NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

T ng hoỏ thit b in Chơng 1: Các nguyên tắc xây dựng hệ thống tự động điều khiển Chức năng, yêu cầu, mục tiêu tự động điều khiển TBĐ Cấu trúc hệ tự động hoá Các kí hiệu điện Cách thể sơ đồ nguyên lí, lắp ráp v nguyên tắc lắp đặt Phân tích v tổng hợp hệ thống Các nguyên tắc thiết kế Một số sơ đồ mạch điển hình chức mạch tự động Thông tin - giao tiếp (HMI) Giao tiếp ngời máy Các thiết bị giao tiếp, thị: Nút nhấn, công tắc, chuyển mạch, không chế huy Bàn phím Màn hình điều khiển, giám sát Hiển thị LED, còi, hình tinh thĨ láng LCD Xư lÝ tÝn hiƯu – TiÕp nhận tín hiệu điều khiển, tiến hành tính toán, đa lệnh vận hành GV: Nguyn V Thanh T ng hoỏ thit b in Điều khiển lợng Thực biến đổi tĩnh Chỉnh lu Băm áp chiều Điều áp xoay chiều Biến tần Thực biến đổi hệ điện Điều khiển tốc độ động Điều khiển thông số theo yêu cầu công nghệ Tự động khởi động, hÃm, đảo chiều Tự động đặt gia tốc cho động Kiểm soát tín hiệu đa vào hệ thống (hệ tuỳ động) Tự động điều khiển theo chơng trình đặt trớc Tự động điều khiển dây chuyền công nghệ ổn định thông số Các thông số hệ thống nh điện áp, dòng điện, nhiệt độ, công suất bị thay đổi trình điều khiển Khi thông số thay đổi ảnh hởng đến công nghệ, cần thiết kế hệ điều khiển để ổn định chúng GV: Nguyễn Vũ Thanh Tự động hoá thiết bị in Yêu cầu mạch tự động Yêu cầu kĩ thuật Đáp ứng chế độ làm việc thiết bị điện Đảm bảo sai số tĩnh động hệ điều khiển Đảm bảo độ tác động nhanh xác Có tiêu lợng cao (hiệu suất, cos) Phù hợp với điều kiện môi trờng Điều khiển đơn giản, hoạt động tin cËy – – – – Tèi thiĨu ho¸ sè lợng thiết bị điều khiển Các thiết bị động lực phải có tính lắp lẫn Các thiết bị điều khiển có đồng hoá Tối thiểu thao tác điều khiển ngời vận hành Linh hoạt v thuận tiện điều khiển Linh hoạt chuyển đổi chế độ làm việc Bố trí hợp lí thiết bị điều khiển GV: Nguyn V Thanh Tự động hố thiết bị điện DƠ dμng phát v kiểm tra cố Đây yêu cầu cần thiết hệ thống ®iỊu khiĨn – Trong mét hƯ thèng ®iỊu khiĨn phøc tạp, thờng chia thành nhiều nhóm chức năng, nhóm chức đợc thiết kế tín hiệu giám sát báo cố (báo lỗi) Linh hoạt v thuận tiện điều khiển Linh hoạt chuyển đổi chế độ làm việc Bố trí hợp lí thiết bị điều khiển Tác động xác điều kiện bình thờng v cố Cần đảm bảo tốt vận hành bình thờng hệ điều khiển Cần có mạch bảo vệ hệ thống xảy cố, tránh đổ vỡ toàn hệ thống Cần khắc phục mạch giả vận hành xảy cố Thuận tiện cho lắp đặt, sửa chữa, vận hnh Đối với hệ thống điều khiển phức tạp, cần chia nhỏ thành môdule Các môdule phải đợc kết nối với dễ dàng Các môdule cần có kí hiệu đầu dây, cầu đấu, giắc cắm đặc biệt Khi thiết kế hệ thống cần tính đến khả mở rộng, không gian thiết kế lắp đặt phải thuận lợi GV: Nguyn V Thanh Tự động hố thiết bị điện – C¸c thiÕt bị điều khiển môdule điều khiển cần có tính lắp lẫn, dễ dàng tháo rời trờng hợp cần bảo dỡng trung tâm sửa chữa Kích thớc, giá thnh phải hợp lí Kích thớc thiết kế cần phù hợp với không gian lắp đặt Giảm thiểu chi tiết phận không cần thiết Tận dụng thiết bị, chi tiết phù hợp với yêu cầu điều khiển để giảm giá thành nhng đáp ứng đợc tiêu chất lợng An ton thiÕt kÕ vμ vËn hμnh – YÕu tè an toàn đợc đề cập đến trình thiết kế hệ thống Luôn có thiết bị phòng chống cháy nổ cho thiết bị động lực, van bán dẫn công suất Các thiết bị điều khiển cần có mạch chống nhiễu vô tuyến, nhiễu điện từ môi trờng công nghiệp Các quy phạm an toàn sử dụng khai thác thiết bị điện, thiết bị điều khiển cần đợc xét tới thiết kế lắp đặt hệ thống GV: Nguyn V Thanh Tự động hố thiết bị điện mơc tiªu mạch tự động Giảm giá thnh sản phẩm Nâng cao chất lợng sản phẩm Tăng suất, đổi sản phẩm Tác động lên nhiều khâu dây chuyền sản xuất Tác động lên nhiều phơng án sản xuất Nâng cao khả phát triển sản xuất Cấu trúc hệ tự động hoá GV: Nguyn V Thanh Lệnh PHần tđ Máy sản xuất Cảm biến Ôtômát lập trình Thiết bị điện Cơ cấu điều khiển Thông tin vo PHần ĐK Động cơ, thiết bị biến đổi Cấu tróc tỉng qu¸t: Tự động hố thiết bị điện kí hiệu điện Cơ cấu điều khiển Khí cụ đóng cắt Máy điện chiều Liên hệ khí Máy điện xoay chiều Âm Khí cụ đơn cực Cuộn hút Cầu chì Máy biến áp thể sơ đồ nguyên lí Thể nét vẽ đậm (động lực) nhạt (điều khiển) Kí hiệu vẽ Bố trí linh kiện, thiết bị vẽ Đánh số đầu d©y GV: Nguyễn Vũ Thanh Tự động hố thiết bị điện ThĨ hiƯn b»ng nÐt vÏ Rd Rd D K M Rd Rd K K b) M3 a) Thể sơ đồ mạch điện nét vẽ a) sơ đồ động lực, b) sơ đồ mạch điều khiển ThĨ hiƯn b»ng kÝ hiƯu – VÝ dơ: R¬le: R1, Cầu dao: CD1 áptômát: AT1, Cầu chì: CC1 Côngtắctơ thuận: T Côngtắctơ ngợc: N Số thứ tự mối nối hc nót: 1, 2, 3, Bè trÝ linh kiện thiết bị vẽ Phân cột vẽ, thiết bị thờng đợc bố trí theo cột Các thiết bị thờng đợc vẽ theo nhóm chức năng, ví dụ nhóm rơle, nhóm côngtắctơ, nhóm áptômát Đối với tập vẽ, thờng đợc đánh số trang, mối liên hệ điện trang phải đợc kí hiệu rõ ràng, ví dô: 12/6 trang 12, cét GV: Nguyễn Vũ Thanh Tự động hoá thiết bị điện 12/6 K 7 K 11/5 10/6 K 7/4 Đánh số đầu dây Tạo thuận lợi đọc vẽ, tạo vẽ lắp ráp Ví dụ: A1, B2, C3 405, 354 Các số giống nhau, phải điểm đẳng thể sơ đồ lắp ráp Phân chia khu vực lắp ráp, nhãm c¸c thiÕt cïng mét khu vùc (cïng mét tđ điện) Lập bảng nối dây khu vực (nhóm thiết bị) Tạo lập sơ đồ nối dây khu vực Nối dây khu vực (nhóm thiết bị) GV: Nguyễn Vũ Thanh Tự động hoá thiết bị điện VÝ dơ: § Ap X1 X2 X3 D CC1 M K X4 Rn K Rn1 Rt1 Rt1 K1 K Rt2 Rn Rt2 K2 Rt2 M3 Rn1 K2 r2 K1 r1 Sơ đồ lắp ráp khu vực động lực X1 L3 Ap L2 X2 X1 X2 r1 L1 X3 K X3 K r2 X4 K1 K1 4 K2 K2 Rn 5 A B C §Õn stato §C GV: Nguyễn Vũ Thanh X4 a b c Đến rôto ĐC 10 T ng hoỏ thit b điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 49 Tự động hoá thiết b in Hệ số khuyếch đại KI = 0.5s-1 GV: Nguyễn Vũ Thanh 50 Tự động hoá thiết bị điện §iỊu chØnh b§K vμ thiÕt kÕ hƯ thèng §iỊu chØnh điều khiển l thay đổi thông số điều khiển (tỉ lệ, tích phân, vi phân) cho đạt đợc tiêu điều khiển mong muốn Các tiêu điều khiển thờng gặp Trong miền thời gian: Sai lệch tĩnh, thời gian tăng trởng, tốc độ đáp ứng, tỉ số suy giảm, độ điều chỉnh Trong miền tần số: Giới hạn biên độ, giới hạn góc pha, điểm tần số gẫy Điều khiển máy phát điện Nguyên lí lm việc E = 4,44 fWk dqdm f = p.n 60 ổn định tần số ổn định điện áp phát E0 Đặc tính lm việc: Đặc tính không tải: Ikt GV: Nguyễn Vũ Thanh Tự động hoá thiết bị điện Ikt E điện dung Uđm điện cảm điện trở điện cảm điện trở Ikt điện dung It Iđm Đặc tính (đặc tính tải) It Iđm Đặc tính điều chỉnh Các hệ thống kích từ Hệ thống kích từ dùng máy điện chiều Hệ thống kích từ dùng máy điện xoay chiều có chổi than Hệ thống kích từ dùng máy điện xoay chiỊu kh«ng chỉi than – HƯ thèng kÝch tõ trùc tiÕp GV: Nguyễn Vũ Thanh Tự động hoá thit b in Phụ tải pha Biến áp nguồn Biến áp phản hồi G 3~ kt _ PV SP e Bộ điều khiển CV Sơ đồ điều khiển kích từ trực tiếp máy phát điện SP e BĐK CV ĐT PV -PV1 PH Sơ đồ khối điều khiển máy phát điện GV: Nguyn V Thanh BĐK: Bộ điều khiển ĐT: Đối tợng (Máy phát điện biến đổi) PH: Phản hồi (Biến áp phản hồi chỉnh lu) SP: Điểm đặt (điện áp đặt (mong muốn)) PV: Biến trình (điện áp thực đầu máy phát) PV1: Tín hiệu phản hồi CV: Biến điều khiển (Điện áp điều khiĨn cđa bé biÕn ®ỉi) Tự động hố thiết bị điện CV (U®k) CV (U®k) 100% 100% CVmíi 50% 50% PV (Uph) 220V 380V (U®) 0% 0V U1 0% 0V PV (Ur) 220V 380V (U®) Quan hƯ biÕn CV (U®k) vμ PV (Ur) cđa bé biÕn ®ỉi ®−a vμo ®iỊu chØnh m¸y ph¸t ®iƯn Quan hƯ biÕn CV (U®k) v PV1 (Uph) điều khiển Yêu cầu: Thiết kế nguyên lí mạch điều khiển cho ổn định điện áp máy phát điện có phản hồi điện áp (Có thể thiết kế theo băm áp chiều chỉnh lu có điều khiển) Tự kích máy phát điện E Exl E3 Các phơng pháp mồi kích từ E2 */ Dùng đờng cong tự kích */ Dùng ắcqui máy phát điện E1 E0 Ikt I0 I1 GV: Nguyn Vũ Thanh I2 I3 Tự động hoá thiết bị in đối tợng xác định đợc hm truyền Thiết kế xây dựng mạch ổn định tốc độ động điện DC Có thông số sau: Uđm = 220 V η®m = 0.85 n®m = 970 v/ph jDC = 1.6 kgm2 I®m = 50 A p=2 U®k = 10 V Udo = 240 V M¸y ph¸t tèc TM-100-2000 cã sè liệu: Uđm = 100V nđm = 2000 v/ph Sơ đồ khối điều khiển tự động ổn định tốc độ cha xét việc hạn chế dòng khởi động SP e BĐK Udk Ud CL ĐC -PV1 FT Xác định hm truyền khâu hệ U thèng = τ −τp K cl = U dk max TFcl = K cl e m f – Bé chØnh l−u: m: sè pha chØnh l−u (cÇu m = 2.sè pha) f: tÇn sè l−íi TF cl GV: Nguyễn Vũ Thanh = 24e −0.0033s Tự động hoá thiết bị in Động cơ: Xác định số thời gian c¬ häc TC = J β = J (Ru + RBA ) J = (1.1 ÷ 1.2) J DC (kφ )2 Trong ®ã: J = 1.92 kg.m2 Ru = 0.413 TC = 0.59(s ) k = 1.969 Xác định sè thêi gian ®iƯn tõ Tu = RBA = 0.2 Lu + LCL = 0.03(s ) Ru + RCL Do Tc > 4Tu, nên cấu trúc hàm truyền động nh− sau: TF (DC ) = K DC (T1s + 1)(T2 s + 1) Trong ®ã: K DC = kφdm = U dm − Ru I dm = 0,507 T1 = 4T TC ⎛ ⎜1 + − u ⎜⎝ TC ⎞ ⎟ = 0,55 ⎟ ⎠ T1 = 4T TC ⎛ ⎜1 − − u ⎜ ⎝ TC ⎞ ⎟ = 0,031 ⎟ ⎠ TF (DC ) = GV: Nguyễn Vũ Thanh ωdm 0,507 (0,55s + 1)(0,031s + 1) Tự động hoá thiết bị điện – M¸y ph¸t tèc: TF (FT ) = U FT ω FT = U FT 9.55 = 0,477 = GFT nFT Yêu cầu thiết kế: Trong miền thời gian: P.O nhá nhÊt Ts nhá nhÊt SP Σ e B§K Udk §T Δω = ω -PV1 FT Trong đối tợng ĐT có hm truyền: TF (DT ) = 24 0.507 =G (0.0033s + 1) (0.55s + 1)(0.031s + 1) DT Sư dơng bé ®iỊu khiĨn PID víi cÊu tróc hμm trun tỉng qu¸t nh− sau: KDs2 + KPs + KI TF ( PID ) = = GPID s Hμm trun cđa hƯ thèng kÝn nh− sau: CLTF = GV: Nguyễn Vũ Thanh GPID GDT num = + GPIDGDT GFT den Tự động hoá thiết bị điện Trong ®ã: num = den = 12,168K D s + 12,168 K p s + 12,168 K I 5,58.10 − s + 0,036 s + 0,614 s + s 5,58.10 − s + 0,036 s + (0,614 + K D )s + (1 + K P )s + K I 5,58.10 − s + 0,036 s + 0,614 s + s Ta đợc hμm trun vßng kÝn nh− sau: 12,168 K D s + 12,168 K P s + 12,168 K I CLTF = 5,58.10 − s + 0,036 s + (0,614 + K D )s + (1 + K P )s + K I BiÕn ®ỉi hƯ sè Kp cho KD = Ki = 0: GV: Nguyễn Vũ Thanh Tự động hoá thiết bị điện BiÕn ®ỉi hƯ sè Ki cho KP = 0.9; KD = 0: GV: Nguyễn Vũ Thanh Tự động hố thiết bị điện BiÕn ®ỉi hƯ sè KD cho KP = 0.9; Ki = 1.6: GV: Nguyễn Vũ Thanh 10 Tự động hố thiết bị điện Tõ c¸c liệu tìm đợc hệ số KP, Ki, KD xác định đồ thị Bode hm truyền hệ kín Giới hạn biên độ: GM = 0dB - (-65,1dB) = 65,1 dB Giíi h¹n gãc pha: PM = 1800 + (-107) = 630 Hệ thống có độ dự trữ biên độ v góc pha lớn Hệ thống có độ ổn định cao Từ liệu tìm đợc hƯ sè KP, Ki, KD tiÕn hμnh x©y dùng vμ thiÕt kÕ bé ®iỊu khiĨn PID cÊu tróc song song Víi Kp = 0.9; Ki = 1.6; KD = 0.024 GV: Nguyễn Vũ Thanh 11 Tự động hoá thiết bị điện – TÇn sè gÉy ë khu vùc tÇn sè thÊp ωCL = = τ2 K I 1.6 = = 1.77(rad / s ) K P 0.9 – TÇn sè gÉy ë khu vùc tÇn sè cao ωCH = τ1 = KI 1.6 = = 66,66(rad / s ) K D 0.024 Phản hồi âm tốc độ v phản hồi dơng dòng có ngắt I Ing GV: Nguyễn Vũ Thanh Ik® 12 Tự động hoỏ thit b in đối tợng cha xác định đợc hμm truyÒn GV: Nguyễn Vũ Thanh 13 ... hệ điện Điều khiển tốc độ động Điều khiển thông số theo yêu cầu công nghệ Tự động khởi động, hÃm, đảo chiều Tự động đặt gia tốc cho động Kiểm soát tín hiệu đa vào hệ thống (hệ tuỳ động) Tự. .. khiển tự động truyền động điện thờng xảy trình khởi động, hÃm đảo chiều quay Để làm đợc điều này, dựa vào bốn nguyên tắc sau: n Nguyên tắc thời gian Nguyên tắc tốc độ Nguyên tắc dòng điện Nguyên tắc. .. điện trở Nguyên tắc dòng điện Khi khởi động đóng toàn điện trở mở máy, dựa vào việc giảm dòng điện khởi động đến I2 để cắt cấp điện trở Nguyên tắc hnh trình Là nguyên tắc điều khiển tự động dựa