Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto dây quấn .... Phân loại Máy điện có nhiều loại và được phận loại theo nhiều cách khác nhau: + Theo công suất + Th
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN
ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN
Máy điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Nó có khả năng biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng (máy phát điện) hoặc chuyển đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện) Ngoài ra, máy điện còn được sử dụng để điều chỉnh các thông số điện như điện áp (U), dòng điện (I), tần số (F) và số pha.
Máy điện là máy thường gặp nhiều trong các ngành kinh tế như: công nghiệp, giao thông vận tải và trong các dụng cụ sinh hoạt trong gia đình
Mạch điện (các dây quấn)
Máy điện có nhiều loại và được phận loại theo nhiều cách khác nhau:
+ Theo loại dòng điện (xoay chiều, một chiều)
+ Theo nguyên lý làm việc
Phân loại theo nguyên lý làm việc được chia làm hai loại:
Máy điện động, bao gồm cả máy quay và máy chuyển động thẳng, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và lực điện từ do từ trường kết hợp với dòng điện trong các cuộn dây có chuyển động tương đối Loại máy này thường được sử dụng để chuyển đổi điện năng thành cơ năng, như trong động cơ điện, hoặc ngược lại, trong máy phát điện Quá trình chuyển đổi này có tính chất thuận nghịch, cho phép máy điện hoạt động linh hoạt ở cả chế độ phát điện và động cơ.
Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Máy điện tĩnh Máy điện động
Máy phát không đồng bộ
Máy phát đồng bộ Động cơ không đồng bộ
Máy biến áp Động cơ đồng bộ
Máy điện Động cơ một chiều
1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần động
Hình 1-1 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Là phần đứng yên của máy (hình 1 – 1), bao gồm các bộ phận chính sau: a) Cực từ chính
Bộ phận sinh ra từ trường bao gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ bên ngoài lõi sắt Lõi sắt cực từ được làm từ các lá thép kỹ thuật điện hoặc thép cacbon dày từ 0,5 đến 1mm, được ép chặt lại Trong các động cơ điện nhỏ, có thể sử dụng thép khối Cực từ được gắn chắc vào vỏ máy bằng bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng, với mỗi cuộn dây được bọc cách điện kỹ lưỡng thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi được đặt lên các cực từ Các cuộn dây kích từ này được nối tiếp với nhau.
Dây quấn phần ứng Gông từ
Lõi sắt Cực từ phụ
Dây quấn cực từ phụ
Dây quấn cực từ chính Cực từ chính stato
Hình 1-2 Cấu tạo cực từ chính b) Cực từ phụ
Cực từ phụ được lắp đặt trên các cực từ chính nhằm cải thiện khả năng đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường được chế tạo từ thép khối, và trên thân của nó có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy bằng các bulông chắc chắn.
Gông từ là thành phần quan trọng trong mạch từ, nối liền các cực từ và đồng thời đóng vai trò làm vỏ máy Đối với động cơ điện nhỏ và vừa, thường sử dụng thép dày được uốn và hàn, trong khi đó, máy điện lớn thường sử dụng thép đúc Đặc biệt, trong một số động cơ điện nhỏ, gang cũng được sử dụng làm vỏ máy.
Nắp máy có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật rơi vào, giúp tránh hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng khỏi tiếp xúc với điện Đối với máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò là giá đỡ ổ bi, thường được chế tạo từ gang để đảm bảo độ bền và chắc chắn.
Cơ cấu chổi than là một phần quan trọng trong việc dẫn điện từ phần quay ra ngoài, bao gồm chổi than được đặt trong hộp chổi than với lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Để đảm bảo chổi than hoạt động hiệu quả, giá chổi than có thể quay để điều chỉnh vị trí chổi than, và sau khi điều chỉnh xong, cần sử dụng vít để cố định lại.
Bao gồm những bộ phận chính sau : a) Lõi sắt phần ứng
Tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm được sử dụng để dẫn từ, với lớp cách điện mỏng phủ ở hai mặt nhằm giảm thiểu tổn hao do dòng điện xoáy Trên bề mặt tấm thép, hình dạng rãnh được dập sẵn để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đặt dây quấn sau khi ép lại.
