Xây dựng hệ truyền động điện xoay chiều biến tần PLC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Xây dựng hệ truyền động điện xoay chiều - biến tần PLC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI NÓI ĐẦU Như biết, nước ta q trình cơng nghiệp hố, đại hố Vì thế, tự động hố đóng vai trị quan trọng, tự động hoá giúp tăng suất, tăng độ xác tăng hiệu q trình sản xuất Để thực tự động hố sản xuất, bên cạnh thiết bị máy móc khí hay điện, dây chuyền sản xuất…v.v, cần có điều khiển để điều khiển chúng Trong thiết bị đại đưa vào dây chuyền sản xuất tự động khơng thể khơng kể đến biến tần PLC Bộ biến tần không điều khiển tốc độ động cách thay đổi tần số, khởi động mềm động mà cịn góp phần đáng kể để giảm lượng điện tiêu thụ sở sản xuất doanh nghiệp Vì biến tần có vai trị quan trọng đời sống hoạt động doanh nghiệp PLC thiết bị điều khiển đa ứng dụng rông rãi công nghiệp để điều khiển hệ thống theo chương trình viết người sử dụng Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC ứng dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác Nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, đơn giản ta cần thay đổi chương trình điều khiển Các đối tượng mà PLC điều chỉnh đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt… đến hệ thống phức tạp như: băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…v.v Xuất phát từ đặc điểm em chọn đề tài: “Xây dựng hệ truyền động điện xoay chiều - biến tần PLC” Nội dung đồ án gồm chương: - Chương Động không đồng phương pháp điều khiển tốc độ điều chỉnh tần số nguồn cấp - Chương Xây dựng hệ thống điều khiển tốc độ động không đồng dùng PLC - Chương Ứng dụng hệ truyền động điện đồng tốc cho máy cuộn dây đồng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CẤP 1.1 KHÁI NIỆM Máy điện không đồng loại máy điện quay, hoạt động nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay roto khác với tốc độ quay từ trường quay Máy điện không đồng kết cấu đơn giản, làm việc chắn sử dụng bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên sử dụng rộng rãi kinh tế quốc dân, loại công suất 100 kW Động điện không đồng rơto lồng sóc cấu tạo đơn giản động rơto lồng sóc (đúc nhơm) nên chiếm số lượng lớn loại động công suất nhỏ trung bình Nhược điểm động điều chỉnh tốc độ khó khăn dịng điện khởi động lớn thường 6-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đơng khơng đồng rơto lồng sóc nhiều tốc độ dùng rơto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên Động điện không đồng rơto dây quấn điều chỉnh tốc độ chừng mực định, tạo mơmen khởi động lớn mà dịng khởi động khơng lớn lắm, chế tạo có khó so với loại rơto lồng sóc, giá thành cao hơn, bảo quản khó 1.2 ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 1.2.1 Cấu tạo Động không đồng gồm phần phần quay (roto) phần tĩnh (stato), phần quay phần tĩnh khe hở khơng khí a) Cấu tạo stato Stato gồm phần bản: mạch từ mạch điện Mạch từ: mạch từ stato ghép thép kĩ thuật điện có chiều LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dầy khoảng 0,3 – 0,5 mm, đượ cách điện mặt để chống dịng Fucơ Lá thép stato có dạng hình van III Động khơng đồng cấu tạo chia làm hai loại: động khơng đồng ngắn mạch hay cịn gọi rơto lồng sóc động dây quấn Stato có hai loại