Báo cáo thí nghiệm thiết bị và hệ thống tự Động

Thí nghiệm 1: Khảo sát panel điều khiển - Cắt nguồn điện của panel - Sử dụng VOM khảo sát các tín hiệu đã được đấu sẵn trên panel - So sánh với thông tin đã cho từ mục I - Báo cáo kết q

Giới thiệu bộ thí nghiệm

Yêu cầu: Sinh viên tự vẽ sơ đồ nối dây cho đồng hồ đo

Thí nghiệm 1: Khảo sát panel điều khiển

- Cắt nguồn điện của panel

- Sử dụng VOM khảo sát các tín hiệu đã được đấu sẵn trên panel

- So sánh với thông tin đã cho từ mục I

- Báo cáo kết quả với GVHD

Thí nghiệm 2: Khảo sát vận hành của MCCB

- Khảo sát các vị trí hoạt động của MCCB trong trường hợp chưa cấp nguồn

- Cấp nguồn cho panel, khảo sát lại hoạt động của MCCB

- Đấu nguồn điện từ L1 vào vị trí D1 của UV, khảo sát hoạt động của MCCB

- Đưa ra nhận xét, thực hiện mạch bảo vệ với nút nhấn Emergency Stop với yêu cầu cắt nguồn điện khi nhấn Emergercy Stop

- Khi cấp nguồn cho panel, bật CB thì CB sẽ tự ngắt

- Sau khi đấu nguồn L1 vào D1 của UV => Bật CB được Nếu rút dây đấu này ra thì CB sẽ tự ngắt

Yêu cầu: Dựa vào kết quả ở thí nghiệm trên, sinh viên hãy vẽ sơ đồ bảo vệ với nút nhấn EMERGENCY STOP và MCCB

Sơ đồ bảo vệ nút nhấn EMERGENCY STOP và MCCB:

Thí nghiệm 3: Khảo sát mạch điều khiển trực tiếp động cơ

Yêu cầu 1: Sinh viên tự vẽ lại sơ đồ nối dây tương ứng trên bảng điều khiển với các hoạt động của mạch như sau:

- Khi động cơ không chạy, đèn đỏ ứng với nút STOP sáng Lưu ý: Sử dụng hệ thống động cơ 3 pha có tải thay đổi và ban đầu đặt mức tải của hệ ở mức 0 (thông qua biến trở khung gá động cơ)

- Khi bấm vào nút START, động cơ bắt đầu chạy, đèn xanh ứng với nút START sáng, đèn đỏ ứng với nút STOP tắt

- Khi bấm nút STOP, động cơ đang chạy sẽ dừng lại, đèn xanh ứng với nút START tắt, đèn đỏ ứng với nút STOP sáng

- Sử dụng chức năng bảo vệ quá dòng của CB bảo vệ, không cần sử dụng Relay nhiệt OL

Sơ đồ nối dây theo yêu cầu trên:

Kết quả: Mạch trên hoạt động đúng với yêu cầu đưa ra

Yêu cầu 2: Chỉnh lại mạch để nối thêm đồng hồ đo đa chức năng vào để đo dòng, áp tiêu thụ

Ghi nhận các thông số hiển thị trên đồng hồ (có thể lấy trung bình nếu giá trị thay đổi liên tục) trong các trường hợp đặt mức tải là 0 – 20 (thông qua vạch trên biến trở)

Mức tải = 0 Đơn vị Pha 1 Pha 2 Pha 3 Điện áp pha V 220.2 226.6 224.0 Điện áp dây V 385.1 387.5 388

Công suất biểu kiến kVA 0.285 0.293 0.289

Công suất tiêu thụ kW 0.159 0.158 0.158

Công suất phản kháng kVaR 0.237 0.247 0.241

Hệ số công suất 0.560 0.545 0.552 Độ méo hài điện áp % 4.047 3.428 3.724 Độ méo hài dòng điện % 2.696 2.708 2.698

Mức tải = 20 Đơn vị Pha 1 Pha 2 Pha 3 Điện áp pha V 224.1 226.7 222.1 Điện áp dây V 387.7 387.2 389.9

Công suất biểu kiến kVA 0.312 0.295 0.293

Công suất tiêu thụ kW 0.174 0.180 0.162

Công suất phản kháng kVaR 0.257 0.237 0.241

Hệ số công suất 0.554 0.610 0.556 Độ méo hài điện áp % 3.557 3.429 3.747 Độ méo hài dòng điện % 5.012 5.100 3.027

- Khi tăng mức tải lên 20 thì cường độ dòng điện trên 3 pha nói chung có sự tăng lên nhẹ so với trường hợp không tải (mức 0)

- Khi tăng mức tải lên 20, công suất biểu kiến và công suất tiêu thụ tăng nhẹ so với trường hợp không tải Hệ số công suất giữa 2 mức tải chênh lệch không nhiều

- Khi tăng mức tải lên 20, độ méo hài điện áp nhìn chung giảm đi đáng kể, ngược lại độ méo hài dòng điện tăng lên rõ rệt. Đặt mức tải lên 100, đọc trị số dòng điện, đếm thời gian từ lúc bắt đầu đặt tải 100 đến khi mạch tự ngắt

