Chuyên đề truyền động điện

Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI _-_KHOA ĐIỆN_-_ BÀI TẬP LỚN MÔN: CHUYÊN ĐỀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN HÃNG HITACHI ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY BƠM CẤP NƯỚC Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Nhóm Lớp: : Nguyễn Đăng Khang : Nguyễn Văn Nhật : Nguyễn Thị Nga : Dương Văn Nghĩa : Vương Bá Quang :5 : Điện CLC K9 Hà Nội - 2017 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Mục lục Contents Lời nói đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ .5 1.1 Giới thiệu công nghệ hệ thống bơm nước .5 Các hệ bơm cấp nước cho nhà cao tầng : 1.2 Nguyên lý làm việc hệ thống CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ 2.1 Giới thiệu PLC .7 2.1.1 Giới thiệu chung 2.1.2 Cấu trúc 2.1.3 Nguyên lý hoạt động PLC 2.1.4 Bộ nhớ 2.1.5 Các ngõ vào I / O 10 2.2 Giới thiệu PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/Rly .10 2.2.1 Giới thiệu PLC S7_1200 .10 2.2.2 CPU S7-1200 .12 2.2.3 S7 1200 CPU 1214C 13 2.3 Giới thiệu biến tần 14 2.3.1 Giới thiệu chung .14 2.3.2 Cấu tạo biến tần 14 2.3.3 Ứng dụng biến tần: 19 2.4 Biến tần hitachi WJ200 20 2.4.1 Các chức dẫn đầu công nghiệp biến tần hitachi WJ200 20 2.4.2 Tiêu chuẩn toàn cầu 21 2.4.3 Dễ dàng sử dụng 21 2.4.4 Dễ bảo trì 22 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện 2.4.5 Biến tần Hitachi WJ200 Series: Thân thiện với môi trường 23 2.4.6 Các đặc tính đa khác 23 2.5 Hướng dẫn cài đặt biến tần HITACHI WJ200 .24 2.5.1 Công suất: 24 2.5.2 Thao tác bàn phím biến tần Hitachi Wj200: 24 2.5.3 Các nhóm cài đặt biến tần Hitachi WJ200 26 2.5.4 Hướng dẫn cài đặt chức biến tần Hitachi Wj200 26 2.6 Giới thiệu cảm biến đo mức nước 28 2.7 Máy bơm nước công nghiệp 29 2.7.1 Cấu tạo máy bơm: 29 2.7.2 Nguyên lý hoạt động: 29 CHƯƠNG 3: GHÉP NỐI, LẬP TRÌNH, CÀI ĐẶT HỆ THỐNG .31 3.1 Ghép nối PLC biến tần 31 3.1.1 Cách thức ghép nối PLC biến tần 31 3.1.2 Lựa chọn cách thức ghép nối 31 3.2 Cài đặt biến tần 31 3.3 Lập trình PLC 33 3.3.1 Bảng I/O 33 3.3.2 Sơ đồ đấu dây PLC S7-1200 33 3.3.3 Thuật toán 37 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Lời nói đầu Ngày trình công nghiệp hó đại hóa đất nước đâng ngày diễn mạnh mẽ Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật máy móc vào sản xuất phục vụ đời sống người ngày nhiều, góp phần làm tăng suất lao động Việc cấp nước cho hệ thống nhà cao tầng đơn giản hóa nhiều với trợ giúp PLC biến tần Qua việc học môn chuyên đề truyề động điện lớp chúng em phần cách thức hoạt động PLC biến tần Với đề tài xây dựng hệ thống bơm nước sử dụng biến tần HITACHI PLC siemens S71200 chúng em thiết kế lên hệ thống Tuy nhiên trình làm việc vấn không tránh khỏi sai sót kiến thức thời gian có hạn Chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Đăng Khang giúp đỡ chúng em nhiều để hoàn thành tập lớn Chúng em xin chân thành cảm ơn! Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu công nghệ hệ thống bơm nước Hiện nay, nhiều nhà máy, khu cao ốc nhà cao tầng mọc lên nhiều Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt lớn thay đổi thường xuyên Do đó, nơi cần có hệ thống máy bơm nước đảm bảo nguồn nước cung cấp sinh hoạt bơm nước thải Mô hình hệ thống máy bơm nước cho nhà cao tầng Các hệ bơm cấp nước cho nhà cao tầng : - Bể ngầm->Trạm bơm-> Bể trung gian (có thể có)-> Trạm bơm trung gian-> Bể mái -> phân vùng cấp nước trọng lực trạm bơm cho tầng - Bể ngầm-> Trạm bơm -> phân vùng cấp nước tới tầng - Bể ngầm-> Trạm bơm-> Tới tầng Bể trung gian-> Trạm bơm phân vùng cấp nước tới tầng - Bể ngầm-> bơm biến tần (1 duty, stanby) + bình áp lực ->phân vùng cấp nước (mỗi vùng tầng), với ống đứng từ ống gom header Hệ thống đường ống với van chống nước va, van điều áp lắp ống đứng đầy đủ van khóa khác Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa 1.2 Khoa Điện Nguyên lý làm việc hệ thống Trên tòa nhà có bể chứa với dung tích lớn để cấp nược cho toàn hệ thống Trong bể chứa gắn cảm biến mức phát mực nước bể Hệ thống bơm nước gồm PLC máy bơm nước hoạt động cấp tốc độ khác PLC đọc tín hiệu gửi cảm biến mức nước phân tích liệu sau điều khiển biến tần hoạt động Biến tần điều khiển động hoạt động Khi mức nước vị trí thấp cảm biến phát hiện, lúc hai động hoạt động tần số lớn cấp nước lên bể chứa Khi mức nước dâng lên đến vị trí tác động cảm biến lúc động giảm tóc độ xuông chạ cấp động chạy cấp Khi mực nước dâng lên đến vị trí tác động cảm biến lúc động hai ngừng hoạt động động bơm nước hoạt động cấp Khi mực nước dâng lên đến vị trí cảm biến (gần đầy bể) động chạy cấp độ chạy vòng 5s tắt Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ 2.1 Giới thiệu PLC 2.1.1 Giới thiệu chung PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm PLC dùng để thay mạch relay (rơ le) thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC Siemens, Delta… Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục "lặp" chương trình "người sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau: - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp Hoàn toàn tin cậy môi trường công nghiệp Giao tiếp với thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, môi Modul mở rộng - Giá cá thể cạnh tranh Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối Logic thời gian.Tuy nhiên,bên cạnh việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dễ dàng cho PLC mà bảo đảm tốc độ xử lý giá … Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch … sau chức làm toán máy lớn … Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Trong PLC, phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức quy trình công nghệ, ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý so với sử dụng dây nối hay Relay 2.1.2 Cấu trúc Tất PLC có thành phần là: Một nhớ chương trình RAM bên (có thể mở rộng thêm số nhớ EPROM) Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Modul vào /ra Bên cạnh đó, PLC hoàn chỉnh kèm thêm đơn vị lập trình tay hay máy tính Hầu hết đơn vị lập trình đơn giản có đủ RAM để chứa đựng chương trình dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình đơn vị xách tay, RAM thường loại CMOS có pin dự phòng, chương trình kiểm tra sẵn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, … 2.1.3 Nguyên lý hoạt động PLC CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ, sau thực thứ tự lệnh chương trình, đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát tới thiết bị liên kết để thực thi Và toàn hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển giữ nhớ Hệ thống Bus tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: • Address Bus: Bus địa dùng để truyền địa đến Modul khác • Data Bus: Bus dùng để truyền liệu • Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền tín hiệu định điểu khiển đồng hoạt động PLC Trong PLC số liệu trao đổi vi xử lý modul vào thông qua Data Bus Address Bus Data Bus gồm đường, thời điểm cho phép truyền bit byte cách đồng thời hay song song Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Nếu modul đầu vào nhận địa Address Bus, chuyển tất trạnh thái đầu vào vào Data Bus Nếu địa byte đầu xuất Address Bus, modul đầu tương ứng nhận liệu từ Data bus Control Bus chuyển tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động PLC Các địa số liệu chuyển lên Bus tương ứng thời gian hạn chế Hệ thống Bus làm nhiệm vụ trao đổi thông tin CPU, nhớ I/O Bên cạch đó, CPU cung cấp xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ Xung định tốc độ hoạt động PLC cung cấp yếu tố định thời, đồng hồ hệ thống 2.1.4 Bộ nhớ PLC thường yêu cầu nhớ trường hợp: Làm định thời cho kênh trạng thái I/O Làm đệm trạng thái chức PLC định thời, đếm, ghi Relay Mỗi lệnh chương trình có vị trí riêng nhớ, tất vị trí nhớ đánh số, số địa nhớ Địa ô nhớ trỏ đến đếm địa bên vi xử lý Bộ vi xử lý giá trị đếm lên trước xử lý lệnh Với địa mới, nội dung ô nhớ tương ứng xuất đầu ra, trình gọi trình đọc Bộ nhớ bên PLC tạo vi mạch bán dẫn, vi mạch có khả chứa 2.000 - 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng RAM (Random Access Memory) nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung lúc Nội dung RAM bị nguồn điện nuôi bị Để tránh tình trạng PLC trang bị pin khô, có khả cung cấp lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM dùng để khởi tạo kiểm tra chương trình Khuynh hướng dùng CMOS-RAM nhờ khả tiêu thụ thấp tuổi thọ lớn EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) nhớ mà người sử dụng bình thường đọc không ghi nội dung vào Nội dung EPROM không bị mất nguồn, gắn sẵn máy, nhà sản xuất nạp chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mở rộng nhớ dùng thêm EPROM gắn bên PLC Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi xóa EPROM Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với truy xuất linh động RAM có tính ổn định Nội dung xóa lập trình lại, nhiên số lần lưu sửa nội dung có giới hạn Môi trường ghi liệu thứ tư đĩa cứng đĩa mềm, sử dụng máy lập trình Đĩa cứng đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường dùng để lưu chương trình lớn thời gian dài Kích thước nhớ: - Các PLC loại nhỏ chứa từ 300 -1.000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo - Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả chứa từ 2.000 16.000 dòng lệnh Ngoài cho phép gắn thêm nhớ mở rộng RAM, EPROM 2.1.5 Các ngõ vào I / O Các đường tín hiệu từ cảm biến nối vào modul (các đầu vào PLC), cấu chấp hành nối với modul (các đầu PLC) Hầu hết PLC có điện áp hoạt động bên 5V, tín hiệu xử lý 12/24VDC 100/240VAC Mỗi đơn vị I/O có địa chỉ, hiển thị trạng thái kênh I / O cung cấp đèn LED LC, điều làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng đơn giản Bộ xử lý đọc xác định trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực việc đóng hay ngắt mạch đầu 2.2 Giới thiệu PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/Rly 2.2.1 Giới thiệu PLC S7_1200 S7-1200 đời năm 2009 dùng để thay dần cho S7-200 So với S7-200 S7-1200 có tính trội S7-1200 thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh giúp giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP SIMATIC S7 1200 PLC đề nghị SIEMENS cho nhiệm vụ tự động hóa đơn giản xác cao SIMATIC S7 1200 PLC thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, đầu tư an toàn mạnh mẽ phù hợp cho loạt ứng dụng S7 1200 PLC có giao diện truyền thông đáp ứng tiêu chuẩn cao truyền thông công nghiệp đầy đủ tính công nghệ mạnh mẽ 10 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện • Trước máy bơm làm việc, cần mồi bơm (làm cho thân bơm ống hút đổ đầy nước) Khi máy bơm làm việc, phần tử chất lỏng bánh công tác ảnh hưởng lực ly tâm bị văng ngoài, chuyển động theo máng dẫn vào ống đẩy với áp suất cao Khi lối vào bánh công tác, tạo nên vùng có chứa chân không Dưới tác dụng áp suất bể chứa lớn áp suất lối vào máy bơm, chất lỏng bể hút liên tục đươc đẩy vào bơm theo ống hút • Bộ phận dẫn hướng dùng để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ống đẩy điều hòa, ổn định có tác dụng biến phần động dòng chảy thành áp cần thiết 30 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện CHƯƠNG 3: GHÉP NỐI, LẬP TRÌNH, CÀI ĐẶT HỆ THỐNG 3.1 Ghép nối PLC biến tần 3.1.1 Cách thức ghép nối PLC biến tần Để ghép nối PLC biến tần có cách ghép nối: Ghép nối tín hiệu digital, ghép nối tín hiệu analog sử dụng cáp kết nối truyền thông ❖ Ghép nối tín hiệu digital Ta sử dụng đầu số PLC ghép với đầu vào số (terminal) biến tần ❖ Ghép nối tín hiệu analog Ta sử dụng đầu analog PLC ghép nối với đầu vào analog biến tần ❖ Ghép nối cáp kết nối truyền thông Với cách ta sử dụng cáp kết nối truyền thông theo chuẩn RS-232 RS-485 để kết nối 3.1.2 Lựa chọn cách thức ghép nối Đối với hệ thống máy bơm nước động máy bơm hoạt động theo nhiều cấp tốc độ điều khiển terminal nên chúng em chọn phương pháp kết nối thông qua tín hiệu digital 3.2 Cài đặt biến tần Chế độ chạy 16 cấp tốc độ 31 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Chế độ chạy cấp tốc độ 32 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Vì động chạy cấp tốc độ nên CT1 công tắc bật tắt CT2 CT3 công tắc bật cấp tôc độ ❖ • • • • • • • • • • • Cài đặt A001 = 01 A002 = 02 A019 = 01 A020 = 30 Hz A021 = 50 Hz F002 = 5s F003 = 5s C001 = C002 = C003 = C004 = điều chỉnh tần số ngoại vi đặt lệnh chạy bàn phím chọn chế độ chạy cấp tốc độ Tốc đô Tôc độ Thời gian tăng tốc Thời gian giảm tốc Chạy thuận Chạy ngược Chạy tốc độ Chạy tốc độ 3.3 Lập trình PLC 3.3.1 Bảng I/O STT 10 11 12 13 14 Địa Tên Start Stop Duytri Duytri2 Duytri3 CB1 CB2 CB3 CB4 DC1C1 DC1C2 DC2C1 DC2C2 ON M0.0 M0.1 M0.2 M1.0 M1.1 M0.3 M0.4 M0.5 M0.6 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 M0.7 Loại tín hiệu Digital Digital Digital Digital Digital Digital Digital Digital Digital Digital Digital Digital Digital Digital 3.3.2 Sơ đồ đấu dây PLC S7-1200 33 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện AC L1 N L+ M 1M DI.a 120-240VAC 24VDC DI.b 24VDC INPUTS DQa 1L 2M ANALOG INPUTS RELAY OUTPUTS 2L DQb L(+) L(-) 34 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện K RL RELAY OUTPUT RL 35 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện MCCB F K M 36 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện 3.3.3 Thuật toán Main Start = 1,ON =1 S Đ Duytri = Duy tri = Duytri = Duytri3 = S CB1,CB2,CB3, CB4 = Đ 37 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện ĐC1C2 = ĐC2C2 = ĐC1C1 = ĐC2C1 = Duytri = Duytri3 = S CB1, CB2 = CB3, CB4 = Đ ĐC1C2 = ĐC2C2 = ĐC1C1 = ĐC2C1 = 38 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Duytri = Duytri3 = S CB1, CB2,CB3 = CB4 = Đ ĐC1C2 = ĐC2C2 = ĐC1C1 = ĐC2C1 = Duytri = Duytri3 = S CB1, CB2,CB3 = CB4 = 39 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Đ ĐC1C2 = ĐC2C2 = ĐC1C1 = ĐC2C1 = Duytri2 = S Duytri2 = Đ Tính thời gian S Đủ 5s Đ Tắt động 40 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Stop = Reset all end 41 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện 42 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện 43 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện 44 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang ... 16 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện Chỉnh lưu cầu pha diode Chỉnh lưu cầu pha thyristor 17 Chuyên đề TĐĐ GVHD: Nguyễn Đăng Khang Bộ môn: Tự động hóa Khoa Điện. .. định động (00: động mặc định hãng Hitachi, 01: loại động thường khác) - H003: cài đặt công suất động - H004: cài đặt số cực động - H001: dò tự động thông số khác động (01: dò với trạng thái động. .. loại động thường khác) - H003: cài đặt công suất động - H004: cài đặt số cực động - H001: dò tự động thông số khác động (01: dò với trạng thái động dừng, 02: dò với trạng thái động quay) 27 Chuyên