Trong các động cơ có công suất trung bình trở lên, người ta thường dập các lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt, có thể tạo ra những lỗ thông gió dọc trục.
Trong các động cơ điện lớn, lõi sắt thường được chia thành các đoạn nhỏ, với khe hở thông gió giữa chúng Khi động cơ hoạt động, luồng gió đi qua các khe hở này giúp làm mát dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được gắn trực tiếp vào trục, trong khi ở động cơ lớn, giữa trục và lõi sắt có giá rôto để tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm trọng lượng Dây quấn phần ứng cần được cách điện để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Dây quấn phần ứng là thành phần quan trọng trong máy điện, tạo ra suất điện động và cho phép dòng điện chạy qua Thông thường, dây quấn này được làm bằng đồng và có lớp cách điện Đối với máy điện nhỏ dưới vài kW, dây có tiết diện tròn thường được sử dụng, trong khi máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Việc cách điện dây quấn với rãnh lõi thép được thực hiện cẩn thận để đảm bảo an toàn Để ngăn ngừa dây quấn bị văng ra do lực ly tâm khi quay, nêm hoặc đai chặt được sử dụng ở miệng rãnh, thường làm bằng tre, gỗ hoặc bakelit.
Cổ góp được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, bao gồm nhiều phiến đồng được mạ cách điện bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm, tạo thành hình trục tròn Hai đầu trục tròn được ép chặt bằng hai hình ốp chữ V, và giữa vành ốp cùng trụ tròn cũng được cách điện bằng mica Đuôi vành góp được thiết kế cao lên một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp.
Hình 1- 4 Cấu tạo cổ góp
1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn và điện áp ổn định, mạch kích từ thường được kết nối song song với mạch phần ứng, tạo thành động cơ kích từ song song.
Mi ca Ống lõiPHIẾN ĐỔI CHIỀU
Khi nguồn điện một chiều không đủ công suất, mạch điện phần ứng và mạch kích từ được kết nối với hai nguồn độc lập, dẫn đến việc động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.
Phương trình đặc tính cơ
Theo sơ đồ (hình 1- 6), có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:
Uư : điện áp phần ứng (V),
Eư : sức điện động phần ứng (V),
Rư : điện trở của mạch phần ứng (Ω),
R f : điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω),
Hình 1-5 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song
Hình 1- 6 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập
R f r cf : điện trở cuộn cực từ phụ, r b : điện trở cuộn bù, rct : điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
N p π - hệ số cấu tạo của động cơ, p – số đôi cực từ chính,
N – số thanh dẫn của cuộn dây phần ứng, a – số đôi mạch nhánh song song, Φ - từ thông kích từ dưới một cực từ Wb, và ω - tốc độ góc tính bằng rad/s Khi biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút), ta có thể nhận diện mối liên hệ giữa các yếu tố này trong quá trình hoạt động của cuộn dây phần ứng.
N p : Hệ số sức điện động của động cơ,
Từ công thức (1 - 1) và (1 - 2) ta có: ω = − − f I −
Biểu thức (1 - 4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ Mặt khác, mômen điện từ M đt của động cơ được xác định bởi:
Thay giá trị Iư vào (1-4) ta được: ω = ( ) 2 dt f
Khi không tính đến các tổn thất cơ và tổn thất thép, mômen cơ trên trục động cơ sẽ bằng mômen điện từ, được ký hiệu là M Điều này có nghĩa là Mđt = Mcơ = M, và tần số góc ω được tính bằng công thức ω = (K) M.
− + Φ ( 1 – 7 ) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ω ω o ω ω o
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.3.1 Đặ c đ i ể m Động cơ không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo nhỏ gọn và vận hành không phức tạp, giá thành rẻ, chi phí vận hành thấp, làm việc tin cậy, hơn nữa có thể đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha mà không cần phải qua một thiết bị biến đổi nào Vì vậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt
- Động cơ không đồng bộ một pha: chỉ có một dây quấn làm việc (đối với động cơ có công suất nhỏ hơn 600w)
Động cơ không đồng bộ hai pha là loại động cơ có hai dây quấn hoạt động, với trục của chúng được đặt lệch nhau một góc 90 độ điện Loại động cơ này thường có công suất nhỏ hơn 600W.
