Đồ án tốt nghiệp ĐHBK khoa Điện ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG MODBUS GIỮA PLC S7-1200 VỚI BIẾN TẦN SINAMIC V20 ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRONG ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC.

Đồ án tốt nghiệp ĐHBK khoa Điện ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG MODBUS GIỮA PLC S7-1200 VỚIBIẾN TẦN SINAMIC V20 ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHATRONG ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. ..............................

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TRONG ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC.

1 Mục tiêu của đề tài

- Vận dụng phần mềm TIA portal , thiết kế giao diện truyền thông, điều khiển vàgiám sát hệ truyền động nhiều biến tần – động cơ trong công nghiệp, đáp ứng các hệthống sản xuất có quy mô vừa và nhỏ

- Áp dụng vào các hệ thống tự động sản xuất thực tế được sử dụng rất rộng rãihiện nay

- Nâng cao khả năng tự nhiên nghiên cứu của sinh viên và phát triển nghề nghiệptrong tương lai

2 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

- Tiếp cận lý thuyết, áp dụng để thiết kế giải bài toán ứng dụng trong công nghiệp

- Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm

- Phạm vi nghiên cứu: Lý thuyết kết hợp thực tiễn

3 Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan về động cơ xoay chiều ba pha và mạng truyền thông côngnghiệp

Chương 2: Tìm hiểu mạng Modbus và cách làm việc với biến tần

Chương 3: Giới thiệu thiết bị sử dụng trong mô hình

Chương 4: Giới thiệu PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal

Chương 5: Lập trình truyền thông Modbus

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Mô hình gồm có: 1 PLC S7-1200, 1 biến tần SINAMIC V20, 1 máy tính, 1 cảm biến

áp suất, 1 máy bơm KĐB 3 pha

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Phần chung:

1 Phan Thanh Tạo Thiết kế mô hình, đấu dây thiết bị, làm thuyết minh

b Phần riêng:

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

a Phần chung:

1 Phan Thanh Tạo Sơ đồ đấu dây thiết bị, thuật toán truyền thông Modbus

Hướng dẫn trình bày thuyết minh

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/ 2/ 2019.

8 Ngày hoàn thành đồ án: 20/ 5/ 2019.

Đà Nẵng, ngày tháng năm 201

nhu cầu dùng nước ổn định ở những tòa nhà cao tầng này càng được chú ý Vì vậy cần

có một hệ thống bơm giúp ổn định áp suất nước tiêu dùng là điều cần thiết

Một điều kiện thuận lợi là ngày càng có nhiều thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiểnnhư PLC, biến tần, được tích hợp các giao thức mạng như Profibus, Modbus,

Ethernet, Từ những giao thức mạng tích hợp có sẵn trên các thiết bị, nhóm em đã thực hiện việc tìm hiểu về mạng truyền thông công nghiệp theo giao thức Modbus RTU từ đó ứng dụng dể xây dựng một mô hình máy bơm nước ổn áp truyền thông giữa máy tính PLC-biến tần để điều khiển máy bơm không đồng bộ ba pha, tín hiệu ápsuất truyền về từ cảm biến áp suất sẽ được PLC đọc và từ đó phát ra tín hiệu điều khiển máy bơm thông qua biến tần

Do kiến thức còn hạn chế và thời gian thực tiễn vẫn chưa sâu trong việc

thực hiện đồ án này nên không thể tránh khỏi sai sót Vì vậy em mong được sự cảm thông và sự đóng góp ý kiến của các Thầy Cô để đề tài em được hoàn thiện hơn

Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp và kết thúc khóa học, với tình cảm chân thành, emxin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã tạo điềukiện cho em có môi trường học tập tốt trong suốt thời gian em học tập, nghiên cứu tạitrường

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo tiến sĩ Nguyễn Quốc Định đã tận tình hướng dẫn,giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này

Em chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong và ngoài trường, bạn bè, các thầy côtrong Khoa Điện – Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã giúp đỡ và hỗ trợ em thựchiện các thủ tục trong quá trình hoàn thành Đồ án tốt nghiệp

Xin trân trọng cảm ơn!

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của nhóm em với sự hướng dẫn củagiảng viên tiến sĩ Nguyễn Quốc Định , tất cả các nguồn tài liệu đã được công bố đầy

đủ, nội dung của Đồ án là trung thực

Sinh viên thực hiệnPhan Thanh Tạo

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn i

Lời cam đoan liêm chính học thuật ii

Mục lục iii

Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ v

MỞ ĐẦU 1

1.Tổng quan tình hình nghiên cứu 1

2 Tính cấp thiết của đề tài 2

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 3

1.1 Động cơ điện xoay chiều là gì? 3

1.1.1 Khái niệm động cơ điện xoay chiều 3

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều 4

1.1.3 Phân loại động cơ điện xoay chiều 4

1.2 Giới thiệu về động cơ KĐB 3 pha 5

1.2.1 Cấu tạo 6

1.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha 8

1.2.3 Các phương pháp mở máy của động cơ không đồng bộ 3 pha 9

1.2.4 Các đặc tính điều chỉnh động cơ không đồng bộ 3 pha 14

1.2.5 Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ của động cơ 18

1.3 Giới thiệu máy bơm không đồng bộ ba pha 21

1.4 Mạng truyền thông công nghiệp 21

1.5 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp 23

1.6 Phân loại và đặc trưng các hệ thống MCN 23

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU BIẾN TẦN VÀ MẠNG MODBUS 27

2.1 Tổng quan về biến tần 27

2.1.1 Biến tần là gì? 27

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần 28

2.2 Các phương pháp điều khiển máy biến tần 29

2.3 Biến tần SINAMIC V20 31

2.4 Giao thức truyền thông 32

2.4.1 Giao thức MODBUS – RTU 32

2.5 MODBUS chế độ RTU 34

2.5.1 Chu trình yêu cầu – đáp ứng giữa Master và Slave của giao thức Modbus 34

CHƯƠNG 3 39

GIỚI THIỆU THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 39

3.1 Cảm biến áp suất 39

3.1.1.Áp suất 39

3.1.2.Cảm biến áp suất là gì? 40

3.1.3.Hoạt động cảm biến áp suất 40

3.1.4 Thông số kỹ thuật cảm biến đo áp suất 41

3.2 Aptomat 1 pha Schneider 41

3.3 Cáp kết nối theo chuẩn RS-485 42

CHƯƠNG 4 43

TỔNG QUAN VỀ PLC S7 – 1200 43

4.1.Khái niệm PLC s7-1200 43

4.2.Đặc điểm của PLC S7-1200 44

4.3.Phân loại: 45

4.4 Hình dạng bên ngoài (CPU 1214C) 47

4.5 Cấu trúc bên trong PLC S7-1200 48

4.6.Module mở rộng 49

4.7.Giới thiệu về phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal V14 52

4.8.Giao diện của phần mềm SIMATIC TIA Portal V14 54

CHƯƠNG 5 61

LẬP TRÌNH TRUYỀN THÔNG MODBUS 61

5.1 Giới thiệu các hàm sử dụng trong chương trình 61

5.1.1.MB_COMM_LOAD 61

5.1.2 MB_MASTER 63

5.1.3 NORM_X 65

5.1.4 SCALE_X 66

5.1.5 Khối lệnh PID 67

5.2 Lưu đồ thuật toán 69

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 1.1: Thông số làm việc máy bơm không đồng bộ ba pha 23

Bảng 2.1: Các phương pháp điều khiển biến tần 33

Bảng 2.2: Tham số cài đặt biến tần 34

Bảng 2.3: Bảng mã chức năng 36

Bảng 2.4: Khung dữ liệu Modbus RTU 37

Bảng 2.5: Chức năng các bit trong control word 38

Bảng 2.6 Chức năng các bit trong status word 39

Bảng 2.7: Địa chỉ Modbus và chức năng của các thanh ghi 40

Bảng 3.1:Thông số Aptomat Schneider 4

Bảng 4.1: Các đặc điểm cơ bản của s7-1200 52

Bảng 4.2: Thông số PLC S7-1200 53

Bảng 4.3: Thông số các module 57

Y Hình 1.1: Cấu tạo động cơ điện xoay chiều 7

Hình 1.2: Cấu tạo động cơ điện xoay chiều 9

Hình 1.3: Tấm thép hình rẻ quạt 10

Hình 1.4: Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ 3 pha 11

Hình 1.5: Sơ đồ đấu dây mở máy trực tiếp 13

Hình 1.6: Hạ áp mở máy bằng điện kháng 13

Hình 1.7: Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu 14

Hình 1.8: Sơ đồ mở máy bằng phương pháp đấu nối Y-∆ 15

Hình 1.9: Sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở và đồ thị đặc tính cơ 16

Hình 1.10: Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc (ĐKls) và dây quấn (ĐKdq) 17

