. Ví dụ như khi xuất ngõ ra nào thì biến tần sẽ chạy ở tốc dộ đó. Tốc độ này bạn có thể cài trên biến tần và thường gọi là chế độ multi speed.
Giải pháp điều khiển đa cấp tốc độ này thường được sử dụng trên một số loại máy thường chạy cố định tốc độ như thang máy, cầu trục, máy cán sóng tôn.
Một số cách điều khiển tốc độ biến tần khác trên plc
Nếu trên biến tần có hỗ trợ chuẩn truyền thông rs485 thì các bạn xem kỹ thử nó hỗ trợ loại truyền thông nào ? thường là modus RTU. Sau đó bạn kiểm tra xem plc mình đang dùng có hỗ trợ chuẩn truyền thông modbus ở dạng master không ? nếu có thì tìm thêm địa chỉ thanh ghi tần số để thực hiện truyền tần số từ plc sang biến tần bằng phương pháp kết nối truyền thông.
Trong trường hợp một số dòng biến tần cao cấp có tích hợp chân nhận xung thì các bạn có thể sử dụng một số loại plc có tích hợp chân phát xung tốc độ cao như Siemens Mitsubishi Omron hay Delta để phát xung điều khiển biến tần.
Tìm hiểu cách lập trình PLC điều khiển biến tần
PLC điều khiển biến tần bằng analog
Cách đầu tiên khá phổ biến để lập trình plc điều khiển biến tần là sử dụng ngõ out analog của plc để xuất tốc độ cho biến tần. Ở cách này thì biến tần thường hỗ trợ cả 2 dạng analog là dòng và áp, các bạn nên chọn analog dạng dòng để tránh bị nhiễu trong quá trình hoạt động. Ngoài ra tín hiệu chạy tới lui của biến tần thì các bạn cùng ngõ ra số của plc điều khiển là được( lưu ý về cách đấu sink/source trên biến tần).
Tìm hiểu cách đấu dây điều khiển giữa PLC và biến tần
Cách này là cách đơn giản nhất và dễ thực hiện chỉ cần chọn plc có tích hợp sẵn analog hoặc mua thêm module analog gắn rời cho plc. Nhược điểm của cách này trong một số trường hợp chạy biến tần công suất lớn có thể bị nhiễu và giá thành cho ngõ ra analog thường khá cao.
PLC điều khiển biến tần bằng truyền thông
Đa số các loại biến tần hiện nay đều được tích hợp truyền thông Modbus RTU qua kiểu kết nối RS485 nên các bạn có thể chọn một số loại plc có tích hợp chuẩn này để thực hiện việc truyền thông dễ dạng hơn. Ở chế độ truyền thông này thì biến tần sẽ slave và plc là master. Khi lập trình plc ta sẽ thực hiện việc đọc và ghi giá trị vào ô nhớ tần số cũng như lệnh chạy cho biến tần qua truyền thông.
Lưu ý ở chế độ chạy truyền thông này thì bạn cũng có thể đọc nhiều tham số khác như dòng, áp, tần số ngõ ra của biến tần một cách rất đơn giản.
Việc sử dụng truyền thông cho plc và biến tần khó ở chỗ đòi hỏi người lập trình phải có kiến thức và config được truyền thông, bù lại sẽ giúp ta tiết kiệm được chi phí cho việc mua cpu hoặc module có analog.
PLC điều khiển biến tần bằng đa cấp tốc độ
Một số hệ thống cầu trục nâng hạ có tích hợp plc thường được lập trình điều khiển biến tần bằng phương pháp chạy đa cấp tốc độ. Sẽ có nhiều cấp tốc độ được cài đặt sẵn trong biến tần và được kích hoạt bằng cách dùng một tổ hợp các ngõ ra.
Ví dụ biến tần chạy 8 cấp tốc độ sẽ được tổ hợp từ 3 chân, người lập trình plc chỉ cần đóng kích 3 chân này để đạt được tốc độ mong muốn.
Việc sử dụng đa cấp tốc độ giúp ta không cần sử dụng analog và truyền thông trên plc giúp ta điều khiển biến tần bằng loại plc cơ bản nhất, tuy nhiên nhược điểm là ta chỉ điều khiển được giới hạn một số cấp tốc độ nhất định.
Nếu có thắc mắc vui lòng liên hệ với abientan theo thông tin bên dưới của trang web.
Tham khảo sản phẩm: plc cũ giá rẻ
Tham khảo sản phẩm: biến tần cũ giá rẻ
Vuidulich.vn cũng giúp giải đáp những vấn đề sau đây:
https://www.youtube.com/watch?v=IX22gSB0CdY
Nhược điểm của việc sử dụng mạng modbus so với việc đấu dây điện thông thường là :
