ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA
28260620102052
RIADENIE POHONNEJ JEDNOTKY S VYUŽITÍM
PRIEMYSELNÉHO TERMINÁLU
2010
Bc. Michal Turčák
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA
RIADENIE POHONNEJ JEDNOTKY S VYUŽITÍM
PRIEMYSELNÉHO TERMINÁLU
DIPLOMOVÁ PRÁCA
Študijný program:
2675836 Výkonové elektronické systémy
Študijný odbor:
5.2.9 Elektrotechnika
Školiace pracovisko: Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta,
Katedra mechatroniky a elektroniky
Školiteľ:
prof. Ing. Fedor Kállay, PhD
Konzultant:
Ing. Miloslav Kolpach
2010
Bc. Michal Turčák
Bc. Michal Turčák
Abstrakt
Turčák Michal, Riadenie pohonnej jednotky s využitím priemyselného
terminálu.
Diplomová
práca,
Katedra
mechatroniky a
elektroniky
Fakulta
Elektrotechnická Žilinská univerzita v Žiline, vedúci diplomovej práce prof. Ing.
Fedor Kállay, PhD., Žilina 2010, 41s. a 3s. príloh.
V úvode sa práca zaoberá všeobecným rozdelením pohonov, samotným
popisom asynchrónneho motora a možnosťami jeho riadenia. V nasledujúcich
kapitolách sú stručné popísané zariadenia a programy od spoločnosti AB Rockwell
Automation. Po úvodnom zoznámení s použitými zariadeniami je pre ukážku
vytvorený program pre PLC CompacLogix L23 QBFC1B, v ktorom sú popísané
nastavenia použitého hardwaru a na príklade vysvetlené
použité funkcie pri
programovaní vo vývojovom prostredí RSslogix5000. Samotné programovanie
priemyselného terminálu PanelView Plus 600 sa realizuje cez program FactoryTalk
View Studio Machine Edition, pre ktorý je taktiež vytvorený ukážkový projekt.
Nakoniec je práca zavŕšená vytvorením DDE komunikácie medzi PLC a Excelom, v
ktorom sa vykonáva meranie otáčok motora pri zmene záťaže.
I
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE, ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA
KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY
ANOTAČNÝ ZÁZNAM – DIPLOMOVÁ PRÁCA
Meno a priezvisko: Michal Turčák
Názov
práce:
RIADENIE
POHONNEJ
Akademický rok: 2009/2010
JEDNOTKY
S VYUŽITÍM
PRIEMYSELNÉHO TERMINÁLU
Počet strán: 38
Počet obrázkov: 46
Počet tabuliek: 1
Počet grafov:7
Počet príloh: 2
Počet použ. lit.: 10
Anotácia v slovenskom jazyku:
Táto práca sa zaoberá návrhom rôznych režimov riadenia indukčného motora
pomocou PLC CompacLogix L23 QBFC1B, frekvenčného meniča PowerFlex40 a
operátorského panelu PanelView Plus 600.
Anotácia v anglickom (nemeckom) jazyku:
This thesis deal with controling various modes of inductive engine by PLC
CompacLogix L23 QBFC1B, Frequency AC Drive PowerFlex40 and operator panels
PanelView Plus 600.
Kľúčové slová:
Asynchrónny motor, PLC CompactLogix L23E, HSC for 1769L23E, PanelView Plus
600, PowerFlex40E, RSlogix5000, FactoryTalk studio, RSView32, RSView ME,
DDE/OPC Excel,
Vedúci diplomovej práce: prof. Ing. Fedor Kállay, PhD
Konzultant: Ing. Miloslav Kolpach
Recenzent: __________________________
Dátum odovzdania práce: 7. mája 2010
II
Obsah
1
Úvod ...........................................................................................................1
2
Pohony .......................................................................................................2
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
3
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.3
3.3.1
3.3.2
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.2
4.2.1
4.3
4.3.1
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
5
Delenie pohonov .........................................................................................2
Asynchrónny motor .....................................................................................3
Trojfázový asynchrónny motor ....................................................................3
Princíp činnosti ASM ..................................................................................3
Náhradná schéma ASM ...............................................................................5
Riadenie asynchrónneho motora ..................................................................9
Spôsoby rozbehu ASM: ..............................................................................9
Regulácia otáčok ASM .............................................................................. 12
Skalárne riadenie ASM.............................................................................. 13
Realizácia riadenia ASM......................................................................... 15
Zapojenie komponentov ............................................................................ 15
Popis použitých komponentov ................................................................... 15
PLC CompactLogix rady 1769-L23E QBFC1B ......................................... 15
Frekvenčný menič PowerFlex 40 ............................................................... 16
PanelView Plus 600Color.......................................................................... 18
Inkrementálny snímač IRC 310/500 KA .................................................... 19
Inicializácia komponentov v sieti .............................................................. 20
BOOTP/DHCP Server ............................................................................... 20
RSlinx ....................................................................................................... 21
Vytvorenie nového projektu ................................................................... 22
Blokové schémy riadenia ASM ................................................................. 22
Princíp motorového režimu ....................................................................... 22
Princíp meracieho režimu .......................................................................... 22
Bloková schéma Servo režimu................................................................... 23
Vývojové prostredie RSlogix5000 ............................................................. 24
Vytvorenie nového programu ................................................................... 25
FactoryTalk View Studio Machine Edition ................................................ 29
Vytvorenie programu pre operátorský panel : ........................................... 30
Vytvorenie DDE servera a klienta ............................................................. 33
Vytvorenie DDE/OPC servera v RSlinx ..................................................... 33
Vytvorenie DDE klienta v MS Excel ......................................................... 34
Výsledky meraní získané pomocou DDE komunikácie .............................. 34
Záver ........................................................................................................ 38
III
Zoznam obrázkov a tabuliek
Obr. 2. 1: Prierez ASM s kotvou na krátko (Kocman, 2002) ........................................3
Obr. 2. 2: Vznik mag. poľa v trojfázovom vinutí statora (Kocman, 2002) ....................4
Obr. 2. 3 Náhradná schéma ASM (Kocman, 2002) ....................................................5
Obr. 2. 4: Výkonová bilancia motora (Kocman, 2002) ...............................................7
Obr. 2. 5: Momentová, prúdová charakteristika ASM (Kocman, 2002) .......................8
Obr. 2. 6: Zapojenie ASM pomocou statorového spúšťača (Kocman, 2002,) ...............9
Obr. 2. 7: Zapojenie ASM pomocou autotransformátora (Kocman, 2002) ...................9
Obr. 2. 8: Rôzne prevedenia dvojitých klietok (Kocman, 2002) ................................. 10
Obr. 2. 9:Profily drážok vo vírivej klietke (Kocman, 2002) ....................................... 10
Obr. 2. 10: Zapojenie ASM do hviezdy a trojuholníka (Kocman, 2002) .................... 10
Obr. 2. 11: Spôsoby zapojenia statorového vinutia vo svorkovnici ASM .................... 11