Động cơ không đồng bộ ba pha là loại động cơ có ba dây quấn, thường được sử dụng cho các ứng dụng có công suất lớn hơn 600W Các dây quấn này được sắp xếp lệch nhau trong không gian với một góc 120 độ, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.
Nhìn chung động cơ không đồng bộ ba pha gồm hai phần chính:
Stato là phần cố định của động cơ, tạo ra từ trường quay, được cấu tạo từ các lá sắt có hàm lượng silic từ 1% đến 2% Các lá sắt này được ghép lại thành một khối trụ ống, bên trong có các đường rãnh để đặt dây dẫn Ba cuộn pha được bố trí đều trên stato, lệch nhau 120 độ điện Mạch từ của stato thường được cố định trong thân máy, với vỏ bọc bằng tôn lá hoặc gang đúc có đế vững chắc.
Rôto là phần quay của máy, được cấu tạo từ các lá sắt từ tính ghép lại thành khối trụ đặc Xung quanh trụ có các đường rãnh để đặt các thanh rãnh bằng đồng hoặc nhôm đúc Các đầu thanh dẫn được nối ngắn mạch với nhau, tạo thành mạch kín dạng lồng sóc.
Rôto lồng sóc là loại rôto thường được sử dụng trong động cơ, với các cánh quạt phụ thông gió được đúc liền Đối với động cơ không đồng bộ ba pha có công suất lớn, loại rôto dây quấn được chế tạo để cải thiện khả năng khởi động Rôto này bao gồm ba cuộn dây tương ứng với ba pha, được mắc theo hình Y Ba đầu dây của các cuộn pha này được kết nối với ba vành đồng, và được nối ngắn mạch bởi biến trở khởi động ba pha.
Khi cho dòng điện ba pha tần số f vào ba pha dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay p đuôi cực, quay với vận tốc n 1 P
Từ trường quay tác động lên các thanh dẫn trong dây quấn roto, tạo ra sức điện động Do dây quấn roto nối ngắn mạch, sức điện động này sinh ra dòng điện n, nhưng tốc độ quay của roto luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay, dẫn đến việc động cơ được gọi là động cơ không đồng bộ.
1.3.5 M ở máy độ ng c ơ không đồ ng b ộ ba pha Động cơ không đồng bộ ba pha có mômen mở máy Để mở máy được mômen mở máy của động cơ phải lớn hơn mômen cản của tải lúc mở máy, đồng thời mômen động cơ phải đủ lớn để thời gian mở mảytong pham vi cho phép
Khi mở máy hệ số trượt S = 1, theo sơ đồ thay thế gần đúng, dòng điện pha lúc mở máy:
- Khởi động dùng cuộn kháng mắc nối tiếp váo mạch stato
Khi khởi động: CD2 cắt, đóng CD1 để nối dây quấn stato vào lưới thông qua
Ck, động cơ quay ổn định, đóng CD2 để ngắn mạch điện kháng, nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới
- Khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu
Trước khi khởi động động cơ, cần thực hiện các bước sau: cắt CD2 và đóng CD3, đặt MBA tự ngẫu ở vị trí điện áp khoảng (0,6 – 0,8)Uđm Sau đó, đóng CD1 để kết nối dây quấn stato vào lưới điện thông qua MBA TN Khi động cơ quay ổn định, cắt CD3 và đóng CD2 để ngắn mạch MBA TN, đồng thời nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới điện.
- Khởi động bằng đổi nối Y - ∆∆∆ ∆
Khi máy hoạt động bình thường, động cơ được nối theo hình tam giác (∆), trong khi khởi động, động cơ sẽ được nối theo hình sao (Y) Sau khi tốc độ quay gần ổn định, động cơ sẽ chuyển về nối tam giác để tiếp tục hoạt động hiệu quả.
