Đồ án 2 đề tài điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần sinamics v20

Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hoá Công Nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN 2 ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG BIẾN TẦN SINAMICS V20 Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Tú Thành Viên Nhóm Họ Tên Mã Số Sinh Viên Nguyễn Thanh Phương 2051050162 Nguyễn Mạnh Nhân 2051050152 Hoàng Nguyên Quý 2051050169 TP Hồ Chí Minh, năm 2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.1 Giới thiệu chung 2 1.2 Các vấn đề đặt ra 2 1.3 Nội dung nghiên cứu 3 1.4 Phạm vi giới hạn 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 5 2.1 Khái quát chung về mô hình đo và điều khiển tốc độ động cơ 5 2.2 Một số phương pháp đo tốc độ động cơ 6 2.3 Bộ mã hóa vòng quay Encoder 6 2.4.Encoder Encoder Omron E6B2 - CWZ6C: 11 CHƯƠNG 3 - GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V16 12 3.1 Khái quát chung về PLC 12 3.2 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC .14 3.3 Ứng dụng PLC 15 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN SINAMICS V20 16 4.1 Giới Thiệu Chung: 16 4.2 Thông Số Kĩ Thuật: 17 4.3 Cách đấu dây biến tần Siemens V20 Series: 18 CHƯƠNG 5 TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH .19 5.1.Encoder Encoder Omron E6B2 - CWZ6C: 19 5.2 PLC – S7 1200 20 2 5.3.Module S7-1200, COMMUNICATION CB 1241, RS485: .21 5.4 ĐỘNG CƠ SPG 25W 3 PHA S8I25GTCE: 23 CHƯƠNG 6 – THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN PLC 25 6.1 Lập Trình PLC S7-1200 25 6.2 Thiết Kế Giao Diện 30 6.3 Mô Hình Phần Cứng Hệ Thống .31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 3 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 5 Hình 2.2 6 Hình 2.3 6 Hình 2.4 6 Hình 2.5 6 Hình 2.7 10 Hình 2.8 10 Hình 3.1 14 Hình 4.1 18 Hình 5.1 20 Hình5.2 21 Hình5.3 23 1.1.1 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp 4.0, quản lý và tối ưu hóa hệ thống sản xuất ngày càng trở nên quan trọng Đối mặt với thách thức của sự biến đổi nhanh chóng, việc sử dụng công nghệ hiện đại để kiểm soát tốc độ động cơ là một phần quan trọng của việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Chúng em xin giới thiệu đồ án nghiên cứu về "Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Sử Dụng Biến Tần", một nỗ lực đầy cam kết để khám phá và áp dụng các phương pháp hiện đại trong việc kiểm soát tốc độ động cơ Biến tần, với khả năng điều chỉnh tần suất và dòng điện, không chỉ mang lại khả năng linh hoạt mà còn giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng và gia tăng tuổi thọ của động cơ Bằng cách này, chúng em đã không chỉ tiếp xúc với những thách thức kỹ thuật mà còn nghiên cứu những ứng dụng thực tế của hệ thống điều khiển tốc độ trong ngữ cảnh công nghiệp Thầy sẽ được dẫn dắt qua quá trình thiết kế, triển khai và đánh giá hiệu suất của hệ thống, cũng như những kết quả và học thuật đạt được trong quá trình nghiên cứu này Chúng em hy vọng rằng thông qua bài báo cáo này, Thầy sẽ có cái nhìn tổng quan về ưu điểm và ứng dụng của việc sử dụng biến tần trong điều khiển tốc độ động cơ Thầy cũng sẽ được khám phá cách mà công nghệ này đóng góp vào sự tiện lợi và hiệu quả của quá trình sản xuất 1 CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 Giới thiệu chung Trong thời đại tiến bộ và đổi mới, sự phát triển của công nghiệp và công nghệ không ngừng đặt ra những thách thức lớn về việc quản lý và tối ưu hóa hệ thống sản xuất Trong bối cảnh này, việc áp dụng các giải pháp điều khiển tự động, đặc biệt là hệ thống điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần, đã trở thành một nhánh quan trọng của công nghệ, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất cao cho các quy trình sản xuất đa dạng Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ với biến tần là một sự kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ điện tử và tự động hóa, tạo ra khả năng điều chỉnh tần suất và dòng điện đầu vào một cách linh hoạt và chính xác Khả năng này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất của động cơ mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng, đồng thời kéo dài tuổi thọ của thiết bị Với ứng dụng đa dạng từ sản xuất công nghiệp đến các ngành công nghiệp vận chuyển và xử lý nước, hệ thống này đã chứng minh được vai trò không thể phủ nhận trong việc đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về sự linh hoạt và hiệu suất trong quy trình sản xuất Đồ án này tập trung vào việc nghiên cứu và triển khai hệ thống điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần, với hy vọng làm rõ những lợi ích và tiềm năng của công nghệ này trong ngữ cảnh công nghiệp ngày nay Chúng em hi vọng rằng thông qua bài nghiên cứu này, chúng em có thể chia sẻ kiến thức, trải nghiệm và cái nhìn chi tiết về một giải pháp hiện đại và tiên tiến trong lĩnh vực điều khiển tự động 1.3 Các vấn đề đặt ra  Hiệu Suất Năng Lượng: 2  Làm thế nào hệ thống điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần có thể giúp tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng?  Nghiên cứu về hiệu suất so sánh giữa việc sử dụng biến tần và các phương pháp điều khiển truyền thống  Điều Chỉnh và Linh Hoạt:  Làm thế nào biến tần giúp điều chỉnh tốc độ động cơ một cách linh hoạt và hiệu quả?  Ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng biến tần so với các phương pháp điều khiển khác  Ứng Dụng Công Nghiệp:  Các ứng dụng cụ thể của hệ thống điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần trong các ngành công nghiệp khác nhau  Những thách thức cụ thể khi triển khai và tích hợp hệ thống này trong các quy trình sản xuất  Tuỳ Chỉnh và Tối Ưu Hóa:  Cách để tối ưu hóa và tuỳ chỉnh hệ thống điều khiển tốc độ động cơ để phù hợp với các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng  Phương pháp đánh giá hiệu suất và cách thức điều chỉnh để đạt được hiệu quả tối đa  Khả Năng Mở Rộng:  Khả năng mở rộng của hệ thống khi cần thêm các động cơ hoặc mở rộng quy trình sản xuất  Ưu và nhược điểm của việc mở rộng hệ thống điều khiển 1.3 Nội dung nghiên cứu  NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về PLC S7 -1200, truyền thông modbus TCP/IP, cảm biến 3  NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình Kết nối các ngoại vi với PLC, truyền thông modbus TCP/IP  NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống  NỘI DUNG 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mô hình được tối ưu, sử dụng dễ dàng Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số thực tế, hiệu suất hoạt động của hệ thống so với tính toán  NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện  NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện 1.4 Phạm vi giới hạn  Phạm Vi:  Tập trung nghiên cứu cơ bản về nguyên lý hoạt động của biến tần và tương tác với hệ thống điều khiển tốc độ động cơ  Mô phỏng và đánh giá triển khai hệ thống trong môi trường sản xuất thực tế hoặc ảo  So sánh hiệu suất và tiết kiệm năng lượng giữa hệ thống biến tần và phương pháp điều khiển truyền thống  Giới Hạn:  Hạn chế nghiên cứu trong một lĩnh vực cụ thể để tập trung vào một môi trường sản xuất nhất định  Loại bỏ sự chi tiết về các công nghệ khác, tập trung chủ yếu vào biến tần  Không đi sâu vào nghiên cứu về phần cứng, tập trung vào khía cạnh phần mềm và tính toán 4 5 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 2.1 Khái quát chung về mô hình đo và điều khiển tốc độ động cơ Trong thực tế sản xuất gia công chế tạo cũng như để tạo ra sản phẩm cho mọi nghành nghề Như ta đã biết để tạo ra mỗi sản phẩm, mỗi chi tiết đều phải qua nhiều công đoạn mà trong mỗi công đoạn lại có những tốc độ phù hợp để có năng suất và chất lượng sản phẩm thực sự tốt Chính vì vậy mà việc đo và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện là một yếu tố rất quan trọng trong phương thức sản xuất dây chuyền Dưới đây là sơ đồ khối của một hệ thống đo và điều chỉnh tốc độ động cơ thông dụng: Hình 2.1 : Cấu trúc của một hệ đo và điều chỉnh tốc độ động cơ - Máy tính : Trung tâm điều phối , thực hiện công việc xử lý dữ liệu và điều khiển ở mức cao với chế độ thời gian thực mềm, cung cấp giao diện người dùng trực quan để giám sát hệ thống - PLC ( Programable Logic Controller ) : Là thiết bị điều khiển logic lập trình được , PLC hân thông tin từ các cảm biến và xử lý các thông tin đó theo một 6