Điều Khiển Biến Tần ATV312 Bằng Màn Hình HMI STU 855

1. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN ATV312
BẰNG MÀN HÌNH (HMI STU 855)
Lưu Trường Phúc1
,CBHD:Trần Lê Trung Chánh2
ABSTRACT
Supervised control has been an integral part of the modern industrial system. Subject to
access and become familiar with this method. Subject is done through programming
software Vijeo designer human machine interface design, parameter setting via the
button on the inverter, the communication between HMI screens STU855 with ATV312
inverter via RJ45 port.
Results of the implementation has successfully designed user interface on the screen
interface HMI STU855, install and operate the inverter with the switch on board
experiments, communication between the inverter and HMI screens STU855 ATV312,
control ATV312 inverter with STU855 HMI screen.
Keyword: Inverter ATV312, HMI STU855, Modbus.
Title: Control inverter ATV312 by HMI STU 855
TÓM TẮT
Điều khiển có giám sát đã và đang là một phần không thể thiếu của những hệ thống công
nghiệp hiện đại. Đề tài nhằm tiếp cận và làm quen với phương pháp này. Đề tài được
thực hiện thông qua phần mềm Vijeo designer lập trình thiết kế giao diện người dùng, cài
đặt thông số thông qua các phím trên biến tần, truyền thông giữa màn hình HMI STU855
với biến tần ATV312 thông qua cổng RJ45.
Kết quả thực hiện đã thiết kế thành công giao diện diện người dùng trên màn hình HMI
STU855, cài đặt và vận hành được biến tần bằng switch trên board thí nghiệm, truyền
thông được giữa biến tần ATV312 và màn hình HMI STU855, điều khiển biến tần
ATV312 bằng màn hình HMI STU855.
Từ khóa: Biến Tần ATV312, HMI STU855, Modbus.
GỚI THIỆU
Đề tài điều khiển biến tần ATV312 bằng màn hình HMI STU855 nhằm giúp sinh
viên tiếp cận với phương pháp điều khiển biến tần từ xa thông qua giao diện trực
quan trên màn hình HMI STU855 nhằm bổ sung kiến thức và hiểu biết về các thiết
bị trong công nghiệp đang được sử dụng phổ biến.
Đề tài hướng tới lập trình giao diện người dùng trên màn hình HMI STU855 thông
qua phần mềm Vijeo designer của Schneider, cấu hình biến tần giao tiếp Modbus,
kết nối truyền thông giữa biến tần ATV312 và màn hình HMI STU855.
1
Sinh viên lớp TC12y8A1, Mã số SV:B1209227, Số ĐT: 0917876607, email:
PhucB1209227@student.ctu.edu.vn
2
Bộ môn Tự Động Hóa, Khoa Công Nghệ, ĐH Cần Thơ
1

2. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
- Tìm hiểu về biến tần ATV312( phần cứng và cách cài đặt).
- Tìm hiểu về màn hình và giao diện người dùng HMI.
- Tìm hiểu phần mềm Vijeo designer.
1.1 Tổng quan
1.1.1 Biến Tần
2.1.1.1 Biến tần là gì?
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều từ tần số này sang dòng
điện xoay chiều có tần số khác có thể thay đổi được tần số. Đối với các biến tần
dùng trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều thì ngoài việc thay đổi tần số
thì nó còn có thể thay đổi điện áp ra khác với điện áp cấp vào biến tần.
2.1.1.2 Phân loại biến tần
Biến tần thường được chia làm hai loại:
- Biến tần trực tiếp: Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện
xoay chiều không thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh
nhảy cấp và nhỏ hơn tần số lưới ( f1 < flưới ). Loại biến tần này hiện nay ít được
sử dụng.
- Biến tần gián tiếp: Để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một
chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp
2.1.1.3 Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp.
Biến tần với chức năng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ cho phép người sử
dụng điều chỉnh tốc độ cơ theo nhu cầu và mục đích sử dụng.
Chức năng điều khiển tốc độ động cơ lên tới 16 cấp với khả năng kiểm soát
thời gian gia tốc/giảm tốc, nhiều mức công suất phù hợp với nhiều loại động cơ.
Có chức năng bảo vệ quá tải, quá áp, thấp áp, quá dòng, thấp dòng , quá
nhiệt động cơ, nối đất… Nó giúp người vận hành yên tâm không phải lo lắng về
vấn đề mất kiểm soát trong quá trình vận hành.
Biến tần giúp các dây chuyền hoạt động tối ưu: tiết kiệm điện năng, đồng
bộ các thiết bị (động cơ) hoạt động trơ tru, thân thiện với người sử dụng và giảm
thiểu chi phí bảo trì- bảo dưỡng.
Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc
độ động cơ điện. Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố
sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống… Ví dụ: máy ép nhựa
làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định
hình khi đúc… Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như
vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp.
2

3. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
2.1.2 Biên Tần ATV312
Ảnh chụp biến tần thực tế (Hình 1)
Hình 1. Biến Tần ATV312[1]
2.1.2.1. Giới thiệu
- Biến tần Schneider Altivar 312 là một biến tần nhỏ gọn, mạnh mẽ, dễ giao
tiếp và linh hoạt với khả năng được thiết kế cho động cơ không đồng bộ có
công suất đến 15kW. Chỉ cần thực hiện 1 vài kết nối đơn giản là bạn có thể
đưa biến tần vào hoạt động.
- Biến tần ATV312 cho động cơ không đồng bộ ba pha. Cấp điện áp vào
một pha 230VAC hoặc 3 pha 380 VAC.
Cho các ứng dụng trong dãy công suất từ 0,18 đến 15kW
+ Băng chuyền, máy đóng gói, thanh cơ cấu nâng hạ, hệ thống di chuyển
hàng hoá, máy dệt, máy trộn, máy xay,...
+ Máy bơm máy nén khí, máy quạt,...
Các đặc tính tổng quát:
+ Điều khiển tốc độ bằng phương pháp định hướng theo vector từ thông.
+ Giám sát và điều khiển hoạt động qua công giao tiếp.
+ Tạo được mômen có giá trị 2Tn ở tần số 3kHz mà không cần hiệu chỉnh.
Bảo vệ cho biến tần và động cơ:
+ Được trang bị tính năng hãm trình tự.
+ Tích hợp bộ hiệu chỉnh PI, có thể chọn trước tốc độ cài đặt.
+ Chức năng tự động dò thông số "auto-tuning" .
+ Chức năng điều khiển theo sức căng chuyên dụng cho ngành dệt.
2.1.2.2. Cấu Tạo Biến Tần ATV312
Giao diện giao tiếp với người dung gồm có 5 phím : Mode, Esc, Stop/Reset,
Run và phím enter núm xoay, núm xoay (Hình 2).
Sơ đồ đấu dây của biến tần điều khiển động cơ (Hình 3).
3

4. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
Hình 2. Mặt trước của biến tần ATV312
Hình 3.Sơ đồ đấu dây biến tần ATV312[1]
2.1.3. Màn hình HMI STU855
2.1.3.1 Giới thiệu
Schneider Electric đã đổi mới cách thức thiết kế các thiết bị đầu cuối theo
hướng công nghiệp gắn kết.
4

5. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
Magelis STU là thiết bị đầu cuối thích ứng với nhu cầu, bằng cách tích hợp những
cải tiến công nghệ mới nhất để nâng cao năng suất của máy.
Sử dụng phần mềm lập trình duy nhất là Vijeo Designer.
2.1.3.2 Cấu tạo
Hình chụp màn hình HMI STU855 (Hình 5)
Hình 5. Màn hình HMI STU855 (nguồn- google.com)
Modul hiển thị: Tương tác với người sử dụng (Hình 6).
Hình 6. Mặt trước của HMI STU855
A: Màn hình: màn hình người dung tạo ra các kênh và các biến thiết bị từ xa.
B: Bảng điều khiển cảm ứng: thực hiện các hoạt động thay đổi kênh và gửi dữ liệu
đến cách máy chủ (PLC).
5

6. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
Modul phía sau: Chứa CPU và các cổng giao tiếp (Hình 7)
Hình 7. Mặt sau của HMI STU855.
Cổng Kết nối: Dùng để download chương trình cài đặt từ PC, kết nối điều khiển
thiết bị (Hình 8).
Chú thích:
1.cổng kết nối USB1.
2.Cổng kết nối COM1.
3.Cổng kết nối Internet.
4.Ngỏ vào nguồn của
thiết bị.
5.Cổng kết nối
USB2 mini.
Hình 8. Cổng kết nối
• Cổng USB1 (USB peripherals) (Bảng 1).
Bảng 1. Thông số kỹ thuật cổng USB1.
Giao tiếp Mô tả
Giao tiếp máy chủ Tốc độ cao 480Mbps
Tốc độ trung bình 12Mbps
Tốc độ thấp 1.5Mbps
Dòng cấp tối đa 250mA
Khoảng cách truyền tải tối đa 5 m với tốc độ 12 Mbps
Kết nối USB Type-A V2.0
6

7. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
• 2.1.3.2 Cổng USB2
USB Mini B V2.0 dùng để download chương trình từ máy tính xuống màn
hình HMI STU855.
• 2.1.3.3 Cổng giao tiếp Internet.
Có thể dùng điều khiển biến tần hoặc download chương trình từ máy tính.
Lưu ý: để download chương trình qua cổng Internet cần biết IP hoặc đặt lại IP cho
màn hình thông qua việc download chương trình qua cổng USB mini. IP của máy
tính dùng download phải khai báo ngang hàng với IP màn hình. Ví dụ: IP màn
hình là 192.168.1.1 thì IP máy tính cần khai báo là 192.168.1.0.
• 2.1.3d Cổng COM1
Giao diện này được sử dụng để kết nối HMI STU855 với các thiết bị từ xa
thông qua một cáp RS232 hoặc RS485. Kết nối sử dụng là một kết nối RJ45 loại
8pin.
Cổng kết nối RJ45 gồm có giao tiếp RS232 và RS485 (Bảng 2). Có thể cấu
hình độ dài dữ liệu 7bit hoặc 8bit, số bit stop là 1 hoặc 2, có kiểm tra chẵn, lẻ, hoặc
không. Tốc độ truyền 2400bps đến 115200bps. Khoảng cách truyền nhận tối đa
đối với RS232 là 15m, đối với RS485 là 1200m ở tốc độ 100kbps.
Bảng 2. Sơ đồ chân của cổng RJ45
Sơ đồ chân RJ45 Pin Tên tín hiệu Mô Tả Ý nghĩa
1 RXD Input Nhận dữ liệu
(RS232C)
2 TXD Output Truyền dữ liệu
(RS232C)
3 Not connected - -
4 D1 Output/Input Truyền dữ liệu
(RS485)
5 D0 Output/Input Truyền dữ liệu
(RS485)
6 RTS Yêu cầu để gửi
7 Not connected - -
8 SG Tín hiệu nối đất
2.1.4 Giới thiệu phần mềm Vijeo designer
Phần mềm Vijeo designer được sử dụng để lập trình thiết kế giao diện trên
màn hình HMI. Để khởi động phần mềm Vijeo designer ta D-lick vào biểu tượng
trên màn hình. Giao diện phần mềm (Hình 9).
7

8. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
Hình 9. Giao diện phần mềm Vijeo designer.
1.2 Thiết kế phần cứng/phần mềm
1.2.1 Thiết kế giao diện người dùng
• Phần mềm thiết kế giao diện người dùng trên màn hình HMI STU855 là
Vijeo designer do Schneider-electric cung cấp.
• Để tạo một Project mới vào File/New Project…(Hình 10).
Hình 10. Tạo một project mới.
Bấm next để tiếp tục thiết lập tên Target, chọn loại màn hình và kích cỡ màn hình
(Hình 11).
8

9. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
Hình 11. Thiết lập tên Target kích thước màn hình.
Tiếp tục bấm next để thiết lập IP cho màn hình như hình 2.2.1c. Sau đó bấm next
và chọn finish (Hình 12).
Ta có thể download chương trình xuống HMI thông qua địa chỉ IP này.
(Trường hợp lần đầu download cần download xuống màn hình bằng USB mini).
Hình 12. Thiết lập địa chỉ IP cho màn hình.
• Để tạo mới một Switch ta chọn biểu tượng và dùng chuột vẻ Switch
trên Panels, bảng Switch Settings hiện lên, chọn cấu hình cho phím ở ô
General, màu phím, chữ trên phím… (Hình 13)
9

10. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
Hình 13. Tạo một phím mới trên màn hình.
• Tạo biến dùng giao tiếp với biến tần và biến nội trong màn hình. Chọn
Variables/New Variables/Integer và chỉnh sửa địa chỉ biến nếu biến đó dùng
cho biến tần.(Hình 14)
Hình 14. Tạo các biến
• Cấu hình truyền thông qua COM1:
R-Click IO Manager/ New Driver/Modbus(RTU)/Modbus Equipment, chọn ok,
Bảng Driver Configuration hiện lên, chọn cấu hình cho COM1, chọn địa chỉ
biến tần là 2 (Hình 15).
10

11. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
Hình 15. Cấu hình COM1.
• Download cài đặt xuống màn hình HMI STU855
Có hai cách download là download qua cổng USB-mini (cách này
thường dùng download lần đầu). Download qua cổng Internet, đối với cách này ta
phải biết IP của màn hình và đặt IP máy tính ngang hàng thì mới download được.
Cách thiết lập IP cho máy tính: Control PanelAll Control Panel Items
Network and Sharing Center, D-lick vào biểu tượng cáp, chọn Properties, D-lick
vào Internet Protocol Version (TCP/IP4), bảng Internet Protocol Version (TCP/IP4)
Properties hiện lên, chọn Use the following IP Address:thiết lập địa chỉ IP, Subnet
mask: 255.255.255.0; Thiết lập DNS: 192.168.1.0 (hình 16).
Hình 16. Thiết lập IP cho máy tính dùng download cho HMI STU855
11

12. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
Để dowmload ta thực hiện: D-Lick tên Target, sau đó chọn cách
download, (Trong đề tài tôi download qua cổng Internet địa chỉ màn hình HMI là
192.168.1.1). Vào Build chọn Download Target.(Hình 17).
Hình 17. Download cài đặt xuống màn hình HMI STU855
2.2.2 Cấu hình biến tần
• Đầu tiên ta đưa biến tần trở về cấu hình mặc định:[1]
• Cấu hình truyền thông Modbus: (Hình 18).
Cấu hình Modbus như sau: địa chỉ biến tần 2, tốc độ baud 19200, truyền
8bit, có kiểm tra chẵn lẻ, 1 bit stop.
12
drC FCS InI(giữ 2s)
SLr
CTL- FLT-
LAC FRI
L3 Ndb n0
Atr
YES
MODE
CON-
Add tbr tF0
2 19.2 8E1
Hình 18 Sơ đồ cấu hình biến tần ATV312

13. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
2.2.3 Kết nối màn hình HMI STU855 với biến tần ATV312 bằng cáp RJ45.
Sơ đồ kết nối giữa biến tần ATV312 và màn hình HMI STU855 (Hình 19).
Hình 19. sơ đồ kết nối truyền thông Modbus.
KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
Kết quả thiết kế giao diện gồm 3 panel (Hình 20).
Hình 20. sản phẩm thiết kế.
Kết quả dowload và sử dụng đạt đúng yêu cầu đặt ra, điều khiển thành công việc
chạy thuận-nghịch, dừng, đặt tốc độ trên biến tần ATV312 bằng các phím cảm ứng
trên màn hình HMI STU855.
13
HMI STU855
COM1
ATV312
RJ45
Internet

14. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Đề tài sử dụng màn hình HMI STU855, biến tần ATV312, động cơ điện
xoay chiều 3 pha trên bảng thí nghiệm do Schneider tài trợ trong phòng thí nghiệm
khoa công nghệ.
Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đạt được mục tiêu đề ra ban đầu, có
thể điều kiển việc chạy thuận-nghịch, dừng động cơ bằng màn hình HMI STU855
thông qua đường truyền Modbus.
Ưu điểm của việc điều khiển bằng màn hình HMI là giao diện trực quan
dễ điều kiển, có thể hiển thị nhiều thông số như dòng điện, điện áp, công suất. Báo
động khi có lỗi xảy ra. Thiết kế giao diện dễ dàng thông qua phần mềm Vijeo
designer.
Khuyết điểm tốn kém, cần có thời gian tìm hiểu cơ bản về màn hình HMI
STU855 và cách lập trình giao diện người dùng.
Có thể áp dụng điều khiển bơm tăng áp cho khách sạn, nhà cao tần, điều khiển
băng chuyền, máy đóng gói, thanh cơ cấu nâng hạ, hệ thống di chuyển hàng hóa,
máy dệt, máy trộn, máy xay, máy bơm nén khí, máy quạt.
CÁM ƠN
Xin trân trọng cám ơn cán bộ hướng dẫn ThS. Trần Lê Trung Chánh
đã cung cấp tài liệu, thiết bị thí nghiêm, đọc bản thảo góp ý cho bài báo cáo
được hoàn thiện.
Xin trân trọng cám ơn ThS. Lý Thanh Phương bộ môn Tự Động Hóa
đã cung cấp tài lệu tham khảo và góp ý cho bài báo cáo.
Chân thành cảm ơn bạn bè, gia đình và thầy cô đã giúp đỡ em trong
suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cám ơn Công ty Schneider-electric đã tài trợ phòng thí nghiệm tạo điều
kiện thuận lợi cho em trong quá trình thực hiện đề tài.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Khắc Nguyên, TÌM HIỂU VÀ ĐIỀU KHIỂN BẾN TẦN ATV312.
[2] Nguyễn Thanh Lâm, Lê Công Khanh, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN QUA
MẠNG TRUYỀN THÔNG CANOPEN.
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Modbus.
[4] www.coevagi.com/Docs/Te_Xbt.pdf
14

15. Đồ án kỹ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ
MỤC LỤC
Trang
1. Giới Thiệu……………….……………….……………….……………….………………1
2. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN……………….……………….………………………… 2
2.1.Tổng quan
2.1.1
Biến tần……………….……………….……………….……………………...2
2.1.1.1
Biến tần là gì……………….……………….……………………………… 2
2.1.1.2
Phân loại biến tần..……………….……………….………………………. 2
2.1.1.3
Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp……………………..... 2
2.1.2
Biến tần ATV312……………….……………….…………………………... 3
2.1.2.1
Giới thiệu……………….……………….……………….………………..... 3
2.1.2.2
Cấu tạo biến tần ATV312……………….……………….……………….. 4
2.1.3
Màn Hình HMI STU855……………….……………….…………………… 5
2.1.3.1
Giới thiệu……………….……………….……………….…………………. 5
2.1.3.2
Cấu tạo……………….……………….……………….…………………… 5
2.1.4
Giới thiệu phần mềm Vijeo designer……………….…………………... 8
2.2 Thiết kế phần cứng/phần mềm……………….……………….……………………. 9
2.2.1
Thiết kế giao diện người dùng……………….……………….………… 9
2.2.2
Cấu hình biến tần. ……………….……………….……………………….. 12
2.2.3
Kết nối màn hình HMI STU855
với biến
tần ATV312 bằng cáp internet. ……………….…………………….. 13
3. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ……………….……………….……………….…………...…13
4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ……………….……………….……………….……………… 14
15