Khi khởi động động cơ bằng cách đổi nối Y - ∆ dòng điện khởi động giảm 3 lần và mômen khởi động giảm 3 lần.
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Tốc độ của động cơ không đồng bộ được xác định bằng biểu thức: n = n 1 (1 – s) p
Động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số dòng điện Stato thông qua việc đổi nối dây quấn Stato, từ đó thay đổi số đôi cực từ p của từ trường, hoặc thay đổi điện áp đặt vào Stato để điều chỉnh hệ số trượt s Cả hai phương pháp này đều thực hiện ở phía Stato Đối với động cơ roto dây quấn, tốc độ thường được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rôto nhằm thay đổi hệ số trượt s, và việc điều chỉnh này được thực hiện ở phía roto.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ:
+ Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho Stato
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch Roto của động cơ Roto dây quấn
1.4.1 Đ i ề u ch ỉ nh t ố c độ b ằ ng cách thay đổ i s ố đ ôi c ự c
Số đôi cực của từ trường quay trong động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào cấu trúc dây quấn Để thay đổi số đôi cực p, có thể điều chỉnh sơ đồ đấu dây của Stato động cơ Động cơ không đồng bộ có khả năng thay đổi số đôi cực từ được gọi là động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ, và phương pháp này chỉ áp dụng cho loại Roto lồng sóc.
Mặc dù tốc độ nhảy cấp được điều chỉnh, nhưng vẫn giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ Động cơ nhiều cấp tốc độ ngày càng được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp như luyện kim và chế tạo máy tàu thuỷ.
1.4.2 Đ i ề u ch ỉ nh t ố c độ b ằ ng cách thay đổ i t ầ n s ố
+ Thay đổi tần số f của dòng điện Stato bằng bộ biến đổi tần số
+ Tăng tần số đồng thời tăng tốc độ động cơ
Trong thực tế, biến tần là thiết bị thường được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ lồng sóc bằng cách thay đổi tần số Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ trong các ứng dụng khác nhau.
+ Khi điều chỉnh tần số phải điều chỉnh cả điện áp sao cho
U f không đổi + Điều chỉnh tốc độ bằng tần số cho phép điều chỉnh tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng nhưng giá thành còn khá lớn
1.4.3 Đ i ề u ch ỉ nh t ố c độ b ằ ng cách thay đổ i đ i ệ n áp c ấ p cho Stato
Phương pháp này chỉ thực hiện việc giảm điện áp, dẫn đến sự thay đổi trong đường đặc tính M = f(s) Khi điện áp giảm, hệ số trượt và tốc độ động cơ cũng sẽ thay đổi Cụ thể, hệ số trượt s 1, s 2 và s 3 tương ứng với các mức điện áp U 1đm, 0.85U 1đm và 0.7U 1đm.
Nhược điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng điện áp là:
+ Giảm khả năng quá tải của động cơ
+ Dải điều chỉnh tốc độ động cơ hẹp
+ Tăng tổn hao ở dây quấn Roto ∆P dt = sP dt = sMω 1
Việc điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp được dùng chủ yếu với các động cơ công suất nhỏ có hệ số trượt tới hạn s th lớn
1.4.4 Đ i ề u ch ỉ nh t ố c độ b ằ ng cách thay đổ i đ i ệ n tr ở m ạ ch roto c ủ a độ ng c ơ roto dây qu ấ n
Thay đổi điện trở của dây quấn roto bằng cách kết nối biến trở 3 pha vào mạch roto Biến trở điều chỉnh tốc độ cần có kích thước lớn hơn so với biến trở mở máy để đảm bảo hoạt động lâu dài Điều này ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ roto dây quấn khi sử dụng biến trở điều chỉnh tốc độ.
Ta thấy rằng khi tăng điện trở tốc độ quay của động cơ giảm
Khi mômen cản và dòng roto không đổi, việc tăng điện trở để giảm tốc độ sẽ dẫn đến tổn hao công suất lớn trong biến trở, làm cho phương pháp này không kinh tế Tuy nhiên, phương pháp này đơn giản, dễ điều chỉnh và có khoảng điều chỉnh tốc độ tương đối rộng, thường được áp dụng cho động cơ công suất trung bình Mặc dù vậy, khả năng điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ vẫn bị hạn chế, đây là nhược điểm chính của loại động cơ này.
THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC S7-300
Giới thiệu chung về PLC S7-300
Thiết bị điều khiển Logic khả trình (PLC) là công cụ linh hoạt cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay vì sử dụng mạch số Với chương trình điều khiển tích hợp, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và thuận tiện trong việc trao đổi thông tin với các PLC khác hoặc máy tính Toàn bộ chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ dưới dạng các khối chương trình như OB, FC, FB và được thực hiện theo chu kỳ quét.
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) hoạt động như một máy tính để thực hiện chương trình điều khiển, bao gồm các thành phần chính như bộ vi xử lý trung tâm (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ chương trình để lưu trữ dữ liệu và chương trình, cùng với các cổng vào ra để giao tiếp với thiết bị bên ngoài Để đáp ứng nhu cầu điều khiển số, PLC còn được trang bị các khối hàm chức năng như Timer, Counter và các hàm chức năng đặc biệt khác.
* Các Tín hiệu kết nối với PLC:
- Tín hiệu số: Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có 2 trị 0 hoặc 1 Đối với PLC Siemens :
+ Mức 0 : tương ứng với 0V hoặc hở mạch + Mức 1 : Tương ứng với 24V
Vd: Các tín hiệu từ nút nhấn, từ các công tắc hành trình… đều là những tín hiệu số
- Tín hiệu tương tự : Là tín hiệu liên tục, từ 0-10V hay từ 4-20mA…
Vd: Tín hiệu đọc từ Loadcell, từ cảm biến lưu lượng…
Tín hiệu khác là các tín hiệu giao tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều giao thức khác nhau, bao gồm RS232, RS485 và Modbus.
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế, các bộ điều khiển PLC được thiết kế với cấu hình không cứng hóa, cho phép sử dụng nhiều loại tín hiệu đầu vào và đầu ra khác nhau Chúng được chia thành các Modul, với Modul chính là Modul CPU, trong khi các Modul còn lại bao gồm Modul nhận truyền tín hiệu và Modul chức năng chuyên dụng như PID hay điều khiển động cơ Tất cả các Modul này được gắn trên các thanh ray (Rack) và số lượng Modul sử dụng phụ thuộc vào từng bài toán cụ thể.
Mô-đun CPU trong cấu trúc PLC S7-300 bao gồm vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, bộ thời gian, bộ đếm và cổng truyền thông RS485 Ngoài ra, mô-đun này còn có một số cổng vào ra số, được gọi là cổng vào ra Onboard.
Trong họ PLC S7-300, có nhiều loại CPU như CPU 312, CPU 314, và CPU 315, tất cả đều sử dụng cùng một loại bộ vi xử lý nhưng khác nhau về cổng vào ra onboard và các khối hàm đặc biệt trong thư viện hệ điều hành Các module này được phân biệt bằng cụm chữ cái IFM (viết tắt của Integrated Function Module), ví dụ như Module CPU 312IFM và Module 314IFM Ngoài ra, còn có các module hai cổng truyền thông, trong đó cổng thứ hai chủ yếu phục vụ việc kết nối mạng phân tán Các module CPU cũng được phân biệt với các loại CPU khác thông qua cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi, như module CPU 315-DP.
Hình 2.3 Cổng giao tiếp trong các PLC b/ Mudule mở rộng
- PS (Power Supply) : Module nguồn nuôi, có 3 loại 2A, 5A và 10A
- SM (Signal Module) : Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có:
• DI (Digital Input) : Module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24VDC và 120/230VAC
• DO (Digital Output) : Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24VDC và ngắt điện từ
The DI/DO (Digital Input/Digital Output) module is an expansion unit that offers digital input and output ports, available in configurations of either 8 inputs and 8 outputs or 16 inputs and 16 outputs, depending on the specific module type.
Module AI (Analog Input) là một thiết bị mở rộng cho các cổng vào tương tự, hoạt động như những bộ chuyển đổi tương tự sang số 12 bits (AD) Mỗi tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành tín hiệu số 12 bits, cho phép xử lý chính xác hơn Số lượng cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8, tùy thuộc vào loại module Các tín hiệu đầu vào có thể bao gồm áp suất, dòng điện và điện trở, mang lại tính linh hoạt cho việc thu thập dữ liệu.
Module AO (Analog Output) là bộ mở rộng cổng ra tương tự, sử dụng bộ chuyển đổi số sang tương tự 12 bits (DA) Số lượng cổng ra tương tự có thể lên đến 2.
4 hoặc 8 tùy theo loại module Tín hiệu ra có thể là áp hoặc dòng
Module AI/AO (Analog Input/Analog Output) là một thiết bị mở rộng cho các cổng vào/ra tương tự Tùy thuộc vào từng loại module, số lượng cổng tương tự có thể là 4 cổng vào và 2 cổng ra hoặc 4 cổng vào và 4 cổng ra.
Module ghép nối (IM) là một loại module chuyên dụng, có chức năng kết nối các nhóm module mở rộng thành một khối thống nhất Nó có khả năng làm việc trực tiếp với tối đa 4 racks, và các racks này cần được kết nối với nhau thông qua module IM.
FM (Function Module) là các module chức năng điều khiển độc lập, bao gồm các loại như module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước, module PID, module điều khiển vòng kín, cùng với các module dùng để đếm, định vị và điều khiển hồi tiếp.
- CP (Communication Module) : Module phục vụ truyền thông trong mạng (MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính
Các module được kết nối trên một thanh rack thông qua một bus, cho phép truyền thông giữa các module theo thứ tự trên thanh rack Bus này bắt đầu từ module CPU, như thể hiện trong hình 4.5.
Hình 2.5 Ghép nói các module
• Trạng thái hiển thị LED:
- SF = Lỗi nhóm, chương trình sai hay lỗi từ khối chuẩn đoán
- BATF = Lỗi Pin, Pin hết hay không có pin
- FRCE = Sáng lên khi biến cưỡng bức tác động
- RUN = Nhấp nháy khi CPU khởi động, ổn định ở chế độ RUN
- STOP = ổn định ở chế độ STOP
• Chìa khóa công tắc: Để đặt bằng tay các trạng thái hoạt động của CPU
Để reset bộ nhớ (MRES) của CPU, trước tiên bạn cần chuyển thiết bị về chế độ dừng (STOP) Sau đó, gạt công tắc MRES và giữ trong 3 giây Tiếp theo, nhả về chế độ dừng và gạt MRES lần thứ hai trong khoảng thời gian dưới 3 giây, giữ ở vị trí này để hoàn tất quá trình reset bộ nhớ của CPU.
- STOP = Trạng thái dừng STOP, chương trình không thực hiện
- RUN-P = Trạng thái chạy RUN, CPU thực hiện chương trình
- RUN = Chương trình được thực hiện, hoặc có thể, tuy nhiên, chỉ đọc thôi không sửa được chương trình
2.1.2 Kiểu dữ liệu và phan chia bộ nhớ
- Bool: là kiểu bit chỉ có giá trị 0 hoặc 1 (đúng hoặc sai)
- Byte: 8 bit, thường để biểu diễn một số trong khoảng 0 – 255 o L B#16#14 //nạp vào số 14 theo hệ số Hex
- Word: gồm 2 byte, biểu diễn một số trong khoảng 0 – 65535 o L 930 o L W#16#3A2
- INT: cũng có dung lượng là 2 byte, biểu diễn số nguyên từ -32768 đến
- DINT: gồm 4 byte, dùng biểu diễn một số nguyên từ -2147483648 đến
- REAL: gồm 4 byte, biểu diễn một số thực dấu phẩy động o L 1.23456e+13 o L 903.1
- S5T: khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mili giây o L S5T#2h_0m_1s_10ms
- TOD: Biểu diễn giá trị thời gian theo giơ/phút/giây o TOD 5:45:00
- DATE: biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày o L DATE#2008-11-10
- CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều nhất 4 ký tự o L ’ABCD’ o L ’A’
2.1.3 Cấu trúc bộ nhớ CPU a/Vùng chứa chương trình ứng dụng : Vùng chứa chương trình được chia thành 3 miền i/ OB (Organisation block) : miền chứa chương trình tổ chức ii/ FC (Function) : Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó iii/ FB (Function block) : Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ 1 khối chương trình nào khác Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (Data Block khối DB) b/ Vùng chứa tham số của hệ điều hành: Chia thành 7 miền khác nhau
Sử dụng phần mềm STEP7
2.3.1 Cài đặt phần mềm Step7
Tại Việt Nam, có nhiều phiên bản của bộ phần mềm STEP 7, trong đó phiên bản 4.2 và 5.0 được sử dụng phổ biến nhất Phiên bản 4.2 phù hợp với PC có cấu hình trung bình nhưng yêu cầu phải có bản quyền, trong khi phiên bản 5.0 yêu cầu cấu hình PC mạnh với tốc độ cao và có thể chạy ở chế độ không cài bản quyền với một số hạn chế.
Đĩa gốc của STEP 7 thường có tính năng tự động cài đặt (autorun), cho phép người dùng chỉ cần chèn đĩa và làm theo hướng dẫn Ngoài ra, người dùng cũng
Để cài đặt phần mềm STEP 7, người dùng cần khai báo mã hiệu sản phẩm, mã này được in trên đĩa chứa bộ cài Khi cửa sổ yêu cầu mã hiệu sản phẩm hiện ra, hãy điền đầy đủ thông tin vào tất cả các mục để tiếp tục quá trình cài đặt Bản quyền của STEP 7 được lưu trữ trên một đĩa mềm riêng, thường có màu vàng
Chương trình STEP 7 cho phép ghi chương trình ứng dụng lên thẻ EPROM cho PLC Nếu máy tính của bạn có thiết bị đốt EPROM, hãy thông báo cho STEP 7 khi cửa sổ xuất hiện trên màn hình.
Chọn giao diện PC/PLC là bước quan trọng trong việc cài đặt chương trình trên PG/PC, giúp soạn thảo cấu hình phần cứng và chương trình cho PLC STEP 7 không chỉ hỗ trợ việc này mà còn cho phép quan sát quá trình thực hiện chương trình của PLC Để thực hiện điều này, cần tạo bộ giao diện ghép nối giữa PC và PLC để truyền thông tin và dữ liệu STEP 7 có khả năng kết nối qua nhiều bộ giao diện khác nhau, cho phép người dùng lựa chọn giao diện phù hợp trong cửa sổ cấu hình.
Sau khi lựa chọn bộ giao diện, bạn cần cài đặt các tham số làm việc thông qua cửa sổ hiển thị khi chọn mục “Set PG/PC Interface…”.
Trong phần mềm Step7, một project bao gồm tất cả các yếu tố liên quan đến ứng dụng, thiết kế phần mềm và giám sát nhiều trạm PLC Để tạo một project mới, người dùng có thể chọn "File" và sau đó nhấn "New" hoặc nhấp vào biểu tượng “New project” trên màn hình chính.
Khi hộp thoại xuất hiện, bạn cần chọn tên và đường dẫn cho dự án trước khi nhấn OK Theo mặc định, đường dẫn lưu trữ sẽ được thiết lập sẵn.
2.3.3 Xây dựng cấu trình cứng và chương trình cho trạm PLC
Sau khi hoàn tất việc khai báo một dự án mới, màn hình sẽ hiển thị dự án đó ở dạng rỗng Nhiệm vụ của chúng ta là xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm PLC Việc này rất quan trọng vì khi nguồn PLC được bật, hệ điều hành S7-300 sẽ tiến hành kiểm tra các thành phần.
Trước hết ta khai chèn vào một trạm PLC S7-300 như hình sau:
Sau khi đã khai báo một trạm, thư mục project sẽ có thêm một thư mục con với tên trạm là Simatec 300(1) chưa thông tin về trạm
Để khai báo cấu hình phần cứng cho trạm PLC, bạn cần nhấp chuột vào màn hình khai báo cấu hình Hardware Trong hộp thoại xuất hiện, hãy khai báo thanh rack từ thư viện Rack-300 Sau đó, bạn cần thiết lập module nguồn ở slot 1 và CPU ở slot tiếp theo.
2, module truyền thông ở slot 3 (nếu có) và các module mở rộng theo cấu hình trạm ca cần khai báo từ slot 4 đến slot 11
Sau khi hoàn tất việc khai báo cấu hình cho một trạm PLC, quay trở lại màn hình chính, bạn sẽ thấy trong thư mục Simatec 300(1) xuất hiện thêm các thư mục con.
Tất cả các khối logic như OB, FC, FB và DB đều được lưu trữ trong thư mục block Để soạn thảo chương trình cho khối OB1, người dùng chỉ cần nháy đúp vào khối này để mở màn hình chỉnh sửa.
Trong khối OB1, người dùng có thể soạn thảo chương trình điều khiển cho PLC S7-300 bằng các ngôn ngữ lập trình như STL, LAD và FBD Chương trình hỗ trợ chuyển đổi tự động giữa các ngôn ngữ lập trình, giúp tối ưu hóa quá trình phát triển Để thêm các khối OB, FC, FB, DB khác, người dùng chỉ cần truy cập cửa sổ màn hình chính trong thư mục Block và chọn “Insert\S7 block\function” để chèn các khối hàm mong muốn.
Phần mềm Step7 hỗ trợ mô phỏng chương trình điều khiển PLC thông qua tính năng PLCSim, cho phép người dùng trải nghiệm như một trạm PLC thực tế Sau khi thiết lập cấu hình phần cứng và viết chương trình, người dùng có thể gọi chương trình từ thư viện của Step7 để tiến hành mô phỏng trên PLCSim.
Trong chương trình chính của Step7, ta tiến hành tải xuống cấu hình cứng của trạm PLC cùng với các khối chương trình OB, FC, FB vào PLCSim thông qua lệnh download trên thanh công cụ Tiếp theo, trên phần mềm mô phỏng, cần chọn thêm các đầu vào và đầu ra cần thiết Sau khi hoàn tất việc thêm các đầu vào và đầu ra theo yêu cầu, ta chuyển chế độ của CPU sang RUN hoặc RUN-P để thực hiện chương trình trong CPU Giao diện phần mềm mô phỏng sẽ hiển thị như hình dưới đây.
ỨNG DỤNG CỦA PLC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
Điều khiển mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc
Thiết bị sử dụng trong mạch điều khiển gồm có
Bảng quy định các địa chỉ
Sơ đồ kết nối PLC
3.2 Đảo chiều trực tiếp động cơ 3 pha roto roto lồng sóc
- 1 Nút mở máy chiều thuận
- 1 Nút mở máy chiều ngược
Bảng quy định các địa chỉ Vào/Ra
Sơ đồ kết nối PLC
Mở máy qua 3 cấp điện trở phụ
Bảng quy định các địa chỉ vào/ra
Sơ đồ kết nối PLC
Điều khiển 3 băng tải
Hệ thống ba băng tải hoạt động theo trình tự sau:
- Khi nhấn nút S1 băng tải M1 hoạt động, băng tải M2 và M3 lần lượt hoạt động sau 5s
- Khi nhấn nút S2 băng tải M3 dừng, băng tai M2, M1 lần lượt dừng lại sau 5s Quá trình điều khiển hệ thống được mô tả theo giản đồ thời gian sau:
Bảng quy định các địa chỉ Vào/Ra
Sơ đồ kết nối PLC
3.4 Điều khiển thang máy vận chuyển hàng 4 tầng
Bảng quy định các địa chỉ Vào/Ra
Sơ đồ kết nối PLC