Ở phần luận văn nghiên cứu động không đồng rôto lồng sóc Stato (phần tĩnh) Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép dây quấn -Vỏ máy Vỏ máy nơi cố định lõi sắt, dây quấn đồng thời nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Vỏ máy làm gang nhơm hay lõi thép Để chế tạo vỏ máy người ta đúc, hàn, rèn Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín vỏ kiểu bảo vệ Vỏ máy kiểu kín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm nhiều gân tản nhiệt bề mặt vỏ máy Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngồi nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp bề mặt ngồi lõi thép vỏ máy Hộp cực nơi để dấu điện từ lưới vào Đối với động kiểu kín hộp cực yêu cầu phải kín, thân hộp cực vỏ máy với nắp hộp cực phải có giăng cao su Trên vỏ máy cịn có bulon vòng để cẩu máy nâng hạ, vận chuyển bulon tiếp mát -Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường quay, nên để giảm tổn hao lõi sắt làm thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép lại Yêu cầu lõi sắt phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ chắn Mỗi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên (hạn chế dòng điện phuco) -Dây quấn Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt Dây quấn đóng vai trị quan trọng máy điện trực tiếp tham gia LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trình biến đổi lượng điện thành hay ngược lại, đồng thời mặt kinh tế giá thành dây quấn chiếm phần cao toàn giá thành máy b) Phần quay (Rôto) Rôto động không đồng gồm lõi sắt, dây quấn trục (đối với động dây quấn cịn có vành trượt) -Lõi sắt Lõi sắt rôto bao gồm thép kỹ thuật điện stator, điểm khác biệt không cần sơn cách điện thép tần số làm việc rơto thấp, vài Hz, nên tổn hao dòng phuco rôto thấp Lõi sắt ép trực tiếp lên trục máy lên giá rơto máy Phía ngồi lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn rơto -Dây quấn rơto Phân làm hai loại chính: loại rôto kiểu dây quấn va loại rôto kiểu lồng sóc Loại rơto kiểu dây quấn Rơto có dây quấn giống dây quấn stato Máy điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, bớt dây đầu nối, kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha rôto thường đấu hình Đặc điểm loại động kiểu dây quấn thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rơto để cải thiện tính mở máy ,điều chinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất máy Loại rơto kiểu lồng sóc Kết cấu loại dây quấn khác với dây quấn stato Trong rãnh lõi sắt rôto, đặt dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt nối tắt lại hai đầu hai vòng ngắn mạch đồng hay nhôm Nếu rôto đúc nhôm vành ngắn mạch cịn có cánh khốy gió Rơto đồng chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằm mục đích nâng cao mômen mở máy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Để cải thiện tính mở máy, máy có cơng suất lớn, người ta làm rãnh rơto sâu dùng lồng sóc kép Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rơto làm chéo góc so với tâm trục Dây quấn lồng sóc khơng cần cách điện với lõi sắt -Trục Trục máy điện mang rơto quay lịng stato, chi tiết quan trọng Trục máy điện tùy theo kích thước chế tạo từ thép Cacbon từ đến 45 Trên trục rôto có lõi thép, dây quấn, vành trượt quạt 1.2.2 Nguyên