Obr. 2. 12: Zapojenie ASM zo softštartérom (Kocman, 2002) .................................. 11
Obr. 2. 13: Zapojenie ASM s rotorovým spúšťačom (Kocman, 2002) ........................ 12
Obr. 2. 14: Momentová charakteristika pri zmene napätia (Kůs, 2005) ................... 12
Obr. 2. 15: Momentová charakteristika pri skalárnom riadení (Kocman, 2002) ....... 14
Obr. 2. 16: Priebehy pri skalárnom riadení (Kůs, 2005) ......................................... 14
Obr. 3. 1: Schéma zapojenia komponentov................................................................ 15
Obr. 3. 2:CompactLogix 1769-L23E QBFC1B.......................................................... 16
Obr. 3. 3: Frekvenčný menič PowerFlex 40 ............................................................. 16
Obr. 3. 4: DriveExplorer .......................................................................................... 17
Obr. 3. 5: StepLogic................................................................................................. 18
Obr. 3. 6: Startup Wizards ....................................................................................... 18
Obr. 3. 7 : PanelView Plus 600 ................................................................................. 19
Obr. 3. 8: Inkrementálny snímač
Tab.3.1: Význam použitých vodičov ............... 19
Obr. 3. 9: Nastavenie masky podsiete ....................................................................... 20
Obr. 3. 10: Pridelenie IP Adresy zariadeniu ............................................................. 20
Obr. 3. 11: Ponuka ReLation list.............................................................................. 20
Obr. 3. 12: Ukážka nastavenia IP adresy v PanelView Plus 600 ............................... 21
Obr. 3. 13: Ukážka RSlinx a ponuky pre pridanie nových zariadení .......................... 21
IV
Obr. 4. 1: Bloková schéma motorového režimu ........................................................ 22
Obr. 4. 2: Bloková schéma meracieho režimu .......................................................... 23
Obr. 4. 3: Bloková schéma servo režimu ................................................................... 23
Obr. 4. 4: Vývojového prostredia RSlogix5000 ......................................................... 24
Obr. 4. 5: Nastavenie frekvenčného meniča PowerFlex 40........................................ 25
Obr. 4. 6: Princíp funkcie Encoder X4 ..................................................................... 26
Obr. 4. 7:Princíp funkcie Ring Counter .................................................................... 27
Obr. 4. 8: Nastavenie HSC modulu ........................................................................... 27
Obr. 4. 9: Vytvorenie štart/stop forward/reverz ovládacích bitov .............................. 28
Obr. 4. 10 Realizácia regulácie otáčok .................................................................... 28
Obr. 4. 11: Realizácia obmedzovača frekvencie ....................................................... 29
Obr. 4. 12: Uloženie programu do PLC ................................................................... 29
Obr. 4. 13: Programu FactoryTalk View Studio Machine Edition ............................ 30
Obr. 4. 14: Vytvorenie spojenia medzi PLC a displejom........................................... 31
Obr. 4. 15: Pridanie tagu tlačidlu
Obr. 4. 16: Pomenovanie tlačidla .......... 32
Obr. 4. 17: Vytvorenie DDE server .......................................................................... 33
Graf. 4. 1: Graf pri zapnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 0 Hz. 35
Graf. 4. 2: Graf pri zapnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 2 Hz. 35
Graf. 4. 3: Graf pri zapnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 8 Hz. 35
Graf. 4. 4: Graf pri vypnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 2 Hz. 36
Graf. 4. 5: Graf pri vypnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 10 Hz
.......................................................................................................................... 36
Graf. 4. 6: Regulácia pomocou inkrementálneho snímača a PLC na žiadané otáčky
1480 ot/min........................................................................................................ 37
Graf. 4. 7: Regulácia pomocou inkrementálneho snímača a PLC na žiadané otáčky
1700 ot/min........................................................................................................ 37
V
Zoznam skratiek
Skratka
Anglický význam
Slovenský význam
ASM
Inductive engine
Asynchrónny motor
A-B
Allen-Bradley
Allen-Bradley
I/O
Input/Output
vstupno-výstupné
PLC
Programmable Logic Controller
Programovateľný Logický
Automat
DDE
Dynamic Data Exchange
OPC
OLE for Process Control
VDC
HSC
1~
Jednosmerné napätie
HighSpeed Counter
Vysoko rýchlostný čítač
Jedna fáza
VI
Zoznam symbolov
Symbol
Jednotka
Význam symbolu
ns
[ot/min]
Synchrónne otáčky
n
[ot/min]
Rotorové otáčky
f1
[Hz]
Frekvencia siete
f2
[Hz]
Frekvencia rotora
p
Počet pólových dvojíc
s
Sklz
Pp
[w]
Príkon
U1
[V]
Statorové napätie
I1
[I]
Statorový prúd
I2
[I]
Rotorový prúd
φ1
[°]
Fázový uhol
U
[V]
Združené napätie
I
[I]
Združený prúd
Uind
[V]
Statorové indukované napätie
kv1
Činel vinutia statora
kv2
Činel vinutia rotora
N1
Počet závitov jednej fázy statoru
N2
Počet závitov jednej fázy rotoru
m1
Počet fáz statoru
m2
Počet fáz rotoru
Øm
Celkový magneticky tok vo vzduchovej medzere
stroja
VII
Uind2S
[V]
K
Rotorové indukované napätie
Prevod medzi statorom a rotorom
P
[w]
Výkon motora
Pp
[w]
Príkon motora
ΔPFE
[w]
Straty v magnetickom obvode statoru
ΔPJ1
[w]
Straty vo vinutí statoru
ΔPd
[w]
Straty dodatočné
ΔPJ2
[w]
Straty vo vinutí rotoru
ΔPmec
[w]
Straty mechanické
ΔPtot
[w]
Všetky straty

[%]
Účinnosť motora
M
[N.m]
Moment motora
Mm
[N.m]
Max. moment (moment zvratu)
Sb
Sklz pri momente zvratu
Xσ
Celková rozptylová reaktancia
Ωs1
[rad/s]
Uhlová rýchlosť v statore
Xσ1
Rozptylová reaktancia statora
Xσ2´
Rozptylová reaktancia rotora prepočítana na stator
R2 ´
[Ω]
Rotorový odpor prepočítaný na stator
R1
[Ω]
Statorový odpor
Mm
[N.m]
Nominálny moment
PN
[W]
Nominálny výkon motora
Ωn
[rad/s]
Nominálna uhlová rýchlosť
nN
[ot/min]
Nominálne otáčky
VIII
Poďakovanie
Touto cestou chcem poďakovať za odborné vedenie, cenné rady,
usmernenie a pripomienky pri tvorbe diplomovej práce vedúcemu
diplomovej práce prof. Ing. Fedorovi Kállayovi, PhD a konzultantovi
diplomovej práce Ing. Miloslavovi Kolpachovi ako aj kolektívu
Katedry mechatroniky a elektroniky.
IX
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
1 ÚVOD
V minulosti sa na riadenie technologického procesu používali zariadenia na
báze elektrických relé a stýkačov .Tieto boli postupne náhradné prvými počítačmi
,ktoré však stále nevyhovovali potrebám
automatizačného
procesu
najmä pre
nestabilnú prevádzku a zložitosť programovania.
Rozhodujúcou udalosťou pre budúcnosť automatizovaného riadenia
príchod
mikroprocesorov a následný vývoj
bol
prvých číslicových automatizačných
jednotiek so stabilným chodom riadenia v reálnom čase .
Vznikli prvé programovateľné automaty PLC a distribuované riadiace systémy
DSC schopné nepretržite riadiť výrobný proces
Vďaka nim sa proces automatizácie rozšíril do všetkých odvetí priemyslu
a nastal
rýchly
sofistikovanejších
zastaralých
nárast
automatizácie
zobrazovacích
signalizačných panelov
,čo
viedlo
systémov a
k
vývoju
kvalitnejších
postupnému nahradzovaniu
modernejšími
operátorskými
panelmi
schopnými zobraziť celý technologický proces v jednoduchom grafickom rozhraní .
1
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
2 POHONY
2.1
DELENIE POHONOV
Pohony patria do skupiny rotačných strojov, ktoré menia elektrickú energiu na
mechanickú rotačnú.
Všeobecné delenie motorov:
Jednosmerné motory :
Podľa konštrukčného vyhotovenia - Motor s permanentnými magnetmi
- Motor s elektromagnetmi
Podľa spôsobu zapojenia rotora a statora - Motory s cudzím budením
- Motory so sériovým budením
- Motory s paralelným budením
- Motory so zmiešaným budením
Striedavé motory:
Synchrónne - S permanentnými magnetmi
- S elektromagnetmi
Asynchrónne - Podľa vyhotovenia kotvy: Motor s kotvou na krátko
Motor s krúžkovou kotvou
- Podľa počtu pólov: Dvojpólové
Štvorpólové
Viacpólové
- Podľa počtu fáz statorového vinutia: Jednofázové
Dvojfázové
Trojfázové
Komutátorové - Jednofázové
- Trojfázové
Špeciálne motory : Krokový
Lineárny
Servomotory
V nasledujúcej kapitole bude prehľadne popísaný princíp činnosti a spôsoby riadenia
3f asynchrónneho motoru .
2
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
2.2
ASYNCHRÓNNY MOTOR
2.2.1 Trojfázový asynchrónny motor
Motor je výhodný pre svoju konštrukčnú jednoduchosť, spoľahlivosť. Skladá
sa zo statora a rotora. Stator pozostáva s trojfázového vinutia vloženého do
statorových plechov a v následnom osadení do nosnej konštrukcie motora. Vstupy
a výstupy vinutia sú vyvedené do svorkovnice. Rotor môže byť vo vyhotovení ako
kotva na krátko, alebo krúžková kotva. Kotva na krátko je zložená z hriadeľa
a rotorových plechov v ktorých sú vytvorené drážky pre medené, hliníkové alebo
mosadzné tyče, na koncoch pospájané skratovacími krúžkami. Krúžková kotva
disponuje troma zbernými krúžkami nalisovanými na hriadeli, s rotorových plechov
a trojfázového vinutia.
Obr. 2. 1: Prierez ASM s kotvou na krátko (Kocman, 2002)
2.2.2 Princíp činnosti ASM
Po zapojení motora do trojfázovej elektrickej siete vznikne na statore točivé
magnetické pole, ktoré indukuje v rotore napätie. Keďže je vinutie spojené na krátko
prechádza tyčami prúd a ten vytvára okolo rotora magnetické pole rovné súčtu
vektorov statorového magnetického pola.
3
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Obr. 2. 2: Vznik mag. poľa v trojfázovom vinutí statora (Kocman, 2002)
K indukcii napätia dochádza len ak sú otáčky rotora n menšie ako otáčky statora ns.
Rozdiel týchto otáčok vyjadruje sklz. V prípade že sú rovnaké nedochádza
k vzniku magnetického pola, čo má za následok nulový moment na hriadeli motora.
Statorové synchrónne otáčky ns
ns 
f1- frekvencia siete
60 f1
p
1

(2.1)
n- rotorové otáčky
(2.2)
, Hz
p- počet pólových dvojíc
nS  n
.100
nS
Sklz
s
Frekvencia rotora
f 2  s. f1 
Otáčky rotora
min
n
% 
nS  n n S . p p.nS  n 
.

nS
60
60
60 f 1
.1  S 
p
ot / min
Hz 
(2.3)
(2.4)
4
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
2.2.3 Náhradná schéma ASM
Obr. 2. 3 Náhradná schéma ASM (Kocman, 2002)
Efektívna hodnota indukovaného napätia statora na jednej fázy:
U ind  4,44.k v1 . f S .N1 . m
kv1- činel vinutia statoru
(2.5)
N1- počet závitov jednej fázy statoru
Øm- celkový magneticky tok vo vzduchovej medzere stroja
Efektívna hodnota indukovaného napätia rotora na jednej fázy:
U ind 2 S  4,44.k v 2 . f 2 .N 2 . m  4,44.k v 2 .s. f 1 .N 2 m .  U ind 2 .s
kv2- činel vinutia rotora
(2.6)
N2- počet závitov jednej fázy rotoru
Uind2- indukované napätie pri zabrzdenom rotore (s=1 ,n=0)
Prevod medzi statorom a rotorom (pri zabrzdenom rotore s=1 ,n=0):
K
U ind1 k v1 .N 1

U ind 2 k v 2 .N 2
(2.7)
5
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Prepočet rotorových veličín na statorové (znaky s čiarkami sú rotorové veličiny
prepočítané na stator):
'
U ind 2  K .U ind 2  U ind 1
I 2'  I 2 .
m1 – počet fáz statoru
(2.8)
m2 1
.
m1 K
(2.9)
m1
m2
(2.10)
m1
m2
(2.11)
m2 – počet fáz rotoru
R2'  R2 .K 2 .
X ' 2  X  2 .K 2 .
Xσ2 – Rozptylová reaktancia
X  2 S  2 . f 2 .L2  2 .s. f1.L2  X  2 .s
(2.12)
Prúd prúdiaci v rotore prepočítaný na stator
'
I 2' 
U ind 2 .s
R2'  jX  2 S
'

U ind 1
R2'
'
 jX  2
s
kde
R2'
1 s
 R2'  R2' .
s
s
(2.13)
Príkon 3f ASM (výkon odberaný zo zdroja elektrickej energie):
Pp  3.U 1 .I 1 . cos1  3.U .I cos1
U1 ,I1 – fázové veličiny na statore
(2.14)
φ1- fázový posun medzi napätím a prúdom
U, I – sú združené veličiny (napätie medzi fázami a prúd tečúci po fáze zo zdroja )
6
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Výkon motora
P  PP  PJ 1  PFE  Pd  PJ 2  PMEC  P   Pp   P tot
(2.15)
P - mechanický výkon na hriadeli motora
Pp - príkon motora
ΔPFE - straty v magnetickom obvode statoru
ΔPJ1 - straty vo vinutí statoru
ΔPd - straty dodatočné
ΔPJ2 - straty vo vinutí rotoru
ΔPmec - straty mechanické
ΔPtot - všetky straty
Pδ – straty vzduchovej medzere
Obr. 2. 4: Výkonová bilancia motora (Kocman, 2002)
Účinnosť motora:

P
P
.100 
.100
Pp
P  Ptot
%
(2.16)
Moment motora (Klossov vzťah (Pri zanedbaní odporu R1-statorový odpor))
M 
Mm – max. moment (moment zvratu)
2.M m
S Sb

Sb
S
M .m 
(2.17)
Sb – sklz pri momente zvratu
7
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Maximálny moment
Mm 
3.U 12
2. S 1 .X 
Xσ – celková rozptylová reaktancia
N .m
(2.18)
Ωs1- uhlová rýchlosť v statore
Celková rozptylová reaktancia
X  X 1  X 2
'
(2.19)
Xσ1 - rozptylová reaktancia statora
Xσ2´- rozptylová reaktancia rotora prepočíta na stator
Sklz pri momente zvratu
R2'
Sb 
pre R1 = 0
X
R2 ´- rotorový odpor prepočítaný na stator
(2.20)
R1-odpor statorového vinutia
Nominálny moment
Mn 
PN
PN
P

 9,55 N
2. .n N
N
nN
60
PN – nominálny výkon motora
N .m 
(2.21)
nN – nominálne otáčky
Ωn- nominálna uhlová rýchlosť
Momentová charakteristika ASM
Prúdová charakteristika ASM
Obr. 2. 5: Momentová, prúdová charakteristika ASM (Kocman, 2002)
8
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
2.3
RIADENIE ASYNCHRÓNNEHO MOTORA
2.3.1 Spôsoby rozbehu ASM:
Najjednoduchším spôsobom rozbehu ASM je priamym pripojením na sieť, pričom
pri štarte motora vzniká záberový prúd dosahujúci 5-7 násobok nominálneho prúdu.
Tento nárazový prúd môžeme obmedziť:
a) Pomocou statorového spúšťača ktorý ma pred vinutie statora do série zapojene
predradené odpory, obmedzujúce záberový prúdu. Nárastom otáčok motora pri
rozbiehaní sa odpory znižujú až sa nakoniec vyrušia.
