Đề tài “ Ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ điện KĐB xoay chiều 3 pha, điều khiển đèn giao thông, điều khiển thang máy” pdf

MỤC LỤCNội dung 01: Thiết kế chế tạo bộ nguồn tự động ổn định điện áp và hạn chế Nội dung 02: Xây dựng mạch đo và điều khiển dòng điện, điện áp trong các hệ thống điện tử công suất trên

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian thực tập tại trường em đã hoàn thành tốt 5 nội dung thực tậpđược giao, nhờ sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các Thầy giáo cùng với sự cốgắng học tập của bản thân đã trang bị cho chúng em những kiến thức thực tế vềchuyên ngành Kỹ thuật điện của mình

Trong nền kinh tế hội nhập của nước ta hiện nay, yêu cầu Công nghiệp Hiện đại hóa đòi hỏi chúng ta phải sử dụng nhiều thiết bị vi xử lý được đưa vàotrong mạch điều khiển để tạo nên sự thay đổi sâu sắc và vượt bậc trong lĩnh vực sảnxuất và phục vụ đời sống sinh hoạt hàng ngày

hóa-Tiếp đó, là sự bùng nổ của Khoa học kỹ thuật điều này kéo theo sự phát triển

và hoàn thiện của các bộ VĐK, PLC, Thyristor các bộ biến đổi điện ngày cànggọn nhẹ, tác động nhanh, dễ dàng ghép nối với các vi mạc điện tử

Để tiếp thu các tiến bộ của Khoa học kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu đổimới công nghệ để đưa Tự Động Hóa vào sản xuất Em xin báo cáo quá trình thực

tập kỹ thuật điều khiển là: “ Ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ điện KĐB xoay chiều 3 pha, điều khiển đèn giao thông, điều khiển thang máy” Ngoài ra, trong đợt thực tập vừa qua, em cũng đã được tiếp xúc

và thực hành trực tiếp trên một số thiết bị Biến tần và Logo.

Trong quá trình thực tập và viết báo cáo em đã rất cố gắng, song không thểtránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý chỉ bảo của các Thầygiáo trong khoa

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo trong khoa KTĐK đã tạo điều kiệnthuận lợi cho chúng em hoàn thành các bài thực tập

SV THỰC HIỆN

Vũ văn Thoa

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

Nội dung 01: Thiết kế chế tạo bộ nguồn tự động ổn định điện áp và hạn chế

Nội dung 02: Xây dựng mạch đo và điều khiển dòng điện, điện áp trong các

hệ thống điện tử công suất trên cơ sở biến đổi ADC ICL 7135 9

Nội dung 03: Xây dựng mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor thực hiện ổn

Nội dung 04: Ứng dụng PLC xây dựng các hệ điều khiển cho truyền động

Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha 28

II Yêu cầu :

* Sinh viên phải trực tiếp tìm hiểu tại một cơ sở sản xuất với qui mô phù hợp

* Sinh viên phải nhận thức được vai trò trách nhiệm của người kỹ sư ; Họctập được kinh nghiệm về phương pháp tổ chức thực hiện những nhiệm vụ kỹ thuậtthực tế mới đặt ra; Đồng thời phát huy được các kiến thức mới vừa tiếp thu đượctrong trường , đề đạt áp dụngvào thực tế nếu điều kiện cho phép

* Thực hiện đầy đủ các nội qui thực tập và kế hoạch tực tập đã được phê

duyệt

*Chấp hành nghiêm túc các qui định của cơ sở thực tập

*Làm báo cáo thu hoạch thực tập và nộp cho Khoa đúng kỳ hạn

III Nội dung thực tập :

1 Tìm hiểu các hoạt động của nơi thực tập ( Chức năng ,nhiệm vụ, cơ cấu tổchức,vv…)

2 Tìm hiểu các thiết bị, hệ thống đolường,điều khiển số ,tự động hoá sảnxuất công nghiệp

3 Tham gia trực tiếp vào các hoạt động của nơi thực tập ( Hội thảo khoa học,thiết kế, vận hành , bảo dưỡng , sửa chữa hệ thống điện như hệ thốngtruyền động điện, các thiết bị điện tử , máy điện , máy thuỷ lực, máy nénkhí vv…và phong trào văn nghệ ,thể dục thể thao.)

4 Đi sâu tìm hiểu cụ thể một thiết bị hoặc một hệ thống điều khiển tân tiếnnhất ở nơi thực tập

5 Tìm hiểu chức trách kỹ sư tự động hoá ở nơi thực tập

NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC TẬP

- Nội dung 01: Thiết kế chế tạo bộ nguồn tự động ổn định điện áp và hạn chế

dòng điện

- Nội dung 02: Xây dựng mạch đo và điều khiển dòng điện, điện áp trong các

hệ thống điện tử công suất trên cơ sở biến đổi ADC ICL 7135

- Nội dung 03: Xây dựng mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor thực hiện ổn

dòng trên cơ sở IC điều chế pha xung TCA 785

- Nội dung 04: Ứng dụng PLC xây dựng các hệ điều khiển cho truyền động

điện và điều khiển công nghiệp

- Nội dung 05: Giới thiệu về biến tần vào logo.

NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 01 THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ NGUỒN

TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ HẠN CHẾ DÒNG

I Giới thiệu chung

-Tìm hiểu về phần mềm thiết kế mạch Protel DXP 2004

Khi tạo ra các trang văn bản thiết kế,ta có thể dễ dàng chuyển đổi giữa cáctrình soạn thảo , ví dụ giữa các trình soạn thảo sơ đồ mạch và trình soạn thảo mạch

in PCB.Trình duyệt sẽ thay đổi các thanh công cụ và các menu tuỳ theo trình soạnthảo mà ta đang làm việc Tên của các panel được hiển thị ở góc bên phải khônggian làm việc Ta có thể click vào tên của các panel để mở chúng và có thể dichuyển các panel để tạo giao diện làm việc theo ý muốn

2.2 Thiết kế chế tạo mạch nguồn ổn định điện áp và hạn chế dòng điện

Mạch nguồn được xây dựng trên cơ sở IC LM317 Đây là IC ổn áp dảirộng từ 1,2-37v với dòng điện ra tối đa 1,5

Các linh kiện chính sử dụng trong mạch như trong bảng sau:

TT Ký hiệu Tên linh kiện,trị số Đơn vị tính Số lượng

- Có thể điều chỉnh điện áp ra xuống 1,2V

- Dòng điện giới hạn không đổi khi nhiệt độ thay đổi

- Điện áp ra trong khoảng 1,2V-1,5V

Sơ đồ nguyên lý:

b.Nguyên lý hoạt động:

IC LM317 chứa điện áp chuẩn trong mà đối với nó trị số điển hình là Vref

=1,2V thông qua tác dụng bên trong ổn áp, điện áp đó xuất hiện trên R1 và khiếncho dòng I1 chạy qua R1 có trị số

I1= Vref R1 (1)Dòng này cũng chạy qua R2, tuy nhiên dòng nhỏ bổ xung IADJ chạy ra từ đầu nốiđiều chỉnh, dòng tổng I2 qua R2 là

điện áp V2 trên R2 là:

V2= R2*I2= R2*(I1+IADJ) (3)Điện áp tổng Vout là:

Vout= Vref+ V2 (4)Thế (1) vào (3) và thế biểu thức sau vào (4) ta có:

Vout= Vref(1+R2/R1)+ IADJ*R2

LM317 có khả năng cung cấp hơn 1.5A trong khỏang điện áp điều chỉnhđược từ 1.2_37V.Để thay đổi điện áp Vout ta thay đổi biến trở VR2

Transistor có vai trò như một khóa để hạn chế dòng qua, đồng thời cũng làmthay đổi điện áp ra

2.3 Kết quả thu được

Bộ nguồn tự động ổn định điện áp và hạn chế dòng điện thu được đã đáp ứng đúngyêu cầu về kỹ thuật và mỹ thuật

- Dòng điện ra ổn định để nạp ắc quy

- Dòng điện hạn chế theo yêu cầu từ 0.2A đến 2A

- Khi nạp đèn led sang,khi ắc quy đầy thì ngừng nạp đèn led tắt

NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 2

XÂY DỰNG MẠCH ĐO DÒNG ĐIỆN ,ĐIỆN ÁP TRÊN CƠ SỞ BIẾN

ĐỔI ADC ICL7135

1 Tìm hiểu về biến đổi tương tự- số và ADC ICL 7135:

Có rất nhiều các họ chuyển đổi tương tự số, loại chuyển đổi 8 bít, loại chuyểnđổi 10 bít, 12 bít, 14 bít…nhưng tùy thuộc vào chức năng và độ phân giải theo yêucầu mà chúng ta chọn các vi xử lý chuyển đổi tương tự số khác nhau Các bộchuyển đổi thông thường như: Max 111, Max 186… Trong nội dung này ta sử dụngICL 7135 để thực hiện chức năng chuyển đổi tương tự số

ADC ICL 7135 là bộ biến đổi tương tự số 41/2 chữ số, đầu ra là mã BCD, đầuvào là tín hiệu điện áp đến 2V Đây là IC dạng PDIP 28 chân, điện áp nguồn 5V, gọn và đơn giản nên được sư dụng rộng rãi trong các mạch đo số

+ Các thông số đặc trưng của ICL 7135:

- Độ chính xác là 1 trong 20000 lần đo (trong thang đo đầy đủ là 20000V)

- Đảm bảo giá trị đọc 0 trùng với 0V ở đầu vào

- Dòng điện rò ở đầu vào thường là 1pA

- Đầu vào vi phân chính xác

- Có chân Vref riêng

- Mọi đầu ra tương thích với TTL

- Đầu ra cho mã BCD

- Có 6 đầu vào ra cho các giao diện UART, vi xử lý, các mạch ngoại vi khác

- Nếu giá trị hiệu ra quá dải đo thì bộ hiện thị sẽ nháy

+ Sơ đồ chân như hình sau:

2 Thiết kế mạch đo dòng, áp trên cơ sở sử dụng ADC ICL7135

a.Giới thiệu chung:

Trong các dây truyền sản xuất của các nhà máy trong các hệ thống công nghiệpviệc đo lường giám sát hệ thống hoạt động đặt ra vô cùng quan trọng,các thông sốnhư dòng điện , điện áp của các phần tử luôn được cập nhật và kiểm tra vì vậy đặt

ra yêu cầu thiết kế các bộ đo lường dòng điện

Các bộ đo không chỉ có tác dụng đo và hiển thị giá trị của dòng điện trong các phần

tử của hệ thống mà còn sử dụng để so sánh, điều khiển hệ thống hoạt động ổnđịnh,các số liệu đo về được lưu trong bộ nhớ

Trên thị trường có nhiều bộ đo dòng điện,mỗi loại có những đặc điểm khác nhausong chúng thường có dải đo nhất định,không kết nối trực tiếp được với máytính,khó phối hợp cho việc điều chỉnh hệ thống.Hiện nay với việc phát triển của kythuật vi điều khiển và các phần tử bán dẫn có thể thiết kế các bộ đo lường gọn nhẹthụân tiện và hiệu quả,vừa sử dụng kết quả đo để hiển thị,giám sát,vừa thuận tiện

sử dụng kết quả đo để điều khiển

b.Cấu trúc chung của một hệ đo số:

Sơ đồ cấu trúc chung của một hệ đo số biểu diễn trên hình 2.1

Nhìn chung một hệ thống đo lường và hiển thị ứng dụng kỹ thuật số gồm các phần

tử sau:

-Khối nguồn:cấp nguồn cho các linh kiện đo và hiển thị

-Bộ chuyển đổi tương tự -số (ADC)

-Các phần tử thực hiện thuật toán xử lý và phối hợp điều khiển

-Khối hiển thị : có thể là LED,màn hình LCD…

-Các phần tử ghép nối với máy tính

áp -5V.Nguồn cấp vào mạch là nguồn đối xứng 8-0-8V từ biến áp Các tụ C 1 vàC2 có chức năng lọc tín hiệu nhiễu từ đầu vào, còn C3 và C4 để lọc nhiễu đầu ra,điot cầu để chuyển dòng xoay chiều thành dòng một chiều.

- Bộ chuyển đổi tương tự số:ADC ICL7135

Mạch phối

hơp đầu vào

Bộ ADC

Bộ phối hợp hiển thị

Khối hiển thị

Khối ghép nối

Có rất nhiều các dòng họ chuyển đổi tương tự số,loại chuyển đổi 8 bit,loại

chuyển đổi 10 bit,12 bit,14 bit…Nhưng tuỳ vào chức năng và độ phân giải yêu cầu

mà chúng ta chọn các vi xử lý chuyển đổi tương tự số khác nhau

Các bộ chuyển đổi thông thường như:Max 110,Max 111,Max 186…Trong nộidung này chúng ta sẽ sử dụng ICL7135 thực hiện chức năng chuyển đổi tương tựsố

ADC ICL7135 là bộ biến đổi tương tự -số 4 21 chữ số , đầu ra là mã BCD, đầuvào là tín hiệu điện áp 2V Đây là IC dạng PDIP 28 chân, điện áp nguồn 5V,khá gọn nhẹ và đơn giản nên được sử dụng khá nhiều trong các mạch đo số Các thông số của ICL7135 tham khảo trong datasheet kèm theo

- Phần tử thực hiện thuật toán và phối hợp điều khiển

Việc đo lường cần phải đảm bảo độ chính xác trong 1 dải rộng,bởi vậy trong mỗi

1 khoảng giá trị dòng điện cần phải sử dụng 1 thuật toán riêng thích hợp

Trong mạch đo này,phối hợp đầu vào có khuyếch đại thuật toán OP7 và biến trởđiều chỉnh đầu vào

-Khối hiển thị

Chúng ta có thể sử dụng các đèn LED hay màn hình tinh thể lỏng LCD phục vụcho mục đích hiển thị.Trong phần này ta sử dụng LED 7 đoạn để hiển thị Đầu raICL7135 là mã BCD nên cần sử dụng bộ giải mã từ mã BCD sang mã 7 đoạn đểhiển thị trên LED.Bộ giải mã được chọn là IC 7447

3.2 Sơ đồ và chức năng của ICL7135

Các linh kiện chính trong mạch cho trong bảng sau:

Sơ đồ nguyên lý

NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 3

XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU THYRISTOR THỰC

HIỆN TRÊN CƠ SỞ IC ĐIỀU CHẾ PHA XUNG

I.Giới thiệu chung

- Nắm được nguyên lý làm việc của thyristor

- Nắm được sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lưu thyistor thực hiện ổn dòng xây dựngtrên IC điều chế pha xung TCA 785

- Lắp ráp và hiệu chỉnh mạch đạt yêu cầu

II Tiến hành

-Tìm hiểu cấu tạo,nguyên lý làm việc của thyistor

-Tìm hiểu nguyên lý điều chế pha xung và IC TCA785

-Tìm hiểu mạch điều khiển

- Lắp ráp mạch và hiệu chỉnh mạch đạt yêu cầu

1 Xây dựng mạch điều khiển thyistor

a Cấu tạo

Thyristor còn được gọi là SCR (Silicon controlled Rectifier) bộ nắn điệnđược điều khiển bằng chất silicium

Thyristor là linh kiện bán dẫn gồm 4 lớp P – N – P – N ghép nối tiếp tạo nên

ba cực anode ký hiệu A dương cực Catode ký hiệu K âm cực và cực gate ký hiệu

G là cực khiển hay cửa J1, J2, J3 là các mặt ghép

b Nguyên lý làm việc của thyristor

Để nghiên cứu sự làm việc của thyristor ta xét trường hợp

Thyristor phân cực ngược

Hình 1.14Trong trường hợp này dưới tác dụng Ec mặt ghép J1, J3 được phân cực thuậnđiện trường Ec này ngăn cản sự chuyển dời của lỗ trống khi chưa có điện áp uGK thìnồng độ các điện tử tự do trong lớp P2 rất bé Khio có UGK > 0 thì vì UGK là điện ápthuận đối với J3 vì nồng độ điện tử tự do rất lớn ở lớp catot N3 cho nên số lượng lớnđiện tử chuyển dịch từ N2 sang P2

Khi UGK và IG càng lớn thì số điện tự do đi qua J2 càng nhiều hàng rào điệnthế trên J2 càng giảm và điện áp E cần thiết để gây ra hiện tượng dẫn điện ào ạt ởmặt ghép J2 càng bé

Khi Ia lớn hơn trị số IL nào đó (tương ứng với số điện tử tự do đủ để hiệntượng dẫn điện ào ạt lan rộng ra khắp mặt J2) Thì nếu tắt dòng điện điều khiển IGhoặc điện áp uGK thyristor vẫn tiếp tục mở trị số IL được gọi là dòng điện anot khởiđộng

Thông thường IL = 10-3Iđm

Trong đó Iđm : là dòng điện định mức của thyristor

Thyristor chỉ khóa lại khi Ia nhỏ hơn trị số IH

IH : là dòng điện duy trị hoặc UGK < 0

E

A

B

CD

Dòng áp ngược

Các thông số chủ yếu của Thyristor

a- Trị số hiện dụng định mức của dòng điện anot Iahd đó là trị số hiệndụng của dòng điện cực đại cho phép đi qua thyristor trong một thời gian dàikhi

b- thyristor mở khi khi thyristor dẫn điện thì VAK = 0,7v nên dùng điệnthuận qua SCR có thể tính theo công thức

RL : tải thuần trở

VCC : điện áp qua thyristor

c- Dòng điện điều khiển kích mở IGT là dòng điện điều khiển IG gây mởthyristor

d- Điện áp ngược cực đại ungmax là điện áp giữa 2 cực A và K cho phépđặt của thyristor

e- Điện áp rơi định mức ua là điện áp giữa cực A và K khi thyristor mở

và dòng điện bằng dòng điện định mức

f- Thời gian phục hồi tính khóa là thời gian tối thiểu cần thiết đểthyristor phục khóa hồi tính

2 Tìm hiểu nguyên lý điều chế pha xung và IC TCA785

a Nguyên lý điều chế pha xung

Hình 3.1.Mạch điều chế pha xung Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:Điện áp vào là điện áp 1 chiều biếnthiên được so sánh với điện áp chuẩn là xung răng cưa.Đầu ra của mạch so sánh làxung vuông có độ rộng tương ứng với gía trị điện áp vào.Qua mạch vi phân ta sẽnhận được xung nhọn.Vị trí xung nhọn (pha xung) trong chu kỳ so sánh chính là tỷ

lệ giữa giá trị biên độ điện áp vào và biên độ đỉnh xung răng cưa

b.Mạch điều khiển thyistor thực hiện ổn dòng

Mạch được xây dựng trên cơ sở IC điều chế pha xung TCA785

Điện áp

vao

So sánh

Vi phân

Mạch tạo xung răng cưa

R

v V

I   0,7

* Vi mạch TCA 785

Vi mạch TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện bốn chức năng củamột mạch điều khiển : Tề đầu điện áp đồng bộ , tạo điện áp răng cưa đồng bộ , sosánh và tạo xung ra

Đặc trưng và sơ đồ chân

Các loại ứng dụng của IC này là thay đổi dòng điện , điều khiển dòng xoay chiều,

và diều khiển dòng điện 3 pha

IC này đã ra đời cải tiến IC TCA 780 và TCA 780 D

Sơ đồ chân

Sơ đồ mô tả chức năng chân

Máy dò tín hiệu đồng bộ này điều khiển bộ phát, tụ diện C10 được nạp từchân R9 Nếu tín hiệu điện áp chân V10 mà được so sánh với tín hiệu điện áp chânđiều khiểnV11 thì sẽ được đưa về khối logic Thay đổi V11 để thay đổi góc mở phacủa trigger từ 0o - 180o

Ở nửa chu kỳ,1 xung dương đạt xấp xỉ 30us trong suốt quá trình ra tại đầu raQ1 và Q2.Xung có thể được đảo ngược 1800 thông qua tụ C12.Nếu chân 12 đượcnối xuống đất xung ra sẽ nằm giữa góc φ và 1800.

Đầu ra Q1 đảo và Q2 đảo cung cấp tín hiệu ngược cho Q1 và Q2

Một tín hiệu(φ+1800) có thể được sử dụng để điều khiển mức logic có giá trịtại chân 3.Một tín hiệu phản hồi từ cổng NOR nối với Q1 và Q2 có giá trị raQZ(chân 7)

Tín hiệu đặt vào có thể được sử dụng để triệt tiêu tín hiệu ra Q1,Q2 và Q1đảo,Q2 đảo

Chân 13 có thể được sử dụng để làm phẳng tín hiệu ra Q1 đảo và Q2 đảo với

độ lớn của xung (1800 – φ)

Sơ đồ xung IC TCA 785

Vs

Vs

Vs

VVV

Đặc điểm:

8 ≤ Vs ≤ 18V ;

-25 oC ≤ TA ≤ 85 oC

f = 50 Hz

3 Sơ đồ nguyên lý của mạch biểu diễn

Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý của mạch biểu diễn thyistor trên TCA785

-Tín hiệu từ dòng điện 220v qua biến áp ,qua điot thành dòng 1 chiều qua MC782ACT được điện áp 12V

-Điot D1,D11 chỉnh lưu biến đổi nguồn xoay chiều thành 1 chiều

-Điot D2 và D3 mắc ngược nhau nối đất tạo ra điện áp hạn chế đưa vào chân 5-Điot D7 và D5 đảm bảo đưa tín hiệu dòng vào chân G

-Triết áp R15 điều chỉnh điện áp xung răng cưa

-ULN 2803 có vai trò cách li và khuyếch đại 1 phần tín hiệu

-Điểm số 1 đấu với cực G

*Các linh kiện trong phần mạch nguồn

NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 4

ỨNG DỤNG PLC XÂY DỰNG CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

I Giới thiệu chung

1.Yêu cầu:

Nắm chắc:

- Các thành phần cơ bản của một hệ thống PLC

- Cấu trúc các đầu vào/ra số của PLC

- Cách ghép nối các đầu vào/ra số với ngoại vi nhập/xuất

- Cấu trúc cơ bản của một chương trình viết cho PLC dựa trên các ngôn ngữ lậptrình bằng phần mềm Step7

- Cách viết một chương trình đơn giản, download và thực hiện chương trình

2 Mô hình hệ thống PLC điều khiển truyền động điện và điều khiển công nghiệp trong bài thực tập:

- Hệ thống PLC điều khiển ĐCKĐB xoay chiều 3 pha:

3 Giới thiệu PLC S7- 200:

Sơ đồ cấu trúc chung một trạm PLC:

Một trạm PLC thông thường bao gồm 5 thành phần chính:

- CPU: thực hiện chương trình và lưu trữ dữ liệu cho việc điều khiển các bài toán tự động hoá

- Bộ nguồn (PS): cung cấp điện áp cho CPU và các modul

+ Thành phần và tính năng kỹ thuật của CPU 214: