Điều khiển logic trong truyền động điện

Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện LỜI NÓI ĐẦU Để phục vụ kịp thời cho việc học tập giảng dạy sinh viên giáo viên khoa Điện trường Đại học Bách khoa Đà nẵng sinh viên trung tâm, trường Đai học cao đẳng kỹ thuật nói chung, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư điện, điện tử ngành có liên quan, biên soạn Tập “Điều khiển logic truyền động điện” Tập trình bày khái niệm chung hệ thống điều khiển logic truyền động điện nói riêng hệ thống tự động điều khiển logic khác, phân tích nguyên tắc tự động điều khiển; mạch bảo vệ tín hiệu hóa; hệ thống tự động điều khiển vòng kín; phần tử điều khiển logic; hệ thống tự động điều khiển logic – số, v.v… Nội dung Tập gồm chương: Chương 1: Khái niệm chung hệ thống điều khiển logic truyền động điện Chương 2: Các mạch bảo vệ tín hiệu hóa Chương 3: Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện Chương 4: Hệ thống điều khiển tự động truyền động điện vòng kín Chương 5: Một số hệ thống điều khiển tự động máy công nghiệp Do hạn chế thông tin khả nên nội dung giáo trình chắn nhiều vấn đề cần hoàn thiện Rất mong bạn đồng nghiệp độc giả đóng góp ý kiến Thư góp ý xin gửi cho ThS Khương Công Minh, Giáo viên khoa điện, Trường đại học Bách khoa, Đại học Đà nẵng Hoặc mail: khuongcongminh@Gmail.com Tác giả Trang Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện CHƯƠNG NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Điều khiển tay: Con người trực tiếp tác động vào thiết bị, khí cụ, công tắc, cầu dao, … để thực việc đóng / cắt mạch điện 1.1.2 Điều khiển tự động: Con người tác động vào nút bấm (hoặc lệnh đầu tiên) phần tử, khí cụ, thiết bị hệ thống ĐKLG_TĐĐ thực trình sản xuất đó, tự kiểm tra, hiệu chỉnh, điều chỉnh hiển thị tham gia trực tiếp người 1.2 MẠCH ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ 1.2.1 Thể hiện: Mạch động lực: nét đậm Mạch điều khiển: nét mảnh 1.2.2 Sơ đồ điện: 1.2.2.1 Sơ đồ điện khai triển: Là sơ đồ điện đầy đủ : bao gồm tất thiết bị điện, cơ, dây nối chúng tiết diện dây dẫn 1.2.2.2 Sơ đồ điện nguyên lý: Là sơ đồ điện đơn giản sơ đồ khai triển: chủ yếu thể nguyên lý làm việc phần tử, thiết bị hay dây chuyền sản xuất ~ UL N L1 L2 L3 L11 L21 L31 A CC K L12 Start Stop K K L22 Đ L32 Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý khởi động dừng động Trang 2 Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện 1.2.2.3 Sơ đồ điện lắp ráp: Là sơ đồ điện thể vị trí lắp đặt thực tế phần tử, thiết bị, máy móc đường dây dẫn nối chúng với nhau, kể tiết diện dây Thường người ta thiết kế sơ đồ lắp ráp thành bảng, tủ điều khiển + Khi thiết kế sơ đồ lắp ráp thành bảng (tủ) điều khiển: theo nguyên tắc: Nguyên tắc Trọng lượng: Phần tử có trọng lượng lớn đặt dưới, nhẹ đặt Nguyên tắc Nhiệt độ: Phần tử làm việc phát nhiêt nhiều đặt lên trên, đặt xa phần tử hay chiệu ảnh hưởng nhiệt độ Nguyên tắc dây nối: Tốn dây nhất, chồng chéo 3.1 Ví dụ từ sơ đồ hình 1-1, ta thiết kế sơ đồ lắp ráp thành bảng (tủ) hình 1-2: A CC Stop K Start ĐN Hình 1-2: Sơ đồ bố trí khí cụ, thiết bị điều khiển bảng (tủ) điều khiển + Sơ đồ nối dây khí cụ, thiết bị điều khiển bảng (tủ) điều khiển: A CC K Stop Hình 1-3: Start ĐN Trang Sơ đồ nối dây khí cụ, thiết bị điều khiển bảng (tủ) điều khiển Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện 3.2 Ví dụ từ sơ đồ hình 1-1, ta lập bảng nối dây bảng (tủ) điều khiển bảng 1-1: TT TÊN THIẾT BỊ, TỪ THIẾT BỊ, KHÍ CỤ, DÂY NỐI ĐẾN KHÍ CỤ, PHẦN TỬ PHẦN TỬ A (Áp tô mát) L1 (tiếp điểm)  L2 (tiếp điểm)  L3 (tiếp điểm)  L11 (tiếp điểm)  L21 (tiếp điểm)  L31 (tiếp điểm)  K (Công tắc tơ) L11 (tiếp điểm)  L21 (tiếp điểm)  L31 (tiếp điểm)  L12 (tiếp điểm)  L22 (tiếp điểm)  L32 (tiếp điểm)  (tiếp điểm)  (tiếp điểm)  (cuộn dây)  (cuộn dây)   ĐN (Đầu nối)  ĐN (Đầu nối)  ĐN (Đầu nối)  K (tiếp điểm)  K (tiếp điểm)  K (tiếp điểm)  CC (Cầu chì)  ĐN (Đầu nối)  ĐN (Đầu nối)  ĐN (Đầu nối)  Start (Nút khởi động)  Start (Nút khởi động)  Start (Nút khởi động)  ĐN (Đầu nối) CC (Cầu chì) L31 (đầu dây)  (đầu dây)   Stop (Nút dừng) Stop (Nút dừng) (tiếp điểm)  (tiếp điểm)   Start (Nút khởi động) Start (Nút khởi động) (tiếp điểm)  (tiếp điểm)  - ĐN (Đầu nối) L1 (dây pha)  L2 (dây pha)  L3 (dây pha)  (dây trung tính)  L11 (động cơ)  L21 (động cơ)  L31 (động cơ)  - Trang Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện 1.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ 1.3.1 Cơ sở thiết kế mạch điều khiển hệ thống ĐKLG_TĐĐ: Xuất phát từ yêu cầu công nghệ: cần thay đổi tốc độ, thay đổi hành trình làm việc cấu sản xuất Xuất phát từ chế độ làm việc HT ĐKLG TĐĐ: khởi động, chuyển đổi tốc độ, hãm, đảo chiều, dừng máy Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật, kinh tế: điều chỉnh tốc độ, ổn định, xác cao, an toàn kinh tế Từ cần có nguyên tắc tự động điều khiển để thực yêu cầu trên, đồng thời tự động hạn chế đại lượng cần hạn chế: dòng điện cho phép, mô men cho phép, tốc độ cho phép, công suất cho phép, Và tự động bảo vệ ngắn mạch, tải, nhiệt, thấp áp, … 1.3.2 Các bước thiết kế mạch điều khiển hệ thống ĐKLG TĐĐ: Bước 1: Tìm hiểu công nghệ quy trình hoạt động máy truyền động phần tử chấp hành: động cơ, van điện từ, nam châm điện, … Bước 2: Hoàn thiện quy trình hoạt động máy truyền động phần tử chấp hành Đưa đặc tính M() hay I(t); Các đặc tính phụ tải theo thời gian Mc(t) hay Ic(t), đặc tính tốc độ theo thời gian: (t) hay n(t), đăc tính M(t) hay I(t), … Bước 3: Xác định khoảng thời gian làm việc chế độ độ chế độ xác lập, đặc biệt thời điểm chuyển đổi trạng thái làm việc  để làm sở cho việc tạo tín hiệu điều khiển tương ứng, phù hợp Trên sở phân tích xác định thông tin cần thiết theo yêu cầu công nghệ đặc điểm khí cụ điều khiển, phần tử chấp hành, … Ta tiến hành thiết kế sơ đồ mạch động lực: từ nguồn cung cấp, ta phải thiết kế đóng/cắt điện cho phần tử chấp hành qua khí cụ điều khiển Bước 4: Trên sở sơ đồ mạch động lực thiết kế, ta thiết kế mạch điều khiển để phần tử chấp hành làm việc theo yêu cầu công nghệ yêu cầu kỹ thuật an toàn Để thiết kế mạch điều khiển, trước hết ta thiết kế mạch điều khiển đóng điện cho phần tử chấp hành cách bấm nút (hoặc đóng công tắc) khí cụ điều khiển đóng điện cho phần tử chấp hành khởi động tự trì trạng thái làm việc (khi ta tác động lên khí cụ điều khiển) Bước 5: Tiếp tục thiết kế phần mạch tự động điều khiển mạch bảo vệ theo quy trình vận hành, theo yêu cầu công nghệ, yêu cầu kỹ thuật an toàn Cứ vậy, ta thiết kế ngày đầy đủ mạch tự động điều khiển với phần tử chấp hành truyền động cho máy sản xuất Trang Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện 1.3.3 Thiết kế mạch tự động điều khiển khởi động dừng động cơ: Bước 1: Cần điều khiển động không đồng pha rôto lồng sóc truyền động cho quạt công nghiệp Theo yêu cầu công nghệ động làm việc liên tục ngày Nó khởi động lên tốc độ xác lập làm việc chế độ hết cho dừng quạt Bước 2: Cho động khởi động  trực tiếp cách ấn nút khởi động o “Start”  Động khởi động có tải XL Dừng động  dùng nút “Stop” Dùng áptômát cầu chì để bảo vệ ngắn mạch; Dùng rơle nhiệt để bảo vệ tải  I, (M) I1 xl I(t) Mc() XL I() M() (M) (M1) I1 I Ic (t) tkđ t Hình - 4: Các đặc tính khởi động Các đặc tính hình 1-4 Bước 3: Động khởi động trực ~ UL tiếp khoảng thời gian từ 0,30,5s Và L1 L2 L3 làm việc xác lập vòng Sau A cho dừng động L11 L21 L31 Thiết kế mạch động lực: Từ nguồn K cung cấp (lưới điện pha: ~UL)  vẽ L12 L22 L32 RN đường dây đến aptômát pha “A”,  từ L13 L23 L33 “A” vẽ đường dây đến tiếp điểm công tắc tơ “K” ( đóng/cắt điện động cơ), Đ  từ tiếp điểm “K” vẽ đường dây đến rơle nhiệt “RN”,  vẽ đường dây từ “RN” đến đầu cực động Hình 1-5: Mạch động lực thiết kế hình 1-5 Sơ đồ mạch động lực Bước 4: Trên sở sơ đồ mạch động lực thiết kế, ta thiết kế mạch điều khiển dùng điện pha (lấy dây pha từ sau “A” (điểm L31), dây nối với dây trung tính lưới “N”) Để thiết kế mạch điều khiển: thiết kế nút “Start” thường hở mắc nối tiếp với cuộn dây “K”, bấm nút “Start”  cuộn dây “K” có điện, “K” đóng điện cho động “Đ” khởi động Để tự trì cấp điện cho cuộn dây “K” (khi ta tác động lên “Start”),  ta vẽ tiếp điểm “K” song song với “Start” Muốn dừng động cơ, ta thiết kế nút “Stop” thường kín mắc nối tiếp với mạch cuộn dây “K” Khi cần dừng “Đ”,  ta ấn lên “Stop” “K” điện  cắt động khỏi lưới điện  “Đ” dừng lại Trang Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện ~ UL L1 N L2 L3 A L11 L21 L31 Stop K Start K K L12 L22 L32 RN L13 L23 L33 Đ Hình 1-6: Sơ đồ mạch động lực điều khiển khởi động dừng động Bước 5: Tiếp tục thiết kế phần mạch tự động điều khiển theo quy trình vận hành, theo yêu cầu công nghệ, yêu cầu kỹ thuật an toàn Thiết kế phần mạch bảo vệ Để bảo vệ “Đ” khỏi bị tải, ta thiết điểm thường kín không tự phục hồi “RN” nối tiếp với cuộn dây “K” Khi “Đ” bị tải,  “RN” tác động làm cho tiếp điểm “RN” mở  cắt điện cuộn dây “K”  cắt điện “Đ”  không cho “Đ” làm việc tình trạng bị tải Mắc cầu chì “CC” vào dây pha mạch điều khiển,  nhằm bảo vê ngắn mạch mạch điều khiển ~ UL L1 L2 N L3 A L11 L21 L31 CC Stop K Start RN K K L12 L22 L32 RN L13 L23 L33 Đ Hình 1-7: Sơ đồ mạch động lực điều khiển khởi động dừng động cơ, có bảo vệ ngắn mạch bảo vệ nhiệt Trang Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện 1.4 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ Trang Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP (Chương 1) Mạch điện khai triển, sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp ráp ? Nguyên tắc để thiết kế mạch lắp ráp thành bảng (tủ điện) ? Các bước thiết kế mạch động lực mạch điều khiển hệ thống ĐKLG TĐĐ Lập bảng nối dây cho sơ đồ sau: ~ UL N L1 L2 L3 A L11 L21 L31 CC K Stop Start RN K L12 L22 L32 RN L13 L23 L33 Đ Trang K ... Minh Điều khiển logic truyền động điện CHƯƠNG NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Điều khiển tay: Con người trực tiếp tác động. .. mạch tự động điều khiển với phần tử chấp hành truyền động cho máy sản xuất Trang Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện 1.3.3 Thiết kế mạch tự động điều khiển khởi động dừng động. .. Minh Điều khiển logic truyền động điện 1.4 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ Trang Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP (Chương 1) Mạch điện