Giáo trình điều khiển khởi động mềm

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI ****************** GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG MỀM ( Lưu hành nội ) Tác Giả : Th.S Vũ Thanh Tuyến (chủ biên) Th.S Nguyễn Hướng Dương KHỞI ĐỘNG MỀM Giới thiệu chung Động không đồng pha dùng rộng rãi cơng nghiệp, chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, có nhược điểm dịng điện khởi động lớn, gây sụt áp lưới điện Phương pháp tối ưu dùng điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy cách hợp lý, chi tiết động chịu độ dồn nén khí hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động Ngoài việc tránh dòng đỉnh khởi động động cơ, cịn làm cho điện áp nguồn ổn định khơng gây ảnh hưởng xấu đến thiết bị khác lưới Phương pháp khởi động áp dụng cần hạn chế điện áp đầu cực động cơ, tăng dần điện áp theo chương trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ giá trị xác định đến điện áp định mức Đó q trình khởi động mềm (ramp) tồn q trình khởi động điều khiển đóng mở thyristor vi sử lý 16 bit với cổng vào tương ứng, tần số giữ không đổi theo tần số điện áp lưới Ngồi cịn cung cấp cho giải pháp tối ưu nhờ nhiều chức khởi động mềm dừng mêm, dừng đột ngột, phanh dòng trực tiếp, tiết kiệm lượng non tải Có chức bảo vệ động bảo vệ tải, pha * Những ứng dụng điển hình khởi động mềm - Động điện cho chuyên chở vật liệu -Động bơm - Động vân hành non tải lâu dài - Động có chuyển đổi (ví dụ hộp số, băng tải ) - Động có qn tính lớn (quạt, máy nén, bơm, băng truyền, thang máy, máy nghiền, máy ep, máy khuấy, máy dệt… * Những đặc điểm khác: - Bền vững tiết kiệm khơng gian lắp đặt - Có chức điều khiển bảo vệ - Khoảng điện áp sử dụng 200 – 500 V, tần số 45 – 65 Hz - Có phần mềm chuyên dụng kèm - Lắp đặt chức dễ dàng Kỹ thuật khởi động dừng a Những nét Mạch lực hệ thống khởi động mềm gồm cặp thyristor đấu song song ngược cho pha Vì mơ men động tỉ lệ với bình phương điện áp, dịng điện tỉ lệ với điện áp, mơ men gia tốc dòng điện khởi động hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng điện áp Quy luật điều chỉnh khởi động dừng nhờ điều khiển pha (kích, mở cặp thyristor song song ngược) mạch lực Như vậy, hoạt động khởi động mềm hoàn toàn dựa việc điều khiển điện áp khởi động dừng, tức trị số hiệu dụng điện áp thay đổi Nếu dừng động cơ, tín hiệu kích mở thyristor bị cắt dòng điện dừng điểm qua khơng điện áp nguồn Giải thích: IA – Dòng điện ban đầu khởi động trực tiếp IS – Dịng điện bắt đầu có ramp điện áp In – Dòng điện định mức động Us – Điện áp bắt đầu ramp Un – Điện áp định mức động tr - Thời gian ramp n - Tốc độ động Nếu phát động đạt tốc độ yêu cầu trước hết thời gian đặt khởi động mềm, điện áp vào tăng lên 100% điện áp lưới, chức phát tăng tốc b Dừng tự theo quán tính Nếu điện áp cấp bị cắt trực tiếp, động chạy theo quán tính dừng khoảng thời gian xác định Thời gian dừng với mơmen qn tính nhỏ ngắn, cần tránh trường hợp đề phòng phá huỷ dừng tải đột ngột không mong muốn c Dừng mềm Không nên cắt trực tiếp động có mơmen qn tính nhỏ băng truyền, thang máy, máy nâng để đảm bảo không nguy hiểm cho người, thiết bị sản phẩm Nhờ chức dừng mềm mà điện áp động giảm từ từ khoảng từ đến 20 giây tuỳ thuộc vào yêu cầu Điện áp ban đầu cho dừng mềm Ustop = 0,9Un điện áp cuối trình vào khoảng 0,85 điện áp ban đầu Thời gian ramp điện áp tới 1000 giây điện áp đầu cuối trình dừng mềm đặt theo chương trình Như vậy, thực chất dừng mềm cố ý kéo dài trình dừng cách giảm từ từ điện áp nguồn cung cấp vào động Nếu trình dừng mà có lệnh khởi động, q trình dừng bị huỷ bỏ động khởi động trở lại d Tiết kiệm lượng non tải Nếu động điện vận hành không tải hay non tải, trường hợp khởi động mềm giúp tiết kiệm điện nhờ giảm điện áp động tới gia trị U0, việc giảm điện áp làm giảm dịng điện, dẫn đến giảm bớt tổn hao đồng tổn hao sắt % 3 BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM SIKOSTART: SIKOSTART 3RW2221-1AB15 lµ bé khëi động mềm, cho phép điều khiển động AC không ®ång bé ba pha B»ng c¸ch ®iỊu khiĨn ®é lín điện áp cung cấp cho động giám sát dòng điện làm việc SIKOSTART khống chế dòng điện làm việc động giới hạn thời gian cho phép hay bảo vệ cho động xảy cố tải Thông qua việc cài đặt thời gian, SIKOSTART điều khiển động khởi động mềm (dòng khởi động giới hạn) hay dừng mềm mà không làm mômen động thay đổi nhanh) Sơ đồ mô tả SIKOSTART điều khiển động trình khởi động mềm dừng mềm Dạng điện áp (độ lớn) thay đổi theo chế độ cài đặt cho SIKOSTART dòng điện động Để vận hành SIKOSTART, cần phải tìm hiểu hai phần chính: + Cài đặt chế độ (khởi động dừng) + Mắc mạch điều khiển mạch động lực cho SIKOSTART động 1.1 Cài đặt chế độ khởi động chế độ dừng cho SIKOSTART thông qua nút điều chỉnh công tắc DIL: * Cài đặt chế độ khởi động cho SIKOSTART : Đặt chế độ khởi động công tắc DIL3 DIL5, gồm chế độ: Công tắc DIL DIL3 Hàm dốc điện áp DIL5 Giới hạn dòng Hàm dốc điện áp với xung ban đầu Hàm dốc điện áp với xung bàn đầu giới hạn dòng Khởi động nhanh Chế độ khởi động Hàm dốc điện áp + Đặt thời gian lên điện áp t R b»ng nót ®iỊu chØnh RAMP TIME (tR=0.3 - 180 sec) + Đặt điện áp (xung) ban đầu U ànf(UL) nót ®iỊu chØnh START VOLTAGE (UAnf (UL) =20%-100% UN) + Đặt dòng giới hạn IB nút điều chỉnh CURRENT LIMIT (víi SIKOSTART, dßng Ic=5.5.a, IB=0.5 - IC) + Nếu tB lớn 20 sec SIKOSTART báo tải (overload) Thời gian xung tt=(50ms*tR) ti nhỏ sec * Cài đặt chế độ dừng cho SIKOSTART gômg chế độ: + Đặt chế độ dừng công tắc DIL DIL Công tắc DIL DIL Chế độ dừng DIL2 Tắt kiĨu b¬m H·m mét chiỊu Dõng mỊm Dõng nhanh + Đặt thời gian xuống điện áp t Aus nút điều chỉnh STOP TIME (tắt kiểu bơm tAus = -90s) (Dừng mềm: t Aus = 190s) + Đặt điện áp tắt UAB nút điều chỉnh START VOLTAGE (UAB=85% điện áp khởi động) + Khi nối contactor by pass, SIKOSTART vận hành chế động dừng nhanh Chi tiết chế động khởi động dõng cđa SIKOSTART xem phơ lơc 1.2 LED hiĨn thị: LED sáng READY START/STOPPING MOTOR RUNNING ENERGY SAVING DC Mô tả Sẵn sàng khởi động đàng khởi động/dừng động chạy định Tiết kiệm lợng HÃm chiỊu LED chíp t¾t SUPPLY FAUL THYRISTOR FAULT OVERLOAD GENERAL FAULT START BLOCKED Mô tả Lỗi cấp nguồn Hỏng Thyristor Quá tải Lỗi chung Động bị kẹt khởi động ổn 1.3 Mạch điều khiển mạch động lực nối SIKOSTART động * Mắc mạch điều khiển cho SIKOSTART: a) CÊp ngn ®iỊu khiĨn: Cã thĨ cÊp ngn cho mạch điều khiển SIKOSTART theo ba mức điện áp hình vẽ môt ví dụ cấp nguồn 220 V cho mạch điều: b) Ngõ vào điều khiển: 1) Điều khiển nút nhấn: (Nếu hai đợc nhấn tín hiệu OFF đợc u tiên hơn) 2) Điều khiển công tắc: 3) Điều khiĨn SIKOSTART gièng nh mét CONTACTOR: 4) 5) ChÕ ®é tự động Mạch động lực mạch điều khiển đợc cấp nguồn đồng thời Chú ý: Trong hai cách điều khiĨ 3) vµ 4) SIKOSTART chØ cã thĨ vËn hµnh chế độ dừng nhanh (Costing down) vận hành chế độ dừng mềm, tắt kiểu bơm hay hàm chiều 6) Xác đinh lỗi (FAUL): Khi bị lỗi SIKOSTART báo lỗi đèn Sau khắc phục lỗi xong để SIKOSTART hoạt động cần phải Reset FAULT c) Ngõ relay: - Mạch động lực nối SIKOSTART điều khiển động EMERGENCY START: Khởi ®éng mÒm Voltage rampe with current limiting Voltage rampe with start impulse Pump - stopping Soft - stopping II Đặt vấn để: Sinh viên thực thành phần thực tập sau: 1) sử dụng SIKOSTART vận hành động chế độ khởi động/dừng mềm: Dùng SIKOSTART vận hành động chế độ: * Khởi động mềm: - Khởi động nhanh (Emergency start) - Hàm dốc điện áp (voltage ramp) - Hàm dốc điện áp với giới hạn dòng (voltage ramp with current impulse) - Hàm dốc điện áp với xung ban đầu (voltage ramp with start impulse) - Hàm dốc điện áp với xung ban đầu giới hạn dòng (voltage ramp with start impulse and current limiting) * Dõng mÒm: - Dõng nhanh (costing down) - Tắt kiểu bơm (pump - stopping) - Dừng mỊm (soft - stopping) CÊp ngn ®iỊu khiĨn 220V, ®iỊu khiĨn b»ng nót nhÊn, kh«ng sư dơng ngâ relay Sư dơng contactor 220V- tiÕp ®iĨm ®Ĩ nèi SIKOSTART với động pha 2) Sử dụng SIKOSTART khởi động mềm động Bypass: Dùng SIKOSTART khởi động mềm động bypass: Khởi động mềm động theo chế độ hàm dốc điện áp với giới hạn dòng (voltage ramp with current limitting) Khi động đà chạy ổn định, dùng contactor bypass nối trực tiếp động với nguồn (sau cắt SIKOSTART khỏi mạch động lực - mở contactor nối SIKOSTART với ®éng c¬) CÊp ngn ®iỊu khiĨn 220V, ®iỊu khiĨn b»ng nót nhÊn, sư dơng ngâ relay ®Ĩ ®ãng contactor bypass Sư dơng contactor 220V - tiÕp ®iĨm để làm contactor bypass nối với động pha 3) Sử dụng PLC S7-200 SIKOSTART khởi động mềm cho hai động cơ: Dùng PLC S7-200 SIKOSTART khởi động mềm cho động cơ: Lập trình PLC khởi động mềm cho hai động cơ, theo chế độ hàm dốc điện áp với giới hạn dòng (Voltage ramp with current limiting) Khi có yêu cầu khởi động động nào, ngời điểu cấp tín hiệu (nút bấm) yêu cầu cho PLC PLC đóng contactor nối động với SIKOSTART cấp tín hiệu điều khiển SIKOSTART giống nh contactor Khi động chạy ổn ®Þnh, ngâ relay sÏ ®a tÝn hiƯu cho PLC mở contactor bypass Có thể đọc tín hiệu báo lỗi từ SIKOSTART thông qua ngõ relay báo lỗi PLC có tín hiệu vào 24V; trờng hợp này, ngõ relay PLC điều khiển khởi động SIKOSTART contactor tín hiệu điện áp 220V Ngõ relay cđa SIKOSTART cÊp tÝn hiƯu 24 V cho PLC M¹ch ®éng lùc sư dơng contactor 220V - tiÕp ®iĨm ®Ĩ lµm contactor bypass vµ nèi SIKOSTART víi ®éng c¬ pha 4) Híng dÉn: a) Sư dơng SIKOSTART vận hành động chế độ khởi động mềm dừng mềm: - Đặt chế độ khởi động mềm công tác DIL3 DIL5 - Đặt thời gian lên điện áp tR : RAMP TIME (tR=0.3 - 180 sec) - Đặt điện áp (xung) ban đầu UAnf(UL): START VOLTAGE (UAnf(UL)= 20% - 100& UN) - Đặt dòng giới hạn IB nút điều chỉnh CURRENT LIMIT (IC=5.5.A, IB=0.5 6IC; bµi thùc tËp nµy chän I B=0.5 IC) - Đặt chế độ dừng công tắc DIL1 DIL2 - Đặt thời gian xuống điện áp t Aus: STOP TIME (tAus=5 90 sec) Đặt điện áp UAB: START VOLTAGE (UAB=85% điện áp không động) Nếu tB lớn 20 sec SIKOSTART báo tải, over load Thời gian xung t1=50ms * tR t1 sec TR đợc tính từ lúc kết thơc t1 b) Sư dơng SIKOSTART khëi ®éng mỊm ®éng bypass: - Sử dụng lại mạch điều khiển mạch động lực phần Trong phần mạch động lực mắc thêm contactor bypass nối nguồn với động Trong phần mạch điều khiển mắc thêm mạch điều khiển cho contactor bypass - Khi động đà chạy ổn định, tiếp điểm (NO) chân chân SIKOSTART đóng lại, contactor bypass đợc đóng dòng điện vào động theo đờng contactor bypass Lúc cắt SIKOSTART khỏi mạch ®éng lùc - më contactor nèi SIKOSTART víi ®éng c¬ (có thể thông qua tiếp điểm trung gian NC Contactor bypass) - Dừng động cách mở contactor bypass - dừng SIKOSTART Trong trờng hợp SIKOSTART cã thĨ dõng nhanh (costing down) c) Sư dơng PLC S7-200 SIKOSTART khởi động mềm cho hai động - Các chế độ hoạt động SIKOSTART nh phần Nhng tín hiệu tác động lên SIKOSTART tín hiệu SIKOSTART tác động lên động phải qua trung gian PLC - Để điều khiển động chạy, cần nhấn nút START ứng với động PLC Quá trình kết nối SIKOSTART với động - khởi động - bypass - cắt SIKOSTART khởi động - dừng SIKOSTART hoàn toàn tự động PLC điều khiển Contactor bypass đợc điều khiển trực tiếp từ PLC, nên SIKOSTART dừng không ảnh hởng đến động Khoảng cách thao tác cần khoảng thời gian đủ cho contactor đáp ứng - Nhấn nút yêu cầu khởi động động tác dụng động dừng chua đủ 10 sec hay động chạy, hay dang khởi động động khác - Trong trờng hợp này, ngõ relay PLC điều khiển khởi động SIKOSTART (giống nh Contactor) contactor tín hiệu điện áp 220V - Ngõ relay SIKOSTART cấp tín hiệu 24V PLC để báo động đà chạy ổn định Yêu cầu chuẩn bị trớc thực tập: (Mỗi sinh viên phải nộp chuẩn bị trớc vào thực tập) - Tự tìm hiểu khởi động mềm SIKOSTART - Tự tìm hiểu cấu PLC S7-200 CPU 226 Siemens; Ngôn ngữ phần mềm lập trình Step Microwin 32 (Các lệnh cần dùng) - Đối với phần phần 2: Vẽ mạch điều khiển mạch động lực cho SIKOSTART điều khiển động Thiết lập thông số điều khiển chế độ cho SIKOSTART Mô tả trình tự khởi động động cơ, bypass (phần 2) dừng động - Đối với phần 3: Xác định số tín hiệu vào cần liên kết với PLC Vẽ mạch điều khiển kết nối PLC với SIKOSTART contactor với mạch động lực để điều khiển khởi động hai động Thiết lập thông số điều khiển cho SIKOSTART Mô tả chế độ khởi động động cơ, nối bypass chế độ dừng động Viết chơng trình LADDER cho PLC thực chức điều khiển Nội dung thực tập: Trên sở tự chuẩn bị, nhóm tự kiểm tra lại, thống tiến hành thực tập giám sát dới giám sát cđa c¸n bé híng d·n thùc tËp thêi gian quy định: - Đối với phần phần 2: Nối mạch điều khiển mạch động lực cho SIKOSTART điều khiển động Cài đặt thông số điều khiển chế độ cho SIKOSTART Xin phép giải thích cho hỡng dẫn trớc vận hành Đóng nguồn va tiến hành dừng động dới giám sát cán hớng dẫn Ghi lại hiệu ứng nh thông số dể báo cáo - Đối với phần 3: Dựa chuẩn bị ®· thèng nhÊt, lËp tr×nh LADDER cho PLC ®Ĩ ®iỊu khiển khởi động hai động thông qua SIKOSTART contactor Nạp chơng trình điều khiển vào PLC; kiểm tra hoạt động chơng trình cách mô trạng thái qua nút nhấn bóng đèn Nếu hoạt động theo yêu cầu, báo cáo với cán hớng dẫn Nối mạch điều khiển kết nối PLC với SIKOSTART contactor, với mạch ®éng lùc ®Ĩ ®iỊu khiĨn khëi ®éng hai ®éng c¬ Cài đặt thông số điều khiển cho SIKOSTART Xin phép giải thích cho cán hớng dẫn trớc vận hành Đóng nguồn tiến hành khởi động dừng động dới giám sát cán bé híng dÉn  ... bypass nối với động pha 3) Sử dụng PLC S7-200 SIKOSTART khởi động mềm cho hai động cơ: Dùng PLC S7-200 SIKOSTART khởi động mềm cho động cơ: Lập trình PLC khởi động mềm cho hai động cơ, theo chế... áp Quy luật điều chỉnh khởi động dừng nhờ điều khiển pha (kích, mở cặp thyristor song song ngược) mạch lực Như vậy, hoạt động khởi động mềm hoàn toàn dựa việc điều khiển điện áp khởi động dừng,... (khởi động dừng) + Mắc mạch điều khiển mạch động lực cho SIKOSTART động 1.1 Cài đặt chế độ khởi động chế độ dừng cho SIKOSTART thông qua nút điều chỉnh công tắc DIL: * Cài đặt chế độ khởi động