Điều khiển động cơ băng tải bằng thiết bị biến tần

I Tính chọn cảm biến bảo vệ cố băng tải 1.Cảm biến Cảm biến thiết bị thực quan hệ hàm đơn trị hai đại lượng vật lí với độ xác định Là thiết bị chịu tác động đại lượng cần đo m tính chất điện cho ta đặc trưng mang chất điện ( như: điện tích, điện áp, dòng điện trở kháng ) ký hiệu S Đặc trưng điện s hàm đại lượng cần đo m S = F(m) (4-8) Trong S đại lượng đầu phản ứng cảm biến m đại lượng đầu vào hay kích thích ( có nguồn gốc đại lượng cần đo ) Việc đo đạc S cho phép nhận biết giá trị m Biểu thức S= F(m) dạng lý thuyết định luật vật lý biểu diễn hoạt động cảm biến, đồng thời dạng số biểu diễn phụ thuộc vào cấu tạo, vào vật liệu làm cảm biến, vào môi trường chế độ sử dụng 1.1 Cảm biến vận tốc Trong công nghiệp, việc đo vận tốc, phần lớn trường hợp thường đo tốc độ quay máy Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài thường chuyển sang đo tốc độ quay Các cảm biến công nghiệp dùng để đo vận tốc dựa định luật Faraday: e= − dφ dt (4-9) Với e suất điện động xuất từ thông thay đổi lượng dф khoảng thời gian dt Khi từ thông qua mạch hàm số dạng : ф(x)=ф0.F(x), với x biến số vị trí thay đổi theo đường thẳng vị trí theo góc quay Mọi chuyển động tương đối nguồn từ thông mạch có từ thông qua làm mạch xuất suất điện động có biên độ tỷ lệ với tốc độ dịch chuyển Suất điện động chứa đựng tín hiệu cảm biến e=-ф0 dF ( x) dx dt dx (4-10) Trong hệ thống, sử dụng Encode để đo tốc độ động băng tải cấp liệu  Encode đo tốc độ quay động cơ, vật trung gian thường dùng đĩa gắn liền với trục quay cần đo tốc độ Đĩa có cấu tạo tuần hoàn: bề mặt đĩa chia thành p phần (chia theo góc tâm), phần mang dấu hiệu đặc trưng lổ đường vát, bánh Một cảm biến thích hợp đặt với vật trung gian để ghi nhận cách ngắt quãng có dấu hiệu qua lần cung cấp tín hiệu xung Biểu thức tần số f tín hiệu xung viết dạng: F = p.N (4-11) Trong f tần số đo Hz, p số lượng dấu hiệu đĩa N số vòng quay đĩa giây Đầu thu quang Thấu kính Hình 4.22: Cấu tạo phận đo tốc độ quay Encode Vật quay phải có vùng phản xạ bố trí tuần hoàn hình tròn chiếu tia sáng, vật gắn với đĩa có phần suốt xen kẽ phần chắn sáng đặt nguồn sáng đầu thụ quang (hình 4.22) Đầu thu quang nhận thông lượng biến điệu phát tín hiệu có tần số tỷ lệ với tốc độ quay biên độ tín hiệu không phụ thuộc vào ω Phạm vi tốc độ đo phụ thuộc vào hai yếu tố chính: - Số lượng lỗ đĩa quay - Dải thông đầu thu quang mạch điện tử Để đo tốc độ nhỏ, thí dụ ~ 0,1 vòng/phút, phải dùng đĩa có số lượng lỗ lớn (500÷1000) Trong trường hợp cần đo tốc độ lớn (105÷106 vòng/phút) phải sử dụng loại đĩa quay có lỗ, tần số ngắt mạch điện đại lượng xác định tốc độ cực đại đo Ưu điểm : Ở thông tin thu nhận tần số nên có khả chống nhiễu, chống suy giảm dễ biến đổi sang dạng số 1.2.Cảm biến lực: 1.2.1.Lý thuyết cảm biến lực : Cảm biến lực dùng việc đo khối lượng sử dụng phổ biến loadcell Đây kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào phận đàn hồi, lượng di động phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết Sau giới thiệu loại cảm biến này: Bộ phận loadcell điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở phương tiện để biến đổi biến dạng nhỏ thành thay đổi tương ứng điện trở Một mạch đo dùng miếng biến dạng cho phép thu tín hiệu điện tỷ lệ với mức độ thay đổi điện trở Mạch thông dụng sử dụng loadcell cầu Wheatstone Nguyên lý : Cầu Wheatstone mạch đo chọn dùng nhiều cho việc đo biến thiên điện trở nhỏ (tối đa 10%), chẳng hạn việc dùng miếng đo biến dạng Phần lớn thiết bị đo đạc có sẵn thị trường không nhiều dùng phiên cầu Wheatstone sàng lọc Như ,việc R1 R2 tìm hiểu nguyên lý loại mạch điều cần Zm thiết Em R4 R3 V + - Hình 4.23:Mạch cầu Wheatstone Cho mạch gồm bốn điện trở giống R1, R2, R3, R4 tạo thành cầu Wheatstone hình Đối với cầu Wheatstone này, bỏ qua số hạng bậc cao, hiệu đầu Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm là: V Em = Với : ∆Ri Ri 4(1 + R ) Zm [ ∆R1 ∆R ∆R3 ∆R − + − ] R1 R2 R3 R (4-12) biến đổi đơn vị điện trở Ri R điện trở danh nghĩa ban đầu điện trở R1,R2,R3,R4 (thường 350 ohms, 750 ohms dành cho cảm biến ) V hiệu nguồn Điện nguồn thuộc loại liên tục với điều kiện dùng nguồn lượng cung cấp thật ổn định Các thiết bị thị trường lại dùng nguồn cung cấp xoay chiều Trong trường hợp phải tính đến việc sửa đổi mạch để giải điều chế thành phần xoay chiều tín hiệu Trong phần lớn trường hợp, Zm lớn so với R (Ví dụ Volt kế số, khuếch đại với phần nối trực tiếp ) nên biểu thức viết lại : Em = V ∆R1 ∆R ∆R3 ∆R [ − + − ] R1 R2 R3 R4 (4-13) Phương trình cho thấy biến đổi đơn vị điện trở hai điện trở đối mặt nhau, ví dụ R1 R3, cộng lại với tác động hai điện trở kề bên nhau, ví dụ R1 R2, lại trừ khử Đặc tính cầu Wheatstone thường dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt mạch miếng đo để dùng cho thiết kế đặc biệt 1.2.2.Chuyển đổi điện trở lực căng 1.2.2.1 Nguyên lý tác dụng, cấu tạo quan hệ bản: Khi dây dẫn chịu biến dạng khí điện trở thay đổi, tượng gọi tượng tenzo gọi chuyển đổi điện trở Tenzo hay chuyển đổi điện trở lực căng Chuyển đổi điện trở lực căng chia làm ba loại: chuyển đổi điện trở lực căng dây mảnh, mỏng vả màng mỏng Phổ biến chuyển đổi điện trở lực căng dây mảnh, có cấu tạo hình 4.24 Trên mỏnh 1, dán sợi dây điện trở hình lược có đường kính tư 0.02÷ 0.03 mm Dây chế tạo vật liệu caftan, nicrôm, hợp kim Palatin-iridi Hai đầu dây hàn với đồng dùng để nối với mạch đo Phía gián giấy mỏng để cố định dây Chiều dài đo chiều dài tác dụng chuyển đổi Thông thường l0= ÷ 15 mm Khi cần có kích thước nhỏ l0= 2.5mm Chiều rộng a thay đổi tư 3÷ 10 mm Điên trở thay đổi từ 10 Ω ÷ 150 Ω Khi chiều dài tác dụng không bị hạn chế 10 dài tới 100mm Điện trở tương ứng 800 Ω ÷ 1000 Ω Khi độ biến dạng ε l= ∆ l/l chuyển đổi lên gán lên đối tượng đo, lúc đối tượng đo bị biến dạng, chuyển biến dạng theo điện trở chuyển đổi TenZo thay đổi lượng Ta có ∆R R ∆R  ∆l  = f  R  l  (4-14) Hay εR = f(εl) Điện trở dây dẫn xác định theo công thức: ρl R= s Trong ρ điện trở suất B l chiều dài đường dây s tiết diện dây dẫn Do ∆R ∆ρ ∆l ∆s = + − R ρ l s l0 Hình 4.24: Điện trở lực căng dây mảnh Hay εR = εp + εl - εs Trong đó: εR = ∆R R : biến thiên tương đối điện trở chuyển đổi bị biến dạng εl = ∆l l ερ = : biến thiên tương đối theo chiều dài dây dẫn ∆ρ ρ : biến thiên tương đối điện trở suất đặc trưng cho thay đổi tính chất vật lý vật liệu chuyển đổi εs = ∆s s biến thiên tương đối theo tiết diện dây dẫn, đặc trưng cho thay đổi kích thước hình học chuyển đổi Trong học biết er = -2kpe1 (k1-hệ số poisen) er = m e; m hệ số tỉ lệ Ta có es = e1(1+2kp+m) = k e1 (4-15) Đây phương trình biến đổi tổng quát chuyển đổi điện trở lực căng Độ nhạy chuyển đổi lầ: k = er ÷ e1= 1+2kp+m Do ứng suất có chi tiết cần nghiên cứu liên quan với môđun đàn hồi, đó: δ  ∆l  = E   l  phương trình biến đổi chuển đổi lực căng biểu diễn dạng : ∆R kδ = R E ứng suất học chi tiết giới hạn từ 20 ÷ 30 giới hạn đần hồi 1.2.2.2 Tính chất chuyển đổi điện trở lực căng: Để chuyển đổi điện trở lực căng làm việc tốt, thực tế yêu cầu vật liệu chế tạo chuyển đổi có độ nhạy lớn để độ nhạy đạt cao Hệ số nhiệt độ dây điện trở nhỏ tốt, cần phải bù nhiệt độ mạch đo Vật liệu chế tạo dây điện trở cần có điện trở suất để kích thước chuyển đổi nhỏ Độ nhạy chuyển đổi loại dây mảnh không giống độ nhạy cảm vật liệu chế tạo Vì trình chế tạo hình lược, phần bị uốn không chịu biến dạng theo hướng cần đo làm dộ nhạy giảm (25 ÷ 30)% Muốn phải tăng dộ dày tác dụng l0, mặt khác phần uốn lại chịu lực tác dụng vuông góc với trục chuyển đổi gây sai số trình đo 1.2.2.3 Mạch đo: Thông thường chuyển đổi điện trở lực căng dùng với mạch cầu chiều xoay chiều Khi mạch cầu có nhánh hoạt động (tức chuyền đổi hoạt động) vấn đề bù nhiệt độ phải người ta dùng chuyển đổi loại dán lên chi tiết, không làm việc vật liệu với đối tượng đo đặt nhiệt độ P RT U T R4= RTO Ura Hình 4.25: cấu tạo bên loadcell Khi cầu không làm việc trạng thái cân R1 R3 = =K R2 R4 Khi đối tượng làm việc RT thay đổi thành eR.R Cầu cân điện áp U = U (1 + ε R ) RT R3 − R2 R4 [ (1 + ε R ) RT + R4 ]( R2 + R3 ) (4-16) Nếu R2=R3; R4=RTO (RTO- điện trở chuyển đổi TenZo dán lên chi tiết không biến dạng) Ta có Ura ~ 0.25 U εR 1.2.2.4 Sai số phạm vi ứng dụng: Sai số thiết bị đo dùng TenZo chủ yếu đo độ xác khắc độ chuyển đổi Không thể khắc độ trực tiếp đơn chiếc, chúng chế tạo hàng loạt chuẩn sơ Khi sử dụng cần phải có công nghệ dán chuẩn chọn vị trí xác Sai số đạt tới 1%÷5% Khi chuẩn trực tiếp chuyển đổi với mạch sai số giảm đến (0,2÷0,5)% đo biến dạng tĩnh (1÷1,5)% đo biến dạng động Ngoài có sai số biến dạng dư keo dán sấy khô, giản nở khác chuyển đổi chi tiết dán Các chuyển đổi lực căng dùng để đo lực áp suất, mômen quay, gia tốc đại lượng khác biến đổi thành biến dạng đàn hồi với ứng suất không bé (1÷2)107N/m2 Chuyển đổi điện trở lực căng đo đại lượng biến thiên tới vài chục KHz 1.2.2.5 Một số Load Cell thực tế : Có nhiều loại loadcell hãng sản xuất khác KUBOTA (của Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques Inc, TedeaExc+ – Huntleigh Mỗi loại loadcell chế tạo cho yêu cầu Sig+riêng biệt theo tải trọng ExcSig- chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà đầu dây loadcell có màu sắc khác Có thể kể sau: Tên tín hiệu Exc+ ExcSig+ Màu Hoặc Hoặc Hoặc Đỏ Đen Xanh Vàng Nâu Xanh Đỏ Trắng Xanh Sig- Trắn Trắn Xanh Đen Trắn g Đỏ Xanh dương Các màu sắc cho bảng thông số kỹ thuật mua loại loadcell Trong thực tế có loại load cell sử dụng kỹ thuật dây cho đầu dây Sơ đồ nối dây loại load cell có hai dạng sau : Hình 4.26: Cầu đo thực tế Như ,thực chất load cell cho dây chất dây hai cách nối ta tìm hiểu dây +veInput (Exc+) +veSense (Sense+) nối tắt, dây -veInput (Exc-) -veSense (Sense-) nối tắt Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho ứng dụng khác Do cách kết nối loadcell vào hệ thống khác trường hợp Thông số kỹ thuật loại loadcell cho catalogue loadcell thường có thông số : tải trọng danh định, điện áp danh định (giá trị từ 2mV/V đến mV/V tùy loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu tải… Tùy ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số hình dạng khác Hình dạng loadcell đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng Sau hình dạng số loại loadcell có thực tế 2.Biến tần 2.1 Sơ đồ nối biến tần với động Biên tần Contactor Cầu chì Sơ đồ hình vẽ: L3 U PE L2 V L1 W Động Hình 4.13 : Cách đấu dây từ biến tần đến động Từ biến tần nối đến động phải qua thiết bị trung gian sau: + Cầu chì: có chức bảo vệ dòng so với dòng định mức + Contactor dùng để đóng cắt nguồn cung cấp cho động + PE: vị trí nối đất an toàn cho thiết bị: động cơ, contactor, biến tần 2.2 Tính chọn biến tần Tính toán chọn máy biến tần cho động băng tải: Thông số động cơ: Pđm (kW) 1,5 Tèc ®é (v/ph) 1430 Uđm (V) Iđm (A) 380 η Cos ϕ % 85 0,87 - Lựa chọn thiết bị biến tần: công suất động theo công thức : Nđc = k x Ntrục (KW) k: hệ số dự trữ công suất, lấy k = 1,1 Ntrục: công suất trục đông (KW), Ntrục= 1.5 (KW) Nđc: công suất trục động (KW) Nđc = 1,1x 1.5 = 1.65 (KW)  Chọn biến tần loại: ATV312HU22N4 với thông số cho vừa đủ cho động Những ưu điểm điều khiển động băng tải thiết bị biến tần - Hạn chế dòng điện khởi động cao - Tiết kiệm lượng - Điều khiển linh hoạt máy bơm - Sử dụng công nghệ điều khiển vecto Ngoài ưu điểm khác thiết bị biến tần như: - Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400 Kw - Tự động ngừng đạt tới điểm cài đặt - Tăng tốc nhanh giứp biến tần bắt kịp tốc độ thời động cơ, - Tự động tăng tốc giảm tốc tránh tải qúa điện áp khởi động, - Bảo vệ động : ngắn , mạch, pha lệch pha, tải, dòng, nhiệt, - Kết nối với máy tính chạy hệ điều hành Windows, - Kích thước nhỏ gọn không chiếm diện tích nhà trạm, - Mô men khởi động cao với chế độ tiết kiệm lượng, - Dễ dàng lắp đặt vận hành, - Hiển thị thông số động biến tần II Xác định phân công I/O III Thiết kế mạch điện IV Viết chương trình điều khiển PLC S7-200 VI Xây dựng chương trình giám sát Protool ...  Chọn biến tần loại: ATV312HU22N4 với thông số cho vừa đủ cho động Những ưu điểm điều khiển động băng tải thiết bị biến tần - Hạn chế dòng điện khởi động cao - Tiết kiệm lượng - Điều khiển linh... biến tần 2.2 Tính chọn biến tần Tính toán chọn máy biến tần cho động băng tải: Thông số động cơ: Pđm (kW) 1,5 Tèc ®é (v/ph) 1430 Uđm (V) Iđm (A) 380 η Cos ϕ % 85 0,87 - Lựa chọn thiết bị biến tần: ... 2 .Biến tần 2.1 Sơ đồ nối biến tần với động Biên tần Contactor Cầu chì Sơ đồ hình vẽ: L3 U PE L2 V L1 W Động Hình 4.13 : Cách đấu dây từ biến tần đến động Từ biến tần nối đến động phải qua thiết