Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển mở máy động cơ kđb ba pha rotor lồng sóc bằng phương pháp đổi nối y∆ có hãm động năng sử dụng PLC zen

Các thiết bị đó gọi là các thiết bị điều khiển lậptrình được và phương pháp điều khiển ở đây là phương pháp lập trình với ưu điểm nổitrội như: các nối dây độc lập với chương trình, để th

LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài “ Thiết kế, chế tạo tủ điều

khiển mở máy động cơ KĐB ba pha rotor lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆

có hãm động năng sử dụng PLC Zen” đã hoàn thành Trong suốt quá trình thực hiện

đề tài, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy, cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô đã trang bị những kiến thức quý báucho em trong suốt quá trình học tập tại trường đại học sư phạm kĩ thuật Hưng Yên.Đặc biệt là các thầy, cô trong khoa điện – điện tử đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, trang

bị cho em những kiến thức cần thiết nhất trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tạikhoa, thầy cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệpnày

Em xin cảm ơn cô Trần Thị Thường đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ

em trong suốt thời gian qua

Mặc dù em đã cố gắng nỗ lực hết mình để thực hiện để tài nhưng chắc hẳn đềtài không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong sự đóng góp và hướng dẫn của các thầy,cô

Em xin chân thành cảm ơn!

Hưng Yên ,tháng năm 2015

Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

CHƯƠNG I 14

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 14

2.1 Sơ lược về cấu tạo của động cơ không đồng bộ: 14

2.2 Phân loại 15

2.2.1 Theo kết cấu của vỏ động cơ 15

2.2.2 Theo kết cấu của rotor 16

2.2.3 Theo số pha trên dây quấn stator: 16

2.3 Cấu tạo chung 16

2.3.1 Phần tĩnh (stator) 17

2.3.2 Phần quay (rotor) 19

2.4 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ: 20

2.5 Các lượng định mức 22

2.6 Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ ba pha 22

2.6.1 Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ 23

2.6.2 Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện trở phụ vào cuộn dây stato 24

2.6.3 Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu 26

2.6.4 Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác 27

2.7 Các phương pháp hãm dừng 28

2.7.1 Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay 28

2.7.2 Hãm động năng 29

CHƯƠNG II 30

TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC ZEN 30

1.1 Giới thiệu chung về PLC ( Programmable logic controller ) 30

1.1.1 Khái niệm về PLC 30

1.1.2 Lịch sử phát triển của PLC 30

1.1.3 Cấu trúc chung của PLC 32

1.1.4 Nguyên lý hoạt động 32

1.1.5 Các kiểu PLC 34

1.1.6 Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá 35

1.2 Tổng quan về Zen 36

1.2.1 Các loại Zen 40

1.2.2 Đặc tính kỹ thuật của Zen 43

1.2.3 Các vùng nhớ 45

1.3 Một số ứng dụng của Zen 51

1.3.1 Điều khiển cấp nước cho bể chứa 51

1.3.2 Điều khiển máy hàn nhiệt 53

1.3.3 Điều khiển cầu thang cuốn 55

CHƯƠNG III 57

TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 57

3.1 Một số mạch điều khiển mở máy 57

3.1.1 Mạch đổi nối sao tam giác dùng nút ấn 57

3.1.2 Mạch đổi nối sao tam giác đảo chiều trực tiếp 60

3.1.3Mạch đổi nối sao tam giác đảo chiều gián giếp 64

3.1.4 Mạch tự động dùng timer 67

3.2 Mạch điều khiển động cơ 3 pha roto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ có hãm động năng dừng động cơ sử dụng plc zen 70

3.2.1 Sơ đồ mạch động lực 70

3.2.2 Bảng Symbol 71

3.2.3 Sơ đồ kết nối với zen 71

3.2.4 Chương trình 72

3.2.5 Nguyên lý làm việc 72

3.2.6 Sơ đồ lắp đặt 74

3.3 Thông số động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc và chọn thiết bị điều khiển 77

3.3.1 Thông số động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc 77

3.3.2 Tính toán thông số 77

3.3.4 Chọn công tắc tơ 79

3.3.5 Chọn role nhiệt 81

331.6 Chọn nút ấn 83

3.3.7 Chọn dây dẫn trong mạch 83

3.3.8 Chọn plc zen omron 84

CHƯƠNG IV 95

KẾT LUẬN 95

1 Kết quả đạt được của đề tài 95

2 Phần hạn chế của đề tài 96

3 Hướng phát triển của đề tài 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bộ xử lý trung tâm với 10 cổng vào/ra 23

Bảng 1.2 Bộ xử lý trung tâm với 20 cổng vào/ra 24

Bảng 1.3 Các bit vào ra, các bit làm việc và các bit có lưu 27

Bảng 1.4 Tổng quát về các Timer của Zen 31

Bảng 3.1 Bảng symbol điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng nút ấn 57

Bảng 3.2 Bảng symbol điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều trực tiếp 60

Bảng 3.3 Bảng symbol điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều gián tiếp 63

Bảng 3.4 Bảng symbol mạch điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng timer 67

Bảng 3.5 Bảng Symbol điều khiển ĐC KĐB 3 pha roto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ và hãm động năng động cơ 70

Bảng 4.1 bảng chọn dây dẫn 83

Bảng 4.2 Phương pháp lập trình 89

Bảng 4.3 Các thủ tục kiểm tra hoạt động 93

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu trúc chung của PLC 13

Hình 1.2 Giai đoạn đọc tín hiệu đầu vào 14

Hình 1.3 Giai đoạn thực hiện chương trình 14

Hình 1.4 Giai đoạn cập nhật đầu ra 15

Hình 1.5 Một chu trình mà PLC thực hiện 15

Hình 1.6 Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ 17

Hình 1.7 Hoạt động dễ dàng với một hệ điều khiển giá rẻ 17

Hình 1.8 Bảng điều khiển nhỏ hơn 17

Hình 1.9 Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây 18

Hình 1.10 Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra 18

Hình 1.11 Biện pháp khắc phục khi mất điện 18

Hình 1.12 Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình 19

Hình 1.13 Có thể lập trình và theo kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính 19

Hình 1.14 Dung lượng đóng cắt lớn hơn 19

Hình 1.15 Đầu vào xoay chiều 20

Hình 1.16 Lập trình dễ dàng 20

Hình 1.17 Các Timer phong phú 20

Hình 1.18 Bảo dưỡng dễ dàng hơn 21

Hình 1.19 ON delay timer ( X ) 28

Hình 1.20 OFF delay timer ( ) 28

Hình 1.21 One-shot pulse timer (O) 28

Hình 1.22 Flashing pulse timer (F) 29

Hình 1.23 Twin timer ( W ) 29

Hình 1.24 Holding Timer (#): 29

Hình 1.25 Counter 32

Hình 1.26 Sơ đồ điều khiển cấp nước cho bể chứa 33

Hình 1.27 Lập trình cho Zen cấp nước cho bể chứa 33

Hình 1.28 Sơ đồ điều khiển máy hàn nhiệt 34

Hình 1.29 Lập trình cho Zen điều khiển máy hàn nhiệt 35

Hình 1.30 Thời gian hàn T0,T1 35

Hình 1.31 Sơ đồ điều khiển thang cuốnLập trình cho Zen 36

Hình 1.32 Lập trình cho Zen điều khiển cầu thang cuốn 37

Hình 1.33 đạt thời gian hoạt động cho zen 37

Hình 1.34.Sơ đồ điều khiển quạt thông gió 38

Hình 1.35 Lập trình cho Zen điều khiển quạt thông gió 38

Hình 1.36 Đặt thời gian cho zen 39

Hình 2.1 Động cơ không đồng bộ 41

Hình 2.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ ba pha 43

Hình 2.3 Ký hiệu của động cơ không đồng bộ ba pha 43

Hình 2.4 Cấu tạo Stato 44

Hình 2.5 Dây quấn rotor 46

Hình 2.6 Động cơ không đồng bộ ba pha 47

Hình 2.7 Chiều sức điện động, dòng điện cảm ứng, lực điện từ trong rotor 48

Hình 2.8 Khởi động trực tiếp 51

Hình 2.9 Khởi động dùng điện 52

Hình 2.10 Khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu 53

Hình 2.11 Sơ đồ nối dây khởi động bằng cách đổi nối Y sang  54

Hình 2.12 Mở máy bằng phương pháp thêm điện trở phụ vào roto 55

Hình 3.1 Sơ đồ mạch động lực điều khiển ĐC động cơ đổi nối Y/∆ dùng nút ấn 56

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối zen mạch điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng nút ấn 57

Hình 3.3 Chương trình điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng nút ấn 58

Hình 3.4 Sơ đồ mạch động lực điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều trực tiếp 59

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối với zen mạch điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều trực tiếp 60

Hình 3.6 Chương trình mạch điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều trực tiếp 61

Hình 3.7 Sơ đồ mạch động lực điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều gián tiếp 63

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối với zen mạch điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều gián

tiếp 64

Hình 3.9 Chương trình mạch điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều gián tiếp 64

Hình 3.10 Sơ đồ mạch động lực điều khiển ĐC 3 pha đổi nối Y/∆ dùng timer 66

Hình 3.11 Sơ đồ kết nối với zen mạch điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng timer 67

Hình 3.12 Chương trình điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng role thời gian 68

Hình 3.13 Sơ đồ mạch động lực 69

Hình 3.14 Sơ đồ điều khiển ĐC KĐB 3 pha roto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ và hãm động năng động cơ 70

Hình 3.15 Chương trình điều khiển động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ và hãm động năng động cơ 71

Hình 3.16 Lắp đặt các thiết bị trong tủ 73

Hình 3.17 Lắp đặt các thiết bị trên mặt tủ 74

Hình 3.18 Sơ đồ đi dâyCHƯƠNG IV 75

Hình 4.1: Hình ảnh aptomat 1 pha và 3 pha thực tế 77

Hình 4.2.Công tăc tơ xoay chiều ba pha kiểu điện từ 79

Hình 4.3 :Hình ảnh Role nhiệt 81

Hình 5.1 Hình ảnh thực tế 94

LỜI NÓI ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì các lĩnh vực về côngnghiệp ngày càng phát triển, trong đó lĩnh vực tự động hóa ngày càng chú trọng vàquan tâm nhiều hơn Điện công nghiệp là ngành quan trọng trong quá trình côngnghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân.Điện khí hóa, cơ khí hóa và tự động hóa có liên quan mật thiết với nhau Đòi hỏinhững kỹ sư điện công nhân nghề cần trang bị những kiến thức cơ bản về các phần tửđiều khiển, các khâu bảo vệ

Trong công nghiệp hệ thống dẫn động chủ yếu là động cơ điện Mỗi máy móchay một dây chuyền sản xuất nói chung đều được trang bị một hay nhiều động cơ điện.Quy luật hoạt động của chúng được điều khiển hệ thống mạch điện

Do vậy việc tìm hiểu nâng cao kiến thức về bộ môn trang bị điện là mục tiêunhiệm vụ quan trọng đầu tiên của sinh viên khi tham gia chuyên ngành điện

Vì yêu cầu về tự động hóa ngày càng cao, đòi hỏi kĩ thuật điều khiển phải có sựthay đổi cả về thiết bị và phương pháp điều khiển

Về phương pháp điều khiển: chúng ta hay sử dụng phương pháp điều khiển nối cứng.Trong phương pháp này các linh kiện hay các khí cụ điện được nối với nhau vĩnh viễn

do đó khi muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều khiển thì phải nối dây lại toàn mạch điện,

do đó sẽ mất nhiều thời gian và gây khó khăn trong việc điều khiển Ngày nay với sựphát triển của khoa học cho ra đời các thiết bị mới với công nghệ cao hơn sử dụngphương pháp điều khiển tiên tiến hơn Các thiết bị đó gọi là các thiết bị điều khiển lậptrình được và phương pháp điều khiển ở đây là phương pháp lập trình với ưu điểm nổitrội như: các nối dây độc lập với chương trình, để thay đổi nhiệm vụ điều khiển chỉphải thay đổi nội dung của chương trình trong bộ nhớ của bộ điều khiển mà phươngpháp nối dây bên ngoài không bị ảnh hưởng

Việc ra đời các thiết bị điều khiển lập trình được (PLC) đem lại những ứngdụng to lớn không chỉ các ngành công nghiệp mà còn rất hữu ích trong cuộc sống nhưđiều khiển các hệ thống cung cấp nước, hệ thống cung cấp điện của các cơ quan, giađình hay công ty xí nghiệp

Dưới đây là phần nghiên cứu của tôi về động cơ không đồng bộ ba pha cùngvới ứng dụng lập trình PLC để điều khiển động cơ không đồng bộ mong là hữu ích chocông việc học tập và nghiên cứu của sinh viên.

Tên đề tài “ Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển mở máy động cơ KĐB ba pha rotor lồng

sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ có hãm động năng sử dụng PLC Zen ”

2 Đối tượng nghiên cứu

- Tìm hiểu và nghiên cứu về PLC

- Tìm hiểu về PLC zen ômzon

- Tìm hiểu, và nghiên cứu ngôn ngữ lập trình PLC

- Tìm hiểu về các nguyên tắc điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha và các khí

cụ điện dùng trong các mạch điều khiển động cơ

- Tìm hiểu phần cứng và lập trình

3 Phạm vi nghiên cứu

Với mục tiêu nghiên cứu quá trình mở máy và hãm dừng động cơ ba pha ro to lồngsóc cùng với thiết kế chế tạo sản phẩm modul thực hành trang bị điện nhưng do điềukiện thời gian, chi phí cùng sự hiểu biết có hạn nên đề tài chỉ giới hạn trong các phạm

- Nâng cao khả năng hiểu biết của mình về các thiết bị điều khiển lập trình đượcđặc biệt là PLC

- Sử dụng thành thạo bộ điều khiển lập trình ZEN của OMRON

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1 Sơ lược về cấu tạo của động cơ không đồng bộ:

Tổng quan về ứng dụng của máy điện không đồng bộ:

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảmứng điện từ, có tốc độ quay của rotor n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từtrường n1 Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuậnnghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện, cũng có thể làm việc ở chế độmáy phát điện

Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không được tốt so với máy phátđiện đồng bộ, nên nó ít được sử dụng

Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá thành

rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và trong sinh hoạt

Trong công nghiệp thường dùng loại máy điện không đồng bộ làm nguồn độnglực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ cho các nhà máy côngnghiệp nhẹ Trong hầm mỏ nó thường được dùng làm máy tời hay quạt gió Trongnông nghiệp thường dùng làm máy bơm nước hay các máy gia công nông sản Trongđời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng chiếm một vị trí quan trọng nhưlàm: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tụ lạnh

Với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa, tự động hóa và các phương tiệnsinh hoạt hàng ngày phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộngrãi

Tuy vậy, động cơ không đồng bộ cũng có những nhược điểm như hệ số coscủa máy không cao và đặc tính điều chỉnh động cơ không tốt nên ứng dụng của nótrong các lĩnh vực đòi hỏi cần có sự điều chỉnh tốc độ tốt thì hạn chế

Máy điện không đồng bộ cũng có thể dùng làm máy phát điện nhưng điện ápđầu ra không tốt so với máy phát điện đồng bộ do đó người ta hầu như không sử dụng

nó làm máy phát

Hình 1.1 Động cơ không đồng bộ 2.2 Phân loại

2.2.1 Theo kết cấu của vỏ động cơ

Máy điện không đồng bộ có thể chia thành các loại chính sau: kiểu hở, kiểu bảo

vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v

a) Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay

và bộ phận mang điện, đồng thời nó cũng không có trang bị bảo vệ tránh các vật bênngoài rơi vào máy

Theo cấp bảo vệ thì đây là loại IP00 Loại này được chế tạo theo kiểu tự làmnguội Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và không để người khác đếngần

b) Kiểu bảo vệ có sự bảo vệ chống tiếp xúc ngẫu nhiên của các bộ phận quayhay mang điện Loại này thường là tự thông gió

Theo cấp bảo vệ thì kiểu này thuộc các cấp bảo vệ từ IP11 đến IP33

c) Kiểu kín là kiểu mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoàiđược cách ly

Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên Kiểu kín thường là tựthông gió ở mặt ngoài vỏ hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằngcác đường ống Loại này thường được dùng trong môi trường ẩm ướt và có nhiều bụi

2.2.2 Theo kết cấu của rotor

Theo kết cấu của rotor, máy điện không đồng bộ được chia thành hai loại: rotorkiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc

Động cơ rotor kiểu dây quấn chỉ áp dụng cho tải có công suất lớn và cần điềuchỉnh tốc độ (điều chỉnh tốc độ và mở máy bằng điện trở phụ) Còn đối với các loại tảitrung bình và nhỏ người ta sử dụng loại động cơ rotor lồng sóc và mở máy trực tiếp

Động cơ rotor lồng sóc:

Đây là loại động cơ phổ biến nhất do giá thành rẻ, vận hành đơn giản hoạt động

ổn định Các động cơ này có đặc tính cơ khi tải thay đổi từ thông đến định mức thì tốc

độ quay của chúng giảm tất cả khoảng 2% - 5% Các động cơ rotor lồng sóc có momen

mở máy khá lớn

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nó cũng có các nhược điểm sau:

- Khó điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phẳng trong phạm vi rộng

- Dòng điện mở máy từ lưới lớn, bằng từ 5-7 lần Iđm

- Hệ số công suất thấp

Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo động cơ rotor lồng sócnhiều tốc độ và dùng rotor rãnh sâu lồng sóc kép để giảm dòng khởi động, đồng thờimomen khởi động cũng được tăng lên

2.2.3 Theo số pha trên dây quấn stator:

Theo số pha trên dây quấn stator của máy điện không đồng bộ thì ta có thể chia

ra thành các loại: 1 pha, 2 pha và 3 pha

2.3 Cấu tạo chung

Máy điện không đồng bộ có cấu tạo chung gồm 2 phần chính:

- Phần tĩnh (stator)

- Phần quay (rotor)

Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 3 pha được chỉ ra trên hình H1.1,a gồm 2

bộ phận chính là rotor(a) và stato(b) Ngoài ra còn có vỏ máy(e), nắp máy(c) HìnhH1.1,b là mặt cắt ngang của máy cho thấy rõ các lá thép của stator(a) và của rotor(b)

Hình 1.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ ba pha

a Kiểu lồng sóc b Kiểu dây quấn

Hình 1.3 Ký hiệu của động cơ không đồng bộ ba pha

2.3.1 Phần tĩnh (stator)

Trên stator có vỏ, lõi sắt và dây quấn

Hình 1.4 Cấu tạo Stato

a) Vỏ máy:

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn

từ Vỏ máy thường được làm bằng gang Tùy theo cách làm nguội mà vỏ máy cũngđược chế tạo ở những dạng khác nhau

Loại gang đúc được phân làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gântrong

- Loại không có gân trong thường được dùng cho máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểukín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏmáy

- Loại có gân trong có đặc điểm là khi gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôiliệu bỏ đi ít hơn loại không có gân trong

Đối với máy có công suất tương đối lớn, khoảng 1000KW, thường dùng théptấm hàn lại thành vỏ

b) Lõi sắt:

Lõi sắt của máy điện không đồng bộ là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt

là từ trường quay, nên để giảm tổn hao, lõi sắt phải được làm bằng các lá thép kỹ thuậtđiện dày 0,5mm ép lại Khi đường kính ngoài lõi sắt stator nhỏ hơn 990mm thì dùng

cả tấm tròn ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000mm thì phải dùng những tấmhình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn

Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều được phủ một lớp sơn cách điện trên bề mặt đểlàm giảm tổn hao do dòn Fuco gây nên Nếu lõi sắt ngắn hơn 25cm đến 30cm thì cóthể ghép lại thành một khối Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thì thường ghép thànhtừng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 4cm đến 6cm, đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt

c) Dây quấn:

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõisắt Bối dây quấn có thể chỉ là một vòng dây (được gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn, bốidây thường được chế tạo dạng ½ phần tử và thiết diện thường lớn), cũng có thể bối dâyquấn gồm nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và được gọi là day quấn kiểu vòng dây) Sốvòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và cách nối lại phụ thuộc vào công suất,điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ

Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau:

Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha, điện áp ba pha lệch nhau mộtgóc 120 độ điện

Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha phải bằng nhau

Có thể đấu thành các mạch song song dễ dàng khi cần thiết

Dùng vật liệu làm dây dân điện ít nhất Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu ngắnchiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu

Dễ chế tạo và sửa chữa

Cách điện giữa các vòng dây, các pha và nối đất ít tốn kém và chắc chắn

Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch hoặc khi khởiđộng

2.3.2 Phần quay (rotor)

a) Lõi sắt:

Được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy Phía ngoài củalõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn

b) Dây quấn rotor:

Hình 1.5 Dây quấn rotor

Có 2 loại dây quấn rotor:

+Rotor kiểu lồng sóc(H1.4a)

+ Rotor kiểu dây quấn(H1.4b)

Loại rotor kiểu lồng sóc:

Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài rakhỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hoặcnhôm làm thành một cái lồng mà người ta gọi là lồng sóc

Để cải thiện tính năng mở máy của động cơ điện công suất lớn, rãnh rotor có thểlàm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép.Đối với động cơ nhỏ rãnh rotor được làm chéo đi một góc so với tâm trục

- Loại rotor kiểu dây quấn:

Trong động cơ cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn sóng hai lớp vì bớt đượcnhững dây đầu nối, kết cấu trên rotor chặt chẽ Dây quấn đồng tâm một lớp thườngdùng cho máy điện cỡ nhỏ Dây quấn ba pha của rotor thường đấu hình sao còn ba đầukia được đấu vào vành trượt bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thông quachổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài

Đặc điểm của động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than để đưa điệntrở phụ hay sức điện động phụ vào rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều khiển tốc

độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy

c) Khe hở:

Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ(từ 0,2mm đến 1mm trong động cơ vừa

và nhỏ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và để cho hệ số công suất của máycao hơn

2.4 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ:

Hình 1.6 Động cơ không đồng bộ ba pha

Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ramột từ trường quay Từ trường này quét qua các thanh dẫn rotor làm cảm ứng trên dâyquấn rotor một sức điện động E2 sinh ra dòng I2 chạy trong dây quấn Chiều của sứcđiện động và chiều của dòng điện được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.

Dòng điện I2 sinh ra một từ trường tương hỗ với stato tạo ra lực điện từ trên dâydẫn rotor và momen quay làm cho rotor quay với tốc độ n theo chiều quay của từtrường Tốc độ quay của rotor n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n1 Sựchuyển động tương đối của rotor và từ trường quay stato duy trì được dòng điện I2 vàmomen M Vì tốc độ quay của rotor khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi

là động cơ không đồng bộ

Để minh họa, trên hình H1.6, từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động vàdòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rotor, chiều của lực điện từ Fđt

Hình 1.7 Chiều sức điện động, dòng điện cảm ứng, lực điện từ trong rotor

Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt: s= n1−n

n1

Trong đó:

n : tốc độ quay của rotor

n1 : tốc độ quay của từ trường, n1=

Dòng điện trong dây quấn và từ trường quay tác dụng tương hỗ lẫn nhau lên khi rotorchịu tác dụng của momen M thì từ trường quay cũng chịu tác dụng của momen theochiều ngược lại Muốn cho từ trường quay với tốc độ n1 thì nó phải nhận một công suấtđưa vào là công suất điện từ:

Iđm (A), điện áp dây định mức Uđm (V), cách đấu dây (Y hay ), tốc độ quay định mức

nđm (vg/phút), hiệu suất định mức ηđm và hệ số công suất định mức cosđm

Các động cơ không đồng bộ do các nhà máy sản xuất phải làm việc trong nhữngđiều kiện nhất định với những số liệu xác định gọi là số liệu định mức (Sổ tay kỹ thuậtđiện) Những số liệu định mức của động cơ không đồng bộ được ghi trên nhãn của nhàmáy chế tạo và được gắn trên thân máy, đó là:

Công suất do động cơ sinh ra: Pđm =P2đm

Tần số lưới điện: f1

Điện áp dây quấn stato: U1đm

Dòng điện dây quấn stato: I1đm

Tốc độ quay rotor: n đm

Hệ số công suất: cosđm

Hiệu suất: ηđm

2.6 Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ ba pha

Do yêu cầu của sản xuất, động cơ điện KĐB khi làm việc thường phải mở máy

và ngừng máy nhiều lần.Tùy theo tính chất tải và tình hình của lưới điện mà yêu cầu

về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau Có khi yêu cầu momen mở máy lớn

có khi lại cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần cả hai yếu tố đó Những yêucầu trên đòi hỏi động cơ điên KĐB phải có tính năng mở máy thích ứng

Nếu việc áp dụng phương pháp mở máy không thích hợp sẽ dẫn đến hỏng động

cơ và máy móc sản xuất

Vậy những yếu tố cơ bản nào cần phải có để mở máy động cơ.Đó là:

+ Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải + Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt

+ Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.+ Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt

Để đạt được những yêu cầu trên không dễ dàng chút nào.Vì chúng thường mâuthuẫn với nhau.Ví như khi đòi hỏi dòng điện mở máy nhỏ thì thường làm cho momen

mở máy bị giảm theo hoặc cần thiết bị đắt tiền chẳng hạn

Đo đó chúng ta phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể để chọn phương pháp

mở máy thích hợp

Trong giới hạn này chúng em giới thiệu những phương pháp mở máy thôngdụng sau đây:

+ Mở máy trực tiếp động cơ điện roto lồng sóc

+ Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp

+ Mở máy bằng phương pháp Y/ 

+ Mở máy bằng phương pháp thêm điện trở phụ vào roto

2.6.1 Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ

Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì do lúc đầu rotor chưaquay, độ trượt lớn (s=1) nên s.đ.đ cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn

I mm= ¿Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn, tạo

ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ

Hình 1.8 Sơ đồ và đặc tính động cơ KĐB ba pha khi mở máy trực tiếp.

Tuy dòng điện lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ: Mmm = (0,51,5)Mđm

Do vậy cần phải có biện pháp mở máy Trường hợp động cơ có công suất nhỏ thì

có thể mở máy trực tiếp Động cơ mở máy theo đặc tính tự nhiên với mômen mở máynhỏ Những động cơ không mở máy trực tiếp thì có thể thực hiện một trong cácphương pháp mở máy gián tiếp sau

Phương pháp này được áp dụng đối với động cơ có công suất nhỏ và trung bình

Ưu điểm : Phương pháp này rất đơn giản Thiết bị đóng cắt, bảo vệ đơn giản, thaotác nhanh gọn Hơn nữa phương pháp này có mômen mở máy lớn cho nên thời giankhởi động nhanh

Nhược điểm : Phương pháp này có dòng điện mở máy lớn nên công suất nguồncung cấp cho động cơ là lớn Nếu công suất nguồn cấp là nhỏ dẫn đến sụt áp lớn có thểkhông khởi động được động cơ

2.6.2 Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện trở phụ vào cuộn dây stato

Phương pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp với mạch stato lúc

mở máy và có thể áp dụng cho cả động cơ roto lồng sóc lẫn roto dây quấn Do có điệntrở hoặc điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy của động cơ giảm đi, nằm trong giá trịcho phép Mômen mở máy của động cơ cũng giảm

Thời điểm ban đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng lại (các tiếp điểmK1 mở) để điện trở (hình a) hoặc điện kháng (hình b) tham gia vào mạch stato nhằmhạn chế dòng điện mở máy Khi tốc độ động cơ đã tăng đến một mức nào đó (tuỳ hệtruyền động) thì các tiếp điểm K1 đóng lại, K2 mở ra để loại điện trở hoặc điện kháng

ra khỏi mạch stator Động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc Quá trình mở máy kết thúc

Hình 1.9 Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua điện trở phụ(a) và cuộn

kháng(b)ở mạch stato và dạng đặc tính cơ khi mở máy.

Sơ đồ trên giới thiệu mở máy qua 1 cấp điện trở phụ hoặc điện kháng ở mạch stato.Trên thực tế có thể mở máy qua hai hoặc ba cấp tuỳ theo yêu cầu công nghệ

Khi mở máy mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng Sau khi mở máy song thìđiện kháng này bị nối ngắn mạch Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có đượcdòng điện mở máy cần thiết Do đó điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp mở máytrên đầu cực động cơ điện U’k sẽ nhỏ hơn điện áp nguồn U1

Nếu : dòng điện mở máy khi mở máy trực tiếp là Ik , mômen mở máy khi mở máytrực tiếp Mk Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại I’

Ưu điểm : phương pháp này là thiết bị đơn giản

Nhược điểm : là giảm dòng điện mở máy thì mômen giảm xuống bình phương lần .Phương pháp này dùng cho các động cơ công suất trung bình và nhỏ

2.6.3 Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu

Phương pháp này được sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi mở máy

Do vậy, dòng điện của động cơ khi mở máy giảm đi

Hình 1.10 Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua biến áp tự ngẫu.

Sơ đồ sử dụng một máy biến áp tự ngẫu có bên cao được nối vào nguồn, bên hạ áp nối với động cơ

Gọi k T là tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu (k T<1)

I mm , là dòng điện thứ cấp của biến áp tự ngẫu

So với phương pháp mở máy bằng cuộn kháng chọn k T =k thì :

Mở máy bằng cuộn kháng :

I mm , =k I mm và Mmm , =k2M mm

Mở máy bằng biến áp tự ngẫu :

M mm , =k T M mmI1=k T I mm , =k T2Imm

Cùng mômen mở máy như nhau dòng điện mở máy khi dung biến áp tự ngẫu nhỏhơn nhiều.Ngược lại nếu cùng dòng điện mở máy thì mômen mở máy dung máy biến

áp tự ngẫu lớn hơn khi mở máy qua cuộn kháng

Ưu điểm : khi dùng biến áp tự ngẫu đảm bảo mômen mở máy lớn nhất ở mộtdòngđiện đã cho do đó quy trình mở máy diễn ra nhanh hơn Phương pháp này rất íthao phí điện năng và có hiệu suất đạt cao hơn

Nhược điểm : dùng biến áp thì chi phí sẽ cao, không kinh tế

2.6.4 Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác

Động cơ KĐB làm việc bình thường ở sơ đồ mắc  các cuộn stato thì khi mở máy

có thể mắc theo sơ đồ Y Thực chất của phương pháp này là giảm điện áp đặt vào cuộndây stato khi đổi nối vì U f =U dkhi mắc , còn khi mắc Y thì điện áp giảm 3 lần:

U p=U d

√3

Phương pháp mở máyY /∆chỉ thích hợp với những động cơ bình thường nối

Khi đấu hình Yđiện áp pha trên mỗi dây quấn:

Nhược điểm : mômen khởi động giảm đi 3 lần không thích hợp cho máy yêu cầummen khởi động lớn Sự thay đổi dòng điện đột ngột khi chuyển từ mạch Ysang ∆Cóthể làm cho bộ bảo vệ tác động Khi đổi nối sẽ xảy ra khoảng dòng điện bị gián đoạn.

2.7 Các phương pháp hãm dừng.

2.7.1 Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay

Động cơ điện KĐB roto dây quấn đang làm việc với tải có mômen cản phản khángtại điểm A trên đường đặc tính cơ 1, sơ đồ nối dây như hình vẽ Để hãm máy, ta đổithứ tự hai pha bất kỳ trong 3 pha cấp cho stato để đảo chiều quay động cơ Động cơchuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính 1 sang điểm B' trên đặc tính 2 Do quán tínhcủa hệ cơ, động cơ coi như giữ nguyên tốc độ ω A khi chuyển đặc tính Quá trình hãm

ngược bắt đầu Khi tốc độ động cơ giảm theo đặc tính hãm 2 tới điểm D' thì ω=0 Lúcnày, nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng Đoạn hãm ngược là B'D' Nếu không cắt điệnthì như trường hợp ở hình 2.7, động cơ có M D ' >M Cnên động cơ bắt đầu tăng tốc, mởmáy chạy ngược theo đặc tính cơ 2 và làm việc ổn định tại điểm E' với tốc độ ω E ' theochiều ngược

Khi động cơ hãm ngược theo đặc tính 2, điểm B' có mômen nhỏ nên tác dụng hãmkhông hiệu quả Thực tế phải tăng cường mômen hãm ban đầu (M hãm ≈ 2,5 M đm) nhờ

vừa đảo chiều từ trường quay của stato, vừa đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạchroto Động cơ sẽ hãm ngược theo đặc tính 3 (đoạn BD) Tới D mà cắt điện thì động cơ

sẽ dừng Nếu không cắt điện, động cơ sẽ tăng tốc theo chiều ngược lại và làm việc tạiđiểm E với tốc độ ω E <ω E ' Nếu lúc này lại cắt điện trở phụ RP thì động cơ sẽ chuyểnsang làm việc trên đặc tính 2 tại điểm F và tăng tốc tới điểm E'

Hình 1.11 Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay

từ nhờ biến trở R kt.

Do động năng tích lũy, roto tiếp tục quay theo chiều cũ trong từ trường một chiềuvừa được tạo ra Trong cuộn dây phần ứng xuất hiện một dòng điện cảm ứng Lực từtrường tác dụng vào dòng cảm ứng trong cuộn dây phần ứng sẽ tạo ra mômen hãm vàrôto quay chậm dần Động cơ điện xoay chiều khi hãm động năng sẽ làm việc như mộtmáy phát điện có tốc độ (do đó tần số) giảm dần

Động năng qua động cơ sẽ biến đổi thành điện năng tiêu thụ trên điện trở ở mạchroto

Nếu trước khi hãm, động cơ làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 thì khi hãmđộng năng, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính hãm động năng 2 ởgóc phần tư thứ II

Đặc tính hãm động năng của động cơ xoay chiều 3 pha KĐB có dạng như hình vẽ.Tốc độ động cơ giảm dần theo đặc tính về O trên đoạn đặc tính hãm động năng BO.Tại điểm O, động cơ sẽ dừng nếu tải là phản kháng Nếu tải có tính chất thế năng thìtải sẽ kéo động cơ quay ngược cho đến khi ổn định tại điểm D (góc phần tư thứIV).Điện trở mạch roto và dòng kích từ cấp cho stato lúc hãm động năng có ảnh hưởngtới dạng đặc tính cơ khi hãm

Hình 1.12 Đặc tính hãm động năng kích từ độc lập

Ưu điểm : Hãm dừng nhanh,chính xác

Nhược điểm : Phải sử dụng nguồn một chiều DC qua máy biến áp và khi động cơ chưahoạt động ấn nút dừng thì vẫn cấp nguồn 1 chiều DC vào động cơ

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC ZEN

1.1 Giới thiệu chung về PLC ( Programmable logic controller )

1.1.1 Khái niệm về PLC

PLC hay thiết bị điều khiển logic lập trình được là dạng thiết bị điều khiển đặcbiệt sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng như:thực hiện các phép toán logic, lập chuỗi, định giờ, đếm và các thuật toán để điều khiểnmáy và các quá trình PLC được thiết kế có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra và cóthể lập trình với ngôn ngữ lập trình đơn giản và dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phéptoán logic và chuyển mạch, cho phép các kĩ sư không yêu cầu cao về máy tính và ngônngữ máy tính cũng có thể sử dụng được

1.1.2 Lịch sử phát triển của PLC

Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuật đầutiên cho thiết bị điều khiển logic khả lập trình Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủđiều khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải thay thế các rơ le

do hỏng cuộn hút hay gãy các thanh lò xo tiếp điểm Mục đích thứ hai là tạo ra mộtthiết bị điều khiển có tính linh hoại trong việc thay đổi chương trình điều khiển Cácyêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm chínhcủa nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư sản xuất Với thiết bịđiều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộngkhả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất.Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã xuất ra các thiết bị điềukhiển khả lập trình còn gọi là PLC

Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đãđem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le Các thiết bị nàyđược lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và có

độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở

ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác

Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao

và khả năng lập trình dễ dàng Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán

dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp Các mạch vào ra được thiết

kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao.Các ngôn ngữ lập trình đầu tiên của PLC tương tự như sơ đồ thang trong các hệ thốngđiều khiển lô gíc, nên các kỹ sư đã làm quen với sơ đồ thang dễ dàng thích nghi vớiviệc lập trình mà không cần phải qua một quá trình đào tạo nào Một số các ứng dụngcủa máy tính trong sản xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính vì việc học sửdụng các phần mềm máy tính không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư

Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khảnăng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn Các PLC có trang bị vi xử lý

có khả năng thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, điều này làm tăng khảnăng ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp Các PLC không chỉdừng lại ở chỗ là các thiết bị điều khiển logic, mà nó còn có khả năng thay thế cả cácthiết bị điều khiển tương tự Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền dữ liệu đã trởnên dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử Các PLC có thể điềukhiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm mét Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau

và việc điều khiển quá trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn

Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùngcho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho cácthiết bị “cứng” như các rơ le cuộn hút và các tiếp điểm

Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp.Chúng được sử dụng trong công nghiệp hoá chất ,công nghiệp chế biến dầu, côngnghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước thải, công nghiệp dượcphẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng,trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các

hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC v v.Các PLC có thể được kết nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệubao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, chẩnđoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trình điều khiển từ xa Ngoài ra PLC còn đượcdùng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường

Cơ cấu tiền tác động

Cảm biến

Bus

điều khiển trong các hệ thống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phòngcông sở

1.1.3 Cấu trúc chung của PLC

Hình 1.1 Cấu trúc chung của PLC

1.1.4 Nguyên lý hoạt động

Khi chạy, một chương trình PLC chia làm 3 giai đoạn chính:

Đọc tín hiệu đầu vào: Bộ vi xử lý “chụp lại” trạng thái logic của các đầu vào rồi truyềnhình ảnh nhận được vào bộ nhớ dữ liệu

Đầu vào 2

Đầu vào 0

Đầu vào n

Đầu vào n mức logic 1

Đầu vào 2 mức logic 1 Đầu vào 1 mức logic 0

Đầu vào 0 mức logic 1 Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic 0

Đầu vào 2 mức logic 1

Đầu vào n mức logic 1

Chụp lại+Truyền

+ 24 V

Bằng cách

sử dụng hình ảnh đầu vào

Thực hiện chương trình

Bộ nhớ chương trìnhĐầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic 1

—

— Đầu vào n mức logic 1

—

— Đầu ra 5 mức logic 1

Đầu ra 1 mức logic 0

Đầu ra 0 mức logic 1

—

— Đầu vào n mức logic 1

Đầu vào 2 mức logic 0

Cập nhật hình ảnh đầu ra

Nếu đầu vào 1 là 1 và nếu đầu vào 2 là 0 thì đặt đầu ra 5 là 1

………

………

………

………

………

………

Hình 1.2 Giai đoạn đọc tín hiệu đầu vào

Thực hiện chương trình: Thực hiện các phép toán logic chứa trong bộ nhớ chươngtrình lần lượt từ đầu đến cuối bằng cách sử dụng “hình ảnh” của trạng thái đầu vàochứa trong bộ nhớ dữ liệu Kết quả của mỗ phép toán logic ( hình ảnh đầu ra ) lại đượclưu trong bộ nhớ dữ liệu

Hình 1.3 Giai đoạn thực hiện chương trình

Đầu ra

V

Đầu ra 0 mức logic 1

Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic

Đầu vào n mức logic 1

Đầu ra

1

Đầu ra 2

Đầu ra 0 mức logic

1

Đầu ra 5

Đầu ra

n

MÔĐUN RA

Sao chép lại

Thu thập dữ liệu đầu vào Chạy chương trình Cập nhật đầu ra

Cập nhật đầu ra: Sao chép lại toàn bộ các trạng thái logic hình ảnh của đầu ra( lưu trong bộ nhớ dữ liệu ) ra các module đầu ra để điều khiển các thiết bị bên ngoài

Hình 1.4 Giai đoạn cập nhật đầu ra

Như vậy ta có thể khái quát một chu trình làm việc của PLC như sau:

Hình 1.5 Một chu trình mà PLC thực hiện

1.1.5 Các kiểu PLC

PLC có hai kiểu thông dụng là kiểu hộp đơn và kiểu module nối ghép

Kiểu hộp đơn:

Kiểu hộp đơn thường được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ,độc lập, sử dụng ít các đầu vào, ra PLC kiểu hộp đơn được cung cấp dưới dạng nguyênchiếc, hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý trung tâm và các module vào, ra.

Thông thường PLC kiểu hộp đơn có thể có khoảng 40 đầu vào, ra và bộ nhớ chỉlưu được khoảng từ 300 đến 1000 lệnh

Kiểu module nối ghép:

Kiểu module nối ghép được sử dụng cho thiết bị điều khiển lập trình với mọikích cỡ, với rất nhiều đầu vào/ra, xử lý được các tín hiệu số, Analog Kiểu module nốighép có module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý trung tâm Tuỳ theo yêu cầu công dụng

và số đầu vào/ra của bài toán điều khiển mà người sử dụng có thể tuỳ chọn sự phốihợp cho các module với nhau vì vậy PLC kiểu này rất linh hoạt Ví dụ như trongtrường hợp muốn mở rộng số đầu vào/ra thì ta có thể bổ xung các module đầu vào/ra,còn để tăng cường bộ nhớ thì ta chỉ cần tăng thêm các đơn vị nhớ ( dùng card mởrộng)

1.1.6 Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá

Tất cả mọi hoạt đọng của hệ thống từ đơn giản đến phức tạp đều được PLC điềukhiển vì vậy PLC đóng vai trò rất quan trọng trong một hệ thống điều khiển, PLC cóthể được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chươngtrình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC Thông qua các tín hiệu đầu vào( các tín hiệu ở dạng logic ON/OFF ) mà PLC sẽ cho các tín hiệu đầu ra để điều khiểnhoạt động các thiết bị của hệ thống

PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập

đi lập lại theo chu kỳ Đối với các hệ thống mà trong đó có rất nhiều các thiết bị mà sựhoạt động của các thiết bị đó độc lập với nhau và có độ phức tạp khác nhau, muốn điềukhiển hệ thống một các linh hoạt thì cần phải liên kết các PLC lại hoặc liên kết PLCvới máy tính chủ thông qua một kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quátrình xử lý phức tạp

1.2 Tổng quan về Zen

Zen là một loại PLC cỡ nhỏ được cung cấp bởi hãng OMRON ( Nhật ) sản xuấtnăm 2001 Zen còn được gọi là hệ rơle lập trình được ( Programable relays ) với nhiều

ưu điểm nổi bật

Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ

Một bộ xử lý trung tâm cung cấp 12 đầu vào và 8 đầu ra (đối với khối CPU 20cổng vào ra) Thích hợp sử dụng cho các điều khiển cỡ nhỏ như hệ thống cung cấpnước cho nhà cao tầng hay điều khiển ánh sáng cho các văn phòng công sở…

Hình 1.6 Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ

Hoạt động dễ dàng với một hệ điều khiển giá rẻ

Lập trình ladder trực tiếp từ bộ xử lý trung tâm Chương trình ladder có thể dễdàng được copy

Hình 1.7 Hoạt động dễ dàng với một hệ điều khiển giá rẻ

Bảng điều khiển nhỏ hơn

Zen có kích thước rất nhỏ 90 x 70 x 56 mm ( chiều cao x chiều rộng x chiềusâu) rất thuận lợi cho việc lắp đặt

Hình 1.8 Bảng điều khiển nhỏ hơn.

Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây.

Việc gá đặt dễ dàng với một rãnh nhỏ phía mặt sau Sẵn có các Timer vàCounters vì vậy chỉ cần nối dây cho nguồn cấp và các cổng vào ra Thao tác kết nốiđơn giản chỉ cần dùng một tuốc nơ vít

Hình 1.9 Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây

Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra

Số lượng đầu vào ra của Zen có thể lên tới 24 đầu vào và 20 đầu ra nhờ kết hợpthêm 3 module mở rộng

Hình 1.10 Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra.

Biện pháp khắc phục khi mất điện

EEPROM vẫn lưu trữ chương trình và dữ liệu cài đặt hệ thống khi không cấpđiện tới ZEN Các dữ liệu về thời gian, counter, holding timer và các bit làm việc vẫnđược lưu nhờ sử dụng một nguồn nuôi

Hình 1.11 Biện pháp khắc phục khi mất điện

Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình

Sử dụng một băng từ nhớ có thể dễ dàng lưu trữ và copy chương trình

Hình 1.12 Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình.

Có thể lập trình và theo kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính

Phầm mềm Zen Support cung cấp một cách hoàn chỉnh cho quá trình mô phỏngtrên máy vi tính

Hình 1.13 Có thể lập trình và theo kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính.

Dung lượng đóng cắt lớn hơn

Công tắc đầu ra có thể chịu dòng 8A ( 250VAC ) Các công tắc đều độc lập vớinhau

Hình 1.14 Dung lượng đóng cắt lớn hơn.

Đầu vào xoay chiều

Đối với CPU có nguồn cấp đầu vào xoay chiều, có thể kết nối trực tiếp với điện

áp từ 100V đến 240V

Hình 1.15 Đầu vào xoay chiều.

Lập trình dễ dàng

Có thể đặt cho bit đầu ra 3 sự hoạt động khác nhau

Hình 1.16 Lập trình dễ dàng.

Các Timer phong phú

Mỗi Timer đều hỗ trợ 5 kiểu hoạt động và 3 kiểu thang chia thời gian Cùng với

8 holding Timers có thể giữ trạng thái Timer khi nguồn cấp bị ngắt

Hình 1.17 Các Timer phong phú.

Counter có thể đếm tăng và đếm giảm

Có sẵn 16 Counter có thể điều khiển đếm tăng hoặc đếm giảm Sử dụng bộ sosánh có thể lập trình cho nhiều đầu ra từ 1 Counter

Hỗ trợ Timer hoạt động theo ngày hoặc theo mùa

Khối CPU với sẵn có chức năng đông hồ và lịch hỗ trợ 16 Weekly Timer vàCalendar Timer Calendar Timer hỗ trợ điều khiển theo mùa, còn Weekly Timer hỗ trợđiều khiển theo ngày giờ

Đầu vào tương tự trực tiếp.

Khối CPU với đầu vào nguồn cấp 1 chiều có 2 đầu vào tương tự ( từ 0V đến10V) và 4 bộ so sánh tương tự

Bảo dưỡng dễ dàng hơn

Sử dụng chức năng hiển thị của khối CPU để hiển thị tin nhắn do người sử dụngcài đặt về ngày, thời gian và các dữ liệu khác

Hình 1.18 Bảo dưỡng dễ dàng hơn.

Đèn màn hình sáng lâu hơn trong điều kiện làm việc tối

Có thể đặt cho đèn màn hình tắt sau 2, 10 hay 30 phút, cũng có thể đặt chế độđèn luôn sáng Với chức năng hiển thị, đèn màn hình cũng có thể bật sáng khi một tinnhắn hiển thị

Lọc nhiễu đầu vào

Mạch lọc nhiễu đầu vào ngăn chặn nhiễu đầu vào

Sử dụng rộng rãi trên thế giới

Có thể hiển thị 6 ngôn ngữ Hỗ trợ chức năng phân biệt giờ theo mùa

Bảo mật chương trình

Chương trình có thể được bảo vệ nhờ cài đặt password

1.2.1 Các loại Zen

Nói chung Zen được phân biệt dựa vào các yếu tố sau:

- Sử dụng nguồn nuôi AC hay DC:

+ Zen xoay chiều ( nếu dùng nguồn AC )+ Zen một chiều ( nếu dùng nguồn DC )

- Có màn hình tinh thể lỏng LCD (đi kèm phím ấn hay không có )

- Có đồng hồ thời gian theo tuần và năm hay không

- Có đầu vào Analog hay không.

Dưới đây là bảng các loại Zen phiên bản V2

1.2.1.1 Bộ xử lý trung tâm với 10 cổng vào/ra

Hình dạng

Nguồncấp/điện ápđầu vào

Sốđầuvào

Số đầu ra Đầu

vàotươngtự

6 đầuvào

Rơle 4 đầu

ra

Không

ZEN-V2

10C1AR-A-12 đến 24VDC

ZEN-V2

10C1DR-D-12 đến 24VDC

Transis-tors

ZEN-V2

10C1DT-D-Kiểu

kinh tế

100 đến240VAC,50/60Hz

ZEN-V2

10C3AR-A-12 đến 24VDC

ZEN-V2

3 đầura

Không

ZEN-V2

10C4AR-A-12 đến 24VDC

ZEN-V2