lý làm việc động không đồng Động khơng đồng ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) rơto (phần quay) Stato gồm có lõi thép có chứa dây quấn ba pha Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, dây quấn có dịng điện chạy, hệ thống dòng điện tao từ trường quay, quay với tốc độ: f 60 n 1 (1.1) p Trong đó: -f1: tần số nguồn điện -p: số đôi cực từ dây quấn Phần quay, nằm trục quay bao gồm lõi thép rôto Dây quấn rôto bao gồm số dẫn đặt rãnh mạch từ, hai đầu nối hai vành ngắn mạch Từ trường quay stato cảm ứng dây rơto sức điện động E, dây quấn stato kín mạch nên có dịng điện chaỵ Sự tác dụng tương hổ dẫn mang dòng điện với từ trường máy tạo lực điện từ Fđt tác dụng lên dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Tập hợp lực tác dụng lên dẫn theo phương tiếp tuyến với bề măt rôto tạo mômen quay rôto Như vậy, ta thấy điện lấy từ lưới điện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com biến thành trục động Nói cách khác, động khơng đồng thiết bị điện từ, có khả biến điện lấy từ lưới điện thành đưa trục Chiều quay rơto chiều quay từ trường, phụ thuộc vào thứ tự pha điện áp lưới đặt dây quấn stato Tốc độ rôto n2 tốc độ làm việc luôn nhỏ tốc độ từ trường trường hợp xảy cảm ứng sức điện động dây quấn rôto Hiệu số tốc độ quay từ trường rôto đặc trưng đại lượng gọi hệ số trượt s: s n n n (1.2) Khi s=0 nghĩa n1=n2, tốc độ rôto tốc độ từ trường, chế độ gọi chế độ không tải lý tưởng (khơng có sức cản lên trục) Ở chế độ khơng tải thực, s≈0 có sức cản gió, ma sát ổ bi … Khi hệ số trượt s=1, lúc rơto đứng yên (n2=0), momen trục momen mở máy Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi hệ số trựơt định mức Tương ứng với hệ số trượt gọi tốc độ động gọi tốc độ định mức Tốc độ động không đồng bằng: (1.3) n n (1 s ) 1 Một đăc điểm quan trọng động không đồng dây quấn stato không nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động dòng điện rơto có cảm ứng, người ta gọi động động cảm ứng Tần số dịng điện rơto nhỏ, phụ thuộc vào tốc độ trựơt rơto so với từ trường: f p n n 60 2 p n (n n ) n 60 1 f s (1.4) Động không đồng làm việc chế độ máy phát điện ta dùng động khác quay với tốc độ cao tốc độ đồng bộ, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đầu nối với lưới địện Nó làm việc độc lập đầu kích tụ điện Động khơng đồng cấu tạo thành động pha Động pha tự mở máy được, để khởi động động pha cần có phần tử khởi động tụ điện, điện trở … 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Ta biết động khơng đồng sử dụng phổ biến kỹ thuật truyền động điện Đặc biệt ngày nay, phát triển công nghệ chế tạo bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử tin học, động không đồng hồn thiện có khả cạnh tranh lớn với hệ truyền động chiều, vùng công suất truyền động lớn Trước hệ truyền động động không đồng có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỉ lệ nhỏ, có cấu tạo phần cảm phần ứng không tách biệt Dây quấn sơ cấp động không đồng nhận điện từ lưới với tần số f, dây quấn thứ cấp khép kín qua điện trở nối tắt Dây quấn thứ cấp sinh dòng điện nhờ tượng cảm ứng điện từ, với tần số hàm tốc độ góc rơto Từ thơng động mômen động sinh phụ thuộc vào nhiều tham số Do vậy, hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động không đồng hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh làm cho đặc tính mở máy xấu, điều chỉnh tốc độ khống chế q trình q độ khó khăn Chúng ta thường gặp số phương pháp điều chỉnh tốc độ động sau: - Điều chỉnh điện áp cấp cho động - Điều chỉnh điện trở rôto - Điều chỉnh công suất trượt - Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động phương pháp điều chỉnh triệt phép thay đổi tốc độ đồng bộ, điều chỉnh tốc độ động vùng tốc độ định mức Trong luận văn quan tâm đến vấn đề điều chỉnh tần số động phương pháp đáp ứng đòi hỏi cao hệ truyền động bám động không đồng như: vùng tốc độ thấp, dải điều chỉnh rộng, có tổn thất cơng suất, có giá trị kinh tế cao Hệ thống truyền động có nhược điểm mạch điều khiển phức tạp, có mức độ tích hợp linh kiện lớn ví dụ biến tần thường sử dụng để biến đổi tần số Tuỳ theo cấu trúc biến tần - động khác mà người ta phân loại biến tần sau: Biến tần trực tiếp: loại biến tần mà tần số đầu nhỏ tần số lưới fs, thường nhỏ 50 fs dùng cho hệ truyền động công suất lớn Biến tần gián tiếp nguồn áp: loại thường dùng cho hệ truyền động nhiều động Các biến tần có thêm điều chế độ rộng xung cho chất lượng điện áp cao Biến tần nghịch lưu độc lập nguồn dịng: Thích hợp cho hệ truyền động đảo chiều có cơng suất động truyền động lớn u cầu đặc tính truyền động tần số đảm bảo độ cứng đặc tính khả tải toàn dải điều chỉnh tần số phụ tải Ngồi cịn có u cầu điều chỉnh tối ưu chế độ tĩnh Biến tần cho phép ta thay đổi tần số nguồn cấp cho động không đồng bộ, tốc độ quay động không đồng xác định sau: (1 s) fs p Trong đó: (1.5) : tốc độ quay động s: độ trượt fs: tần số nguồn cung cấp p: số đôi cực động LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ biểu thức (1.5) ta thấy thay đổi tần số nguồn cung cấp fs ta thay đổi tốc độ quay động Động không đồng hệ điều khiển tần số mô tả đối tượng điều khiển nhiều tham số Đại lượng vào tần số fs điện áp Us (cũng dịng điện Is), đại lượng tốc độ , mơmen vị trí Ngồi cịn có phụ tải Mc Trong phương pháp điều chỉnh tần số cần phải tuân theo luật điều chỉnh, điều khiển tần số trở kháng, từ thơng, dịng điện động thay đổi Để đảm bảo số tiêu mà không làm động bị q dịng cần phải điều chỉnh điện áp Đối với hệ thống truyền động biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ khả tải mômen không đổi suốt vùng điều chỉnh tốc độ đảm bảo tổn thất điều chỉnh nhỏ Các quy luật điều chỉnh tần số trình bày 1.3.1 Luật điều chỉnh giữ khả tải không đổi Xuất phát từ phương trình tính mơmen tới hạn bỏ qua điện trở dây quấn stator là: M th Lm U fs 2.L2s Lr Km U fs (1.6) Mth: mômen tới hạn động cơ, Lm: điện cảm hỗ cảm mạch stato rôto, Lr: điện cảm rôto Ls điện cảm mạch stato, 0: tốc độ đồng bộ, Km hệ số mômen, Ufs : điện áp cấp cho động tần số f, Khả tải mômen quy định hệ số tải mômen: m Mth M (1.7) Mthdm Mdm (1.8) Với điều kiện thì: m LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đầu dây Kí hiệu Chức 26 DAC2+ Đầu số tương tự 2(+) 27 DCA2- Đầu số tương tự (-) 28 - 29 P+ Cổng RS485 30 N- Cổng RS485 Đầu cách ly 0V/max,100mA Các thơng số biến tần MM440: + Có cấp cho người dùng truy cập vào: Tiêu chuẩn, mở rộng, chuyên gia dịch vụ chọn thông số P0003 Trong hầu hết ứng dụng, thông số cấp tiêu chuẩn chuyên gia đủ Số lượng thơng số xuất nhóm chức tuỳ thuộc vào cấp truy cập đặt P0003 + Ưu điểm biến tần MM440 - Thiết kế nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt - Điều khiển vectơ vịng kín tốc độ mơmen - Có nhiều lựa chọn truyền thông như: PROFIBUS, Device Net, CAN - Định mức theo tải mômen không đổi bơm, quạt - Dự trữ lượng chống sụt áp - Tích hợp sẵn hãm dùng điện trở cho biến tần 75kW - Khởi động bám biến tần nối với động quay - Tích hợp chức bảo vệ nhiệt cho động dùng PTC/KTY - Mômen không đổi qua tốc độ - Kiểm sốt mơmen tải 82 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.2.4 Bộ điều khiển trung tâm Chọn PLC hãng Siemens.Loại CPU: CPU 314 Hình 3.6 CPU 314 hãng Siemens Thơng số kỹ thuật: - Thời gian thực cho lệnh hoạt động: 0.12 μs - Có 256 đếm - Có 256 thời gian - Số đầu vào/đầu lớn nhất: 1024/1024 - Kênh vào/ra tương tự lớn nhất: 256/256 - Số Rack nhiều nhất: - Số module rack, lớn nhất: - Môi trường giao tiếp: MPI – Yes ; Profibus-DP – No; Point-topoint – No - Điện áp nguồn: 24 V DC (khoảng cho phép: 20.4 V to 28.8 V) - Dòng tiêu thụ: 650 mA + Module vào/ra số: Chọn module vào/ra số SM323: 16DI-24VDC/16DO24VDC/0,5A + Module analog output : điều khiển tốc độ biến tần Chọn loại độ phân dải 12bit: module SM332-5HD00 với 4AO 12bit.(Đầu vào biến tần có độ phân dải 10bit) + Module đếm tốc độ cao: Siemens có loại module đếm: FM350-1 với đầu vào 200kHz(open collector); FM350-2 với đầu vào đếm 10kHz 83 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Module nguồn: PS307 5A Enco.der 1000PPR phát tần số max động quay tốc độ max 1500RPM => fmax = 1500*1000/60 =25000Hz =25kHz Để nhận xung đếm từ Encoder Chọn loại module FM350-1 với đầu vào đếm 200kHz(đầu vào open colector)/500kHz(đầu vào line driver) 3.2.5 Màn hình điều khiển chỗ Chọn hình điều khiển hãng SIEMENS, loại MultiPanels MP270 - 6” Touch Hình 3.7.Màn hình MultiPanels MP270 - 6” Touch hãng SIEMENS Thông số kỹ thuật: - Bộ phận xử lý: 32 bit CPU - Cấu hình nhớ: Mbyte - Phần mềm: Microsoft Windows CE - Kết nối truyền thông với PLC, PC/PU, máy in: × RS232/TTY (active/passive); × RS232 (9-pin); × RS422/RS485 - Màn hình: TFT LCD 6”; Độ phân giải (pixels) 640 × 480; 256 màu - Tuổi thọ: 40,000 (h) - Môi trường hoạt động: Touch - Điện áp cung cấp: 24VDC - Công suất: 14W 84 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.3 SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆNVÀ KẾT NỐI CÁC PHẦN TỬ CỦA MÁY CUỘN DÂY ĐỒNG Sơ đồ kết nối nguồn cung cấp cho hệ thống: Nguồn ba pha cung cấp cho biến tần; nguồnmột chiều cung cấp cho CPU module biến tần N RO SO TO F1 F2 POWER SOURCE 3P AC380, 50HZ F3 MCB 50A PS-307 MCB 6A NGUỒN F4 R S T +24V 0V 220V~ / 24V NGUỒN CHÍNH L N NGUỒN ĐIỀU KHIỂN Hình 3.8 Sơ đồ hệ thống nguồn cung cấp cho động CPU 314 24V 0V SM323 DI/DO SM332 Analog FM350-1 Counter FM350-1 Counter MP 270 TF1-B 24V 0V L+ N MPI RS-485 0-10V Các Proximity Biến tần lơ nhả Động lơ nhả Biến tần vít dẫn hướng Động vít dẫn hướng Biến tần lơ cuộn Động lơ cuộn Hình 3.9 Sơ đồ kết nối biến tần, encoder, Proximity, hình với CPU module 85 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các Encoder đo tốc độ động vít dẫn hướng động lô cuộn nối tới module đếm để đếm số xung từ PLC chuyển từ số nguyên (số xung) sang số thực (tốc độ dài) 0V 24V 24V 21 Q0.0 22 Q0.0 23 Q0.1 I0.0 I0.1 24 Q0.2 25 Q0.3 26 Q0.4 27 Q0.5 28 Q0.6 29 Q0.7 30 2M I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 0V 24V 2L+ START STOP AUTO/MAN LỖI BIẾN TÀN LỖI BIẾN TÀN LỖI BIẾN TÀN SM323 DI/DO PROXIMITY1 PROXIMITY2 PROXIMITY3 31 Q1.0 3L+ 32 Q1.0 I1.0 12 Q1.1 33 Q1.1 I1.1 13 Q1.2 34 Q1.2 I1.2 14 I1.2 PROXIMITY4 Q1.3 35 Q1.3 I1.3 15 I1.3 Q1.4 36 Q1.4 I1.4 16 I1.4 Q1.5 37 Q1.5 I1.5 18 I1.5 Q1.6 38 Q1.6 39 Q1.7 I1.6 19 20 I1.6 I1.7 Q1.7 0V 40 I1.7 3M PROXIMITY OUT PUT Hình 3.10 Sơ đồ kết nối tín hiệu báo lỗi từ biến tần, Proximity với module SM 323 DI/DO 86 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com QV0- QV 1+ 24V QV0+ L+ QV1- QV 2+ QV2- 0V 10 11 12 13 14 15 16 18 19 20 M QV1 QV0 M M QV2 1M SM 332 ANALOG Hình 3.11 Sơ đồ chân module tương tự SM332 ANALOG R S T R S T MCB 6A MCB120A MCB 10A L1 L2 L3 L1 L2 L3 QV0+ ADC1+ QV0- ADC1- Q0.0 Q0.1 DIN1 DIN2 0V 28 I0.3 20 COM 0V I0.4 24V 19 NO U V 24V QV1+ QV1- BIẾN TẦN LÔ NHẢ (3,7KW) W Q0.2 Q0.3 ADC1+ QV2+ ADC1+ ADC1- QV2- ADC1- Q0.4 Q0.5 DIN1BIẾN DIN2 LÔ BIẾN TẦN VÍT DẪN DIN2 HƯỚNG (0,37KW) 28 DIN1 20 COM 19 NO U V W U2 V2 W2 U1 V1 W1 M1 M2 TẦN CUỘN (1,5KW) 0V I0.5 20 COM 24V 19 NO U V W U3 V3 W3 M3 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối đầu vào module SM 323 DI/DO module SM332AO Các chân báo nỗi biến tần kết nối với đầu vào module vào số SM, có cố đầu module điều khiển ngắt biến tần hoạt động Các chân đầu module tương tự điều khiển tần số biến tần cung cấp cho động 87 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Encoder vít dẫn hướng 0V 24V V L+ 1M 24VDC A 24VDC A 10 11 12 13 14 15 16 18 19 20 FM350 Hình 3.13 Sơ đồ kết nối Encoder vít dẫn hướng với module đếm Encoder lô cuộn 0V 24V V L+ 1M 24VDC A B 24VDC A B 10 11 12 13 14 15 16 18 19 20 FM350 Hình 3.14 Sơ đồ kết nối module đếm với Encoder lô cuộn Các Encoder cung cấp nguồn từ module đếm FM350-1, Encoder vít dẫn hướng thực đếm tiến nên nối kênh A chân điều khiển module đếm cịn Encoder lơ cuộn thực đếm tiến lùi nên hai kênh A, B chân điều khiển module đếm 3.4.XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH CHO ĐỘNG CƠ VÍT DẪN HƢỚNG 3.4.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát a) Sơ đồ khối chức Mc (-) ωđ PIDω (-) PIDM ω BT-ĐC (-) Phản hồi Mmen Phản hồi tốc độ Hình 3.15 Sơ đồ khối chức điều khiển động 88 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong đó: PIDω, PIDM: điều chỉnh tốc độ, mơmen có hàm truyền dạng : W k p (1 WM k pM (1 1 TI s TD s 1 TIM s TDM s ) ) Áp dụng phương pháp điều khiển vector gián tiếp, tốc độ động không đồng định hướng theo véctơ từ thơng rơto hàm truyền biến tần động có dạng: - BT-ĐC: hàm truyền biến tần-động có dạng : W (s) K dl KM Tđl s (TE s 1) Js KM, : hệ số điều chỉnh mômen Kdl, Tdl: hệ số đo lường, số thời gian khối đo lường biến đổi biến tần TE:: Hằng số thời gian điện từ b)Sơ đồ cấu trúc điều chỉnh động vít dẫn hướng Mc (-) ωđ Wω (-) WM ω W(s) (-) WphM Wphω Hình 3.16 Sơ đồ khối điều chỉnh tốc độ động ωđ Wω (-) WM Kdl Tdl s  (-) KM M TE s  1 Js ω (-) Mc Hình 3.17 Sơ đồ cấu trúc tổng quát điều chỉnh điều chỉnh động 89 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Áp dụng với động RA71B4 có tham số: Trọng P(KW) nđm Η% cosφ Iđm(A) Ith/Iđm Mth/Mđm 66% 0,76 3,7 lượng (kg) (vòng/p) 0,37 1375 J = 0,2(kg.m2) hệ số cấu trúc c = 1,02, fđm= 50(Hz), (∆/Y): 220/380, + Số đơi cực: ln có nđm 1375 sth (mth + TE mk2 1) s đm sth đm đm (2 157 0,309 60 f đm nên chọn p = 2, sth= 0,083 p M th M đm 1) 0,083 0,309 , mth 0,02( s) : số mômen điện từ, f đm - Hàm truyền khâu đo lường mômen: WphM(s) = - Hàm truyền khâu đo lường tốc độ: Wphω(s) = ωđ Wω (-) WM 0, 005s  ω 0, 2s M 10 0, 02s  (-) (-) Mc Hình 3.18 Sơ đồ cấu trúc điều chỉnh tốc độ động vít dẫn hướng 3.4.2 Xác định tham số điều khiển a) Xác định tham số cho điều chỉnh mơmen Hàm truyền đạt đối tượng vịng mơmen: WDTM K dl K M , khâu quán tính bậc hai Vì (Tdl s 1)(TE s 1) tham số điều chỉnh vịng mơmen xác định theo phương pháp tối ưu modul Khi điều khiển PI có dạng hàm truyền: WM k pM (1 TIM s ) điều khiển tối ưu modul, hàm truyền đạt hệ hở mong muốn vịng mơmen: 90 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com WhMmm K dl K M k pM (1 ) (Tdl s 1)(TE s 1) TIM s WM WDTM K dl K M k pM (1 TIM s) (Tdl s 1)(TE s 1)TIM s , Tdl TE Nhằm thực bù số thời gian lớn TE đối tượng vịng điều chỉnh mơmen TIM 0,02 TE K dl K M k pM WhMmm TIM s(Tdl s 1) Hàm truyền đạt hệ kín vịng điều chỉnh mơmen: WhMmm WhMmm WkM Theo phương pháp tổng hợp tối ưu modul phải có WkM TIM k pM nên: K dl K M Tdl k pM TIM K dl K M Tdl K IM 10 WhMmm TE K dl K M Tdl 2Tdl (Tdl s 1) WkM 0,02 0,005 10 0,2 2Tdl s(Tdl s 1) b) Xác định tham số điều chỉnh tốc độ - Hàm truyền đạt đối tượng vòng tốc độ: WDT 1 Js 2Tdl s(Tdl s 1) 1 Js(2Tdl 1) khâu tích phân quán tính bậc `Hàm truyền đạt hệ hở mong muốn phương pháp điều khiển tối ưu đối xúng: Whmm 4T s 4T s - Bộ điều khiển PI, W , vậy: 2T s(T s 1) k p (1 TI s ) điều khiển tối ưu đối xứng cho đối tượng WĐTω 91 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com k p (1 kp ( TI s ) (2Tdl s 1) Js TI s 1 ) TI s (2Tdl s 1) J s 4T s 4T s 2T s(T s 1) 4T s 4T s 2T s(T s 1) Đồng hai vế, ta có: kp T 2Tdl 0,01( s) TI 4T 0,04(s) JTI 8T 10 , k I kp TI 250 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Dựa sở chương 2, nội dung chương xác định tham số PID, ta cần nạp vào PLC đưa ổn định tốc độ động vít dẫn hướng tính ổn định kiểm tra phần mềm MATLAB-SIMULINK, tiến hành thiết kế hệ thống tự động điều khiển máy cuộn dây đồng bao gồm sơ đồ kết nối, kết nối chương trình điều khiển với phần mềm Winccflexible mô quan sát trình làm việc hệ thống 92 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN CHUNG Qua trình nghiên cứu, tìm hiểu thực tế tiến hành thực luận văn, hướng dẫn, bảo nhiệt tình ThS Nguyễn Đồng Khang thầy giáo môn điện công nghiệp, giúp đỡ nhiệt tình bạn bè đồng nghiệp, đồ án tốt nghiệp với đề tài”Xây dựng hệ truyền động điện xoay chiều- biến tần PLC” hoàn thành đạt số kết sau: - Tìm hiểu cơng nghệ máy cuộn dây đồng có sử dụng động đồng tốc - Nghiên cứu tổng hợp điều điều chỉnh tần số động xoay chiều không đồng - Nghiên cứu phương pháp xác định tham số điều khiển PID hệ thống truyền động điện sử dụng động xoay chiều - Các phương pháp điều chỉnh theo luật PID - Nghiên cứu tìm hiểu thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) bao gồm cấu hình phần cứng, ngơn ngữ lâp trình, phương pháp lập trình lập trình PLC thực điều khiển -Xây dựng cấu trúc cho hệ thống điều khiển, phân tích tốn Từ xây dựng điều khiển cho động vít dẫn hướng Có thể nói rằng, đồ án hoàn thành mục tiêu nhiệm vụ đề ban đầu Khả hiệu ứng dụng vào thực tế cần phải kiểm nghiệm nhiều nữa, với kết đạt luận văn,có thể khẳng định hướng tiếp cận, sử dụng PLC để thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho khối đồng tốc độ máy cuộn dây đồng nói riêng dây chuyền sản xuất nói chung hướng triển vng Kết luận văn ó t c giỳp cho em có nhìn tổng quan hệ thống truyền động điện cơng nghiệp, quy trình điều khiển hệ thống bước tiến hành xây dựng mơ hình, thiết kế, lựa chọn 93 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phương pháp điều khiển…Tuy nhiên trình thực luận văn này, than em khơng tránh khỏi thiếu sót điều kiện khách quan chủ quan mà than chưa khai thác hết Em mong thầy,cô giáo người quan tâm tới vấn đề đóng góp bổ xung để luận văn hồn thiện hơn, nâng cao khả ứng dụng Cuối em xin chân thành cám ơn tới tập thể thầy giáo, giáo khoa nhiệt tình tạo điều kiện hướng dẫn, giúp đỡ thuận lợi để em hoàn thành luận văn 94 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn ( 2005), Máy điện, NXB xây dựng Hà Nội GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban ( 2007), điều khiển tự động hệ thống truyền động điện, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Đào Hoa Việt ( 2008), Phân tich tổng hợp hệ thống truyền động điện tự động, Bộ môn kĩ thuật điện, Khoa kĩ thuật điều khiển,HVVTQS Bùi Quốc Khánh( 2004), Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều khiển tự động truyền động điện, NXBKH KT 5.Nguyễn Phùng Quang( 1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, NXBGD – Hà Nội Nguyễn Doãn Phước ( 2007), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXBKH KT Vũ Gia Hanh( 2001), Trần Khánh Hà, Phan Từ Thụ,Nguyễn Văn Sáu, Máy điện 1, NXBKH KT Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh ( 2003), Tự động hoá với Simatic S7-300, NXBKH KT 95 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Sau năm học tập nghiên cứu em trang bị tích luỹ đầy đủ kiến thức cần thiết, bên cạnh việc thực đồ án tốt nghiệp giúp em tổng hợp lại kiến thức học, giúp cho cơng việc sau Trong trình làm đồ án em nhận hướng dẫn nhiệt tình ThS.Nguyễn Đồng Khang thầy giáo, cô giáo khoa điện - điện tử Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Do thời gian kiến thức cịn hạn chế đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn để đồ án hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2010 Sinh viên Lê Văn Luận 96 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tài: ? ?Xây dựng hệ truyền động điện xoay chiều - biến tần PLC? ?? Nội dung đồ án gồm chương: - Chương Động không đồng phương pháp điều khiển tốc độ điều chỉnh tần số nguồn cấp - Chương Xây dựng hệ thống... lớn ví dụ biến tần thường sử dụng để biến đổi tần số Tuỳ theo cấu trúc biến tần - động khác mà người ta phân loại biến tần sau: Biến tần trực tiếp: loại biến tần mà tần số đầu nhỏ tần số lưới... dùng cho hệ truyền động công suất lớn Biến tần gián tiếp nguồn áp: loại thường dùng cho hệ truyền động nhiều động Các biến tần có thêm điều chế độ rộng xung cho chất lượng điện áp cao Biến tần nghịch