Mục lục Mục lục1 LỜI NÓI ĐẦU4 Chương 1: Tổng Quan Về Công Nghệ4 1.1 Đặt vấn đề5 1.2 .Sơ đồ khối công nghệ của hệ thống điều khiển.5 1.3. Lựa chọn công nghệ6 1.3.1Cảm biến áp suất6 a,Định nghĩa6 1.4. Động cơ không đồng bộ7 1.4.1. Khái niệm7 1.4.2. Phân loại7 a. Động cơ không đồng bộ một pha.7 b. Động cơ không đồng bộ ba pha.7 1.4.3. Cấu tạo8 1.4.4. Phần tĩnh ( hay Stator ):9 a.Vỏ máy9 b.Lõi thép9 c.Dây quấn10 1.4.5. Phần quay ( hay Rotor )11 a.Lõi thép11 b.Dây quấn Rotor11 c.Khe hở13 1.5. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ13 1.6. Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha14 a.Mở máy động cơ rôto dây quấn14 b.Mở máy động cơ lồng sóc15 1.7. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ.16 1.7.1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số (Π)16 1.7.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực (p)17 1.7.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato17 1.7.4 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rotor của động cơ rôto dây quấn17 1.7.5. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY.17 1.8 EM23520 1.9 Biến tần Siemens MM42023 1.9.1 Nguyên lý hoat động của biến tần MM420.24 1.9.2 Kết nối PC với PLC.25 1.9.3 Kết nối PLC với biến tần25 1.9.4 Kết nối biến tần với động cơ.26 1.9.5 Tính toán áp suất26 Chương 2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực27 2.1 Mạch Lực27 2.2Mạch điều khiển28 Chương 3: Tính Chọn Thiết Bị30 3.1. Chọn cảm biến đo áp suất30 3.2. Lựa chọn cầu chì, cầu dao31 Chương 4: Kết luận35 Tài liệu tham khảo31
Mục lục Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: Tổng Quan Về Công Nghệ 1.1 Đặt vấn đề 1.3 Lựa chọn công nghệ 1.3.1Cảm biến áp suất a,Định nghĩa 1.4 Động không đồng 1.4.1 Khái niệm 1.4.2 Phân loại 1.4.3 Cấu tạo 1.4.4 Phần tĩnh ( hay Stator ): 1.4.5 Phần quay ( hay Rotor ) 10 1.5 Nguyên lý làm việc động không đồng .12 1.6 Mở máy động không đồng ba pha 13 1.7 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng 15 1.7.1 Điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số (Π) 15 1.7.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực (p) 15 1.7.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato 15 1.7.4 Điều chỉnh cách thay đổi điện trở rotor động rôto dây quấn 16 1.7.5 Giới thiệu PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY 16 1.8 EM235 19 Chương Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực .27 2.1 Mạch Lực 27 2.2Mạch điều khiển 29 Chương 3: Tính Chọn Thiết Bị 32 3.1 Chọn cảm biến đo áp suất 33 33 3.2 Lựa chọn cầu chì, cầu dao 33 37 Chương 4: Kết luận 38 LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta thời kỳ công nghiệp hóa đại hóa nhằm đưa đất nước tiến kịp với kinh tế nước khu vực giới Các công nghệ tiên tiến, dây chuyền thiết bị đại ngày, ứng dụng vào sản xuất.Với vai trò mũi nhọn kỹ thuật đại, lĩnh vực tự động hóa phát triển với tốc độ ngày cao Trong trình sản xuất, việc tự động hóa dây chuyền sản xuất đóng vai trò quan trọng Nó cầu nối hạng mục sản xuất, phân xưởng nhà máy, máy công tác dây chuyền Việc điều khiển hoạt động dây chuyền đại, tiên tiến ngày đa dạng phức tạp Một hoạt động thiếu nhà máy công nghiệp đại hệ thống máy vận chuyển rải liệu Máy vận chuyển thiết bị vận chuyển, nâng hạ di chuyển sảm phẩm nhà máy, suất máy ảnh hưởng lớn đến đến suất chung nhà máy Vì vậy, thiết bị điện hệ thống điều khiển cần trục phải đảm bảo việc tiện lợi, có suất cao, vận hành an toàn thao tác đơn giản, đáp ứng đầy đủ đặc điểm, yêu cầu công nghệ hệ thống Đồ án “ Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ cấp nước đường ống có điều khiển theo áp xuất”, nhằm mục đích cho sinh viên tiếp xúc làm quen với hệ thống vận chuyển Sử dụng phương pháp tổng hợp hệ thống học vào thực nghiệm, làm quen với thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạch điều khiển Trang bị cho kiến thức trước trường Trong trình thiết kế chúng em dẫn tận tình thầyNguyễn Đăng Khang, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trong thời gian ngắn với kiến thức kinh nghiệm có hạn, đồ án không tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô Chương 1: Tổng Quan Về Công Nghệ 1.1 Đặt vấn đề Sự phát triển PLC đem lại nhiều thuận lợi làm cho thao tác trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng tin cậy Nó có khả thay hoàn toàn cho phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay: khả điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình lệnh logic bản; giải vấn đề toán học công nghệ Biến tần ( Inverter, Variable speed Drive – VSD) thiết bị dùng để điều khiển tốc độ động dựa thay đổi tần số làm việc Trên giới nay, biến tần áp dụng rộng rãi công nghiệp ý nghĩa mặt điều khiển có chức khởi động mềm, hãm đảo chiều, điều khiển thông minh… 1.2 Sơ đồ khối công nghệ hệ thống điều khiển PC PLC Đầu vào On/Off Cảm biến MOTOR MM 420 đo áp suất 1.3 Lựa chọn công nghệ 1.3.1Cảm biến áp suất a,Định nghĩa chưa chất lỏng, chất khí hơi( gọi chung chất lưu) vào bình chưa gây nên áp lực tác dụng lên thành bình Áp suất đại lượng có giá trị lực tác dụng vuông góc lên đơn vị diện tích thành bình: đó: dF : lực tác dụng N dS : diện tích thành bình chịu lực tác dụng m2 trường hợp chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu áp suất tĩnh (pt) trọng lượng số chất lưu gân nên cộng với tác dụng ấp suất khỉ tác dụng lên mặt thoáng chả chất lưu p = p0 + ρgh Trong : Po : áp suất khí ρ: khối lượng riêng chất lưu g: gia tốc trọng trường h: khoảng cách từ điểm khảo sát đến mặt thoáng tiếp xúc với khí Phương pháp đo áp suất Phương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất Đối với áp suất tĩnh tiến hành đo phương pháp sau: + Đo trực tiếp áp suất chất lưu thông qua lỗ khoan thành bình + Đo gián tiếp thông qua biến dạng toàn thành bình tác động áp suất Cảm biến áp suất 1.4 Động không đồng 1.4.1 Khái niệm Động không đồng pha máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ rotor khác với tốc độ từ trường quay máy Động không đồng pha dùng nhiều sản xuất sinh hoạt chế tạo đơn giản, giá rẻ, tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, gần không cần bảo trì Dải hoạt động từ vài Watt đến 10.000hp Các động từ 5hp trở lên hầu hết pha động nhỏ 1hp thường pha 1.4.2 Phân loại Có thể phân động không đồng thành hai nhóm chính: a Động không đồng pha Chỉ có cuộn dây stato, hoạt động nguồn điện pha, có rôto lồng sóc cần thiết bị để khởi động động Hiện nay, loại động phổ biến sử dụng thiết bị gia đình quạt, máy giặt, máy sấy quần áo có công suất khoảng - mã lực b Động không đồng ba pha Từ trường quay nguồn cung ba pha cân sinh Những động loại có lực công suất cao hơn, có rotor lồng sóc rotor dây quấn (khoảng 90% có rotor lồng sóc), tự khởi động Ước tính khoảng 70% động công nghiệp thuộc loại này, chúng sử dụng máy bơm, máy nén, băng tải, lưới điện công suất cao máy mài Chúng thích hợp dải từ 1/3 tới hàng trăm mã lực 1.4.3 Cấu tạo Giống loại máy điện quay khác ,động không đồng ba pha gồm có phận sau: - Phần tĩnh hay gọi stator - Phần quay hay gọi rotor 1.4.4 Phần tĩnh ( hay Stator ): a Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép dây quấn Thường võ máy làm gang Đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn ( 1000 kw ) thường dùng thép hàn lại làm vỏ máy ,tùy theo cách làm nguội ,máy dạng vỏ máy khác b Lõi thép Lõi thép phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi thép từ trường quay nên để giảm bớt tổn hao, lõi thép làm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đường kính lõi thép nhỏ 990mm dùng thép tròn ép lại Khi đường kính lớn trị số phải dùng thép hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn Mỗi lõi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm hao tổn dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi thép ngắn ghép thành khối lõi thép dài ghép thành ngắn thép dài từ đến cm đặt cách 1cm để thông gió cho tốt Mặt cùa thép có rảnh để dặt dây quấn c Dây quấn Hình 1.2 thép hình quạt stator đặt vài rãnh lõi thép cách điện tốt Dâyrẻquấn với lõi thép Dây quấn phấn ứng phần dây đồng rãnh phần ứng làm thành nhiều vòng kín Dây quấn phận quan trọng động trực tiếp tham gia vào trình biến dổinăng lượng từ điện thành Đồng thời mặt kinh tế giá thành dây quấn chiếm tỷ lệ cao toàn giá thành máy - Các yêu cầu dây quấn bao gồm : +Sinh sức điện động cần thiết cho dòng điện định chạy qua mà không bị nóng nhiệt độ định để sinh moment cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt +Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc chắn an toàn -Dây quấn phấn ứng phân làm loại chủ yếu sau : +Dây quấn xếp đơn dây quấn xếp phức tạp +Dây quấn song đơn dây quấn song phức tạp • Trong số máy cỡ lớn dùng dây quấn hỗn hợp kết hợp hai dây quấn xếp song 1.4.5 Phần quay ( hay Rotor ) Phần gồm phận lõi thép dây quấn rotor: a Lõi thép Nói chung người ta dùng thép kỹ thuật điện stator lõi thép ép trực tiếp lên trục máy lên giá rotor máy Phía thép có rãnh để đặt dây quấn b Dây quấn Rotor Phân loại làm hai loại rotor kiểu dây quấn va roto kiểu lồng sóc: - Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn giống dây quấn ba pha stator có số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu đấu hình ( Y ) có ba đấu đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor cách điện với trục Ba chổi than cố định tỳ vành trượt để dẫn điện biến trở nối nằm động Cơ để khởi động điều chỉnh tốc độ 10 P11= 50 Hz P700=2 Teminal command (Chạy từ đầu vào digital, analog) P701=1 ON/OFF P702=13 Tăng tốc P703=14 Giảm tốc P1080=0 rpm P10=0 Ready Thực xong cài đặt chuyển công tắc đầu vào DI1 biến tần bắt đầu chạy, dùng hai nút nhấn thường hở (NO) nối vào DI2,3 Khi bật công tắc ON (DI1) biến tần chuyển chế độ running muốn tăng tốc nhấn DI2, Muốn giảm tốc nhấn DI3 Kết nối chân Q0.1với chân DI3 (giảm tốc độ) Q0.2 với chân DI2 (tăng tốc độ) biến tần, đầu pha kết nối với động 1.9.4 Kết nối biến tần với động -Biến tần nuôi điện áp 220VAC -3 chân biến tần U, V, W nối với động 1.9.5 Tính toán áp suất Ov đầu (0 – 400bar) Lv đầu vào (0- 32000) tương ứng với điện áp cảm biến -10v từ 4- 20 mA 25 Osh đầu max 400 Osl đầu Ish đầu vào max 32000 Isl đầu vào Ov = Lv 26 Chương Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực 2.1 Mạch Lực 27 28 2.2Mạch điều khiển 29 30 31 Chương 3: Tính Chọn Thiết Bị Hệ thống bao gồm thiết bị điện gồm dây nối điện ,cảm biến đo áp suất, công tắc tơ, Yêu cầu chọn thiết bị ta phải chọn thiết bị có thông số đáp ứng yêu cầu công nghệ Cụ thể với thiết bị điện, yêu cầu phải có thông số điện áp dòng điện với điện áp dòng điện mạch thiết kế, phải có thêm yêu cầu nhiệt độ ổn định, làm việc lâu dài, kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt ,thay có hỏng hóc phải có giá thành hợp lý 3.1 Chọn cảm biến đo áp suất cảm biến áp suất pressure transducer Môi trường làm việc nước, không khí môi trường dầu tùy chọn dải đo từ 0~400 Bar, -1~5 Bar, 32 Output: 0~5V~10V, 1~5V (3-wired), 4~20mA (2-wired) -Ưu điểm: đo xác, dễ sử dụng, giá thành hợp lý 3.2 Lựa chọn cầu chì, cầu dao Công suất động Pdm= 27 (KW) Điện áp động Udm = 380 V Cos φ = 0.76 ndm=972 vòng/phút ᶯdm = 0.85 • Chọn cầu chì Dòng điện định mức động Idm = = = 36.66 ( A ) Chọn cầu chì có I 1.25 Idm I1cc=I2cc= 1.25 Idm = 1.25 36,66= 45.825( A ) Chọn loại cầu chì 1CC 2CC có I dm = 50( A ) Udm = 380 ( V ) Cầu Chì Bussmann FWH-100A 33 -Cầu chì Bán dẫn Bussmann / Origin Mexico -Model: FWH-100A -Dòng điện định mức: 100A -Điện áp định mức: 500VAC/DC -Dòng cắt: 200kA at 500VAC, 50kA at 500VDC -Kích thước: • Chọn cầu dao: I tổng = Idm1 + Idm2 = 2.Idm1= Idm2= Chọn cầu dao có I 1.25 Itổng Icc= 1.25 Itổng = 1.25 = 91.65 ( A ) Chọn CD có có I dm = 100( A ) Udm = 380 ( V-DC) • Lựa chọn Công tắc tơ 34 36.66 = 73.32 ( A ) Có công tắc tơ Chọn công tắc tơ có I Idm= 36.66 ( A ) Chọn loại công tắc tơ có I dm= 50 ( A ) Udm= 380 ( V – XC ) Chọn công tắc tơ LS GMC-50 Thông số kỹ thuật Hãng sản xuất : Ls Số pha : Pha Dòng điện (A) : 50 Tiếp điểm : 2NC+2NO Điện áp cuộn coil : 220V Xuất xứ : Hàn Quốc 35 36 37 Chương 4: Kết luận Sau trình học tập nghiên cứu, với hướng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Đăng Khang góp ý bạn lớp, chúng em hoàn thành nhiệm vụ giao đồ án: Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ cấp nước đường ống có điều khiển theo áp xuất Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, chúng em thực nhiệm vụ sau: - Tìm hiểu công nghệ yêu cầu điều khiển áp suất - Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực mạch điều khiển hệ thống - Lựa chọn thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển bảo vệ hệ thống Trong trình thực hiện, kinh nghiệm thực tế hạn chế chắn tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 38 Tài liệu tham khảo Giáo trình PLC S7-200 - ThS Phạm Phú Thọ Kỹ Thuật Điều Khiển Lập Trình- ThS Châu Chi Đức 39 [...]... toán áp suất Ov đầu ra (0 – 400bar) Lv đầu vào (0- 32000) tương ứng với điện áp của cảm biến 0 -10v hoặc từ 4- 20 mA 25 Osh đầu ra max 400 Osl đầu ra min 0 Ish đầu vào max 32000 Isl đầu vào min 0 Ov = Lv 26 Chương 2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực 2.1 Mạch Lực 27 28 2.2Mạch điều khiển 29 30 31 Chương 3: Tính Chọn Thiết Bị Hệ thống bao gồm các thiết bị điện gồm các dây nối điện ,cảm biến đo áp suất, ... suất, các công tắc tơ, Yêu cầu chọn thiết bị là ta phải chọn được các thiết bị có các thông số áp ứng được các yêu cầu công nghệ Cụ thể với các thiết bị điện, thì yêu cầu phải có các thông số điện áp và dòng điện đúng với điện áp và dòng điện trong mạch thiết kế, ngoài ra còn phải có thêm các yêu cầu về nhiệt độ ổn định, làm việc được lâu dài, kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt ,thay thế khi có hỏng hóc... dòng điện có một tần số khác ở đầu ra - Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên Nét nổi bật của MICROMASTER 420: - Thiết kế nhỏ gọn và dễ lắp đặt - Có nhiều cách lựa chọn truyền thông: PROBIBUS, DeviceNet, CANopen.a3 - Điều khiển FCC (Flux Current Control) cho chất... + Phương pháp đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn, làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều Phương pháp này dùng được khi công suất mạng điện (hoặc nguồn điện) lớn hơn công suất động cơ rất nhiều + Giảm điện áp cung cấp cho stator Khi mở máy ta giảm điện áp vào động cơ, cũng làm giảm được dòng điện mở máy Khuyết điểm của phương pháp này mômen... pha được điều chỉnh và chỉnh lưu và lọc 23 thành nguồn điện 1 chiều bằng phẳng công đoạn này được thực hiện bằng bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy hệ số công suất cos phi của biến tần đểu có giá trị không phu thuộc vào tải và có giá trị it nhất là 0.96 điện áp một chiều này được biến đổi ( nghịch lưu ) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này được thực hiện thông qua quan hệ IGBT... điện áp 15 Khi giảm điện áp đường đặc tính M= Π (s) sẽ thay đổi do đó hệ số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi Nhược điểm của phương pháp này là giảm khả năng quá tải của động cơ, phạm vi điều chỉnh hẹp, tăng tổn hao và chỉ sử dụng cho các động cơ công suất nhỏ 1.7.4 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rotor của động cơ rôto dây quấn Khi tăng điện trở, dòng điện rotor giảm dẫn đến lực từ giảm cho. .. vào và Công (380V đến 480V 3 AC ± 10% 0,37 đến 11kW); suất Tần số điện vào Tần số điện ra Hệ số công suất 47 đến 63Hz 0 đến 650Hz 0.95 Phương pháp điều Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; khiển điều khiển từ dòng thông FCC Các đầu vào tương tự 1, dùng cho điểm đặt hay phản hồi PI (0-10V, định thang được hoặc dùng như đầu vào số thứ 4) Cấp bảo vệ IP 20 1.9.1 Nguyên lý hoat động của biến tần... 1.25 Itổng = 1.25 = 91.65 ( A ) Chọn CD có có I dm = 100( A ) Udm = 380 ( V-DC) • Lựa chọn Công tắc tơ 34 36.66 = 73.32 ( A ) Có 1 công tắc tơ Chọn công tắc tơ có I Idm= 36.66 ( A ) Chọn loại công tắc tơ có I dm= 50 ( A ) Udm= 380 ( V – XC ) Chọn công tắc tơ LS GMC-50 Thông số kỹ thuật Hãng sản xuất : Ls Số pha : 3 Pha Dòng điện (A) : 50 Tiếp điểm : 2NC+2NO Điện áp cuộn coil : 220V Xuất xứ : Hàn Quốc... lớn Các biện pháp giảm điện áp như sau: - Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stator Lúc mở máy, cầu dao K 2 mở, cầu dao K 1 đóng Khi động cơ đã quay ổn định thì đóng K 2 và ngắt K1 Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động cơ giảM đi k lần, dòng điện sẽ giảm đi k lần, song mômen giảm đi k 2 lần (vì M~U 2) - Dùng máy tự biến áp Gọi k là hệ số biến áp ; U 1 là điện áp pha lưới điện... phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ : n = 60Π/p (vòng/phút) 1.7.1 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số (Π) Thay đổi tần số Π của dòng điện stator được thực hiện bằng bộ biến tần Khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho từ thông Π max không đổi, cho nên phải giữ cho tỷ số điện áp và tần số không đổi Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số cho phép