 Thời gian từ lúc bắt đầu đặt tải đến lúc mạch ngắt: 27s

Nhận xét: CB bảo vệ hoạt động đúng với chức năng bảo vệ mạch điện khỏi quá tải Sau khỏng thời gian T = 27s tính từ lúc có dòng quá tải xuất hiện trong mạch thì CB hoạt động và ngắt mạch khỏi lưới điện Do hoạt động dựa trên sự dãn nở của kim loại nên CB cần có một khoảng thời gian để hoạt động

Yêu cầu 3: Vẽ lại mạch trong trường hợp dùng 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 khi mạch tự ngắt

 Thời gian từ từ lúc bắt đầu đặt tải đến lúc mạch ngắt: 10s

- Relay nhiệt được sử dụng cùng với contactor để bảo vệ động cơ và mạch điện nhờ chức năng co giãn do nhiệt độ của thanh lưỡng kim bên trong nó

- Cần phải có một khoảng thời gian chờ (tầm 10s) giữa thời điểm mạch có dòng quá tải và thời điểm relay nhiệt thay đổi trạng thái tiếp điểm để ngắt mạch Do dòng điện quá tải gây ra tác dụng nhiệt đốt nóng thanh lưỡng kim làm cho thanh dãn nở từ từ rồi làm bật tiếp điểm bên trong relay để ngắt mạch khỏi nguồn điện

- Sau khi hiện tượng quá tải xảy ra, ta cần chờ thêm một khoảng thời gian ngắn để thanh lưỡng kim nguội đi để khôi phục lại trạng thái ban đầu của tiếp điểm bên trong relay Lúc này, mạch hoạt động lại bình thường

Thí nghiệm 4: Mạch khởi động có thời gian trễ

Yêu cầu: Sinh viên tham khảo mạch ở phần trên và tự vẽ mạch điều khiển, mạch động lực thỏa mãn yêu cầu: Sau khi bấm nút START 3 giây, động cơ bắt đầu chạy có thể bấm nút STOP để ngưng toàn bộ hoạt động (Không yêu cầu phải nối đồng hồ đo đa chức năng)

Chú ý: Timer bắt đầu đếm khi Contactor 1 được đóng Để đóng mạch động lực, hãy sử dụng một Contactor khác

Kết quả: Mạch hoạt động đúng với yêu cầu đưa ra, sau khi nhấn start cần đợi 3s để tiếp điểm ON_delay đóng lại để kích hoạt KM2 đóng làm động cơ chạy Đèn báo đỏ khi động cơ ngừng và báo xanh khi động cơ chạy

Nhận xét: Mỗi lần muốn khởi động động cơ thì luôn cần chờ một khoảng thời gian T ngay sau khi nhấn nút start để động cơ chạy

Thí nghiệm 5: Mạch khởi động sao – tam giác

Tham khảo sơ đồ ở trên, thực hiện đấu nối mạch khởi động Y/ Δ với các yêu cầu sau:

- Điều khiển bằng nút nhấn START/STOP

- Khóa chéo bảo vệ giữa 2 Contactor chuyển mạch Y/Δ

- Khi có sự cố quá tải, mạch điều khiển tắt hoàn toàn

- Có sử dụng đồng hồ đo đa chức năng

Vận hành: Đặt thời gian trễ là 10s, nhận xét sự thay đổi tốc độ của động cơ trong quá trình hoạt động Đo dòng dây xác lập cấp vào động cơ (chỉ cần đo 1 pha) trong các trường hợp mạch đang nối sao và đang nối tam giác

Mạch khởi động sao tam giác giúp làm giảm dòng điện khởi động của động cơ không đồng bộ 3 pha Dòng điện khởi động nếu quá lớn sẽ dẫn đến sụt áp nguồn điện, hư hại thiết bị

Khi chưa nhấn Start: mạch chưa hoạt động, đèn xanh tắt, đèn đỏ sáng

Khi nhấn Start: Đèn đỏ tắt, đèn xanh sáng, contactor 1 và 3 đóng, động cơ chạy khởi động theo mạch nối sao Tốc độ của động cơ lúc này tăng lên từ từ (I = 0.9A)

Sau 1 khoảng Ts, Contactor 3 mất điện, Contactor 2 đóng lại, lúc này động cơ chạy ở chế độ mạch nối tam giác Tốc độ động cơ lúc này đã đạt đến trạng thái tương đối ổn định (I = 0.825A)

Kết luận: Mạch khởi động sao tam giác giúp làm giảm dòng điện khởi động đáng kể, tránh gây hiện tượng độ lớn dòng điện thay đổi đột ngột gây hư hại cho mạch.

THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG

BTN #2: BIẾN TẦN, VẬN HÀNH BIẾN TẦN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG, KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

Bài thí nghiệm 1: Cấu hình mặc định lại cho biến tần và cài đặt các thông số cơ bản của biến tần

Hình 6: Động cơ sử dụng trong bài thí nghiệm

Chức năng này cho phép đặt biến tần về chế độ mặc định Người sử dụng dể dàng điều chỉnh các thông số cần thiết ứng với động cơ mới Để cấu hình mặc định cho biến tần sử dụng thanh ghi P053 Cài đặt P053 = 2

Sau khi cài đặt thành công, đèn báo lỗi sẽ sáng tương ứng với mã lỗi F048 (Params

Default) Nhấn nút STOP để xóa lỗi và bắt đầu cấu hình lại biến tần Sau khi cài đặt Factory Setting, tất cả các thanh ghi còn lại được đưa về giá trị mặc định, ta cần cấu hình lại phù hợp với động cơ sử dụng Các thanh ghi cấu hình cơ bản bao gồm các thanh ghi từ P030 đến P052

Thanh ghi Tên Ý nghĩa Giá trị mặc định

Chọn ngôn ngữ hiển thị trên HMI của biến tần và trên giao diện lập trình PLC (nếu sử dụng PLC giao tiếp biến tần)

NP Điện áp định mức động cơ (V) 230 (a1) = 220

NP Tần số định mức động cơ

Cài đặt giá trị dòng tối đa cho động cơ (A), nếu dòng điện qua động cơ vượt giới hạn này trong

60 giây, biến tần sẽ tự ngắt điện

P034 Motor NP FLA Dòng định mức động cơ

NP Số cặp cực động cơ

NP Số vòng quay động cơ tại định mức (rpm) 1750 (a6) = 1350

NP Công suất động cơ (kW) định mức

Phương pháp điều khiển moment điện từ 1 (SVC) (b1) = 0

Chọn chế độ autotune tĩnh (không quay) hoặc động (có quay)

Thời gian gia tốc theo hàm ramp từ tần số cực tiểu đến cực đại (giây)

Thời gian giảm tốc theo hàm ramp từ tần số cực đại xuống cực tiểu (giây)

P043 Minimum Freq Tần số cực tiểu (Hz) 0 0

Tần số cực đại (Hz)

P045 Stop Mode Phương động cơ pháp ngừng

Start Source 1,2,3 để kích biến tần khởi động, có thể sử dụng phím trên mặt biến tần (Keypad), sử dụng các chân IO của biến tần hoặc thông qua giao tiếp

SS1: 1 (Keypad) SS2: 2 (DI) SS3: 5 (Ethernet/IP)

Chọn nguồn để cài đặt RS1: 1 tần số cho biến tần (DrivePot) P047

Nguồn này có thể là biến trở trên mặt biến tần, đặt thông qua chân IO, đặt thông qua mạng, ngõ ra điều khiển PID, …

RS2: 5 (0-10V Analog) RS3: 15 (Ethernet/IP)

Chi phí trung bình trên mỗi kWh điện tiêu thụ 0 0

NP = nameplate: tấm biến ghi thông số động cơ

OL = overload: trạng thái quá tải (quá dòng động cơ)

Sau khi đưa về chế độ mạch định, sinh viên kiểm tra và thiết lập các thông số sau đây cho biến tần Điền các thông số (a1)-(a7), (b1), (c1)-(c3) vào bảng trên a Từ thông tin ghi ở bảng tên trên thân động cơ, xác định các thông số (a1) - (a7) Biết rằng giới hạn dòng động cơ thường được đặt vào khoảng 1.2 – 1.6 lần dòng định mức và động cơ được nối tam giác b Dựa vào tài liệu của hãng sản xuất, xác định hệ số cài đặt (b1) sao cho moment điện từ được điều khiển theo phương pháp “V/Hz” c Xác định các giá trị (c1) - (c3) biết rằng tần số tối đa được chọn trong bài này bằng 1.5 lần tần số định mức của động cơ và tốc độ thay đổi tần số tối đa là 10 Hz/s d Thực hành cài đặt thông số cho động cơ dựa vào các giá trị đã cho trong bảng và các giá trị vừa được xác định ở trên

Thí nghiệm 2: Thực hiện một số cài đặt cơ bản cho biến tần hoạt động Khởi động/ Dừng động cơ bằng nút Start/Stop trên keypad, đặt tần số bằng phím trên keypad

- Cài đặt các thanh ghi chọn nguồn kích biến tần và nguồn cài đặt tần số: P046 = 1, P047 = 2

- Cài đặt tần số: Nhấn nút mũi tên lên để vào giao diện cài đặt tần số Đặt tần số bằng các nút nhấn trên keypad giá trị 25 Hz, sau đó bấm để lưu tần số đã cài đặt

- Nhấn nút Start để chạy động cơ

- Đảo chiều bằng phím Reverse trên keypad

- Cài đặt cho động cơ chạy ở các tần số 55 Hz và 90 Hz, ghi nhận tần số điều khiển trong các trường hợp Nhận xét và giải thích

- Nhấn nút Stop (hoặc chuyển công tắc 01 về OFF) để ngừng động cơ

Sinh viên nêu nhận xét, thực hiện cấu hình để khắc phục lỗi nếu có:

Tần số đặt Tần số thực tế Nhận xét, giải thích

25 Hz 25 Hz Trong hai trường hợp tần số đặt là 25 Hz và 70 Hz thì tần số thực tế chạy đúng với tần số đặt, còn đối với trường hợp tần số đặt là 120Hz thì tần số thực tế chỉ chạy 75 Hz do đã cài đặt tần số max cho biến tần trên thanh ghi P044 = 75

Khởi động/ Dừng động cơ bằng nút Start/Stop trên keypad, đặt tần số bằng biến trở trên thân biến tần (DrivePot)

- Cài đặt các thanh ghi chọn nguồn kích biến tần và nguồn cài đặt tần số: P046 = 1, P047 = 1

- Nhấn nút Start để chạy động cơ, thay đổi vị trí biến trở để chỉnh tần số

- Ghi lại các giá trị tần số tối đa và tối thiểu chỉnh được bằng biến trở

- Thực hiện thao tác đảo chiều bằng phím Reverse trên keypad

- Thực hiện hiển thị tốc độ động cơ thay vì hiển thị tần số

Thao tác thực hiện: Từ màn hình tần số nhấn nút Esc 2 lần để vào màn hình cài đặt thanh ghi Nhấn nút  tìm nhóm thanh ghi b001, nhấn Sel 1 lần để chọn thanh ghi trong nhóm Nhấn nút  tìm thanh ghi b015 là nhấn Sel Biến tần vào chế độ hiển thị tốc độ động cơ

Sử dụng DIGITAL INPUT để điều khiển động cơ (nhóm chức năng 1)

- Cài đặt các thanh ghi chọn nguồn kích biến tần và nguồn cài đặt tần số: P046 = 2, P047 = 2

- Chọn chức năng cho chân 02 và 03 thông qua các thanh ghi t062 = 48, t063 = 50

- Tương tự thí nghiệm 2.1, đặt tần số điều khiển là 25Hz

- Thực hiện các thao tác thí nghiệm theo thứ tự và điền vào bảng

Thao tác Hiện tượng Nhận xét

Bật công tắc 02, công tắc

OFF Động cơ quay với tần số

25 Hz theo chiều kim đồng hồ

Nhận xét chức năng của chân 02 và 03:

- Chân 02 điều khiển động cơ quay thuận

- Chân 03 điều khiển động cơ quay ngược

- Nếu 2 công tắc được bật cùng lúc động cơ sẽ trở về trạng thái dừng

Tắt công tắc 02, ngay sau đó liền bật công tắc 03 Động cơ quay với tần số

25 Hz ngược chiều kim đồng hồ

Khi công tắc 03 đang mở và động cơ đang chạy ổn định, bật công tắc 02 Động cơ quay chậm dần rồi dừng lại

Sử dụng DIGITAL INPUT để điều khiển động cơ (nhóm chức năng 2)

- Cài đặt các thanh ghi chọn nguồn kích biến tần và nguồn cài đặt tần số: P046 = 2, P047 = 2

- Chọn chức năng cho chân 02 và chân 03 thông qua các thanh ghi t062 = 49, t063 = 51

- Đặt tần số điều khiển là 25Hz

- Thực hiện các thao tác thí nghiệm theo thứ tự và điền vào bảng

Thao tác Hiện tượng Nhận xét

Bật công tắc 02, công tắc

OFF Động cơ quay thuận (chiều kim đồng hồ)

Nhận xét chức năng của chân 02 và 03:

Chân 02: dùng để khởi động động cơ (tự giữ), động cơ tiếp tục chạy dù chân 02 OFF Chân 03 dùng để chỉnh chiều quay của động cơ:

Khi động cơ đang chạy ổn định, tắt công tắc 02 Động cơ vẫn tiếp tục quay theo chiều thuận

Bật công tắc 03, công tắc

OFF Động cơ giảm tốc độ về

- Nhấn nút Stop (hoặc chuyển công tắc 01 về OFF) để ngừng động cơ

Khi động cơ đang dừng, có thể nhấn START trên Keypad để khởi động động cơ được hay không? Vì sao?

Khi động cơ đang dừng không thể nhấn nút START tren Keypad để khởi động vì P046 = 2 đang ở chế độ Digital Input (chức năng start của biến tần đã bị gán vào chân 2), ta chỉ có thể điều khiển động cơ bằng các công tắc trên panel thí nghiệm

20 | P a g e Điều khiển nhiều cấp tốc độ cố định sử dụng Digital Input

- Cài đặt các thanh ghi chọn nguồn kích biến tần và nguồn cài đặt tần số: P046 = 1, P047 = 7

- Chọn chức năng Preset Freq cho chân 05 và 06 thông qua các thanh ghi t065 = 7, t066 = 7

- Đặt các tần số của các mức 0, 1, 2, 3 thông qua thanh ghi A410 – A413 như sau: A410 = 0, A411 = 15, A412 = 30, A413 = 45

- Nhấn nút Start trên thân biến tần để khởi động

- Thay đổi trạng thái các công tắc 05, 06 và ghi nhận tần số điều khiển động cơ:

Trạng thái công tắc 06 Tần số Kết luận

OFF OFF 0 Trong 2 chân 05, 06, chân nào ứng với bit trọng số nhỏ, chân nào ứng với bit trọng số lớn?

Chân 05: bit trọng số nhỏ Chân 06: bit trọng số lớn

- Nhấn nút Stop (hoặc chuyển công tắc 01 về OFF) để ngừng động cơ

Nhận xét nhược điểm của việc cài đặt A410 – A413 theo thứ tự 0 → 15 → 30 → 45 Tìm một cách cài đặt khác để khắc phục nhược điểm này

Nhược điểm của việc cài đặt này: Các công tắc tương ứng với các trọng số bit không được đặt đúng vị trí

Sử dụng biến trở ngoài để thay đổi tần số đặt

- Cài đặt các thanh ghi chọn nguồn kích biến tần và nguồn cài đặt tần số: P046 = 1, P047 = 5

- Nhấn nút Start để chạy động cơ, thay đổi vị trí núm vặn Vr1 trên Panel thí nghiệm để chỉnh tần số

- Điều chỉnh biến trở, quan sát các thông số vận hành của động cơ ở các tần số khác nhau

Tần số 10Hz 25Hz 45Hz

Tốc độ 301 RPM 750 RPM 1352 RPM Điện áp 52.5 V 111.8 V 199.9 V

- Đảo chiều bằng phím chức năng trên keypad

- Nhấn nút Stop (hoặc chuyển công tắc 01 về OFF) để ngừng động cơ.

Thí nghiệm 3: Mô phỏng điều khiển PID cho hệ thống bơm

Hình 9 Minh họa hệ thống bơm giữ cân bằng áp suất

Trong hệ thống này, giá trị đặt là áp suất điều khiển được đặt thông qua biến trở trên thân biến tần Giá trị hồi tiếp là áp suất đo bằng cảm biến mô phỏng sử dụng biến trở trên panel Biến tần hỗ trợ 2 bộ điều khiển PID, trong thí nghiệm này ta sử dụng bộ PID

1 với các thanh ghi chức năng như sau

A458: Sử dụng để kích hoạt Trim Control (hệ thống bơm không cần sử dụng chức năng này)

A459: Reference Select: chọn dạng tín hiệu ngõ vào

Hình 10 Chi tiết thanh ghi A459

A460: Feedback Select: chọn dạng tín hiệu hồi tiếp

Hình 11 Chi tiết thanh ghi A460

A464: PID Setpoint: Cài đặt giá trị tham chiếu cho bộ PID (trong trường hợp thanh ghi

A459 = 0) t091 và t092: điều chỉnh chức năng scale ngõ vào Analog Input t095 và t096: điều chỉnh chức năng scale ngõ vào dạng dòng 4 – 20mA

A465: Deadband: Vùng chết trong điều khiển PID, có thể sử dụng để giảm bớt ảnh hưởng của nhiễu đo lường

A466: Preload: Giá trị khởi tạo cho ngõ ra PID

Hình 12 Giải thích chức năng của PID Preload trong điều khiển

A456 - 457: Giới hạn ngõ ra của bộ PID trong chế độ Trim Control

A461 - 463: Các hệ số điều khiển PID (lần lượt là hệ số tỉ lệ Kp, thời gian tích phân Ti và thời gian vi phân Td)

Yêu cầu: a) Xác định các giá trị cấu hình cho các thanh ghi P046 và P047, biết nguồn kích khởi động biến tần là Keypad, nguồn cài đặt tần số là PID Output 1

Thanh ghi Tên Giá trị cài đặt

P047 Reference Speed 11 (PID1 Output) b) Xác định các giá trị cấu hình cho các thanh ghi A458 – A466 dựa vào các thông tin đã cho ở trên và các thông số bộ điều khiển như sau:

Thanh ghi Tên Giá trị cài đặt

A458 Trim Control Không cần cài đặt

A459 Reference Select 1 (Drive Pot) A460 Feedback Select 0 (0-10V Input)

A464 PID Setpoint Không cần cài đặt

24 | P a g e c) Khởi động biến tần, đặt giá trị ngõ vào cố định, điều chỉnh biến trở trên panel để thay đổi giá trị hồi tiếp Xác định quá trình xác lập của biến tần

- Khi tăng giá trị biến trở cảm biến lớn hơn giá trị biến trở đặt, động cơ tăng dần tốc độ theo chiều thuận cho đến khi đạt tần số tối đa (75Hz) Nếu ban đầu động cơ đang quay chiều ngược thì động cơ sẽ quay chậm lại, đổi chiều và quanh nhanh dần theo chiều thuận

- Khi giảm giá trị biến trở cảm biến nhỏ hơn giá trị biến trở đặt, động cơ tăng dần tốc độ theo chiều ngược cho đến khi đạt tần số tối đa (75Hz) Nếu ban đầu động cơ đang quay chiều thuận thì động cơ sẽ quay chậm lại, đổi chiều và quanh nhanh dần theo chiều ngược

- Khi giá trị biến trở cảm biến bằng giá trị biến trở đặt thì động cơ có xu hướng ít thay đổi tốc độ Tuy nhiên, do deadband = 0% nên động cơ không thể đạt trạng thái giữ nguyên tốc độ quay được d) Ngừng biến tần bằng nút OFF, chỉnh lại thông số Deadband = 5%, chạy lại bộ điều khiển và nhận xét ảnh hưởng của Deadband lên bộ điều khiển trong thực tế (tác dụng, ưu điểm, nhược điểm) Xác định quá trình xác lập của biến tần

- Quá trình xác lập của biến tần: Nếu giá trị biến trở cảm biến sai lệch lớn so với biến trở đặt thì tương tự như trường hợp Deadband = 0% Tuy nhiên, nếu giá trị biến trở cảm biến nằm trong vùng đủ gần điểm đặt (sai lệch < 5%) thì động cơ giữ nguyên tốc độ quay

- Nhận xét ảnh hưởng của Deadband:

 Tác dụng: Deadband là vùng chết trong điều khiển PID, được sử dụng để giảm bớt ảnh hưởng của nhiễu đo lường

 Ưu điểm: Giảm bớt nhiễu đo lường, giúp cho động cơ không bị đảo chiều quay liên tục khi tiến gần đến Setpoint Phù hợp để điều khiển những đại lượng biến đổi chậm

 Nhược điểm: Giảm sự nhạy của bộ điều khiển Bộ điều khiển tốn nhiều thời gian hơn để đáp ứng nếu Deadband được cài đặt quá lớn, gây khó khăn cho việc điều khiển những đại lượng biến đổi nhanh

THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG

BTN #3: THIẾT LẬP KẾT NỐI VÀ VẬN HÀNH PLC, BIẾN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG, KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

B1: Thiết lập lại biến tần về trạng thái mặc định (Xem BTN2) Chú ý sau khi thiết lập xong thì phải tắt nguồn biến tần, đợi biến tần tắt hẳn (màn hình tắt, đèn báo màu đỏ ngưng nhấp nháy) thì mới mở lại để module Ethernet trong biến tần được reset lại

B2: Sau khi đưa biến tần về trạng thái mặc định, địa chỉ mạng của biến tần cũng bị trở lại mặc định, ta cấu hình bằng tay địa chỉ mạng cho thiết bị Cấu hình các thanh ghi như sau:

Thanh ghi Giá trị Ý nghĩa

C128 1 Phương thức chọn địa chỉ IP là bằng tay (manual)

Cấu hình, lập trình cho PLC

Yêu cầu: Sinh viên cài đặt các thông số từ thanh ghi số 30 đến thanh ghi 52 đúng với động cơ sử dụng trong bộ thí nghiệm (xem hướng dẫn bài thí nghiệm số 2) Để tránh mất kết nối khi điều khiển, các thanh ghi Start Source 1 và Speed Reference 1 đều phải được đặt giá trị là “Ethernet/IP”

Tiến hành thí nghiệm theo hướng dẫn trong tài liệu Chương trình PLC mẫu:

Tên biến Kiểu dữ liệu

Giải thích chương trình: Chương trình có chức năng điều khiển biến tần, từ đó biến tần điều chỉnh hoạt động của động cơ 3 pha không đồng bộ

- Nút START (nhấn giữ) để đóng nguồn cho biến tần điều khiển động cơ Cụ thể, khi nhấn START thì cuộn coil ACdrive.O.Start có tín hiệu điện  Biến tần điều khiển động cơ hoạt động Khi nhả START, cuộn coil ACdrive.O.Start bị ngắt điện, lúc này tiếp điểm thường đóng ACdrive.O.Start quay lại trạng thái bình thường  Cuộn coil ACdrive.O.Stop có tín hiệu điện  Biến tần điều khiển động cơ ngừng hoạt động

- Nút REVERSE (nhấn giữ) có tác dụng mở chế độ Reverse của biến tần từ đó làm đảo chiều quay động cơ 3 pha không đồng bộ Khi nhả REVERSE thì cuộn ACdrive.O.Reverse mất điện làm tiếp điểm thường đóng ACdrive.O.Reverse quay lại trạng thái bình thường làm tích cực cuộn ACdrive.O.Forward  Tắt chế độ Reverse của biến tần  Động cơ quay thuận trở lại

- Khi mới mở biến tần, nếu thấy hiện tượng đèn chớp đỏ ở biến tần, thay vì nhấn nút

O (màu đỏ) có sẵn trên biến tần, ta có thể tác động vào nút nhấn CLEAR_FAULT trên chương trình có tác dụng tương tự như nút O (màu đỏ) trên biến tần

- Khối lệnh MOV có tác dụng Cài đặt tần số cho biến tần để từ đó điều khiển động cơ quay với tần số vừa cài đặt Ta nhập tần số mong muốn vào mục Command_Freq, sau đó tần số đó sẽ được đưa vào biến tần để điều khiển động cơ

Chỉnh Command_Freq sao cho tần số điện đưa vào động cơ là 50Hz, quan sát giá trị

Output RPM (Basic Display 15 - b015) và so sánh với giá trị tốc độ được ghi trên bảng tên động cơ, giải thích sự khác nhau giữa 2 giá trị này

Giải thích: Do bản thân động cơ không đồng bộ tồn tại hệ số trượt nên tần số mà biến tần hiển thị và tần số trên nhãn máy là khác nhau Cụ thể, tần số được hiển thị trên biến tần là tần số điện còn tần số nhãn máy là tần số cơ

Tự lập trình: Sinh viên tự tìm hiểu thêm công cụ lập trình Logix Designer và lập trình thêm chức năng tăng giảm tần số thông qua hai biến BOOL là Freq_Inc và Freq_Dec:

- Nếu có cạnh lên của biến Freq_Inc thì tăng tần số đặt thêm 5Hz

- Nếu có cạnh lên của biến Freq_Inc thì giảm tần số đặt đi 5Hz

- Không được vượt quá giới hạn đặt của tần số (ví dụ không được giảm đến mức tần số đặt trở thành giá trị âm)

Ta bổ sung thêm một số dòng lệnh vào cuối chương trình cũ

- Dòng 6: Thêm nút nhấn Freq_Inc (ONS), thuộc loại nhấn nhả kết hợp với khối ADD (cộng tần số hiện hành với 500, do 1Hz thì ứng với giá trị 100 trên chương trình) để tăng tần số lên 5Hz với mỗi lần nhấn

- Dòng 7: Tương tự dòng 6, nhưng thay nút nhấn Freq_Inc (ONS) bằng Freq_Dec (ONS) và thay khối ADD (cộng với 500) bằng khối SUB (trừ cho 500)

- Dòng 8: Để kiểm soát được giới hạn dưới của tần số (theo yêu cầu) thì ta thêm khối LEQ (Less than or Equal) và khối MOV vào Lấy giá trị fmin = 0 làm tham chiếu, mỗi khi giá trị CommandFreq ≤ 0 thì khối LEQ sẽ truyền tín hiệu tới khối MOV có chức năng gán CommandFreq = 0 ngay tại thời điểm đó Như vậy, CommandFreq có giá trị min = 0

- Dòng 9: Để kiểm soát giới hạn trên của tần số thì ta thêm khối GEQ (Greater than or Equal) và khối MOV vào Lấy giá trị fmax = 7500 làm tham chiếu, mỗi khi giá trị CommandFreq ≥ 7500 thì khối GEQ sẽ truyền tín hiệu tới khối MOV có chức năng gán CommandFreq = 7500 ngay tại thời điểm đó Như vậy, CommandFreq có giá trị max = 7500

Lập trình HMI PanelView Plus 7

Tải chương trình trên xuống dưới PLC, dùng phần mềm FactoryTalk View Studio để thiết kế và cài đặt giao diện cho HMI

Các loại nút nhấn khác nhau:

Biểu tượng Đối tượng Chức năng

Nút nhấn tạm thời (nhấn nhả) Kích hoạt bằng cách nhấn nút trong thời gian ngắn rồi nhả ra Khi nhả tay ra thì ngay lập tức nút nhấn quay về trạng thái ban đầu

Nút nhấn duy trì (nhấn giữ) Sau khi được nhấn, nút nhấn sẽ tự giữ trạng thái cho tới khi có tác động bên ngoài làm nút nhấn quay lại vị trí ban đầu

Tương tự Maintained Push Button Thường dùng để tạo mới hoặc hủy

Nút nhấn có thể có nhiều hơn 2 trạng thái (chỉ hiện thị lên

1 trạng thái các trạng thái còn lại bị ẩn đi), mỗi lần nhấn sẽ chuyển trạng thái tiếp theo và khi nhấn ở trang thái cuối sẽ quay về trạng thái ban đầu

Nhiều nút ấn lồng vào nhau có thể có nhiều hơn 2 trạng thái, các nút nhấn tương ứng các trạng thái khác nhâu đều được hiện ra nhưng chỉ có thể nhấn 1 nút (tương ứng 1 trạng thái) ở 1 thời điểm

Nút tăng/giảm tuyến tính giá trị ( có thể cài đặt min, max, bước nhảy)

Trả lời câu hỏi: Vì sao với biến START, nên chọn loại nút nhấn là Maintained Push Button chứ không phải là Momentary Push Button? Đối với các biến REVERSE và CLEAR_FAULT thì nên chọn loại nút nhấn nào?

- Biến START nên chọn loại nút nhấn là Maintained Push Button vì do chức năng ta đã lập trình sẵn, khi nhấn START thì luôn duy trì biến START =1 (động cơ chạy) và khi nhấn lần nữa thì START = 0 Ngược lại nếu dùng Momentary Push Button thì khi nhả nút START ra động cơ dừng mà không duy trì chạy

- Biến REVERSE tương tự như biến START, ta cần chọn Maintained Push Button để duy trì trạng thái quay ngược chiều của động cơ

- Nút CLEAR_FAULT có chức năng đưa thông số về mặc định, tắt đèn báo đỏ nhấp nháy nên ta chỉ cần tác động vào nó trong thời gian ngắn  Chọn Momentary Push Button để nút tự quay về trạng thái tự nhiên khi nhả nút

Trả lời câu hỏi: Vì sao nên chạy thử chương trình trên máy tính trước rồi mới nạp xuống HMI sau?

Việc chạy thử chương trình trên máy tính trước là giúp ta phát hiện được lỗi kịp thời và tiến hành sửa chữa lại chương trình nhanh chóng, tiết kiệm thời gian hơn so với việc chạy chương trình lần đầu trên HMI, do mỗi lần nạp chương trình xuống HMI ta cần đợi một khoảng thời gian dài để chương trình được tải xuống và chờ cho HMI sẵn sàng để hoạt động

Yêu cầu: Sinh viên tự lập trình giao diện (có thể tham khảo hình dưới) với các yêu cầu:

- Có nút nhấn START/STOP, REVERSE/FORWARD, CLEAR FAULT

- Có nút nhấn tăng và nút nhấn giảm tần số đặt, mỗi lần có thể giảm 5Hz

- Giám sát các thông số bao gồm tần số ngõ ra, tốc độ quay động cơ, dòng áp trên động cơ

- Có thể sử dụng các kiểu biểu diễn khác nhau như đồ thị cột, gauge, biểu đồ để màn hình thêm sinh động

Video kiểm tra hoạt động của chương trình trên HMI: https://drive.google.com/file/d/1se_Rlk8Te9W7o7xVa4jVyrTUPo3nvw8T/view?usp=sha ring

Nhận xét: Chương trình hoạt động đúng với chức năng yêu cầu

- Tần số điều khiển có thể được cài đặt tuỳ ý thông qua Change_Freq

- Các thông tin Output Frequency, Output RPM, Output Voltage, Output Current được hiển thị liên tục trong quá trình động cơ hoạt động

- Ta có thể tăng giảm tần số bằng 2 nút INC 5Hz và DEC 5Hz

- Tần số tối đa cho phép cài đặt là 75 Hz, tần số nhỏ nhất cho phép cài đặt là 0

- Động cơ đảo chiều khi nhấn nút Reverse và quay theo chiều thuận ban đầu khi nút Reverse được tác động nhả.

THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ VÀ HỆ

BTN #4: BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG, KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

Điều khiển ON-OFF để xác định hệ số PID

Vẽ đồ thị nhiệt độ theo thời gian, từ đó xác định chu kì tới hạn, biên độ dao động và tính các hệ số PID.

Chu kì tới hạn Tc = 510 (giây)

Biên độ dao động ổn định M = 13.899 (độ)

Tính các thông số P, I, D cho lò nhiệt theo các công thức trên:

Chỉnh các thông số vừa tìm được vào bộ điều khiển, thao tác tương tự phần trên để bắt đầu thí nghiệm lại với bộ điều khiển gồm các thông số vừa tìm được Xác định các thông số chất lượng điều khiển

Sau khi đã hiệu chỉnh thông số: t(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240

Vẽ đồ thị nhiệt độ theo thời gian, từ đó xác định chu kì tới hạn, biên độ dao động và tính các hệ số PID Độ vọt lố Thời gian xác lập = 1530 (giây)

Sai số xác lập = 3 (độ)

Nhận xét: Với bộ ba số PID phù hợp, chất lượng của hệ thống được cải thiện rõ rệt Độ vọt lố, sai số xác lập và thời gian xác lập giảm đi đáng kể.

Thiết lập Autotuning cho bộ điều khiển

Ta chọn được các thông số P , I , D cho thiết lập autotuning như sau :

Thông số P tìm được bằng phương pháp autotuning cao hơn so với thông số P của phương pháp điều khiển ON – OFF, hai thông số I và D của phương pháp Autotuning bé hơn so với phương pháp ON – OFF

Sử dụng PLC để điều khiển ON-OFF mô hình lò nhiệt

Câu hỏi: Viết chương trình PLC chỉ sử dụng 1 bộ NORM_X và SCALE_X, chuyển thẳng từ giá trị analog đọc được (0 – 27648) sang nhiệt độ (0 – 500 độ C)

- Chuẩn hóa tín hiệu đọc về điện áp:

- Chuẩn hóa tín hiệu áp về nhiệt độ:

Dựa vào sơ đồ trên, ta thiết lập mối quan hệ giữa ngõ vào AnalogIn0 và ngõ ra

Temperature theo thứ tự qua các bộ NORM_X và SCALE_X

Câu hỏi: Viết chương trình PLC chỉ sử dụng 1 bộ NORM_X và SCALE_X, chuyển thẳng từ giá trị analog đọc được (0-27648) sang nhiệt độ (0-500 độ C)

Ta có: Giá trị Analog đọc được nằm từ 0 – 27648, tương ứng với giá trị điện áp từ 0V –

10V Trong khi thang nhiệt độ 0 – 500 độ C theo quy ước tương đương với giá trị điện áp từ 2V – 10V

Theo quy tắc tam suất, ta chuẩn hoá giá trị điện áp từ 2V – 10V tương đương với dải giá trị Analog nằm từ 5529 – 27648 Từ đây, ta chỉ cần dùng 1 bộ NORM_X và 1 bộ

SCALE_X để chuyển trực tiếp dải giá trị trên sang thang nhiệt độ từ 0 – 500 độ C

Sử dụng chức năng Trace để vẽ đồ thị nhiệt độ của lò nhiệt trong quá trình điều khiển, kết quả quan sát sau khi cấu hình xuống PLC