Hình 1.11: Sơ đồ thay thế ĐK 18

Hình 1.12: Biểu đồ năng lượng của ĐKdq 19

Hình 1.13: Đặc tính điện-cơ của ĐK 20

Hình 1.14: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ KĐB 21

Hình 1.15: Ảnh hưởng của UL 22

Hình 1.16: Ảnh hưởng của Rf, Xf 22

Hình 1.17: Ảnh hưởng của FL 23

Hình 1.18: Ảnh hưởng của p 24

Hình 1.19: Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp 27

Hình 2.1: Sơ đồ kết nối của biến tần với động cơ 31

Hình 2 2: Sơ đồ nguyên lý biến tần 31

Hình 2.3: Biến tần Sinamics V20 34

Hình 2.4: Khung tryền MODBUS 38

Hình 3.1: Cảm biến áp suất 44

Hình 3.2: Aptomat Schneider 45

Hình 3.3: Cáp kết nối theo chuẩn RS-485 45

Hình 3.4: Đồng hồ đo áp suất 46

Hình 4.1: Hình dạng bên ngoài của S7 – 1200 (CPU 1214C) 51

Hình 4.2: Cấu trúc bên trong của PLC S7-1200 53

Hình 4.3: Hình dạng bên ngoai của các module mở rộng 54

Hình 4.4: Modul truyền thông 54

Hình 4.5: Cổng DB-9 của modul truyền thông 55

Hình 4.6: HMI của siemens 57

Hình 4.7: Giao diện chính của phần mềm 59

Hình 4 8: Giao diện chọn CPU 59

Hình 4.9: Giao diện hiển thị cấu trúc CPU 1214C trong phần mềm 60

Hình 4.10: Giao diện soạn thảo chính 60

Hình 5.1: Lệnh MB_COMN_LOAD 65

Hình 5.2: Lệnh MB_MASTER 67

Hình 5.3: Khối lệnh NORM_X 69

Hình 5 4: Quan hệ giữa các tham số 70

Hình 5.5: Khối lệnh SCALE_X 70

Hình 5.6: Quan hệ giữa các tham số 71

Hình 5.7: Sơ đồ hệ thống có hồi tiếp âm sử dụng PID 72

Hình 5.8: Khối lệnh PID 72

Hình 5.9: Thông số PID 76

Hình 5.10: Đồ thị thể hiện áp suất đặt bám theo áp suất đặt 76

MỞ ĐẦU

1.Tổng quan tình hình nghiên cứu

Điều khiển và giám sát hệ thống dây truyền tự động hóa sử dụng hệ biến tần –động cơ có vị trí quan trọng trong các hệ thống sản xuất, làm giảm sức lao động, nhâncông, tăng hiệu quả cho quá trình vận hành sản xuất nhưng để áp phần mềm chuyêndụng vào thực tiễn sẽ mất chi phí lắp đặt cao, không chủ động về công nghệ Với hệthống vừa và nhỏ ta có thể tự xây dựng giao diện chương trình để điều khiển giám sát

hệ thông tự động hóa trên phần mềm TIA portal để giảm chi phí và chủ động về mặtcông nghệ

Nghiên cứu ứng dụng phần mềm TIA portal để xây dựng giao diện chương trìnhđiều khiển giám sát hệ thống tự động hóa dùng hệ biến tần – động cơ

Thiết kế giao diện chương trình trên phần mềm TIA portal và tiến hành lắp đặt làbước tiếp cận thực tế đòi hỏi sinh viên phải nắm vững kiến thức lý thuyết cũng như kỹnăng lắp đặt kết nối thiết bị thực theo sơ đồ để tránh xảy ra sự cố làm hư hỏng thiết bị.Với cách tiếp cận có tính logic như vậy sẽ giúp sinh viên được trải nghiệm từ lý thuyếttới thực tiễn của lĩnh vực học tập và nghiên cứu, qua đó kiến thức được tiếp thu mộtcách cơ bản và vững chắc

Từ những thực tế nhóm sinh viên quyết định lựu chọn đề tài:

“Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều

khiển máy bơm không đồng bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước”

Giúp sinh viên có phương pháp khoa học để tiếp cận và nghiên cứu ứng dụngphần mềm vào thực tiễn, với ý nghĩ tạo điều kiện thuận lợi và hiệu quả hơn trong việchọc tập và tiếp thu kiến thức

2 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trong các dây chuyền tự động hóa thường sử dụng các hệ biến tần –động cơ yêu cầu thường phải có phần mềm chuyên dụng để điều khiển và giám sátvới Tốc độ phát triền nhanh chóng của công nghệ vi điện tử, kỹ thuật truyền thông vàcông nghệ phần mềm trong những năm gần đây đã tạo sự chuyển biến mạnh mẽ chocác giải pháp tự động hóa Những xu hướng mới đó không nằm ngoài mục đích giảmgiá thành hệ thống và nâng cao chất lượng hệ thống Sự ứng dụng rộng rãi các hệthống mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt các hệ thống bus trường là một ví dụtiêu biểu Trong công nghiệp hiện nay, việc ứng dụng mạng truyền thông để kết nốiviệc điều khiển và giám sát các thiết bị, cơ cấu chấp hành ngày càng được sử dụngnhiều trong các nhà máy, xí nghiệp, các dây chuyền sản xuất Việc điều khiển các hệ

thống bằng máy tính giúp việc giám sát cũng như lưu trữ các giá trị được thuận tiệnhơn.

Modbus là chuẩn truyền thông trong công nghiệp, rất hiệu quả và phổ biến, vìchúng đơn giản trong truyền và nhận Ưu điểm của modbus là sự linh hoạt và dễ thựchiện, không những các thiết bị thông minh như microcontroller, PLC,… có thể truyềnthông với modbus mà các cảm biến thông minh hay biến tần cũng có thể thực hiệnđược Modbus cũng được mở rộng cho truyền thông không dây, các mạng TCP/IP

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA VÀ MẠNG

TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

1.1 Động cơ điện xoay chiều là gì?

1.1.1 Khái niệm động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện xoay chiều.Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau Theo

sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha, và nếu theo tốc độ cóđộng cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ

Hình 1.1: Cấu tạo động cơ điện xoay chiều

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều

Phụ thuộc vào cấu tạo của mỗi loại động cơ điện mà chúng có nguyên lý hoạtđộng khác nhau Đối với động cơ điện xoay chiều cũng có cấu tạo và nguyên lý hoạtđộng rõ rang Về phần cấu tạo, động cơ điện xoay chiều gồm có hai phần chính: stator

và rotor Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên mộtvành tròn để tạo ra từ trường quay Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấntrên lõi thép Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây

ra làm cho rôto quay trên trục Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra

ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển độngkhác.

1.1.3 Phân loại động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau.Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: Động cơ điện xoay chiều 1 pha và bapha, và nếu theo tốc độ có động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ

Động cơ điện xoay chiều 3 pha: Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng

điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn Cách bố trícác cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điệnngười ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3

Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm chorôto quay trên trục Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được

sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Gồm có hai phần chính là stator và rotor Stato

gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo

ra từ trường quay Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làmcho rôto quay trên trục Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài vàđược sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Dựa theo nguyên tắc của động cơ không đồng bộ

ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha Stato của loạiđộng cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạngđiện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện Cách mắc như vậy làm cho hai dòngđiện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay Động cơ không đồng

bộ một pha chỉ đạt được công suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ giađình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước…

Động cơ đồng bộ: Động cơ đồng bộ là cấu trúc động cơ đặc biệt mà rotor quay

cùng tốc độ với tốc độ từ trường stator (nên được gọi là đồng bộ) Một ví dụ của động

cơ đồng bộ chính là động cơ bước, được sử dụng nhiều trong các ứng dụng liên quanđến điều khiển vị trí (tay vận hành robot trong các nhà máy) Tuy nhiên, với sự pháttriển gần đây của các mạch điện tử công suất, người ta đã có thể tối ưu thiết kế củađộng cơ đồng bộ để sử dụng cho các ứng dụng với công suất cao hơn như quạt, máysấy, và thậm chí là trong động cơ xe địa hình

Động cơ không đồng bộ: Động cơ xoay chiều không đồng bộ được sử dụng rộng

rãi trong thực tế do có hàng loạt các ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, tính năng kỹ thuật khá

tốt, hoạt động tin cậy, giá thành rẻ, kích thước nhỏ hơn động cơ một chiều công suấttương đương, sử dụng trực tiếp với lưới điện.

Hiện nay, với việc sử dụng hiệu quả các bộ biến tần điều khiển động cơ xoaychiều, nhược điểm khó điều chỉnh tốc độ của nó so với động cơ 1 chiều đã được khắcphục

Động cơ điện không đồng bộ gồm có dây quấn xoay chiều ở phần tĩnh (stator) vàdây quấn xoay chiều khác ở phần động (rotor) Khi stator có dòng điện xoay chiều điqua, nó tạo ra từ trường quay với tốc độ nm = 60.f/p, với f là tần số dòng điện qua dâyquấn và p là số đôi cực của dây quấn Từ trường này quét qua dây quấn rotor làm sinh

ra sức điện động và dòng điện trong rotor Dòng điện cảm ứng sẽ tác dụng với từtrường quay, tạo ra moment quay

Đối với động cơ không đồng bộ, tốc độ rotor khác với tốc độ từ trường (n nm).Trong đề tài này chúng ta chỉ đi sâu và nghiên cứu về động cơ không động bộ 3pha

1.2 Giới thiệu về động cơ KĐB 3 pha

Động cơ không đồng bộ 3 pha được dung nhiều trong sản xuất và sinh hoạt, vìcấu tạo đơn giản, tính năng kỹ thuật khá tốt, hoạt động tin cậy, giá thành rẻ, kích thướcnhỏ hơn động cơ một chiều công suất tương đương, sử dụng trực tiếp với lưới điện.Hiện nay, với việc sử dụng hiệu quả các bộ biến tần điều khiển động cơ xoay chiều,nhược điểm khó điều chỉnh tốc độ của nó so với động cơ 1 chiều đã được khắc phục.Dãi công suất rất rộng từ vài Watt đến 10.000hp Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết 3pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha

1.2.1 Cấu tạo

Giống như các loại máy điện khác, động cơ không đồng bộ 3 pha gồm cá bộphận chính sau:

Phần tĩnh hay còn gọi là stato

Phần động hay còn gọi là roto

Hình 1.2: Cấu tạo động cơ điện xoay chiều

- Lõi thép:

Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên giảmbớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0.5mm ép lại Khiđường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 9900mm thì dung các tấm thép tròn ép lại Khiđường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dung những tấm thép hình rẻ quạt (hình1.2) ghép lại thành khối tròn

Mỗi lõi thép ký thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn

do dòng điện xoay chiều gây ra Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép thành một khối, nếulõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8cm đặtcách nhau 1cm để thong gió cho tốt Mặt trong của lá thép có sẽ rãnh để đắt dây quấn

Hình 1.3: Tấm thép hình rẻ quạt.

Dây quấn Stator

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõithép Dây quấn phấn ứng là phần dây bằng đồng được đặt trong các rãnh phần ứng vàlàm thành một hoặc nhiều vòng kín Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ

vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến dổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng.Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trongtoàn bộ giá thành của máy

Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:

Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhất địnhchạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định để sinh ra một moment cầnthiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt

Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn

Dây quấn phấn ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau :

Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp

Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp

Trong một số máy cở lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữa haidây quấn xếp và song

Dây quấn Rotor

Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn cũng giống như dây quấn ba pha

stator và có cùng số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao (Y)

và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục Bachổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nốisao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.

Rotor kiểu lồng sóc (hình 1.5): Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong

rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu Với động cơ nhỏ, dây quấnrotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánhquạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặtvào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch

Hình 1.4: Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ 3 pha

1.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở không khísuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p (f1 là tần số lưới điện; p là số cặp cực;tốc độ từ trường quay) Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nêntrong dây quấn rotor có dòng diện I2 chạy qua Từ thông do dòng điện này sinh ra hợpvới từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấnrotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment Tác dụng đó có quan hệ mật thiếtvới tốc độ quay n của rotor Trong những phạm vi tồc độ khác nhau thì chế độ làmviệc của máy cũng khác nhau Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong baphạm vi tốc độ

Hệ số trượt s của máy:

1.2.3 Các phương pháp mở máy của động cơ không đồng bộ 3 pha

Trong quá trình vận hành động cơ điện khi khởi động chúng ta cần quan tâm đếnhai vấn đề Giảm thấp dòng điện khởi động (qua hệ thống dây dẫn chính vào dây quấnstato động cơ) ngay thời điểm khởi động Phương pháp giảm thấp dòng điện khởi động

thực chất là giảm thấp điện áp cung cấp vào động cơ tại thời diểm khởi động Theo lýthuyết chúng ta có được quan hệ: moment (hay ngẫu lực) khởi động tỷ lệ thuận vớibình phương giá trị điện áp hiệu dụng cấp vào động cơ, như vậy giảm giá trị dòng điệnkhởi động dẫn tới hậu quả giảm thấp giá trị của moment khởi động.

Trong thực tế các biện pháp giảm dòng khởi động, tùy theo tính chất của tải vàtình hình của lưới điện yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau Nóichung khi mở máy động cơ cần xét đến yêu cầu cơ bản sau:

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 quá trình mở máy càng thấp càng tốt

1) Mở máy động cơ KĐB roto lồng sóc

Mở máy trực tiếp

Đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện nhờ cầu dao Đây là phương pháp mở máyđơn giản nhất nhưng lúc mở máy trực tiếp, dòng điện mở máy lớn, thời gian mở máyquá tải thì có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp lưới

Nếu nguồn điện tương đối lớn thì nên dùng phương pháp mở máy này vì mở máynhanh, đơn giản Phương pháp này chỉ dùng trong những động cơ có công suất nhỏhoặc công suất động cơ vô cùng nhỏ so với công suất lưới điện

Hình 1.5: Sơ đồ đấu dây mở máy trực tiếp

Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp

Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato.

Hình 1.6: Hạ áp mở máy bằng điện kháng.

Khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng ta hoàn tất việc

mở máy bằng cách đóng cầu dao D2 thì điện kháng L sẽ bị ngắn mạch Có thể điềuchỉnh trị số điện kháng để có dòng điện mở máy cần thiết Do có sụt áp trên điệnkháng nên điện áp đặt vào động cơ Ut sẽ giảm đi và nhỏ hơn điện áp lưới Ul

Hình 1.7: Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu.

Trong sơ đồ trên T là biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với lưới, bên hạ áp nối vớiđộng cơ Sau khi mở máy xong thì ta cắt T bằng cách đóng cầu dao D2 và mở cầu dao

D3

Máy biến áp tự ngẫu nối Y – Y có trung bình nối đất

Trong máy biến áp thì U U1

2

=I1

I2=k BA '

Mặt khác dựa vào sơ đồ ta thấy: U1 = Ue; U2 = Uđc; Iml = I1; Imđc = I2

Mở máy bằng phương pháp đấu nối Y-∆

Hình 1.8: Sơ đồ mở máy bằng phương pháp đấu nối Y-∆.

Phương pháp này thích ứng với những máy khi làm việc bình thường đấu tamgiác Lúc mở máy chuyển sang đấu Y Như vậy điện áp đi vào 2 đầu mỗi pha chỉ còn

U l

√3

Khi mở máy đóng cầu dao D1để cấp nguồn cho động cơ đồng thời đóng cầu dao

D3 để mở máy chạy chế độ sao (Y), khi máy đã chạy rồi thì mở cầu dao D3 và đóngcầu dao D2 để máy chạy chế độ động cơ đầu tam giác

Theo phương pháp này ta có:

2)Mở máy động cơ KĐB roto dây cuốn

Mở máy bằng cách đưa điện trở phụ vào roto

Hình 1.9: Sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở và đồ thị đặc tính cơ

Phương pháp này chỉ dùng với những động cơ roto dây quấn vì đặc điểm của loạiđộng cơ này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây roto Khi điện trở roto thay đổi thì

M=f (S) cũng thay đổi Ta điều chỉnh điện trở mạch điện roto thích hợp thì sẽ đượctrạng thái mở máy lý tưởng

Như vậy khi có điện trở phụ thì Imrf giảm và Mmrf lớn

Sau khi máy đã quay để giữ một moment điện từ nhất định trong quá trình mởmáy ta cắt dần điện trở phụ

Khi cắt dần điện trở phụ thì sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ từ đường M=f (S)

này sang M=f (S) khác Sau khi cắt hết điện trở phụ thì tốc độ đạt điểm làm việc sau 3cấp điện trở khởi động

Như vậy dùng động cơ không đồng bộ roto dây quấn có thể đạt được momen mởmáy lớn, dòng điện mở máy nhỏ nên ta thường dùng ở những nơi nào mở máy khókhăn, yêu cầu mở máy cao Cấu tạo phức tạp, bảo quản khó khăn, giá thành cao… lànhược điểm của động cơ không đồng bộ roto dây quấn

1.2.4 Các đặc tính điều chỉnh động cơ không đồng bộ 3 pha

Động cơ không đồng bộ (ĐK) như hình 1.1.2, được sử dụng rộng rãi trong thực

tế Ưu điểm nổi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ít, giáthành hạ, trọng lượng, kích thước nhỏ hơn khi cùng công suất định mức so với động

cơ một chiều

Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha

Hình 1.10: Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc (ĐKls) và dây quấn (ĐKdq).Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khănhơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động lớn,mômen khởiđộng nhỏ)

Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta dựa vào đồthay thế với các giả thiết sau:

3 pha của động cơ là đối xứng

Các thông số của động cơ không đồng bộ không đổi

Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụ thuộc tải màchỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động cơ

Bỏ qua các tổn thất do ma sát, tổn thất trong lõi thép

Điện áp hoàn toàn sin, đối xứng 3 pha

Ta có sơ đồ thay thế:

Hình 1.11: Sơ đồ thay thế ĐK

Trong đó:

U1f : Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V)

I1, I2, I’1 : Các dòng stato, mạch từ hóa, rôto đã quy đổi về stato (A)

X1, Xµ, X’2 : Điện kháng stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (Ω).)

R1, Rµ, R’2 : Điện trở stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (Ω).)

R’2f: Điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đã quy đổi về stato (Ω).)

S: Hệ số trượt của động cơ:

f1 là tần số của điện áp nguồn đặt vào stato (Hz)

p là số đôi cực của động cơ

ωlà tốc độ góc của động cơ

ω0=ω1là tốc độ của từ trường quay ở stato động cơ, còn gọi là tốc độ đồng bộ(rad/s):

Biểu đồ năng lượng của ĐK:

Với các giả thiết ở trên, ta có biểu đồ năng lượng của động cơ ĐK 3 pha (hình1.12):

Trong biểu đồ năng lựơng:

P1 là công suất điện từ đưa vào 3 pha stato động cơ ĐK

∆ P1=∆ P cu1là tổn thất công suất trong các cuộn dây đồng stato

P12 là công suất điện từ truyền giữa stato và roto động cơ ĐK

∆ P2=∆ P cu2là tổn thất công suất trong các cuộn dây đồng roto

P2 là công suất trên trục động cơ, hay là công suất cơ của ĐK truyền động chomáy sản xuất

Hình 1.12: Biểu đồ năng lượng của ĐKdq

Dựa vào sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện stator:

Công suất được chia thành 2 phần:

Pcơ: Công suất đưa ra trên trục động cơ

∇P2: Công suất tổn hao động trong rotor

P12=P cơ+P ∇

M ω0=Mω+ ∇P2

Dấu (+) ứng với chế độ động cơ.

Dấu (-) ứng với chế độ máy phát

Hình 1.14: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ KĐB

1.2.5 Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ của động cơ

Qua chương trình đặc tính cơ bản của hoạt động cơ ĐK, ta thấy các thông số cóảnh hưởng đến đặc tính cơ ĐK như: Rs, Rr, Xs, Xr, UL, fL,… Sau đây, ta xét ảnh hưởngcủa một số thông số:

1) Ảnh hưởng của thông số điện áp

Khi điện áp thay đổiđộ trượt tới hạn của động cơ không thay đổi, còn moment tớihạn của động cơ thay đổi tỷ lệ với bình phương của điện áp lưới

2) Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch roto

Khi thay đổi điện trở mạch roto thì độ trượt tới hạn của động cơ thay đổi, cònmoment tới hạn của động cơ không thay đổi:

Họ đường đặc tính thu được khi thay đổi như sau:

Hình 1.16: Ảnh hưởng của Rf, Xf

3) Ảnh hưởng của tần số lưới cung cấp cho động cơ

Nếu cung cấp cho động cơ bằng một nguồn điện có tần số thay đổi thì tốc độđộng cơ thay đổi và dạng đặc tính cơ cũng thay đổi

Như vậy moment tới hạn thay đổi theo sự thay đổi của tỷ số U1/f1 Nếu ta dữ cho

tỷ số này không đổi thì M th cũng không thay đổi

Hình 1.17: Ảnh hưởng của FL.

4) Ảnh hưởng của số đôi cực p

Đối với những động cơ không đồng bộ roto lồng sóc nhiều cấp tốc độ để điềuchỉnh tốc độ người ta thay đổi thông số đôi cực của máy

Khi thay đổi số đôi cực p ta có:

Với những động cơ mà thay đổi số đôi cực bằng cách đấu các cuộn dây stato thì

Mth có thể bị thây đổi Họ đường đặc tính cơ thu được khi thay đổi p = 1; p = 2 và Mth

= const

Hình 1.18: Ảnh hưởng của p

1.3 Giới thiệu máy bơm không đồng bộ ba pha

Máy bơm nhận nguồn cấp từ biến tần

Bảng 1.1: Thông số làm việc máy bơm không đồng bộ ba pha

1.4 Mạng truyền thông công nghiệp.

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệm chung

chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghépnốicác thiết bị công nghiệp Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện naycho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành

dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điềukhiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.

Về cơ sở kỹ thuật, mạng công nghiệp và các hệ thống mạng viễn thông có rấtnhiều điểm tương đồng, tuy nhiên cũng có những điểm khác biệt sau:

Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơn rấtnhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật (cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thờigian thực, ) rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông (truyền tải dải rộng/dải

cơ sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch, ) thường phức tạp hơn nhiều so với mạngcông nghiệp

Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong

đó con người đóng vai trò chủ yếu Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi bao gồm cảtiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu Đối tượng của mạng công nghiệp thuần túy làcác thiết bị công nghiệp, nên dạng thông tin được quan tâm duy nhất là dữ liệu Các kỹthuật và công nghệ được dùng trong mạng viễn thông rất phong phú, trong khi kỹ thuậttruyền dữ liệu theo chế độ bit nối tiếp là đặc trưng của mạng công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máytính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở những điểm giống nhau vàkhác nhau như sau:

Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai lĩnhvực

Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi làmột phần (ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quảnlý công ty) trong

mô hình phân cấp của mạng công nghiệp

Yêu cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trongmôi trường công nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao hơn so với một mạngmáy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính thường đòi hỏi cao hơn về độ bảomật

Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau, ví dụ có thể nhỏ như mạngLAN cho một nhóm vài máy tính, hoặc rất lớn như mạng Internet Trong nhiều trườnghợp, mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông.Trong khi đó, cho đến nay các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độclập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp Sự khác nhau trong phạm vi và mục đích sửdụng giữa các hệ thống mạng truyền hông công nghiệp với các hệ thống mạng viễnthông và mạng máy tính dẫn đến sự khác nhau trong các yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng

như kinh tế Ví dụ, do yêu cầu kết nối nhiều nền máy tính khác nhau và cho nhiềuphạm vi ứng dụng khác nhau, kiến trúc giao thức của các mạng máy tính phổ thôngthường phức tạp hơn so với kiến trúc giao thức các mạng công nghiệp Đối với các hệthống truyền thông công nghiệp, đặc biệt là ở các cấp dưới thì các yêu cầu về tính năngthời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản, giá hành hạ lại luôn được đặt ra hàng đầu.

1.5 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp

Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là bus trường để thay thế cáchnối điểm - điểm cổ điển giữa các thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt những lợi íchnhư sau:

Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: Một số lượng lớncác thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua mộtđường truyền duy nhất

Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản, việcthiết kế hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhiều Một số lượng lớn cáp truyền được thay thếbằng một đường duy nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu và công lắp đặt.Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin: Khi dùng phương pháp truyềntín hiệu tương tự cổ điển, tác động của nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin màcác thiết bị không có cách nào nhận biết Nhờ kỹ thuật truyền thông số, không nhữngthông tin truyền đi khó bị sai lệch hơn, mà các thiết bị nối mạng còn có thêm khả năng

tự phát hiện lỗi và chẩn đoán lỗi nếu có Hơn thế nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyểnđổi qua lại tương tự-số và số-tương tự nâng cao độ chính xác của thông tin

Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩnhóa quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau Việcthay thế thiết bị, nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ dànghơn nhiều Khả năng tương tác giữa các thành phần (phần cứng và phần mềm) đượcnâng cao nhờ các giao diện chuẩn

Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống: Sử dụng mạngtruyền thông công nghiệp cho phép áp dụng các kiến trúc điều khiển mới như điềukhiển phân tán, điều khiển phân tán với các thiết bị trường, điều khiển giám sát hoặcchẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển và giámsát với thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty

1.6 Phân loại và đặc trưng các hệ thống MCN

Để sắp xếp, phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống mạng truyền thôngcông nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc cho các công ty, xí nghiệp sảnxuất.

Hình 1.19: Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp

Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông Từ cấpđiều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ “bus” thường được dùng thay cho “mạng”,với lý do phần lớn các hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic kiểubus

 Bus trường, bus thiết bị

Bus trường (fieldbus) thực ra là một khái niệm chung được dùng trong các ngành

công nghiệp chế biến để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số

để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị ởcấp chấp hành, hay các thiết bị trường Các chức năng chính của cấp chấp hành là đolường,truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Các thiết bị có

khả năng nối mạng là các vào/ra phân tán (distributed I/O), các thiết bị đo

lường(sensor,transducer, transmitter) hoặc cơ cấu chấp hành (actuator, valve) có tíchhợp khả năng xử lý truyền thông Một số kiểu bus trường chỉ thích hợp nối mạng cácthiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều khiển, cũng được gọi là bus chấphành/cảm biến

Trong công nghiệp chế tạo (tự động hóa dây chuyền sản xuất, gia công, lắp ráp)hoặc ở một số lĩnh vực ứng dụng khác như tự động hóa tòa nhà, sản xuất xe hơi, khái

niệm bus thiết bị lại được sử dụng phổ biến Có thể nói, bus thiết bị và bus trường có

chức năng tương đương, nhưng do những đặc trưng riêng biệt của hai ngành côngnghiệp, nên một số tính năng cũng khác nhau Tuy nhiên, sự khác nhau này ngày càngtrở nên không rõ rệt, khi mà phạm vi ứng dụng của cả hai loại đều được mở rộng vàđan chéo sang nhau Trong thực tế, người ta cũng dùng chung một khái niệm là bustrường Do nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển đểxửlý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, vì vậy yêu cầu về

tính thời gian thực được đặt lên hàng đầu Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong

phạm vi từ 0,1 tới vài miligiây Trong khi đó, yêu cầu về lượng thông tin trong mộtbức điện thường chỉ hạn chế trong khoảng một vài byte, vì vậy tốc độ truyền thôngthường chỉ cần ở phạm vi Mbit/s hoặc thấp hơn Việc trao đổi thông tin về các biếnquá trình chủ yếu mang tính chất định kỳ, tuần hoàn, bên cạnh các thông tin tham sốhóa hoặc cảnh báo có tính chất bất thường Các hệ thống bus trường được sử dụngrộng rãi nhất hiện nay là PROFIBUS, ControlNet, INTERBUS, CAN, WorldFIP, P-NET, Modbus và gần đây phải kể tới Foundation Fieldbus DeviceNet, AS-i, EIB vàBitbus là một vài hệ thống bus cảm biến/chấp hành tiêu biểu có thể nêu ra ở đây

 Bus hệ thống, bus điều khiển

Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và

các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi là bus hệ thống (system bus) hay bus quá trình (process bus) Khái niệm sau thường chỉ được dùng trong lĩnh

vựcđiều khiển quá trình Qua bus hệ thống mà các máy tính điều khiển có thể phối hợphoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát (có thểgián tiếp thông qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các trạm chủ) cũng như nhậnmệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phía trên Thông tin không những được traođổi theo chiều dọc, mà còn theo chiều ngang Các trạm kỹ thuật, trạm vận hành và cáctrạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua bus hệ thống Ngoài ra các máy in báo cáo và lưutrữ dữ liệu cũng có thể được kết nối qua mạng này

Đối với bus hệ thống, tùy theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thờigianthực có được đặt ra một cách ngặt nghèo hay không Thời gian phản ứng tiêu biểunằm trong khoảng một vài trăm miligiây, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớnhơn nhiều so với bus trường Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống nằmtrong phạm vi từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s.Khi bus hệ thống được sử dụng chỉ để

ghép nối theo chiều ngang giữa các máy tính điều khiển, người ta thường dùng kháiniệm bus điều khiển Vai trò của bus điều khiển là phục vụ trao đổi dữ liệu thời gianthực giữa các trạm điều khiển trong một hệ thống có cấu trúc phân tán Bus điều khiểnthông thường có tốc độ truyền không cao, nhưng yêu cầu về tính năng thời gian thựcthường rất khắt khe.

Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng nhiều loạimáy tính, hầu hết các kiểu bus hệ thống thông dụng đều dựa trên nền Ethernet, ví dụIndustrial Ethernet, Fieldbus Foundation's High Speed Ethernet (HSE), Ethernet/IP

 Mạng xí nghiệp

Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối cácmáy tính văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Thôngmáy cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễnbiến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm Thông tin theo chiều ngược lại là cácthông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành Ngoài ra, thông tincũng được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sảnxuất,ví dụ hỗ trợ kiểu làm việc theo nhóm, cộng tác trong dự án, sử dụng chung các tàinguyên nối mạng (máy in, máy chủ, )

Khác với các hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêm ngặt

về tính năng thời gian thực Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ, nhưng

có khi với số lượng lớn tới hàng Mbyte Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mụcđích này là Ethernet và Token-Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP vàIPX/SPX

 Mạng công ty

Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông củamột công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễnthông hoặc một mạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi vàhình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật Chức năngcủa mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp, cung cấpcácdịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với các khách hàng như thư viện điện tử, thưđiện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet vàthương mại điện tử, v.v Hình thức tổ chức ghép nối mạng, cũng như các công nghệđược áp dụng rất đa dạng, tùy thuộc vào đầu tư của công ty Trong nhiều trườnghợp,mạng công ty và mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duynhất về mặt vật lý, nhưng chia thành nhiều phạm vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt

Mạng công ty có vai trò như một đường cao tốc trong hệ thống hạ tầng cơ sởtruyền thông của một công ty, vì vậy đòi hỏi về tốc độ truyền thông và độ an toàn, tincậy đặc biệt cao Fast Ethernet, FDDI, ATM là một vài ví dụ công nghệ tiên tiến được

áp dụng ở đây trong hiện tại và tương lai

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU BIẾN TẦN VÀ MẠNG MODBUS

áp từ 0 -380v và tần số từ 0-400hz

Hình 2.1: Sơ đồ kết nối của biến tần với động cơ

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần