Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỒ ÁN: ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN ĐỀ TÀI 03: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA TRONG HỆ THỐNG BĂNG TẢI Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC.
ĐỒ ÁN: ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN ĐỀ TÀI 03: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB PHA TRONG HỆ THỐNG BĂNG TẢI LỜI MỞ ĐẦU Hiện cơng nghiệp đại hố đất nước, u cầu ứng dụng tự động hoá ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Để thực cơng việc cách khoa học nhằm đạt đƣợc số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi kinh tế Các Cơng ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng cơng nghệ lập trình PLC sử dụng loại phần mềm tự động Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Qua tập đồ án mơn học em xin giới thiệu lập trình PLC ứng dụng vào điều khiển động không đồng pha hệ thống băng tải Đồ án “thiết kế hệ truyền động điều khiển động không đồng pha hệ thống băng tải ” gồm nội dung sau: Chương 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ KĐB PHA Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG Chương 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ LẬP TRÌNH TRÊN PLC S7-200 Em xin khẳng định tất số liệu kết thu thân trực dõi, thu thập cách khách quan, trung thực Trong q trình thực chương trình cịn gặp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo cho vấn đề hạn hẹp Dù cố gắng khả năng, thời gian có hạn cộng với kinh nghiệm chưa nhiều nên tránh khỏi sai sót định, mong đóng góp ý kiến bổ sung thầy giáo để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ KĐB PHA: Giới thiệu hệ truyền động điện ……………… 1.1 Cấu trúc hệ truyền động điện …………………5 1.2 Phân loại hệ truyền động điện ……………… 1.3 Động chiều kích từ độc lập …………… 1.4 Các trạng thái hãm động ….………….7 1.5 Đảo chiều động ………… 1.6 Khởi động, động chiều kích từ độc lập ……… Giới thiệu động không đồng pha ……….10 2.1 Giới thiệu chung ……… 10 2.2 Cấu tạo …………10 2.3 Phần tĩnh ………… 11 2.4 Phần quay ………… 13 2.5 Khe hở …………14 2.6 Nguyên lý làm việc động ………….15 2.7 Các phương pháp khởi động, động KĐB pha …………16 Giới thiệu hệ thống băng tải ……….17 3.1 Khái niệm …………17 3.2 Cấu tạo băng tải ………… 21 3.3 Các loại băng tải ứng dụng …… 18 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG: Tổng quan PLC 1.1 Giới thiệu chung PLC 1.2 Phân loại PLC 1.3 Cấu trúc PLC 1.4 Hoạt động PLC Giới thiệu thiết bị hệ thống 2.1 Giới thiệu PLC S7-200 2.1.1 Phần cứng PLC S7-200 2.1.2 Khả PLC S7-200 2.1.3 Ưu điểm PLC S7-200 2.1.4 Thành phần PLC S7-200 2.1.5 Chức ứng dụng PLC S7-200 2.1.6 Khả kết nối PLC S7-200 2.2 Biến tần VFD C200 2.3 Encoder ES3-10CG6541 2.4 Đồng hồ đo MFM 383A CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: 22 22 23 30 31 32 32 33 34 .35 .35 .36 37 38 .42 .44 ………………………….45 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ KĐB PHA Giới thiệu về hệ truyền động điện *Khái niệm: -Truyền động điện dây chuyền sản xuất mà dung lượng điện gọi hệ truyền động điện -Hệ thống truyền động điện tập hợp tất thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu chấp hành máy sản xuất đồng thời điều khiển dịng lượng theo u cầu cơng nghệ máy sản xuất 1.1 Cấu trúc của hệ truyền động điện gồm phần chính - Phần lực biến đổi động truyền lực , biến đổi thường biến đổi máy điện (máy phát chiều, xoay chiều) biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hòa) biến đổi điện từ (biến tần), động có loại đông chiều, xoay chiều, đồng không đồng bộ…) - Phần điều khiển gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số công nghệ, ngồi cịn thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ công nghệ cho người vận hành Đồng thời số hệ truyền động điện có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác dây truyền sản xuất 1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện *Phân loại theo đặc điển động điện: - Động điện chiều - Động điện không đồng - Động điện đồng *Phân loại theo tính điều chỉnh -Truyền động khơng điều chỉnh -Truyền động có điều chỉnh *Phân loại theo thiết bị biến đổi -Hệ máy phát - động -Hệ chỉnh lưu - động 1.3 Động một chiều kích từ độc lập * Phương trình đặc tính động chiều kích từ độc lập -Khi động làm việc, roto mang cuộn dây phần ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng xuất sức động điện cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động -Suất điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay roto: -Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng có dòng điện, roto quay tác dụng moomen quay: -Từ phương trình ta tìm mối quan hệ -Từ phương trình ta rút Iư thay vào phương trình đặc tính ta có mối quan hệ: Hình 1.1: Đặc tính động chiều kích từ độc lập 1.4 Các trạng thái hãm của động *Hãm tái sinh: hãm tốc độ quay động lớn tốc độ không tải lý tưởng Khi hãm tái sinh sức điện động động lớn điện áp nguồn lúc động làm việc máy phát song song với lưới trả lượng nguồn, lúc dòng hãm momem hãm đổi chiều so với chế độ động Hình 1.2: Hãm tái sinh có động lực quay động *Hãm ngược: momem hãm động ngược chiều với tốc độ quay Hình 1.3: Hãm ngược động *Hãm động năng: động làm việc với lưới điện, thực cắt phần ứng động khỏi lưới điện đóng vào điện trở hãm, động tích lũy động nên động vẫn quay, làm việc máy phát biến thành nhiệt điện trở hãm điện phần ứng Hình 1.4: Hãm động động 1.5 Đảo Chiều Động Muốn đảo chiều động ta phải đổi chiều điện áp phần ứng đảo chiều từ thơng kích từ động cơ, đảo chiều điện áp phần ứng * đổi chiều, ∆ khơng đảo chiều động quay ngược chiều Hình 1.5: Đảo chiều động không đồng pha 1.6 Khởi động động một chiều kích từ độc lập -Nếu khởi động động chiều kích từ độc lập cách đóng trực tiếp tốc độ ban đầu dòng khởi động ban đầu lớn -Như đốt nóng động gây sụt áp điện lưới, làm chuyển mạch khó khan, momen mở máy lớn sẽ tạo xung động lực làm cho động không tốt mặt học, trường hợp xấu ta mở máy, đảo chiều hay hãm động -Muốn người ta thường đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng bắt đầu khởi động sau loại dần cấp điện trở để đưa động lên tốc độ định mức -Trong trình mở máy tốc độ động tăng dần, sức điện động động cũng tăng dẫn dòng điện giảm dần -Khi bắt đầu cấp điện cho động với toàn điện trở khởi động, momen ban đầu động sẽ có giá trị , momen lớn momen cản tĩnh động bắt đầu tăng tốc, tốc độ tăng lên momen giảm xuống theo đường cong ab, q trình momen động giảm dần nên hiệu gia tốc cũng giảm theo, đến với mức độ ứng với điểm b tiếp điểm 1G đóng lại cấp điện trở bị loại, sau động lại tăng tốc, động lại làm việc ứng với điểm c tiếp điểm 2G đóng lại loại cấp điện trở thứ tiếp tục đạt đến tốc độ định mức lúc loại hết cấp điện trở Giới thiệu về đợng khơng đờng bợ pha Hình 1.6: Động không đồng pha 2.1 Khái niệm chung: -Động không đồng pha máy điện xoay chiều ,làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ rotor khác với tốc độ từ trường quay máy -Động không đồng pha dùng nhiều sản xuất sinh hoạt chế tạo đơn giản , giá rẻ , độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao , gần khơng cần bảo trì, dải cơng suất rộng từ vài Watt đến 10.000hp Các động từ 5hp trở lên hấu hết pha động nhỏ 1hp thường pha 2.2 Cấu tạo Giống loại máy điện quay khác ,động khơng đồng ba pha gồm có phận sau : - Phần tĩnh hay gọi stato - Phần quay hay gọi roto Hình 1.7: Cấu tạo động khơng đồng pha 2.3 Phần Tĩnh Trên stator có võ , lõi thép dây quấn -Vỏ máy: có tác dụng cố định lõi thép dây quấn Thường võ máy làm gang Đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn ( 1000 kw ) thường dùng thép hàn lại làm vỏ máy ,tùy theo cách làm nguội ,máy dạng vỏ máy cũng khác -Lõi thép: lõi thép phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi thép từ trường quay nên để giảm bớt tổn hao , lõi thép làm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đường kính ngồi lõi thép nhỏ 990mm dùng thép trịn ép lại Khi đường kính ngồi lớn trị số phải dùng thép hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn Mỗi lõi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm hao tổn dịng điện xốy gây nên, lõi thép ngắn ghép thành khối lõi thép dài ghép thành ngắn thép dài từ đến cm đặt cách 1cm để thơng gió cho tốt, mặt thép sẽ có rãnh để đặt dây quấn 10 - PLC S7-200 thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình - Thiết kế dựa tính chất PLC S7-200 bổ sung tính - Kết cấu theo kiểu module xếp rack - Ứng dụng: Ứng dụng sản xuất dân dụng như: + Điều khiển robot công nghiệp + Hệ thống xử lý nước + Điều khiển cẩu trục + Điều khiển dây chuyền băng tải + Máy chế tạo công cụ + Máy dệt may v.v 2.2 Phần cứng của PLC S7-200: PLC S7-200 thiết kế theo kiểu module Các module sử dụng cho nhiều ứng dụng khác Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module r ất thuận tiện cho việc thiết kế hệ thống gọn nhẹ dễ dàng cho vi ệc m rộng hệ thống Số module sử dụng nhiều hay tuỳ theo t ừng ứng dụng, song tối thiểu có module module CPU Các module cịn lại module truyền nh ận tín hiệu v ới đ ối t ượng ều khiển bên ngoài, module chức chuyên dụng… Chúng đ ược gọi chung module mở rộng Các module mở rộng gồm có: - Module nguồn (PS) - Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM), gồm có: DI, DO, DI/DO, AI, AO, AI/AO - Module ghép nối (IM) - Module chức điều khiển riêng (FM) - Module phục vụ truyền thơng (CP) 33 Hình 5.4: Cấu trúc PLC S7-200 Hình 5.5: Số đầu vào PLC S7-200 CPU224 2.3 Khả của PLC S7-200: Hiện PLC sử dụng rộng rãi loại điều khiển: + Điều khiển chuyên gia, giám sát: Thay cho điều khiển rowle, thời gian đếm, thay có panel điều khiển mạch in, điều khiển tự động, bán tự động máy, trình + Điều khiển dãy: Các phép tốn số học, cung cấp thơng tin, điều khiển liên tục, điều khiển PID, điều khiển động chấp hành, động bước, van điện từ,… + Điều khiển mềm dẻo: 34 Điều khiển trình báo động, phát lỗi báo động, ghép nối với máy tính máy in Các ghép nối logic cần thiết q trình điều khiển xủ lí phầm mềm người lập nên cài vào nên giải tốn tự động hóa cách dễ dàng, khác chung điêu khiển chỉ thay đổi chương trình khác 2.4 Ưu điểm của PLC S7-200: -Thời gian lắp đặt cơng trình ngắn, dễ dàng thay đổi không tốn kém tài chính… -Ứng dụng điều khiển phạm vi rộng, dễ bảo trì, dễ dàng xử lý cố,thích ứng mơi trường cơng nghiệp… -PLC làm việc độc lập kết nối với nhau, máy tính chủ tạo mạng truyền thông để điều khiển trình, người ta gọi SCADA 2.5 Các thành phần bản của PLC S7-200: - Đơn vị điều khiển trung tâm - Bộ nhớ chương trình - Module đầu vào đầu ra, phối ghép - Các chức phụ Mỗi module lắp thành đơn vị riêng có phích cắm nhiều chân để tháo lắp dễ dàng * Đơn vị điều khiển trung tâm CPU: -Đây điều khiển quản lý tất hoạt động bên PLC, việc trao đổi thông tin CPU nhớ khối vào/ra thông qua hệ thống BUS điều khiển CPU * Bộ nhớ chương trình: 35 - Chương trình điều khiển lưu trữ nhớ phận lưu giữ điện tử như: RAM, ROM,EPROM Chương trình tạo với trợ giúp thiết bị lập trình chuyên dùng chuyển vào nhớ chương trình PLC * Module đầu vào đầu ra: -Module đầu vào có cấu tạo module đầu ra, gửi thơng tin đầu vào đến phần tử máy làm việc nhiều module thích hợp với loạt phối ghép khác cung cấp * Module phối ghép: - Dùng để nối điều khiển khả lập trình PLC với thiết bị bên ngồi như: hình, thiết bị lập trình nối với panel mở rộng… Và module phụ * Các chức phụ: - Bộ nhớ trì cũng có chức rowle trì nghĩa bảo tồn tín hiệu điện nguồn điện trở lại bình thường nhớ trở lại tư cũ - Bộ thời gian PLC có chức tương tự rowle thời gian - Bộ đếm lập trình - Chức số học thực phép tốn: cộng, trừ, nhân, chia, so sánh 2.6 Chức và ứng dụng của PLC S7-200: - Thu thập tín hiệu phản hồi từ cảm biến - Liên kết ghép nối lại đóng mở phù hợp với chương trình - Tính tốn soạn thảo lệnh điều khiển sở so sánh thông tin thu - Phân phát lệnh đến địa chỉ thích hợp 36 2.7 Khả kết nới PLC S7-200: Hình 5.6: Khả kết nối PLC với thiết bị -PLC S7-200 có hay hai cổng thông tin sử dụng chuẩn RS-485 Các cổng làm việc chế độ PPI (Point to Point Interface), MPI (Mulipoint Interface) hay chế độ Free Port Ở chế độ PPI hay MPI cho phép S7-200 kết nối với máy lập trình để truyền/nạp chương trình hay sử dụng tiện ích khác Nó cũng cho phép PLC kết nối với để trao đổi liệu hay kết nối với hiển thị khác (TD200, OP3, OP7 ) - Một số S7-200 có tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng module mở rộng Nó cho phép S7-200 tham gia vào mạng Profibus Slave thông minh Ở chế độ Free port người dùng tự định nghĩa lập trình cổng thơng tin cho ứng dụng để kết nối S7-200 với vi điều khiển, máy tính hay thiết bị khác (bar code, printer ) Ta cũng dùng tiện ích có sẵn MicroWin để khai báo cho S7-200 thực giao thức USS để kết nối với biến tần SIEMENS hay giao thức ModBus 37 2.8 Giới thiệu về biến tần VFD C200 Hình 5.7: Biến tần VFD C200 * Khái niệm chung và đặc tính của biến tần Biến tần (Inverter) hay gọi biến đổi tần số (Variable Frequency Drive, VFD) thiết bị điều chỉnh tốc độ quay động điện xoay chiều thông qua việc thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động Vì mà biến tần cịn có tên gọi khác điều chỉnh tốc độ động (Variable Speed Drive, VSD) Ngoài ra, điện áp cấp cho động biến tần cũng thay đổi theo tần số nên biến tần đơi cịn gọi biến đổi điện áp tần số (Variable Voltage Variable Frequency Drive, VVVFD) 38 Hình 5.8: Sơ đồ minh họa hệ thống điều tốc động với biến tần * Đặc tính của biến tần - Là dòng biến tần điều khiển vector thơng minh tích hợp nhiều tính ưu việt: - Tích hợp lập trình PLC Delta với cơng suất 5.000 steps - Tích hợp hãm - Điều khiển cho motor đồng (PM) không đồng (IM) - Hỗ trợ giao thức truyền thơng MODBUS RS-485 CANopen (Slave) - Bàn phím đèn LED độ sáng cao cáp mở rộng Series VFD-E/M/B để tối đa hóa khoảng cách hoạt động - Hỗ trợ điều khiển vòng hở động nam châm vĩnh cửu (PMSensorless) - Hai xung đầu vào tốc độ cao MI7 MI8 tích hợp với tốc độ tối đa lên đến 33kHz - Hai xung đầu tốc độ cao DFM1 DFM2 với tốc độ tối đa lên đến 33kHz - Với công nghệ mạch in tiên tiến giúp chống nhiệt, chống bụi bẩn nhiều tính bảo vệ tồn diện khác - C200 Series frame A hỗ trợ cài đặt khung tường - Đặc biệt, VFD-C200 Series thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian *Thông số kỹ thuật * Điện áp đầu vào: 1pha/230V, 3pha/230V, 3pha/380V 39 * Công suất 0.4-7.5kW *Ứng dụng của biến tần công nghiệp sản xuất Biến tần delta VFD-C200 có ưu điểm nhỏ gọn,được sử dụng nhiều máy cơng nghiệp Hình 5.9: Ứng dụng biến tần VFD-C200 đóng gói thực phẩm Hình 6.0: Ứng dụng biến tần VFD-C200 cho máy in 40 Hình 6.1: Ứng dụng biến tần VFD-C200 cho máy dệt Hình 6.2: Ứng dụng biến tần VFD-C200 cho băng tải 41 2.9 Giới thiệu về Encoder ES3-10CG6541 Hình 6.3: Encoder ES3-10CG541 * Khái niệm về Encoder Encoder loại cảm biến vị trí, đưa thơng tin góc quay dạng số mà không cần ADC * Cấu tạo Encoder và thông số kỹ thuật *Cấu tạo Encoder: - Đĩa quay khoét lỗ gắn vào trục động - Một đèn led làm nguồn phát sáng mắt thu quang điện bố trí thẳng hàng - Mạch khuếch đại tín hiệu Hình 6.4: Cấu tạo 42 * Thông số kỹ thuật: - Loại: Encoder trục lồi - Đường kính ngồi: 37mm - Độ phân giải: 1000 P/R - Loại ngõ ra: Open Collector (Vành hở) - Tín hiệu ngõ ra: A, B, Z (Gated) - Đường kính trục: 6mm - Điện áp: 5VDC - Chiều dài dây: 1m - Tiêu chuẩn: IP40 & 700C 3.0: Đờng hờ đo MFM 383A Hình 6.5: Đồng hồ đo MFM 383A * Khái niệm: Đồng hồ tủ điện đa chức (multi function electronic meter): Volt, Ampe, cơng suất, cosphi, tần số, lượng SELEC, thích hợp gắn tủ điện, tiết kiệm không gian tủ, dễ dàng đọc trị số * Thông số kỹ tḥt và chức năng: -Kích thước 96x96mm (mặt ngồi 99x99mm, khoét lỗ 92x92mm) 43 -Đo điện áp pha -Đo dịng điện pha -Đo cơng suất tác dụng pha -Đo công suất phản kháng pha -Đo công suất biểu kiến pha -Đo điện -Đo hệ số công suất pha -Đo tần số -Hiển thị : LCD : hàng x số + số điện KWH -Sử dụng cho mạng pha dây, pha dây pha dây -Biến dòng chọn từ đến 5000/5A -Biến điện áp lập trình -Tiên hao lượng ngõ vào : Max 0.5VA / phase -Cấp xác : cấp -Nguồn nuôi : 90 đến 270VAC -Khả nhớ : 10 năm cho chỉ số điện 44 CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH PLC S7-200: 1.Khai báo địa chỉ: 2.Lập trình: 45 46 47