Đồ án HCMUTE: Giám sát và điều khiển vị trí qua mạng Ethernet

Đồ án nghiên cứu hcmute điều khiển giám sát vị trí qua mạng ethernet, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Nguyễn Bá Vương Quan
• Người hướng dẫn: TS. Trương Đình Nhơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Giám sát vị trí qua mạng Ethernet
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.5. BỐ CỤC ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
• 2.1. PHẦN CỨNG SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
• 2.2. PHẦN MỀM SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
• 2.3. MẠNG ETHERNET CÔNG NGHIỆP
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG
• 3.2. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG
• 3.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
• 3.4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ
• 3.4.1. Đề xuất phương pháp
• 3.4.2. Đánh giá độ chính xác, ảnh hưởng của lực quán tính
• 3.4.3. Chương trình điều khiển PLC Micro850
• 3.4.4. Thiết kế giao diện làm việc HMI PanelView 800
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
• 4.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.2. HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
• 4.2.1. Hệ thống hoạt động ở cấp tốc độ 10Hz
• 4.2.2. Hệ thống hoạt động lần lượt ở cấp tốc độ 30, 50, 70 Hz
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.2. Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống
• 5.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Đồ án 'Giám sát vị trí qua mạng Ethernet trong đồ án HCMUTE' được thực hiện nhằm nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển giám sát vị trí sử dụng công nghệ mạng Ethernet. Hệ thống này sử dụng các thiết bị điều khiển tự động hóa hiện đại như PLC Micro850, biến tần PowerFlex 525 và màn hình HMI PanelView 800. Mục tiêu chính là tạo ra một hệ thống có khả năng giám sát và điều khiển vị trí một cách chính xác và hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ cảm biến và Internet of Things (IoT) trong hệ thống giúp nâng cao tính năng và khả năng tương tác giữa các thiết bị. Hệ thống này không chỉ phục vụ cho việc giám sát vị trí trong nhà mà còn có thể mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như quản lý tài sản, an ninh, và giám sát môi trường.

II. Cơ sở lý thuyết

Hệ thống giám sát vị trí qua mạng Ethernet dựa trên nguyên lý hoạt động của Real-Time Location Systems (RTLS). RTLS cho phép xác định vị trí của các đối tượng trong thời gian thực thông qua việc sử dụng các thiết bị cảm biến và mạng truyền thông. Trong đồ án này, việc sử dụng mạng Ethernet giúp tăng cường khả năng truyền tải dữ liệu với tốc độ cao và độ chính xác lớn. Các thiết bị như PLC Micro850 và biến tần PowerFlex 525 được kết nối qua mạng Ethernet/IP, cho phép điều khiển và giám sát từ xa. Hệ thống cũng sử dụng các thuật toán điều khiển để đảm bảo độ chính xác trong việc xác định vị trí, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống này không chỉ mang lại lợi ích cho ngành công nghiệp mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong công nghệ tự động hóa.

III. Thiết kế hệ thống

Hệ thống giám sát vị trí được thiết kế với các thành phần chính bao gồm PLC Micro850, biến tần PowerFlex 525 và màn hình HMI PanelView 800. Các thiết bị này được kết nối với nhau qua mạng Ethernet, cho phép truyền tải dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả. Thiết kế hệ thống bao gồm việc xây dựng sơ đồ khối, xác định các yêu cầu kỹ thuật và lập trình các thuật toán điều khiển. Hệ thống cũng được trang bị các cảm biến để thu thập dữ liệu về vị trí và trạng thái hoạt động. Việc sử dụng công nghệ cảm biến giúp hệ thống có khả năng phản hồi nhanh chóng và chính xác với các thay đổi trong môi trường. Điều này không chỉ nâng cao tính năng của hệ thống mà còn đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành.

IV. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống giám sát vị trí qua mạng Ethernet hoạt động ổn định và chính xác. Các thử nghiệm được thực hiện với nhiều cấp tốc độ khác nhau cho thấy hệ thống có khả năng điều khiển và giám sát vị trí một cách hiệu quả. Hệ thống đã chứng minh được tính khả thi trong việc ứng dụng công nghệ IoT và công nghệ cảm biến vào thực tiễn. Các dữ liệu thu thập được từ hệ thống cho phép người dùng theo dõi và quản lý tài sản một cách dễ dàng. Hệ thống cũng có khả năng mở rộng để đáp ứng nhu cầu trong tương lai, từ đó tạo ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như quản lý tài sản, an ninh, và giám sát môi trường.

V. Kết luận và hướng phát triển

Đồ án 'Giám sát vị trí qua mạng Ethernet trong đồ án HCMUTE' đã đạt được những kết quả khả quan trong việc nghiên cứu và phát triển hệ thống giám sát vị trí. Hệ thống không chỉ đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong thực tiễn. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc tích hợp thêm các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và machine learning để nâng cao khả năng phân tích và dự đoán trong hệ thống. Việc mở rộng ứng dụng của hệ thống vào các lĩnh vực khác nhau sẽ giúp nâng cao giá trị thực tiễn và khả năng cạnh tranh trong ngành công nghiệp tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 giới thiệu về nội dung cần trình bày trong cuốn đồ án tốt nghiệp. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết liên quan đến vấn đề cần nghiên cứu, triển khai hệ thống có thể hoạt động được. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG Chương 3 áp dụng kiến thức, lý thuyết từ chương 2 để xây dựng, thiết kế hệ thống hoạt động. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Chương 4 nêu kết quả đạt được sau quá trình thực hiện đề tài và nhận xét kết quả.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương 5 đưa ra kết luận sau quá trình nghiên cứu và đề xuất một số hướng phát triển của đề tài. 3 do an CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2.1 PHẦN CỨNG SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan PLC Allen-Bradley Micro850 Micro850 là dòng cao nhất trong series Micro800 (bao gồm Micro 810, 830, 850), tích hợp sẵn cổng giao tiếp Ethernet/IP, USB, RS232/RS485, khả năng hỗ trợ plug-in và module mở rộng, chuyên dùng cho các hệ thống điều khiển có số lượng IO tương đối.1: PLC AllenBradley Micro850 (2080-LC50-48QWB) PLC AllenBradley Micro850 (2080-LC50-48QWB) được trang bị tất cả các tính năng của dòng sản phẩm PLC Allen-Bradley Micro800, với thiết kế nhỏ gọn, đẹp, chắc chắn và những ưu điểm nổi bật như độ bền cao, độ ổn định lớn, 4 do an giá thành rẻ, được cung cấp phần mềm lập trình miễn phí với Connected Component Workbench. Thông số kỹ thuật: - Nguồn cung cấp: 24V DC. + Input: 24V DC/V AC.

+ Trong trường hợp cần thiết có thể mở rộng lên tới 132 I/O thông qua 4 mô-đun mở rộng, có thể hỗ trơ ̣ kế t nố i thêm 5 mô-đun Plug- in. - Đọc xung tốc độ cao: 6 HSC đế m xung 100kHz. - Cổng Giao tiếp: USB loại B, RS232/RS485, RJ-45 EtherNet/IP. - Phần mềm lập trình: Connected Components Workbench.

- Nhiệt độ hoạt động: -20. - Kích thước: 90 x 238 x 80 mm. Những tính năng vượt trội cùng với khả năng truyền thông, nối mạng đã đưa Micro 850 lên vị trí hàng đầu trong dòng Micro 800, có thể đáp ứng tốt các đòi hỏi khắt khe nhất đối với các ứng dụng điều khiển dây chuyền sản xuất, xử lý nước thải, các ứng dụng hệ thống xử lý môi trường, điều khiển các máy dệt và trong nhiều ứng dụng dây chuyền tự động khác nhau.2 Tính năng phần cứng Micro850 Hình 2.2: Sơ đồ phần cứng Micro850 Mô tả điều khiển Bảng 2.1: Mô tả điều khiển PLC Micro850 Mô tả Mô tả 1 Khối chỉ trạng thái 9 Nắp khe cắm mở rộng I/O 2 Khe cắm khối nguồn 10 Chốt gắn 3 Chốt gắn Plug-in 11 Công tắc chọn chế độ 4 Lỗ vít Plug-in 12 Cổng kết nối USB loại B 5 Cổng kết nối Plug-in đọc xung 13 Cổng kết nối RS232/RS485 tốc độ cao 6 Khối I/O có thể tháo rời 14 Cổng kết nối RJ-45 Ethernet/IP (có LED màu vàng và xanh lá cây) 7 Phần bìa bên phải 15 Bộ nguồn cấp điện 8 Lỗ gắn vít 6 do an Mô tả trạng thái Bảng 2.2: Mô tả điều trạng thái PLC Micro850 Mô tả Mô tả 16 Trạng thái ngõ vào (Inputs) 21 Đèn báo sự cố 17 Trạng thái module 22 Tình trạng force 18 Trạng thái mạng 23 Trạng thái truyền thông 19 Trạng thái nguồn 24 Trạng thái ngõ ra (Outputs) 20 Đèn trạng thái - Run 2.2 Biến tần PowerFlex 525 2.1 Tổng quan biến tần PowerFlex 525 Biến tần Powerflex 525 là một series nằm trong dòng biến tần 520 của Rockwell, đây là dòng biến tần Component thế hệ mới của Allen-Bradley. Dòng biến tần Powerflex 520 ra đời nhằm đáp ứng nền tảng Logix của Rockwell trong những ứng dụng phổ thông đòi hỏi dùng biến tần.

- Dòng điện ngắn mạch: 100KA.3 : Biến tần Powerflex 525 (Series A) Thông số kỹ thuật biến tần Powerflex 525 (25B-A4B8N104 Series A): - Công suất: 0. 7 do an - Input: 1 Phase, 200-240VAC, 47-63 Hz. - Output: 3 Phase, 0-600 Hz. - Dòng điện ngắn mạch: 100KA.

- Tích hợp sẵn cổng giao tiếp Ethernet/IP. - Dải nhiệt độ hoạt động: -20 … 70 °C với quạt tản nhiệt.2 Tính năng phần cứng PowerFlex 525 Vị trí đấu nối dây động lực cho Powerflex 525 Hình 2.4: Vị trí đấu nối dây động lực cho Powerflex 525 Bảng 2.3: Nối dây động lực cho Powerflex 525 Kết nối Miêu tả R/L1, S/L2 Ngõ vào kết nối cấp điện áp 1 pha R/L1, S/L2, T/L3 Vị trí kết nối nguồn 3-pha U/T1, V/T2, W/T3 Vị trí kết nối đến động cơ DC+, DC- Vị trí kết nối DC Bus BR+, BR- Vị trí kết nối điện trở xả Vị trí nối đất 8 do an Vị trí đấu nối tín hiệu điều khiển cho Powerflex 525 Hình 2.5: Vị trí đấu nối tín hiệu điều khiển cho Powerflex 525 Bảng 2.4: Tín hiệu điều khiển cho Powerflex 525 Thông số Số Tín hiệu Mặc định Miêu tả cấu hình Tiếp điểm thường mở cho R1 Relay 1 N.O Lỗi ngõ ra relay t076 Chân chung cho ngõ ra R2 Relay 1 common relay1 9 do an Động Chân chung cho ngõ ra R5 Relay 2 common cơ chạy relay2 Tiếp điểm thường đóng cho R6 Relay 2 N.C t081 ngõ ra relay Tín hiệu dừng tự do ở tất cả 01 Stop Dừng tự do P045 các chế độ điều khiển Digln TermBlk Tín hiệu khởi động động P045, p046 02 02/Start/Run Chạy thuận cơ/chạy thuận (chế độ 2-dây) P048, p050, FWD / hoặc tín hiệu Input A544, t062 Tín hiệu chọn chiều động cơ Digln TermBlk Chạy (chế độ 3-dây) / chạy thuận 03 03/Start/Run T063 nghịch (chế độ 2-dây) / hoặc tín hiệu FWD Input Digital Chân chung cho các I/O số 04 common (0VDV) Digln TermBlk Tần số cài 05 Tín hiệu Input T065 05 đặt Thiết lập qua thông số Digln TermBlk Tần số cài 06 t066[digln termblk 06]. Dòng T066 05 đặt tiêu thụ là 6mA Digln TermBlk Tín hiệu 07 T067 07 khởi động 2 Digln TermBlk 08 Jog thuận T068 08 C1 C1 -- Được gắn với cổng RJ-45 C2 C2 -- Chân tín hiệu chung Ngõ vào an toàn 1. Dòng S1 Safety 1 -- tiêu thụ là 6mA Ngõ vào an toàn 2.

Dòng S2 Safety 2 tiêu thụ là 6mA 10 do an Nguồn 24V từ biến tần cho S+ Safety +24V -- mạch an toàn (chân 1) Tham chiếu đến chân chung tín hiệu số. Cấp nguồn cho 11 +24V DC -- các ngõ vào số. Dòng tối đa ngõ ra là 100mA Tham chiếu đến chân chung tín hiệu tương tự. Dòng điện ngõ ra lớn nhất là 15mA P047, P049, t062, t063, 13 +-10V in Not Active t065, t066, t093, A459, A471 Analog Chân chung tín hiệu tương 14 -- common tự P047, P049, Ngõ vào 4-20mA.

Trở t062, t063, 15 4-20mA Not Active kháng nội 250Ω t065, t066, A459, A471 Các đầu ra tương tự mặc định là 0-10V. Để đổi thành 16 Analog output 0.10VDC ngõ ra analog 4-20mA, thay t088, t089 đổi vị trí Jumper và thiết lập qua thông số t088 11 do an Màn hình hiển thị và các nhóm thông số Hình 2.6: Màn hình hiển thị của Powerflex 525 Bảng 2.5: Các nhóm thông số cài đặt trong Powerflex 525 Danh sách Miêu tả các nhóm thông số Các hiển thị cơ bản (Basic) b Hiển thị các trạng thái của biến tần. P Cấu hình (programming) cơ bản. t Cấu hình các terminal I/O trên mô-đun điều khiển.

C Cấu hình truyền thông (communication) của biến tần. Logic L Lập trình hoạt động biến tần. d Hiển thị nâng cao (Display). A Cấu hình nâng cao (Advanced).

N Cấu hình mạng (Network) khi sử dụng các card mạng mở rộng. M Các thay đổi (Modified) so với cài đặt mặc định. f Lỗi (Fault) và chẩn đoán. Chức năng của một số nhóm thông số tùy chỉnh cho từng ứng G dụng.

12 do an Trạng thái Powerflex 525 qua màn hình hiển thị LCD Bảng 2.6: Trạng thái Powerflex 525 trên LCD Tín hiệu trên Trạng thái Mô tả LCD hiển thị Off Không có kết nối Ethernet. Biến tần đã kết nối và đang được điều Steady ENET khiển thông qua Ethernet. Biến tần đã kết nối nhưng không điều khiển Flashing qua Ethernet. Off Không có kết nối đến mạng truyền thông.

Đã kết nối vào mạng nhưng chưa trao đổi Steady LINK dữ liệu. Đã kết nối vào mạng và đang trao đổi dữ Flashing liệu. Trạng thái Powerflex 525 qua đèn báo Bảng 2.7: Trạng thái Powerflex 525 trên đèn báo Đèn báo Trạng thái Mô tả FAULT Flashing RED Chỉ ra biến tần đang bị lỗi Nút nhấn và các thao tác trên nút nhấn Bảng 2.8: Nút nhấn và thao tác trên nút nhấn Nút nhấn Tên Mô tả Di chuyển giữa các thông số hoặc nhóm Lên/Xuống thông số. Trở về 1 bước trong menu cài đặt.

Thoát Hủy bỏ thay đổi giá trị của 1 thông số và thoát khỏi chế độ cài đặt. 13 do an Tiến thêm một bước trong menu cài Select đặt. Chọn một chữ số khi xem giá trị tham số. Tiến thêm một bước trong thiết lập Enter menu.

Lưu thay đổi giá trị của 1 thông số. Được cài đặt bởi các thông số P046, P048 và Đổi chiều P050 [Nguồn khởi động x] và A544 [Tắt tính quay năng chạy ngược]. Được sử dụng để khởi động biến tần. Khởi động Được cài đặt bởi các thông số P046, P048 và P050 [Start source x].

Được sử dụng để dừng biến tần hoặc để xóa Dừng lỗi. Được cài đặt bởi tham số P045 [Stop Mode]. Được sử dụng để thay đổi tốc độ của biến Biến trở tần. Được cài đặt bởi các thông số P047, P049 và P051 [Tốc độ tham khảo].

Ví dụ về cách thao tác và cấu hình cho một thông số: Bảng 2.9: Ví dụ về cách thao tác và cấu hình cho một thông số Hiển thị từ màn Bước Nút nhấn hình LCD 1. Nhấn Esc để hiện thị nhóm thông số cơ bản. Thông số đang lựa chọn sẽ nhấp nháy. Nhấn Esc đển lựa chọn nhóm thông số.

Nhóm thông số được lựa chọn sẽ nhấp nháy. Nhấn nút Lên/Xuống để thay đổi nhóm thông số (b, P, t, C, L…). Nhấn Enter hoặc Sel để chọn nhóm. Thông số của nhóm được chọn sẽ nhấp nháy.

Nhấn nút Lên/Xuống để thay đổi thông số. Nhấn Enter để xem giá trị của thông số hoặc nhấn Esc để trở về trạng thái trước đó. Nhấn Enter hoặc Sel để thay đổi giá trị thông số. Giá trị này sẽ nhấp nháy.

Nhấn nút Lên/Xuống để thay đổi giá trị. Nhấn Sel để di chuyển đến các vị trí của giá trị. Nhấn Esc để hủy thay đổi hoặc thoát khỏi chế độ cài đặt. Nhấn Enter để lưu thay đổi.

Giá trị sẽ ngừng nhấp nháy. Nhấn Esc để trở về danh sách thông số. Nhấn tiếp Esc để thoát khỏi chế độ cài đặt. Các thông số cấu hình cho biến tần Powerflex 525 Bảng 2.10: Các thông số cấu hình cho biến tần Powerflex 525 Thông số Miêu tả Giá trị P030[Language] Tùy chọn ngôn ngữ.