Xây dựng mô hình Điều khiển Động cơ dùng biến tần

Sản phẩm đề tài ứng dụng giảng dạy và học tập các môn điện tử công suất, cảm biến ứng dụng, vi điều khiển nâng cao, xây dựng mô hình các hệ thống tự động hóa nhằm tạo hứng thú trong học

Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu các giải thuật điều khiển biến tần

Nghiên cứu và xây dựng mô hình điều khiển động cơ dùng biến tần

Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hoạt động động cơ, tiết kiệm năng lượng.

Đối tượng và khách thể nghiên cứu

Tác giả nghiên cứu cách cài đặt và vận hành Biến tần Mitsubishi, PLC Mitsubishi, màn hình HMI Lập trình phần mềm PLC và thiết kế giao diện HMI Thiết kế và thi công mô hình điều khiển động cơ dùng biến tần.

Giả thuyết nghiên cứu

Tác giả thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học dựa trên việc triển khai nghiên cứu ứng dụng của bộ điều khiển Biến tần Mitsubishi, PLC Mitsubishi, màn hình HMI vào thực tế giảng dạy, xác định phạm vi ứng dụng vào thực tế Nghiên cứu thiết kế và thi công mô hình ứng dụng vào nghiên cứu và giảng dạy.

Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Thiết kế sơ đồ kết nối mô hình điều khiển động cơ dùng biến tần

- Viết code cho PLC điều khiển động cơ dùng biến tần

- Lắp ráp mô hình điều khiển động cơ dùng biến tần.

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết, tham khảo tài liệu, tìm kiếm thông tin từ sách, báo, tạp chí công nghệ, internet

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Từ những kiến thức thu thập được tiến hành mô phỏng, khảo sát nhiều phương pháp khác nhau để từ đó xây dựng hệ thống tối ưu nhất.

Phạm vi ảnh hưởng

Mô hình điều khiển động cơ dùng biến tần là nền tảng cho các nghiên cứu ứng dụng về tự động hoá Ứng dụng vào hệ thống điều khiển tự động, thang máy, băng tải và các sản phẩm công nghệ điều khiển thông minh …

Ngoài ra, sản phẩm của đề tài cũng có thể phát triển trong nhiều ứng dụng thực tế khác trong dân dụng và công nghiệp Đề tài còn nhằm giới thiệu cho sinh viên một mô hình thực tập và nghiên cứu có tính công nghệ mới Sản phẩm đề tài ứng dụng giảng dạy và học tập các môn điện tử công suất, cảm biến ứng dụng, vi điều khiển nâng cao, xây dựng mô hình các hệ thống tự động hóa nhằm tạo hứng thú trong học tập cho sinh viên…

Cơ sở lý luận

Lý thuyết về biến tần

Biến tần (inverter) là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí

*Nguyên lý hoạt động của biến tần:

Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96

Hình 1.1: Mạch chỉnh lưu biến tần

Sau khi chuyển đổi thành dòng điện một chiều, dòng điện sẽ đi qua một tụ lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu (loại bỏ pha âm) thành điện áp một chiều bằng phẳng

Hình 1.2: Dạng sóng mạch chỉnh lưu biến tần

Cuối cùng, điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

Hình 1.3: Sơ đồ mạch nguyên lý của biến tần

Hình 1.4: Dạng sóng ngõ vào ngõ ra của mạch nguyên lý biến tần

Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Công thức thay đổi tốc độ động cơ của máy biến tần

+n : tốc độ động cơ +f: tần số thay đổi +p : số cặp cực

Trong đó, chúng ta thấy p là một hằng số thông thường bằng 2 thì để thay đổi tốc độ của motor thì chỉ cần thay đổi tần số đầu vào Biến tần giải quyết được vấn đề này thay đổi từ 0-50 Hz hoặc thậm chí cao hơn với các máy công cụ

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp – tần số là không đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA

*Phân loại biến tần thường dùng hiện nay:

Biến tần 1 pha – biến tần 3 pha dùng điện áp AC là loại biến tần phổ biến nhất & được dùng rộng rãi trong công nghiệp Hầu như 90% các motor trong nhà máy đều dùng biến tần AC

(2) Biến tần DC: Để điều chỉnh điện áp đầu vào 1 chiều cho động cơ DC thì biến tần DC là một lựa chọn phù hợp nhất Đây là loại biến tần dùng cho các ứng dụng đơn giản

(3) Biến tần thay đổi nguồn điện đầu vào:

Nếu chúng ta có một điện áp 1 pha 220V và có một động cơ 3 pha 220V thì có thể dùng biến tần thay đổi nguồn điện đầu vào để khởi động động cơ

Tương tự nếu chúng ta có điện áp 1 pha 220V mà muốn điều khiển động cơ 3 pha 380V có công suất lớn hơn 2.2Kw thì cần làm các bước sau đây :

• Mua một biến áp 220V sang 380V – tần số 50Hz , tuỳ theo công suất mà chúng ta chọn loại dòng 10-20 A

• Mua một biến tần 3 pha 380V có công suất lớn hơn công suất động cơ khoảng Đầu tiên cấp nguồn 220V cho biến áp , từ biến áp ra 380V chúng ta cấp cho biến tần Biến tần sẽ có 3 chân đầu vào L1-L2-L3 chúng ta kết nối nguồn 220V vào chân L1/R và L3/T còn chân L2 không sử dụng

Với cách làm này chúng ta đã có thể điều khiển Motor có công suất lớn với nguồn 220V để điều khiển motor 380V Đối với các motor 3 pha nguồn 220V có công suất dưới 2.2Kw thì chúng ta chỉ cần dùng biến tần 1 pha 220V ra 3 pha 220V thì có thể dùng trực tiếp mà không cần sử dụng tới máy biến áp

(4) Biến tần chỉnh độ rộng xung

Biến tần điều chỉnh độ rộng xung (PWM) là loại biến tần phức tạp nhất Nó cũng cho phép Motor điện hoạt động hiệu quả hơn PWM thực hiện điều này thông qua việc sử dụng các bóng bán dẫn Các bán dẫn chuyển đổi dòng điện một chiều ở các tần số khác nhau và do đó cung cấp một loạt các xung điện áp cho động cơ động cơ điện Mỗi xung được chia thành từng phần để phản ứng với điện kháng của động cơ điện và tạo ra dòng điện thích hợp trong động cơ điện

(5 Biến tần Vector – biến đổi độ rộng xung

Giới thiệu tổng quan cơ bản và phân loại PLC Mitsubishi

Mitsubishi là một thương hiệu rất nổi tiếng đến từ Nhật Bản với nhiều sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống như điện tử điện lạnh gia dụng như tủ lạnh, máy lạnh hay xe ô tô Trong công nghiệp cũng vậy, Mitsubishi có rất nhiều sản phẩm được sử dụng trong ngành điện công nghiệp tự động hóa như là thiết bị đóng cắt( khởi động từ, CB, máy cắt không khí), thiết bị truyền động điện( biến tần, servo), thiết bị điều khiển( PLC, HMI)

PLC Mitsubishi là một trong những dòng PLC thâm nhập vào thị trường nước ta khá sớm chủ yếu đi theo máy về Việt Nam Với đặc điểm tích hợp nhiều tính năng, giá thành phải chăng cộng với phần mềm dễ sử dụng nên PLC mitsubishi được sử dụng tương đối rộng rãi trong ngành điện cơ khí tự động hóa Hiện nay tại một số trường đại học có chuyên khoa về cơ khí điện tự động hóa thì PLC Mitsubishi cũng đã được đưa vào nhiều chương trình giảng dạy Đặc điểm nổi bật nhất của dòng PLC Mitsubishi đó chính là độ bền cao cộng với khả năng hoạt động ổn định trong nhiều môi trường khác nhau Ngoài ra, với một cộng đồng sử dụng đông đảo nên tài liệu và các vấn đề phát sinh khi sử dụng được chia sẻ rất nhiều trên mạng qua các trang diễn đàn hay facebook

*Phân loại các dòng PLC Mitsubishi

Hiện nay thì PLC Mitsubishi cơ bản tại Việt Nam được chia làm hai loại chính như sau:

• PLC dòng Q thiết kế theo dạng module rời Khi chọn cấu hình cho dự án ta tùy ý chọn cấu hình cho cpu, module mở rộng với in/out cho thích hợp Đặc điểm của dòng plc này là có tốc độ xử lý cao, hỗ trợ nhiều tập lập phức tạp liên quan tới điều khiển vị trí, pid và truyền thông giúp xử lý cho nhiều ứng dụng của máy móc, dây chuyền lớn hoặc yêu cầu độ chính xác và tốc độ cao Nhược điểm của dòng này đó chính là giá thành tương đối cao

• PLC Mitsubishi dòng FX được thiết kế theo dạng khối tích hợp đầy đủ in/out để sử dụng cho một ứng dụng cụ thể Dòng này vẫn chia theo nhiều loại cpu khác nhau nhưng chỉ cần chọn một mã hàng là bạn đủ để sử dụng cho một loại máy móc đơn giản Đặc điểm của dòng plc này là có giá thành tương đối cạnh tranh hơn so với một số hãng như Siemens hay Rockwell Nhược điểm của dòng fx này đó là trên thị trường có nhiều hàng nhái nên dễ bị mua lầm dẫn tới trong quá trình sử dụng không có độ bền cao

Trong hai dòng PLC này thì dòng FX rất phổ biến và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế vì tính tiện dụng Trong dòng PLC Mitsubishi FX lại còn được chia làm 2 loại nữa, đó là FX thường và FX-C Loại FX thường là CPU dạng khối, còn loại FX-C là dạng slim(mỏng) đấu dây bằng jack Về cơ bản thì hai dòng này tương đối giống nhau chỉ khác về hình dáng và cách đấy dây

*Phân loại một số dòng PLC Mitsubishi FX

Dòng PLC FX của Mitsubishi trải qua rất nhiều dòng sản phẩm khác nhau và thường tuân theo quy luật là dòng sau có thể thay thế tương đương cho dòng trước

• Dòng 0n: bao gồm FX0S FX0N

Hiện nay thì dòng FX-5U là dòng plc mới nhất và có cấu hình cao nhất với khả năng kết nối bằng chuẩn ethernet Những dòng khác cũng được sử dụng rộng rãi đó là FX3G, FX3U, FX3S Những dòng cũ được ưa chuộng trên thị trường bao gồm FX1N và FX1S Lưu ý mặc dù FX2N có tốc độ xử lý cao hơn FX1N nhưng thực tế ít được sử dụng vì chúng có kích thước lớn hơn và phải sử dụng pin để lưu chương trình.

Giới thiệu chung về HMI

HMI (Màn hình HMI) là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh “Human Machine Interface”, được dịch là “giao diện người & máy” HMI là một giao diện (màn hình) có chức năng hiển thị và điều khiển nhằm mục đích giúp người vận hành có thể dễ dàng kiểm soát các thiết thị và máy móc

• Theo kiểu màn hình: màn hình cảm ứng HMI và màn hình HMI không cảm ứng (TFT, LCD, Touch, )

• Theo kích thước: 3.5 inch, 4 inch, 7 inch, 10 inch, 12 inch, 15 inch,

• Theo dung lượng bộ nhớ: 288KB, 1M, 2M, 10M,

• Theo cổng truyền thông: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus,

• Theo giao thức truyền thông: MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP, FTP, BACnet, M-Bus, VNC, GSM (SMS, GPRS), KNX,

• Theo tính năng nâng cao: SCADA, Cloud, Web Server, SQL, Email & SMS, Remote, 3G/4G/Wifi,

Dựa theo các cách phân loại HMI phía trên, tựa chung chúng ta có thể thấy được HMI bao gồm 3 phần chính:

• Phần cứng: màn hình, chíp, nút nhấn, thẻ nhớ và các cổng kết nối

• Phần mềm: viết chương trình, cấu hình phần cứng, thiết lập truyền thông và thiết kế giao diện HMI

• Truyền thông: bao gồm các cổng kết nối, giao thức truyền thông như: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus, MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP, và các tính năng nâng cao, mở rộng

• Công nghiệp sản xuất, chế tạo máy, nâng cấp hệ thống và máy móc tự động

• Sản xuất, nâng cấp các dây chuyền tự động hóa công nghiệp

• Tự động hóa tòa nhà, điều khiển, quản lý, giám sát BMS, HAVC, BTS,

• Công nghệ điều khiển bơm công nghiệp, xử lý nước, nước thải

• Quản lý, giám sát năng lượng điện, dầu, khí, gas,

• Trường đại học, trung tâm đào tạo, dạy nghề

• Nhà thông minh (smart home)

• Quan trắc môi trường: hiển thị, theo dõi, thu thập dữ liệu và giám sát từ xa

*Quy trình ứng dụng HMI

• Kích thước màn hình: dựa trên mật độ hiển thị các dữ liệu, thông số, đồ thị, đồ họa, trên một trang HMI

• Có phím vật lý hay không (và bao nhiêu phím): dựa trên nhu cầu điều khiển, môi trường sử dụng thiết bị

• Lựa chọn các cổng kết nối: phụ thuộc vào nhu cầu kết nối với các thiết bị như máy in, đầu đọc mã vạch và các thiết bị ngoại khác

• Cấu hình phần cứng: kết nối HMI với các thiết bị điều khiển khác (PLC) và thiết lập chuẩn truyền thông

• Thiết kế giao diện đồ họa các trang hiển thị trên HMI

• Gắn các giá trị (tag) cho các đối tượng

• Viết chương trình liên kết cho HMI

• Mô phỏng, chạy thử và sửa lỗi

• Lắp đặt HMI vào hệ thống thực và vận hành

HMI (Màn hình HMI) hiện đang là một sản phẩm khá phổ biến trên thị trường cả trong nước và ngoài nước, đặc biệt nó được ứng dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp đòi hỏi kỹ thuật hiện đại và tân tiến Kèm theo đó, các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp trên thế giới cũng lần lượt đầu tư và sản xuất hàng loạt các loại HMI để cung ứng ra thị trường Tại thị trường Việt Nam thì có thể kể đến những hãng sản xuất HMI như:

1 Đức: Siemens, Beckhoff, Festo, Phoenix, Inovance

2 Mỹ: Honeywell, Allen-Bradley (Rockwell), Automation Direct, Eaton

6 Nhật bản: Omron, Mitsubishi, Keyence, Panasonic, IDEC, Hitachi, Fuji, Koyo, Yaskawa

8 Đài loan: Delta, Weintek, Fatek, Shihlin

9 Trung quốc: Samkoon, Kinco, Wecon, INVT,

Thực trạng và giải pháp của vấn đề nghiên cứu

Thực trạng của vấn đề nghiên cứu

Tự động hóa là một xu hướng quan trọng của tương lai nền công nghiệp Tự động hóa đem lại mức độ chính xác và năng xuất cao hơn Công nghệ này thậm chí có thể hoạt động tốt ở một số môi trường làm việc khắc nghiệt không an toàn với con người Ngành điện tử công nghiệp trên thế giới hiện nay đang phát triển rất mạnh mẽ theo hướng điều khiển tự động và công nghệ 4.0

Có rất nhiều quốc gia trên thế giới nghiên cứu về lĩnh vực này như là : Nhật Bản,

Mỹ, Đức, Nga, Trung Quốc, Việt Nam Và các kết quả đạt được khiến con người không phải không ngạc nhiên Đặc biệt, các sản phẩm điều khiển tự động có sử dụng biến tần được ứng dụng hết sức rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau

Hiện nay, tại Việt Nam, các doanh nghiệp và các trường cao đẳng, đại học đang rất quan tâm đến các nghiên cứu phát triển các sản phẩm ứng dụng về điền khiển tự động dùng biến tần Góp phần phát triển mạnh mẽ về công nghiệp máy tính và cách mạng công nghiệp 4.0 trên thế giới cũng như ở nước ta

Công nghiệp tự động hóa và điều khiển cũng phát triển nở rộ đi kèm theo đó là nhu cầu về nguồn lao động có trình độ có thể làm chủ được công nghệ Do vậy tác giả chọn đề tài “Xây dựng mô hình điều khiển động cơ dùng biến tần” có ý nghĩa rất lớn trong việc nghiên cứu khoa học thực tiễn và ứng dụng công tác giảng dạy chuyên ngành

Nghiên cứu khoa học và thực tiễn về điều khiển động cơ dùng biến tần Nghiên cứu về giải thuật điều khiển động cơ dùng biến tần Mô hình kết quả của đề tài có thể làm thiết bị thí nghiệm thực hành tốt và trực quan cho sinh viên chuyên ngành Điện, Điện tử, Điện tử công nghiệp

Xuất phát từ thực tiễn ấy, đề tài được nghiên cứu nhằm cung cấp cho sinh viên trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức được tiếp cận với công nghệ hiện đại này, qua đó sinh viên có cái nhìn trực quan, nắm rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống để áp dụng vào thực tiễn cuộc sống sau khi ra trường

Hiện nay, các nghiên cứu trong nước về đề tài nghiên cứu giải thuật tối ưu cho biến tần điều khiển động cơ đã và đang được nghiên cứu với nhiều cấp độ khác nhau

Trên thế giới, có rất nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng biến tần đã được đưa vào ứng dụng thực tiễn, với nhiều sản phẩm phong phú và đa dạng, ứng dụng trong

“Biến tần thường dùng chuyển đổi điện áp, dòng điện ở một tần số nào đó thành điện áp, dòng điện với tần số khác Thiết bị này được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số Vấn đề khởi động, ổn định tốc độ, đảo chiều quay, thay đổi tốc độ liên tục không còn là vấn đề lớn khi chúng được điều khiển bởi biến tần” Trích “Nghiên Cứu Ứng Dụng Biến Tần Đa Mức Cho Hệ Truyền Động Điện Công Suất Lớn” trong Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 1 Trần Duy Hưng, 1 Phạm Tuấn Hải, 2 Mai Văn Chung, 2 Trần Trung Dung, 2019”

“Biến tần số chuyển mạch tối đa có thể bị hạn chế theo thời gian tính toán của các thuật toán xác định vector trạng thái chuyển mạch tối ưu Tần số cao hơn có thể được xử lý bằng cách sử dụng phương pháp dự đoán kép Biến tần được sử dụng để lựa chọn tối ưu trạng thái chuyển mạch vectơ trạng thái” Trích dẫn “Predictive Control of Inverter Supplied Electrical Drives, Ralph Kennel, Senior Member IEEE, Arne Linder, 2000”

Hiện tại, cũng đã có các nghiên cứu điều khiển động cơ dùng biến tần Tuy nhiên, phạm vi ứng dụng lĩnh vực nào rất đa dạng, rất rộng rãi; nên đã, đang và sẽ còn nhiều công trình nghiên cứu chuyên sâu về đề tài này Vì vậy, đề tài nghiên cứu khoa học “Xây dựng mô hình điều khiển động cơ dùng biến tần” cũng nhằm hướng đến phạm vi ứng dụng này, đồng thời tiếp nối và phát triển cao hơn về kỹ thuật điều khiển và tính đa nhiệm của sản phẩm.

Giải pháp của vấn đề nghiên cứu

Đề tài đã xây dựng các giải thuật điều khiển động cơ dùng biến tần đa dạng: Điều khiển Biến tần trực tiếp bằng nút nhấn trong/ngoài, điều khiển Biến tần bằng PLC, điều khiển Biến tần bằng PLC và HMI, điều khiển Biến tần bằng HMI, điều khiển Biến tần bằng điện thoại, máy tính… Tất cả được nghiên cứu và kiểm chứng bằng thực nghiệm Thông qua so sánh các tính năng, hiệt suất sử dụng, tiết kiệm năng lượng và tính toán chi phí giá thành…, tác giả đã chọn các dòng biết tần Mitsubishi FR D700, PLC Mitsubishi FX3G, màn hình HMI MT8071IP Weintek 7 inch…

Biến tần dòng D700 tuân thủ các quy định sản xuất của EU, chuẩn toàn cầu

+ Dãy công suất từ 0.1 – 15kW với 2 loại điện áp là 220 và 380V

+ Tuổi thọ lâu dài: Quạt làm mát và tụ điện được thiết kế tuổi thọ hơn 10 năm hoặc lâu hơn nếu điều khiển bật tắt thay vì chạy liên tục Chức năng kiểm tra tuổi thọ: Giám sát mức độ hư hỏng của tụ điện mạch chính, tụ điện mạch điều khiển, mạch giới hạn dòng

+ Dễ dàng sử dụng và tiết kiệm thời gian cài đặt

+ Thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian

Hình 2.2: Sơ đồ đấu dây biến tần Mitsubishi Dr-700

* Cài đặt thông số biến tần Mitsubishi D700:

Lưu ý mặc định biến tần là chế độ PU, muốn thay đổi thông số cài đặt thì đầu tiên ta nhấn vào nút PU/TEXT Quy trình thay đổi thông số bằng nút nhấn được trình bày như hình dưới

Hình 2.3: Cách cài đặt biến tần Mitsubishi D700

+ Để hiển thị một số thông số nâng cao ta cài thông số P.160 = 0

+ Lưu ý trước khi cài đặt nên reset giá trị cài đặt về thông số ban đầu của nhà sản xuất Ta cài ALLC = 1

* Nhóm chức năng cơ bản:

Giá trị mặc định Giải thích thông số

0: Nhấn nút PU/EXT để chuyển đổi điều khiển bằng keypad và công tắc ngoài

1: Chạy dừng bằng keypad 2: Chạy dừng bằng công tắc ngoài

P.1 120 Hz Tần số lớn nhất

P.2 0 Hz Tần số nhỏ nhất

P.4 60 Hz Cấp tốc độ 1 khi công tắc RH đóng

P.5 30 Hz Cấp tốc độ 2 khi công tắc RM đóng

P.6 10 Hz Cấp tốc độ 3 khi công tắc RL đóng

P.15 5 Hz Tần số nhấp thử (nhấn nút Jog)

P.16 0,5s Thời gian tăng và giảm tốc cho chế độ nhấp thử

Bảng 2.1 Nhóm chức năng cơ bản

* Lựa chọn chức năng cho các chân ngõ vào:

Giá trị mặc định Giải thích thông số

P.178 60 Chọn chân STF chức năng chạy thuận

P.179 61 Chọn chân STR chức năng quay nghịch

P.180 0 Chọn chân RL chạy cấp tốc độ thấp

P.181 1 Chọn chân RM chạy cấp tốc độ trung bình

P.182 2 Chọn chân RH chạy cấp tốc độ cao

Chọn chức năng cho chân ngỏ vào tương tự 0: Điện áp vào từ 0 – 5V

P.190 0 Đặt chức năng cho chân RUN – ngỏ ra dạng cực C để hở là báo chạy

P.192 99 Đặt chức năng cho chân ngỏ ra A, B, C dạng relay là báo lỗi biến tần

Chọn chân SO chức năng theo dõi an toàn, kích hoạt khi chức năng dừng an toàn được thực hiện

Bảng 2.2 Lựa chọn chức năng cho các chân ngõ vào

* Lưu ý: Đối với biến tần Mitsubishi D700, mức độ ưu tiên của các lệnh tần số bởi các tín hiệu bên ngoài là: Jog (nhấp thử) > Đa cấp tốc độ > ngỏ vào điện áp tương tự

* Các chức năng khác vui lòng tham khảo sổ tay (manual) biến tần D700

Giá trị mặc định Giải thích

Lựa chọn bảo vệ mất pha ngỏ ra 0: Tắt chức năng bảo vệ

1: Bật chức năng bảo vệ Chọn bảo vệ mất pha ngỏ vào 0: Tắt bảo vệ ngỏ vào

1: Bật bảo vệ ngỏ vào

Chọn chức năng phát hiện lỗi nối đất 0: Không phát hiện lỗi

Chức năng cho phép đảo chiều 0: Cho phép đảo 2 chiều

1: Cấm đảo chiều thuận 2: Cấm đảo chiều nghịch

P.150 150% Mức phát hiện dòng ngỏ ra

P.22 150% Bảo vệ quá dòng khi đang hoạt động

P.72 1 Tần số sóng mang từ 1- 15 kHz

Bảng 2.3 Chức năng bảo vệ

+ Điều khiển đóng ngắt tải bằng nút Run/Stop trên biến tần, điều chỉnh tốc độ bằng biến trở trong

+ Điều khiển đóng ngắt tải bằng công tắc ngoài biến tần, điều chỉnh tốc độ bằng biến trở ngoài

+ Điều khiển đóng ngắt tải bằng công tắc ngoài biến tần, điều chỉnh tốc độ bằng công tắc ngoài

+ Điều khiển đóng ngắt tải và điều chỉnh tốc độ bằng màn hình HMI

+ Điều khiển đóng ngắt tải và điều chỉnh tốc độ bằng màn hình HMI kết hợp PLC

+ Điều khiển đóng ngắt tải và điều chỉnh tốc độ bằng màn hình PLC

+ Điều khiển đóng ngắt tải và điều chỉnh tốc độ bằng điện thoại, web…

Kết quả nghiên cứu

Xây dựng phần cứng mô hình

Biến tần Mitsubishi D700 là dòng biến tần mini có độ tin cậy cao, rất linh hoạt, và bảo trì dễ dàng Thiết bị đấu dây đầu cuối dạng kẹp lò so, nâng cao độ tin cậy và dễ dàng đấu nối Biến tần có chức năng dừng an toàn tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật Châu Âu

*Tính Năng Nổi Bật Của Dòng Biến Tần Mitsubishi D700:

Tuổi thọ của quạt và tụ điện lên đến 10 năm hoặc lâu hơn nữa nếu sử dụng đúng

Moment xoán cao 150% ở 1Hz và 200% ở 3Hz đảm bảo hoạt động tốt cho các thiết bị đòi hỏi moment xoán khởi động cao như băng tải, thang máy, máy khuấy, máy giặt,…

Tích hợp điện trở xả từ 0.4Kw trở lên, tùy chọn kết nối tăng điện trở xả Rất hữu ích để có thể giảm thời gian giảm tốc của các máy có quán tính lớn như quạt, thang máy,… thay thế quạt làm mát

Tích hợp chức năng nâng cao, khả năng kiểm soát tối ưu, cho phép động cơ hoạt động ở hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng hơn trong các ứng dụng có moment tải thay đổi như quạt, bơm,…

Tiết kiệm không gian lắp đặt nhờ có thể lắp cạnh nhau (side by side)

Quạt làm mát được lắp trên đầu biến tần, dễ dàng vệ sinh, thay thế

*Thông Số Kỹ Thuật Chi Tiết Biến Tần Mitsubishi D700

- Tần số ngõ ra: 0.2 đến 400 Hz

- Khả năng chịu quá tải: 150% trong 60s, 200% trong 0.5s

- Tín hiệu ngõ vào analog: 0 – 10V, 0 – 5V, 4 – 20mA

- Tín hiệu ngõ vào digital: 24Vdc, điều khiển Run/Stop, Forward/Reverse, Multi speed

- Ngõ ra digital: 5 cổng Báo trạng thái hoạt động của biến tần, báo lỗi, có thể cài đặt các cổng theo từng ứng dụng cụ thể

- Chế độ điều khiển: Forward/Reveres, Multi speed, PID control, truyền thông…

- Chức năng bảo vệ động cơ khi quá tải, ngắn mạch khi đang hoạt động

- Có chân kết nối điện trở thắng cho ứng dụng cần dừng nhanh

- Có thể gắn thêm card mở rộng I/O, card truyền thông

- Tích hợp thêm cổng kết nối màn hình rời

*Ứng Dụng Biến Tần Mitsubishi D700

Biến tần Mitsubishi D700 (FR-D700) phù hợp cho tải trung bình như băng tải, máy đóng gói, máy công cụ,

Ngoài ra D700 có thể dùng tốt cho tải nhẹ như hệ thống điều hòa, bơm, quạt Đối với tải nặng như nâng hạ, thang máy, máy nén, thì nên chọn biến tần Mitsubishi D700 cao hơn 1 cấp so với công suất động cơ hoặc chọn dòng biến tần Mitsubishi A800 chuyên dùng cho tải nặng

(2) Màn hình HMI Weintek MT8071iP:

*Thông số kỹ thuật cơ bản:

• LCD hiển thị: 7 inch TFT Độ phân giải (WxH dots): 800×480 Độ sáng màn hình (cd/m2): 350

Màn hình LCD: 16.7 triệu màu EasyBuilder Pro

Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive Type

• Bộ nhớ Flat ROM (MB): 128 MB

Khe cắm thẻ SD: Không

RTC: Tích hợp (built-in)

Ngõ vào Video: Không Điện áp đầu vào: 10.5 – 28 V DC

Kích thước bao ngoài (WxHxD) 200.4 x 146.5 x 34 mm

Kích thước khoét lỗ panel: 192 x 138 mm

(3) PLC Mitsubishi FX3G-40MT/ES (24 In / 16 Out Transistor)

Hình 3.3: PLC Mitsubishi FX3G-40MT/ES-A

FX3G-40MT/ES-A thuộc dòng PLC FX3G, dòng PLC được cải tiến từ dòng FX1N, nó được kế thừa tất cả những tính năng của dòng PLC FX kết hợp với sự tiến bộ vượt bậc của dòng PLC thế hệ FX3 nhắm đến sự đổi mới công nghệ mang đến cho người dùng sự ổn định và tính linh hoạt cao

FX3G-40MT/ES-A được tích hợp bộ nhớ trong lên đến 32Kb bước lệnh cho dũng tiờu chuẩn, tốc độ xử lý một lệnh đơn logic trong thời gian 0.21às Thờm vào đú, nó cho phép xử lý trên số thực và các ngắt

Việc lập trình trên FX3G dễ hơn bao giờ hết nhờ vào sự thực thi thông qua đồng thời 2 cổng truyền thông tốc độ cao là RS422 & USB Còn với dòng FX3G ngõ ra kiểu transistor cho phép phát xung độc lập trên 3 ngõ ra lên đến 100 kHz, được nhà sản xuất tích hợp và cải tiến nhiều tập lệnh điều khiển vị trí.Chức năng cho phép cài đặt mật khẩu truy cập và phân quyền theo người sử dụng

*Đặc tính kĩ thuật FX3G-40MT/ES-A:

– Số ngõ ra: 16, kiểu Transistor (Sink)

– Nguồn cung cấp: 100–240 V AC ( 10 % / -15 %), 50/60 Hz

– Truyền thông: USB, RS232C, RS485 – Bộ đếm tốc độ cao: 60Hz x4 kênh và 10Hz x2 kênh

– Có thể mở rộng 16 – 128 ngõ ra/vào

– Tích hợp đồng hồ thời gian thực – Xuất xứ: Mitsubishi – Nhật Bản

(4) Động cơ điện 3 pha 4GN9K: Động cơ điện là máy điện thực hiện biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ phục vụ cho mục đích sử dụng Động cơ điện được sử dụng rất phổ biến và góp phần quan trọng trong công nghiệp hóa hiện đại hóa, giúp mọi việc trở nên dễ dàng, nhanh chóng và tiện lợi hơn

Hình 3.4: Động cơ điện 3 pha 4GN9K

Cấu hình Thông số kỹ thuật

Loại hình bánh răng đơn giản Mờ mặt bích

Môi trường Tiêu chuẩn Tỉ lệ giảm 9

Loại đầu bánh răng trục song song Phanh điện từ, ly hợp

Xây dựng phần mềm điều khiển

*Các bước cài đặt biến tần Mitsubishi D700 cho mô hình:

Bước 1: Thông số điều khiển bằng công tắc ngoài và biến trở

P.160 = 1 chọn chức năng chạy dừng bằng công tắc ngoài

P.11 = 50 Hz tần số lớn nhất

P.872 = 1 chọn chức năng bảo vệ mất pha ngõ vào

– Sơ đồ đấu dây điều khiển biến tần Mitsubishi D700 bằng công tắc ngoài

Hình 3.5: Sơ đồ đấu dây biến tần Mitsubishi D700 bằng công tắc, biến trở

Bước 2: Thông số điều khiển bằng nút nhấn ngoài và biến trở

P.160 = 2 chọn chức năng chạy dừng bằng công tắc ngoài (Lưu ý để chạy bằng biến trở thì các chân RH, RM, RL phải tắt)

Pr.9 % chọn chức năng chân RL là Stop biến tần

P.11 = 50 Hz tần số lớn nhất

– Sơ đồ đấu dây biến tần Mitsubishi D700 bằng nút nhấn

Hình 3.6: Sơ đồ đấu dây biến tần Mitsubishi D700 bằng nút nhấn, biến trở

Xây dựng giao diện điều khiển

HMI (Màn hình HMI) là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh “Human Machine Interface”, được dịch là “giao diện người & máy” HMI là một giao diện (màn hình) có chức năng hiển thị và điều khiển nhằm mục đích giúp người vận hành có thể dễ dàng kiểm soát các thiết thị và máy móc

Hình 3.8: Thao tác trên HMI