Obr. 2. 6: Zapojenie ASM pomocou statorového spúšťača (Kocman, 2002,)
b) Autotransformátorom, ktorým meníme statorové napätie a tým aj výsledné
otáčky motora až do bodu, kým statorové napätie sa nerovná napätiu v sieti.
Následne na to sa autotransformátor odpojí a motor sa pripojí priamo na sieť
Obr. 2. 7: Zapojenie ASM pomocou autotransformátora (Kocman, 2002)
9
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
c) Úpravou rezistivity rotorovej klietky dosiahneme vyšší záberový moment,
pričom dochádza k zníženiu záberového prúdu.
Poznáme tri vyhotovenia klietok:
- rotor s odporovou klietkou - vyrobený z materiálu s vyššou rezistivitou napr.
mosadze
- rotor s dvojitou klietkou - zložený z vonkajšej klietky (rozbehovej R), s väčšou
rezistivitou a vnútornej ( rozbehovej B )s menšou rezistivitou
Obr. 2. 8: Rôzne prevedenia dvojitých klietok (Kocman, 2002)
- rotor s vírivou klietkou – vytvorený z telesa rotora so špeciálnym drážkami
v ktorých sú umiestnené tyče s rovnakou rezistivitou, ale s rôznou rozptylovou
indukčnosťou.
Obr. 2. 9:Profily drážok vo vírivej klietke (Kocman, 2002)
d) Prepnutím statorového vinutia z hviezdy na trojuholník, pričom hviezda sa používa
pri rozbehu motora z dôvodu poklesu záberového prúdu na 1/3 a trojuholník sa požíva
pri rozbehnutom motore .
Obr. 2. 10: Zapojenie ASM do hviezdy a trojuholníka (Kocman, 2002)
10
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Zapojenie do hviezdy
Zapojenie do trojuholníka
Obr. 2. 11: Spôsoby zapojenia statorového vinutia vo svorkovnici ASM
e) Štart pomocou softštartéru upravuje fázový uhol otvorenia tyristorov a tým aj
statorové napätie, prúd a moment. Pri tomto spôsobe sa dá nastaviť rozbehová rampa
motora a prúdové obmedzenie.
Obr. 2. 12: Zapojenie ASM zo softštartérom (Kocman, 2002)
f) Rozbeh pomocou rotorového spúšťača sa realizuje len u motorov s krúžkovou
kotvou. Kde sú k vyvedeným vinutiam rotora pripojené regulovateľné odpory
zapojené do hviezdy, u ktorých sa hodnota počas nábehu otáčok znižuje. Pričom pri
maximálnom odpore vzniká malý záberový prúd a maximálny moment.
11
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Obr. 2. 13: Zapojenie ASM s rotorovým spúšťačom (Kocman, 2002)
g)
g) Riadenie a
rozbeh ASM pomocou podsychronnej kaskády je efektívnejšou
alternatívou predchádzajúceho zapojenia. Pri tomto zapojení sa naindukované napätie
nestráca na odporoch, ale usmerní a následne pomocou striedača a transformátora
zmení na napätie rovnaké ako je v sieti. Regulácia otáčok sa realizuje zmenou uhlu
otvorenia výkonových tranzistorov v striedači.
2.3.2 Regulácia otáčok ASM
Reguláciu je možné vykonať viacerými spôsobmi a to:
a) zmenou sklzu rotorovým spúšťačom a riadením pomocou podsychronnej kaskády
b) zmenou veľkosti napájacieho napätia autotransformátorom, alebo statorovým .. . . .
spúšťačom, kde pri
oboch dochádza k regulácii statorového napätia a následne
k poklesu momentu, ktorý je priamo úmerný kvadrantu napájacieho napätia.
Obr. 2. 14: Momentová charakteristika pri zmene napätia (Kůs, 2005)
12
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
c) pomocou zmeny počtu pólov pri ktorej nastáva úprava synchrónnych otáčok
v statorovom vinutí.
d) pomocou zmeny frekvencie a to:
1. Priamym frekvenčným meničom (cyklokonvektorom) sa reguluje frekvencia
napätia vchádzajúca do motora a tým aj otáčky motora. Frekvenciu napätia je možné
meniť iba po frekvenciu siete.
2. Nepriamym frekvenčným meničom, ktorého princíp spočíva v usmernení
napájacieho
napätia a v jeho
frekvenciou, ktorá už môže
následnej zmene na striedavé s požadovanou
prevýšiť
frekvenciu siete. Do tejto skupiny patrí
skalárne riadenie , vektorové riadenie a priame riadenie momentu a toku.
Vektorové a priame riadenie momentu: sa používa v dynamicky
meniacich
aplikáciách, kde je potrebné presne regulovať moment, rýchlosť a polohu motora.
2.3.3 Skalárne riadenie ASM
Skalárne riadenie
nachádza uplatnenie v dynamicky menej náročných
aplikáciách, kde nie je potrebná presná regulácia otáčok. Riadenie sa realizuje zmenou
statorového napätia a frekvenciou vchádzajúcou do motora tak, aby vo výsledku
nastal konštantný magneticky tok, až do bodu kým statorové napätie nedosiahne
nominálnu
hodnotu
napätia
motora.
Potom
už
bude
narastať
len
frekvencia, magneticky tok bude klesať, čím dôjde k odbudzovaniu motora a tým aj k
poklesu momentu v motore.
Pri regulácii otáčok blížiacich sa k nule si treba uvedomiť, že sa motor nebude
točiť pri nulovom napätí tak ako by to vychádzalo zo vzorca (2.13), ale treba rátať aj
s úbytkom napätia na vynúti statora a s mechanickými stratami, pripadne dodatočnou
záťažou. Z toho dôvodu treba počiatočnú hodnotu napätia upraviť na toľko, aby mal
motor dostatočný výkon aj v malých otáčkach.
13
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Vzorec popisujúci skalárne napäťové riadenie:
 
Ψ – statorový magnetický tok
u1
f1
(2.13)
u1 – statorové napätie
f1 – frekvencia vstupujúca do motora
Obr. 2. 15: Momentová charakteristika pri skalárnom riadení (Kocman, 2002)
Obr. 2. 16: Priebehy pri skalárnom riadení (Kůs, 2005)
14
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
3 REALIZÁCIA RIADENIA ASM
3.1 ZAPOJENIE KOMPONENTOV
Obr. 3. 1: Schéma zapojenia komponentov
Realizácia riadenia asynchronného motora začína v PC vytvorením programu
pre PLC CompactLogix L23E a zhotovením obrazovky pre PanelView Plus 600.
PLC riadi frekvenčný menič PowerFlex40E a záťaž. Pričom súčasne pomocou HSC
modulu a inkrementálneho snímača zbiera informácie o aktuálnej polohe rotora a jeho
otáčkach. Displej riadi jednotlivé tagy v PLC, ktoré následne zobrazuje. Záťaž je
realizovaná pomocou alternátora, ktorý má statorové vinutie zoskratované s kostrou.
Zmena záťaže je realizovaná zmenou budiaceho napätia vchádzajúceho do kotvy
alternátora, pričom s narastajúcim napätím narastá aj zaťaž.
3.2 POPIS POUŽITÝCH KOMPONENTOV
3.2.1 PLC CompactLogix rady 1769-L23E QBFC1B
PLC CompactLogix je programovateľný digitálny počítač pre automatizáciu v
elektromechanických procesoch, patriaci medzi variabilné, modulárné systémy
vhodné pre menšie a stredne veľké aplikácie .
15
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
V základnej verzii obsahuje: Procesor rady 1769 , Sériový port RS232 a EtherNet/IP
port a štyri moduly so vstupno-výstupnými rozhraniami.
Obr. 3. 2:CompactLogix 1769-L23E QBFC1B
3.2.2 Frekvenčný menič PowerFlex 40
Frekvenčný menič pracuje na princípe skalárného riadenia s podporou
bezsnímačovej spätnej väzby Sensorless Vector.
Parametre meniča: Typ 22B-A2P3N104
Napájanie 230V, 1~ ,50/60Hz
Výstupný prúd 2,3A
Disponuje komunikačným modulom EtherNet/IP
Obr. 3. 3: Frekvenčný menič PowerFlex 40
Spôsoby ovládania frekvenčného meniča :
a) svorkovnicou implementovanou v meniči,
b) integrovanou klávesnicou,
c) po EtherNet/IP sieti, ktorá sa dá použiť pre komunikáciu meniča s PLC,
alebo pre servisné nastavenie parametrov v meniči.
16
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Spojenie PC a PLC po EtherNet/IP pre servisné účely.
Servisné spojenie sa používa na nastavenie parametrov meniča a pre
monitorovanie riadených veličín ako sú dodávaná frekvencia, napätie a prúd do
motora. Tieto nastavenia je možné realizovať pomocou programu DriveExplorer™
ktorý obsahuje:-funkciu pre vzdialené riadenie motora.
-podprogramy pre nastavenie meniča: StepLogic
Startup Wizards
DPI/DSI Tech Support Wizard
Vzdialené riadenie motora
Obr. 3. 4: DriveExplorer
Vzdialené riadenie motora (funguje len ak je PLC v programovom móde
alebo ak je PC s meničom spojený priamo)
Ikona pre rýchle nastavenie meniča a zber informácii o ňom (je aktívna, len
ak je vypnutá funkcia vzdialeného riadenia motora) pod ikonou sa
nachádzajú programy StepLogic, Startup Wizards a DPI/DSI Tech Support
Wizard
Step Logic
Podprogramom StepLogic je možné vytvoriť časový rozvrh s ôsmimi
nastaviteľnými úrovniami frekvencií, ktoré je možné meniť po určitých časových
intervaloch.
17
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Obr. 3. 5: StepLogic
Startup Wizards
Pomocou podprogramom
Startup Wizards
je možné
nastaviť parametre
meniča a motora pričom jednotlivé nastavenia sa realizujú v samostatných ponukách
programu ,v ktorých je možné zadať napr. dobu akceleracie ,dobu deceleracie .
Obr. 3. 6: Startup Wizards
DPI/DSI Tech Support Wizard
Podprogram DPI/DSI Tech Support Wizard umožňuje zozbierať všetky
informácie z meniča a následné ich uložiť do txt dokumentu .
3.2.3 PanelView Plus 600Color
Panel je zobrazovacie zariadenie s dotykovou obrazovkou, ktorá má rozlíšenie
320 na 240 bodov, 18 bit grafiku a rozmery 111x84mm. Displej disponuje 32 MB
18
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Flash/64 MB RAM pamäťou, USB portom pre pripojenie USB pamäťových kľúčov,
klávesnice a myši. Ďalej má sériový port RS232 a EtherNet/IP port slúžiaci pre
programovanie a komunikáciu s ostatnými zariadeniami.
Mimo
spomenutých
hardwarových komponentov sa v panely nachádza operačný systém Windows CE a
RSView Machine Edition..
Obr. 3. 7 : PanelView Plus 600
3.2.4 Inkrementálny snímač IRC 310/500 KA
Inkrementálny rotačný snímač typu IRC s led diódou,
rotačného pohybu na elektrické signály
vykonáva
prevod
pomocou fotoelektrického snímania.
Napájaný je 24 VDC a disponuje troma výstupmi A,B,Z. Pričom výstupy A a B sú
vzájomne posunuté o 90° na jednej perióde a výstup Z slúži ako nulový impulz..
Farba vodiča
Význam vodičov
Červený
Napájanie 24 VDC
Hnedý
GMD
Žltý
A
Zelený
B
Modry
Z
Obr. 3. 8: Inkrementálny snímač
Tab.3.1: Význam použitých vodičov
IRC 310/500 KA
v inkrementálnom snímači
19
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
3.3 INICIALIZÁCIA KOMPONENTOV V SIETI
3.3.1 BOOTP/DHCP Server
Program BOOTP/DHCP Server slúži na prideľovanie IP adries zariadeniam
rodiny A-B.
Postup prideľovania IP adresy je opísaný v nasledujúcich krokoch:
1. Prvý krok pozostáva zo správneho zapojenia zariadenia v sieti.
2. Druhý krok je spustenie programu a nastavenie masky podsiete v Network
Seting.
Obr. 3. 9: Nastavenie masky podsiete
3. Po nastavení masky podsiete sa v okne Requed History zobrazia MAC adresy
zariadení bez IP adresy, ktorým následne pridelíme konkrétne IP adresy.
Obr. 3. 10: Pridelenie IP Adresy zariadeniu
4. Po potvrdení, zariadenie prejde do okna ReLation List, kde sa pomocou
tlačidla Disable BOOT/DHCP uloží nastavená IP adresa do zriadenia.
Obr. 3. 11: Ponuka ReLation list
20
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Zmenu už uloženej
IP adresy je možné realizovať programom RSlogix pri
nastavení sieťového adaptéra zariadenia, alebo pomocou ponuky New (obr.3.9),
v ktorej je potrebné vyplniť manuálne Mac adresu aj s novou IP adresou
Postup pridelenia IP adresy
je rovnaký pre všetky zariadenia s výnimkou
operátorských panelov ,v ktorých sa IP adresa zadáva v ich vlastnom operačnom
systéme.
Obr. 3. 12: Ukážka nastavenia IP adresy v PanelView Plus 600
3.3.2 RSlinx
Program RSlinx zabezpečuje komunikáciu medzi počítačom a zariadeniami
rodiny Allen-Bradley.
Obr. 3. 13: Ukážka RSlinx a ponuky pre pridanie nových zariadení
Pridanie nového zariadenia do RSlinx sa vykonáva pomocou funkcie Configure
Driv, kde sa z ponuky Available Drivers Types vyberie ponuka EtherNet/IP Drivers
a následne na to pomenuje a vyplní IP Adresa spolu so Subnet Maskou.
21
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
4 VYTVORENIE NOVÉHO PROJEKTU
4.1 BLOKOVÉ SCHÉMY RIADENIA ASM
4.1.1 Princíp motorového režimu
Režim začína načítaním pevných frekvencii alebo žiadaných otáčok s externého
zdroja (s displeja alebo Excelu). Ak je zapnuté riadenie pomocou pevných frekvencií
začne sa vykonávať porovnávanie aktuálnej frekvencie zo žiadanou, pričom program
rozhodne či je potrebné vykonať nárast, alebo pokles frekvencie v meniči Otáčkomer
v tomto spôsobe riadenia má iba informatívny charakter . Pri riadení na žiadané
otáčky sa vypočítané aktuálne otáčky (v bloku otáčkomera) porovnávajú so
žiadanými. Pričom regulátor otáčok rozhodne či je potrebný nárast, alebo pokles
frekvencie v meniči.
Aktivácia motorického režimu
Načítanie pevnej
Načítanie žiadaných
frekvencie
otáčok
Akceleracia Deceleracia
Otáčkomer
Otáčkomer
Regulátor otáčok
Obr. 4. 1: Bloková schéma motorového režimu
4.1.2 Princíp meracieho režimu
Na rozdiel od ostatných režimov, tento nebude prebiehať okamžite a samotné
meranie začne stlačením tlačidla v MS Excel, pri ktorom sa spustí centrálny časovač
(s neho sa bude brať hodnota pre časovú X os) a motorový režim. Po rozbehu motora
sa začne odpočítavať doba pre aktiváciu záťaže
a doba pre vypnutie motora
a výstupných portov.
22
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Aktivácia meracieho režimu
Štart merania
Motorický režim aktivácia
centrálneho časovača
Aktivácia záťaži
Vypnutie motora a reset
výstupných portov
Obr. 4. 2: Bloková schéma meracieho režimu
4.1.3 Bloková schéma servo režimu
Požiadavka pre štart servo režimu
Nastavenie počiatočných podmienok
Nájdenie nulovej polohy
Aktivácia samotného
režimu
Regulácia na konštantnú
uhlovú rýchlosť
Štart / Stop ASM
Výpočet žiadanej polohy
s displeja
Určenie smeru rotácie
rotora
Obr. 4. 3: Bloková schéma servo režimu
Riadenie začína požiadavkou pre aktiváciu riadenia. Po nej sa začnú nastavovať
počiatočne podmienky, tu patrí vypnutie ostatných režimov, nastavenie východiskovej
frekvencie , reset Z impulzu (musí byť resetnutý, aby sa neskôr našla nulová pozícia),
23
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
reset počítadla (aby mal Couter nulovú hodnotu) a nakoniec dočasné vypnutie
počítadla (aby počítalo nepočítalo kým sa bude hľadať nulová pozícia). Po splnení
všetkých požiadaviek sa začne hľadať nulová pozícia. Motor sa roztočí v smere
hodinových ručičiek.
Zatiaľ čo PLC čaká , kým sa neaktivuje Z impulz, ktorý
reprezentuje nulovú pozíciu. Aktivovaný Z impulz povolí počítadlo, ako aj ostatné
funkcie. Motor prejde do servo režimu, v ktorom si PLC najskôr zistí žiadanú polohu s
horizontálnej a vertikálnej polohy kurzora v displeji. Tú následne prepočíta cez
funkciu arctangens na stupne a potom na hodnotu odpovedajúcu hodnote ktorú posiela
HSC modul (High-Speed Counter). Modul pošle 2000 impulzov na jednu otáčku, čiže
2000 impulzov sa rovná 360°. Program ďalej porovná aktuálnu polohu zo snímača zo
žiadanou prepočítanou polohou a určí smer rotácie rotora. Následne vyhodnotí či má
motor v rotácii pokračovať, alebo zastaviť. V poslednom bloku regulátor
upraví
uhlovú rýchlosť rotora na konštantnú hodnotu .
4.2 VÝVOJOVÉ PROSTREDIE RSLOGIX5000
Vloženie
programu
do PLC
Ovládacie
tagy
Programová
časť
Frekvenčný
menič
PowerFlex40
HSC
modul
Obr. 4. 4: Vývojového prostredia RSlogix5000
RSlogix5000 je programovací jazyk, v ktorom sa programuje formou ladder
diagramu. Základom jazyka je relé logika, v ktorej program prebieha po riadkoch od
hora na dol. Riadok pozostáva z ľavej podmienkovej časti a pravej inštrukčnej.
24
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Po splnení podmienky sa vykoná pravá strana s inštrukciou. Ak sa podmienka
nesplní program skočí sa na ďalší riadok.
4.2.1 Vytvorenie nového programu
Vytvorenie motorického režimu v RS logix5000
Vyhotovenie programu začína
cez príkaz New v rozbaľovacom menu File
a následnom výbere typu PLC ( 1769-L23E QBFC1), pričom program automaticky
pridá k danému zariadeniu I/O moduly .
Ak sú k PLC pridané dodatočné moduly, alebo externé zariadenie (napr. menič, point
I/O) je ich treba pridávať manuálne.
Nastavenie a pridanie PowerFlex 40
Menič je spojený s PLC cez EtherNet/IP sieť, preto je potrebne zariadenie pridať
do položky Ethernet v palete Controller.
Pravým kliknutím na položku sa zvolí ponuka New Module , následne vyberie
frekvenčný menič PowerFlex 40-E , nastaví IP adresa a názov pod akým bude v
programe vystupovať
Obr. 4. 5: Nastavenie frekvenčného meniča PowerFlex 40
25
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
V ďalšom kroku sa zadá blokovanie ovládania cez integrovanú klávesnicu
v ponuke Elektronic Keying a nastavia štítkové
parametre meniča
na hodnotu
1P240V .50HP v Drive Rating (obr. 4.2.).
Doba odozvy
sa nastaví v ponuke Erquested Packet Interval v záložke
Connection na 10ms .
Zmena IP adresy zariadenia je možná v Port Configuration
Po pridaní meniča sa v zložke Controller Tags vytvoria dve ponuky registrov:
- prvá ponuka
poskytuje informácie napr. o aktuálnej frekvencii , alebo o
chybovom hlásení .
- druhá ponuka slúži len na ovládanie meniča a nastavenie žiadanej frekvencie .
HSC modul (HighSpeed Counter)
HSC modul je určený pre priame snímanie rýchlo sa meniacich digitálnych
vstupov , ktorý obsahuje 2x3 vstupy A,B,Z a 2 digitálne výstupy.
Pričom v motorickom režime je potrebné nastaviť funkcie :
- Encode X4 , ktorá je schopná čítať hodnotu periódy pri ktorejkoľvek hrane
signálu A a B, pričom následne vyhodnotí
prírastok alebo pokles
počítadla
(Counter).
Obr. 4. 6: Princíp funkcie Encoder X4
26
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
- Ring Counter , ktorý pri náraste počítadla a dosiahnutí maximálnej hodnoty
Countera , klesne na minimálnu hodnotu Contera alebo naopak .
Obr. 4. 7:Princíp funkcie Ring Counter
Tieto funkcie sa nastavia vo vlastnostiach modulu HSC (okno Module
properties) v položke Counter Configuration postupom znázorneným na obr. 4.8.
1.
2.
3.
4.
Obr. 4. 8: Nastavenie HSC modulu
Samotná tvorba programu
Vytváranie
programu
nastáva
až
vytvorením dvoch bitov Štart_Stop_ASM
po nastavení
a
použitého
hardvéru
Forward_Reverz tak ako to je
znázornené na obr. 4.9.
27
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Obr. 4. 9: Vytvorenie štart/stop forward/reverz ovládacích bitov
Tento krok je dôležitý najmä u zložitejších programov, kde sa namiesto
zapínania a vypínania 2 bitov zapína a vypína len jeden.
Následným krokom je zhotovenie otáčkomeru zloženého z časovača, ktorý po
určitom časovom intervale odpočíta aktuálnu polohu rotora s uloženou
funkcie CPT, pričom rozdiel týchto dvoch hodnôt je
pomocou
rovný aktuálnym otáčkam
motora.
V nasledujúcom kroku, MOV sa uloží aktuálnu polohu z HSC modulu.
Obr. 4. 10 Realizácia regulácie otáčok
Ďalším bodom je vytvorenie regulátora otáčok , ktorý po uplynutí časového
intervalu urobí korekciu frekvencie v meniči podľa vypočítaných otáčok.
Základom regulácie je funkcia LIM, ktorá porovnáva aktuálne otáčky so žiadanými
a rozhodne či je potrebné vykonať nárast, alebo pokles frekvencie.
28
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Obr. 4. 11: Realizácia obmedzovača frekvencie
Aby nedochádzalo k odbudzovaniu motora je potrebné na konci programu vytvoriť
obmedzovač frekvencie, ktorý zabraňuje jej prekročeniu v meniči nad menovitú
frekvenciu motora .
Pred ukladaním programu do PLC je potrebné:
- povoliť počítadlo v HSC module bitom Local:4:O.Ctr1En
- nastaviť bit PowerFlex40:O.ClearFaults na hodnotu 1.
Program sa do PLC vloží cez ponuku Who Active, ktorá sa nachádza v hornej lište
RSlogix v položke Communication a následne uloží cez tlačidlo Download .
2.
1.
Obr. 4. 12: Uloženie programu do PLC
4.3 FACTORYTALK VIEW STUDIO MACHINE EDITION
FactoryTalk View Studio slúži na vytváranie obrazoviek dispečerských systémov
a operátorských panelov, pričom k dispozícii je knižnica s tlačidlami a animovanými
obrázkami .
29
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Test display
Tlačidlo Maintained Push Button
Tlačidlo pre vypnutie programu
Konečné nastavenia
projektu
Vytvorenie novej
obrazovky
Vytvorenie spojenia
Medzi PLC a
displejom
Obr. 4. 13: Programu FactoryTalk View Studio Machine Edition
4.3.1 Vytvorenie programu pre operátorský panel :
Vytvorenie programu pre operátorský panel pozostáva z :
1.vytvorenia komunikácie medzi PLC a displejom,
2.vytvorenia obrazovky s ovládacími prvkami,
3. konečné nastavenia obrazoviek,
4. test programu a vloženie do operátorského panelu,
5. záloha a obnova projektu.
1. Vytvorenie komunikácie medzi PLC a displejom
Komunikácia je realizovaná v zložke RSLinx Enterprise cez
ponuku
Communication Setup, kde je v otvorenom okne potrebné vybrať možnosť Create
a New configuration a potvrdiť OK. Následne sa tlačidlom Add vytvorí položka
s novým spojením, do ktorej potom vložíme informácie a tagy s PLC. (obr. 4.14).
30
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
1.
6.
5.
4.
2.
3.
Obr. 4. 14: Vytvorenie spojenia medzi PLC a displejom
2. Vytvorenie obrazovky s ovládacími prvkami
Obrazovku začneme vytvárať v zložke Graphics v ponuke Display s výberom
možnosti New.
Pred samotným vkladaním tlačidiel do obrazovky je vhodné nastaviť pozadie
obrazovky a samplovaciu rýchlosť. Toto sa vykoná kliknutím myši na prázdnu
plochu obrazovky a výberom možnosti Display Settings, kde sa v ponuke Maxim tag
vyberie najmenšia hodnota a v ponuke Background Color vyberie farba pozadia.
Po úvodných nastaveniach je možné začať s ukladaním tlačidiel na obrazovku,
pričom z dôvodu
neskoršieho testovania obrazovky
tlačídla pre vypnutie programu Shutdown,
je vhodné
začat vložením
ktoré nájdeme v ponuke Caption
v záložke Label.
Názorná ukážka úpravy vlastností tlačidla
Postup úpravy tlačidla štart/stop:
-
vyber z palety Objects /Push Button/Maintained,
-
priradenie tagu z PLC v záložke Connections (obr. 4.17),
-
pomenovanie tlačidla v záložke States v okne Captio,
-
test vloženej ikony cez Test Display v palete View.
31
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Obr. 4. 15: Pridanie tagu tlačidlu
Obr. 4. 16: Pomenovanie tlačidla
Nastavenie ostatných ovládacích tlačidiel a numerických zobrazovačov sa
vykonáva podobným spôsobom.
3. Konečné nastavenia projektu spočíva v nastavení
- rozlíšenia obrazovky v zložke System/Project Settings, kde v otvorenom
okne, v ponuke Project Window size vyberieme typ operátorského panelu,
-
nastavenie prvej štartovacej obrazovky dosiahneme zaškrtnutím funkcie
Initial graphic v ponuke Startup a následným výberom vytvorenej obrazovky.
4. Test programu a vloženie do operátorského panelu
Takto skompletizovaný projekt sa môže vyskúšať cez funkciu Test Application
v ponuke Application, pomocou ktorej sa obrazovka z komplimuje a naštartuje
rovnakým spôsobom akoby bola umiestnená v operátorskom panely.
Po teste spustíme funkciu Create Runtime Application v položke Application,
pomocou ktorej sa vytvorí konečná aplikácia vhodná pre panel, ktorú potom cez
program Transfer Utility v ponuke Tools vložíme do operátorského panela.
32
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
5. Zálohovanie a obnova projektu
Záloha sa vykoná pomocou programu Application Manager, v ponuke Tools
nasledujúcimi krokmi :
- výberom ponuky Backup application,
- výberom projektu,
- pomenovaním zálohy a zadaním adresy uloženia.
Obnova projektu nastáva otvorením zálohy, výberom možnosti Restore the
Factory Talk View Machine Edition a pomenovaní obnoveného programu.
4.4 VYTVORENIE DDE SERVERA A KLIENTA
DDE server je komunikačný protokol vytvorený spoločnosťou Microsoft za
účelom spojenia externých zariadení s prostredím Windows. Komunikácia funguje na
princípe klient – server. Teda Server zhromaždí dáta s PLC a zverejní klientom.
Klientom môže byť Excel alebo iná aplikácia.
4.4.1 Vytvorenie DDE/OPC servera v RSlinx
Začína otvorením funkcie Topic configurations v ponuke DDE/OPC, kde v
otvorenom okne vytvoríme cez tlačidlo New komunikačný kanál, cez ktorý sa klient
bude pripájať k PLC. Vytvorenému a pomenovanému kanálu priradíme PLC a
nakoniec potvrdíme tlačidlom Apply.
2.
3.
1.
4.
Obr. 4. 17: Vytvorenie DDE server
33
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
4.4.2 Vytvorenie DDE klienta v MS Excel
Vytvorenie klienta v Excely je možné realizovať:
a) priamym vložením adresy do bunky, kde sme schopní hodnotu z PLC
len čítať a ktorá sa nedá zmeniť.
Zápis v bunke vyzerá nasledovne:
=RSLINX|Excel!'PowerFlex40:O.FreqCommand'.
- RSLINX je program v ktorom je vytvorený DDE server,
- Excel! reprezentuje nami vytvorenú komunikáciu medzi PLC a serverom,
-'PowerFlex40:O.FreqCommand' je zobrazovaný tag s PLC.
b) využívaním makier v MS Excel a to konkrétne cez vývojové prostredie
podobné VisualBasicu, pričom je najskôr potrebné vytvoriť spojenie DDE server
pomocou
inštrukcie:
DDEInitiate(”RSLINX”,” Excel”)
RSlinx- je server,
Excel- komunikačný kanál.
Ďalšími inštrukciami pre vytvorenie programu sú:
-Inštrukcia pre čítanie:
DEERequest (rslinx,”Program:MainProgram.Start_Stop_ASM”)
-Inštrukcia pre zápis:
DDEPoke (rslinx, “Program:MainProgram.Start_Stop_ASM”)
4.4.3 Výsledky meraní získané pomocou DDE komunikácie
V tejto kapitole vyhodnocujeme reakciu motora na záťaž pri zmene nastavení
bezsenzorového regulátora Sensorless Vector obsiahnutého v meniči PowerFlex40E.
34
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Grafy so zapnutým bezsenzorovým regulátorom Sensorless Vector
Otacky [ot/min]
Frekvencia [Hz]
45
40
1320
35
30
25
ot/min
1120
920
720
520
320
120
-80
0
2000
Z1
Z2
4000
6000
8000
20
15
10
5
0
10000
Hz
1520
cas[m s]
Graf. 4. 1: Graf pri zapnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 0 Hz
Otacky [ot/min]
Frekvencia [Hz]
45
40
1320
35
30
25
ot/min
1120
920
720
20
15
10
520
320
120
-80
0
2000
Z2
Z1
4000
6000
8000
Hz
1520
5
0
10000
cas[m s]
Graf. 4. 2: Graf pri zapnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 2 Hz
Frekvencia [Hz]
45
1320
40
1120
35
30
920
25
720
20
520
15
320
10
120
5
-80
Hz
ot/min
Otacky [ot/min]
1520
0
2000
Z1
Z2
4000
6000
8000
0
10000
cas[ms]
Graf. 4. 3: Graf pri zapnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 8 Hz
35
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Pri nastavení Slip Hertz na 0 Hz (graf. 4.1) došlo k poklesu otáčok u oboch
záťaži. Pri hodnote 2 HZ (graf. 4.2) a 8 Hz (graf. 4.3) je už zregulovaná prvá záťaž
a pri druhej sa rozdiel medzi žiadanými a skutočnými otáčkami
s narastajúcim
parametrom zmenšuje.
Grafy s vypnutým bezsenzorovým regulátorom Sensorless Vector
Frekvencia [Hz]
1520
45
1320
40
1120
35
30
920
25
720
20
520
15
320
10
120
-80
Hz
ot/min
Otacky [ot/min]
5
0
2000
Z2
4000
6000
8000
0
10000
cas[ms]
Graf. 4. 4: Graf pri vypnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 2 Hz
Frekvencia [Hz]
45
1320
40
1120
35
30
920
25
720
20
520
15
320
10
120
-80
Hz
ot/min
Otacky [ot/min]
1520
5
0
2000
Z2
6000
4000
8000
0
10000
cas[ms]
Graf. 4. 5: Graf pri vypnutom Sensorless Vector parametri Slip Hertz at FLA: 10 Hz
Pri vypnutom regulátore je nábehová hrana otáčok lineárna a rozdiel medzi
žiadanými a skutočnými otáčkami je menši ako pri zapnutom regulátore. Dôvodom
je, že menič pracuje podľa
skalárneho napäťového vzorca 4.13.
36
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Grafy s reguláciou realizovanou pomocou inkrementálneho snímača a PLC
Pri tejto regulácii je vypnutý bezsnímačový regulátor Sensorless Vector v meniči.
Otacky [ot/min]
Frekvencia [Hz]
1600
60
1400
50
1200
40
800
30
600
400
20
200
0
10000
-200
Hz
ot/min
1000
10
12000
14000
16000
18000
Z2 20000
22000
24000
0
cas[ms]
Graf. 4. 6: Regulácia pomocou inkrementálneho snímača a PLC na žiadané otáčky
1480 ot/min
Frekvencia [Hz]
70
1220
1020
820
620
420
50
220
20
-180
14000
60
40
Hz
ot/min
Otacky [ot/min]
1820
1620
1420
30
20
10
15000
16000
17000
18000
19000
Z2
20000
21000
220000
cas[ms]
Graf. 4. 7: Regulácia pomocou inkrementálneho snímača a PLC na žiadané otáčky
1700 ot/min
Reguláciou pomocou inkrementálneho snímača a PLC sa podarilo zregulovať
skutočné otáčky na žiadané. Nevýhodou tejto regulácie je, že meníme frekvenciu
v meniči. Pričom s nárastom frekvencie nad nominálnu frekvenciu motora dochádza
k odbudzovaniu motora a k poklesu momentu, čo môže mať pri väčších záťažiach
opačný efekt. Pričom by nedochádzalo k doregulovaniu otáčok na žiadané otáčky ale
ešte
k väčšiemu
poklesu.
.
37
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
5 ZÁVER
Úlohou tejto práce bolo
- zostrojiť funkčný model, pozostávajúci s motora a riadenej záťaže, na ktorom
sa realizovalo riadenie motora v motorickom režime pomocou PLC CompacLogix
L23 QBFC1B a priemyselného terminálu PanelView Plus 600.
- sledovať reakciu motora na zmenu záťaže na modeli a merať parametre
HSC modulom v PLC a zobrazovať pomocou DDE komunikáciou v Exceli. Pričom
meraním
sa zistilo že bezsnímačový regulátor Sensorless Vector v zariadení
PowerFlex40E je vhodné použiť na reguláciu otáčok malých zaťaží avšak v prípade
väčších záťaži je regulácia nepostačujúca a na reguláciu je vhodnejšie použiť PLC s
inkrementálny snímačom .
-vytvorenie servomotora z Asynchrónneho motora.
Vytvorenie servomotora bolo problematické z dôvodu zlého vyváženie alternátora
(záťaže), ktorý spôsoboval, že rotor nebolo možné ustáliť na žiadanej polohe, pričom
dochádzalo k nepredvídateľným zmenám uhlovej rýchlosti. K riešeniu tohto problému
prispel regulátor uhlovej rýchlosti .
38
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, KME
Diplomová práca
Zoznam použitej literatúry
Asynchronní motor. Dostupné online:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Asynchronní_motor, 2010
CompactLogix, Dostupné online:
internet: http://www.controltech.cz/products/compactlogix.php?pid=2, 2010
CompactLogix, Dostupné online:
internet: http://www.controltech.cz/products/compactlogix.php?pid=2, 2010
Connecting Excel to ControlLogix, Dostupné online:
http://www.plcdev.com/connecting_controllogix_excel, 2010
DriveExplorer™. Dostupné online:
http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/pp/9306pp001_-en-p.pdf, 2010
HRABOVCOVÁ, V., RAFAJDUS, P. a kol. 2009. Meranie a modelovanie
elektrických strojov, Žilina, Žilinská univerzita, ISBN 978-80-8070-924-2, 335 s.
KOCMAN, S.
Asynchronní stroje. Katedra obecné elektrotechniky FEI VŠB-TU
Ostrava, 2002. 27s.
KŮS, V. Elektrické pohony a výkonová elektronika. Fakulta elektrotechnická
Plzeň, 2005. 180s
PanelViewPlus, Dostupné online:
http://www.controltech.cz/products/panelview_plus.php?pid=2, 2010
Powerflex40. Dostupné online:
http://www.controltech.cz/data/powerflex40.pdf, 2010
ZBORAY, L. - F.ĎUROVSKÝ - J. TOMKO Regulované pohony . Košice : Vienala,
2000. 385 s. ISBN 80-88922-13-5
ČESTNÉ VYHLÁSENIE
Vyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval
samostatne, pod
odborným vedením vedúceho diplomovej práce prof. Ing. Fedor Kállay, PhD a
používal len literatúru uvedenú v práci.
Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.
V Žiline dňa 14. 5. 2010
____________________
podpis
Prílohová časť
Zoznam príloh
Príloha A: Fyzická realizácia práce ...........................................................................1
Príloha B: Obrazovky režimov riadenia .....................................................................2
Príloha A: Realizácia fyzikálneho modelu sústavy
Obr. 1p Obrázok zapojenej sústavy
Obr. 2p: Obrázok realizačnej časti (v ľavo záťaž (alternátor),v pravo motor)
Parametre motora: Nominálne napätie
Un = 380Y/220Δ [V]
Nominálny prúd
In = 3 [A]
Otáčky motora
n
Počet poľových dvojíc
p =2
Nominálna frekvencia
fn = 50 [Hz]
= 1400 [ot/min]
1
Príloha B: Obrazovky režimov riadenia
Vytvorené obrazovky pre priemyselný terminál
Obr. 3p: Motorový režim (v ľavo radenie otáčok pomocou skrolu, v pravo riadenie
pomocou pevných frekvencii)
Obr. 4p: Obrazovka pre nastavenie parametrov motorického režimu
Obr. 5p:Obrazovka servo riadení ( v ľavo skutočná poloha sa rovná žiadanej polohe,
v pravo skutočná poloha miery k žiadanej polohe)
Riadenie motorového režimu v MS Excel pomocou DDE komunikácie
Obr. 6p: Riadenie motorového režimu v MS Excel pomocou DDE komunikácie
2
Meranie pomocou DDE komunikácie v MS Excel
Obr. 7p: Meranie otáčok pri zapnutí jednotlivých záťaži pomocou DDE komunikácie
v MS Excel
3
Download

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE