Báo cáo thí nghiệm thiết bị và hệ thống tự động btn 1 thiết bị đóng cắt và điều khiển động lực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa: Điện-Điện Tử BÁO CÁO THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GVHD: Trần Quốc Tiến Dũng Lớp: L04_Nhóm MSSV 2010258 2010249 2012744 2011187 HỌ VÀ TÊN Hồ Viết Hiền Nguyễn Trung Hậu Trần Nhật Chung Nguyễn Đức Hiếu Thành phố HỒ CHÍ MINH-2022 Bảng chia khối lượng báo cáo TBHTTĐ Nhóm: 02 Lớp: L04 Họ tên Hồ Viết Hiền Nguyễn Trung Hậu Trần Nhật Chung Nguyễn Đức Hiếu Tổng Bài 25 25 25 25 100 Bài 25 25 25 25 100 Bài 25 25 25 25 100 Bài 25 25 25 25 100 THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG BTN #1: THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG LỰC THÍ NGHIỆM Yêu cầu: Sinh viên tự vẽ sơ đồ nối dây cho đồng hồ đo Sơ đồ nối dây: 1.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát panel điều khiển - Cắt nguồn điện panel - Sử dụng VOM khảo sát tín hiệu đấu sẵn panel Nhận xét:  Sơ đồ dây trung tính đấu nối  Sơ đồ đấu nối sẳn nguồn pha đượ đấu nối 1.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát vận hành MCCB - Khảo sát vị trí hoạt động MCCB trường hợp chưa cấp nguồn - Cấp nguồn cho panel, khảo sát lại hoạt động MCCB - Đấu nguồn điện từ L1 vào vị trí D1 UV, khảo sát hoạt động MCCB - Đưa nhận xét, thực mạch bảo vệ với nút nhấn Emergency Stop với yêu cầu cắt nguồn điện nhấn Emergercy Stop Yêu cầu: Dựa vào kết thí nghiệm trên, sinh viên vẽ sơ đồ bảo vệ với nút nhấn EMERGENCY STOP MCCB Sơ đồ nối dây: 1.4 Thí nghiệm 3: Khảo sát mạch điều khiển trực tiếp động Sơ đồ mạch điều khiển mạch động lực điều khiển trực tiếp Yêu cầu 1: Sinh viên tự vẽ lại sơ đồ nối dây tương ứng bảng điều khiển với hoạt động mạch sau: - Khi động không chạy, đèn đỏ ứng với nút STOP sáng Lưu ý: Sử dụng hệ thống động pha có tải thay đổi ban đầu đặt mức tải hệ mức (thông qua biến trở khung gá động cơ) - Khi bấm vào nút START, động bắt đầu chạy, đèn xanh ứng với nút START sáng, đèn đỏ ứng với nút STOP tắt - Khi bấm nút STOP, động chạy dừng lại, đèn xanh ứng với nút START tắt, đèn đỏ ứng với nút STOP sáng - Sử dụng chức bảo vệ dòng CB bảo vệ, không cần sử dụng Relay nhiệt OL Yêu cầu 2: Chỉnh lại mạch để nối thêm đồng hồ đo đa chức vào để đo dòng, áp tiêu thụ - Ghi nhận thông số hiển thị đồng hồ (có thể lấy trung bình giá trị thay đổi liên tục) trường hợp đặt mức tải – 20 (thông qua vạch biến trở) Mức tải = Điện áp pha Điện áp dây Cường độ dịng điện Cơng suất biểu kiến Công suất tiêu thụ Công suất phản kháng Hệ số công suất Độ méo hài điện áp Độ méo hài dòng điện Đơn vị Pha Pha Pha V V A kVA kW kVaR PF % % 219.2 380.1 1.318 0.289 0.177 0.229 0.61 3.771 3.437 219.3 379.6 1.318 0.29 0.176 0.23 0.609 3.428 3.434 217.6 380.4 1.316 0.285 0.175 0.225 0.617 3.681 3.434 Mức tải = 20 Điện áp pha Điện áp dây Cường độ dòng điện Công suất biểu kiến Công suất tiêu thụ Công suất phản kháng Đơn vị Pha Pha Pha V V A kVA kW kVaR 218.5 379.4 1.307 0.289 0.174 0.231 219 378.6 1.307 0.289 0.173 0.231 217.4 380.6 1.308 0.285 0.173 0.23 Hệ số công suất Độ méo hài điện áp Độ méo hài dòng điện PF % % 0.597 3.854 3.664 0.604 3.442 3.65 0.603 3.736 3.655 Đặt mức tải lên 100, đọc trị số dòng điện, đếm thời gian từ lúc bắt đầu đặt tải 100 đến mạch tự ngắt Dòng điện pha 1: 5.208A Dòng điện pha 2: 5.208A Dòng điện pha 3: 5.208A Thời gian từ từ lúc bắt đầu đặt tải đến lúc mạch ngắt: 26s Yêu cầu 3: Vẽ lại mạch trường hợp sử dụng Relay nhiệt thay cho CB bảo vệ Đặt mức tải lên 100, đọc trị số dòng điện, đếm thời gian từ lúc bắt đầu đặt tải 100 đến mạch tự ngắt Dòng điện pha 1: 4.975A Dòng điện pha 2: 4.975A Dòng điện pha 3: 4.975A Thời gian từ từ lúc bắt đầu đặt tải đến lúc mạch ngắt: 16 1.5 Thí nghiệm 4: Mạch khởi động có thời gian trễ Yêu cầu: Sinh viên tham khảo mạch phần tự vẽ mạch điều khiển, mạch động Lực thỏa mãn yêu cầu: Sau bấm nút START giây, động bắt đầu chạy bấm nút STOP để ngưng tồn hoạt động (Không yêu cầu phải nối đồng hồ đo đa chức năng) Chú ý: Timer bắt đầu đếm Contactor đóng Để đóng mạch động lực, sử dụng Contactor khác 1.6 Thí nghiệm 5: Mạch khởi động sao- tam giác Tham khảo sơ đồ trên, thực đấu nối mạch khởi động Y/ với yêu cầu sau: - Điều khiển nút nhấn START/STOP - Khóa chéo bảo vệ Contactor chuyển mạch Y/ - Khi có cố tải, mạch điều khiển tắt hồn tồn - Có sử dụng đồng hồ đo đa chức Vận hành: - Đặt thời gian trễ 10s, nhận xét thay đổi tốc độ động trình hoạt động Đo dòng dây xác lập cấp vào động (chỉ cần đo pha) trường hợp mạch nối nối tam giác Nhận xét: +Khi động không chạy đèn đỏ ứng với nút STOP sáng +Khi bấm nút START, động khởi động, đèn xanh ứng với nút START sáng, đèn đỏ tắt,Timer1 Timer2 chuyển trạng thái đấu nối mạch Y/ sau 10s +Khi bấm nút STOP, động dừng lại, đèn đỏ sáng Lần 100 101 101 101 101 100 100 100 100 t(s) 540 570 600 630 660 690 720 750 780 T(oC) 120 116 112 108 104 101 97 96 99 Lần 101 101 102 102 103 103 103 103 103 t(s) 810 840 870 900 930 960 990 1020 1050 T(oC) 107 115 120 122 122 122 122 117 114 Lần 103 103 102 102 102 102 101 101 101 t(s) 1080 1110 1140 1170 1200 1230 1260 1290 1320 T(oC) 111 108 105 102 99 96 99 107 114 Lần 101 101 101 101 101 101 101 101 101 t(s) 1350 1380 1410 1440 1470 1500 1530 1560 1590 T(oC) 119 121 122 121 119 116 113 110 107 Lần 101 101 101 101 101 101 101 101 101 t(s) 1620 1650 1680 1710 1740 1770 1800 T(oC) 104 101 98 97 99 107 115 Lần 101 101 101 101 101 101 101 - Rút dây ngõ điều khiển SSR khỏi Panel thí nghiệm, mở lị nhiệt để hạ nhiệt độ (có thể dùng quạt để tăng tốc độ hạ nhiệt) P a g e | 38 Vẽ đồ thị nhiệt độ theo thời gian, từ xác định chu kì tới hạn, biên độ dao động tính hệ số PID P a g e | 39 Chu kì tới hạn Tc = 510 (giây) Biên độ dao động ổn định M = 13 (độ) - Tính thơng số P, I, D cho lị nhiệt theo công thức trên: P = 15,38 (%) I = 1232 (giây) D = 308 (giây) Chỉnh thông số vừa tìm vào điều khiển, thao tác tương tự phần để bắt đầu thí nghiệm lại với điều khiển gồm thơng số vừa tìm Xác định thông số chất lượng điều khiển Độ vọt lố = 1.98 (%) Thời gian xác lập = 990 (giây) Sai số xác lập = (độ) Thiết lập Autotuning cho điều khiển: Bộ điều khiển TZ4L-R4S hỗ trợ hai phương pháp autotuning (có thể xem hình dưới) Trong phương pháp điều khiển xác định thông qua điều khiển ON-OFF điểm đặt, phương pháp điều khiển xác định thông qua điều khiển ON-OFF giá trị khoảng 70% điểm đặt Ngồi ra, điều khiển cịn hỗ trợ phương thức điều khiển PID, điều khiển PID đáp ứng tốc độ cao (PID.F) để nhanh chóng đạt giá trị mong muốn điều khiển PID đáp ứng tốc độ chậm (PID.S) nhằm giảm thiểu độ vọt lố cho dù tính đáp ứng có chậm Trong thí nghiệm này, ta chọn autotuning theo chế độ (70% giá trị đặt) điều khiển PID tốc độ chậm P a g e | 40 Hình 6: Minh họa phương thức Autotuning Tiến hành thí nghiệm - Cấu hình thơng số nhóm sau: Thông số - Tên Giá trị Dải tỉ lệ tun2 Loại điều khiển PID PID.S Sau chỉnh thông số, cài đặt SV 100 độ C, đóng nắp lò lại Trên thân lò nhiệt, chỉnh núm vặn thứ (ở trên) đến giá trị 250 độ C núm vặn thứ hai (ở dưới) 60 phút - Cắm ngõ điều khiển SSR lò nhiệt vào chân PLS1 module Heat Control panel thí nghiệm Bấm giữ nút AT khoảng giây, đèn báo AT nhấp nháy báo hiệu điều khiển vào trạng thái autotuning P a g e | 41 - Đợi đến đèn báo AT tắt Rút dây ngõ điều khiển SSR khỏi Panel thí nghiệm, mở lị nhiệt để hạ nhiệt độ (có thể dùng quạt để tăng tốc độ hạ nhiệt) - Quan sát giá trị P, I, D mà điều khiển tính nhóm thơng số thứ So sánh với hệ số tính phần IV.2 - Thao tác tương tự phần để bắt đầu thí nghiệm lại với điều khiển PID hệ số xác định thông qua autotuning Xác định thông số chất lượng điều khiển - So sánh chất lượng điều khiển với chất lượng điều khiển phần IV.2 t(s) 30 60 90 120 150 180 210 240 T(oC) 32 33 37 47 71 82 92 105 115 t(s) 270 300 330 360 390 420 450 480 510 T(oC) 124 133 135 135 133 131 128 125 t(s) 540 570 600 630 660 690 720 750 780 T(oC) 121 118 114 111 108 105 102 100 98 t(s) 810 840 870 900 930 960 990 1020 1050 T(oC) 97 96 96 96 96 97 98 99 100 t(s) 1080 1110 1140 1170 1200 1230 1260 1290 1320 T(oC) 101 101 102 103 103 104 104 103 103 t(s) 1350 1380 1410 1440 1470 1500 1530 1560 1590 T(oC) 102 102 101 100 100 99 99 98 98 129 P a g e | 42 t(s) T(oC) 1620 1650 1680 1710 1740 1770 1800 98 98 98 98 98 98 98 Độ vọt lố = 37.75 (%) Thời gian xác lập = 1560 (giây) Sai số xác lập = (độ) Sử dụng PLC để điều khiển ON-OFF mơ hình lị nhiệt: Trong thí nghiệm này, điều khiển nhiệt độ sử dụng transducer chuyển đổi tín hiệu đo từ cảm biến nhiệt sang tín hiệu điện áp Bộ điều khiển thực PLC S7-1200 Siemens Nhiệm vụ điều khiển điều khiển ONOFF với nhiệt độ đặt 80 độ C vùng trễ độ P a g e | 43 Đầu tiên, mở phần mềm TIA Portal máy tính, tạo project Hình 7: Tạo project từ TIA Portal Tiếp theo, chọn Add new device, cửa sổ chọn mã PLC tương ứng với mơ hình phần cứng “6ES7 214-1AG40-0XB0”, bấm Add để thêm PLC vào project Hình 8: Chọn PLC tương ứng với phần cứng có Trong cửa sổ lập trình, chọn PLC tags Show all tags thêm vào biến sau: Hình 9: Đặt tag thông số cần sử dụng thí nghiệm P a g e | 44 Lị nhiệt mơ hình có đáp ứng chậm, không thiết phải điều khiển chu kì quét PLC, ta tạo hàm OB hỗ trợ ngắt theo chu kì giây sau: Hình 10: Tạo ngắt thời gian chu kỳ 1s Trong hàm OB vừa tạo, ta lập trình để đọc nhiệt độ điều khiển Tín hiệu từ điều khiển TZ4L-R4S điện áp đọc vào thông qua Analog Input PLC Giá trị lưu ô nhớ IW64 Trong PLC S7-1200, điện áp ngõ vào analog giới hạn từ đến 10V giá trị tương ứng đến 27648 Ta sử dụng hàm NORM_X SCALE_X để chuyển tín hiệu analog đọc sang điện áp: P a g e | 45 Hình 11: Chuẩn hóa tín hiệu đọc điện áp Điện áp ngõ 2V ứng với nhiệt độ độ C 10V ứng với nhiệt độ 500 độ C Ta sử dụng thêm NORM_X SCALE_X để chuyển từ điện áp nhiệt độ Hình 12: Chuẩn hóa tín hiệu áp nhiệt độ P a g e | 46 Câu hỏi: Viết chương trình PLC sử dụng NORM_X SCALE_X, chuyển thẳng từ giá trị analog đọc (0 – 27648) sang nhiệt độ (0 – 500 độ C) Giải thích: (0V-10V) tương ứng ứng với giá trị từ (0-27648) => (2V-10V) tương ứng với giá trị từ (5529-27648) Vậy : +Đầu vào MIN NORM_X : 5529 +Đầu vào MAX NORM_X :27648 + Điện áp ngõ 2V ứng với nhiệt độ độ C 10V ứng với nhiệt độ 500 độ C Tiếp theo, Lập trình điều khiển dựa vào nhiệt độ đọc Do yêu cầu điều khiển với nhiệt độ đặt 80 độ C vùng trễ độ C nên ta so sánh nhiệt độ đọc với hai giá trị 81 79 độ C Nếu nhiệt độ đọc lớn 81 độ tắt ngõ nhiệt độ đọc bé 79 độ bật ngõ P a g e | 47 Hình 13: Lập trình điều khiển nhiệt độ ON-OFF Sau lập trình xong, ta đẩy chương trình xuống PLC Chọn PLC_1 […] ® Download to device ® Hardware and software (only changes) hình Hình 14: Download chương trình xuống PLC Chọn giao diện mạng để kết nối với PLC Sau bấm Start search để tìm kiếm PLC Sau tìm PLC, bấm Load để tải xuống P a g e | 48 Hình 15: Tìm PLC kết nối P a g e | 49 Hình 16: Download chương trình Sau tải chương trình xuống PLC, ta sử dụng chức Monitoring TIA Portal để quan sát trực tiếp biến chương trình Hình 17: Quan sát Online chế độ monitoring Để quan sát theo thời gian dài, ta sử dụng chức Trace TIA Portal Chọn Traces ® Add new trace Trong Trace tạo, ta cấu hình tín hiệu cần quan sát: Hình 18: Tạo trace chọn tín hiệu quan sát P a g e | 50 Hình 19: Chọn phương thức lấy mẫu theo chu kì quét hàm OB Cyclic interrupt Sau cấu hình xong, chuyển qua cửa sổ Diagram, bấm Transfer trace để cấu hình Trace xuống PLC Sau bấm Activate Recording để bắt đầu quan sát: Hình 20: Transfer trace để cấu hình xuống PLC Hình 21: Bấm Activate Recording để bắt đầu quan sát Hình 22: Kết quan sát P a g e | 51 Cấu hình phần cứng: nối dây từ chân ngõ (Chân ứng với Tag SSR_Out chương trình PLC) với chân PLS1 module Heat control, lò nhiệt, vặn núm Nhiệt độ đến 250 độ C (giá trị lớn nhất) vặn núm Hẹn đến 60 phút (giá trị lớn nhất) Đèn lò nhiệt sáng báo hiệu điều khiển điều khiển gia nhiệt cho lò P a g e | 52