Thiết kế mô hình điều khiển – ổn định tốc độ động cơ sử dụng thuật toán PID trong PLC mitsubishi q

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 6 LỜI CẢM ƠN 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ. 1 I. Đặt vấn đề: 1 II. Cấu trúc của hệ điều khiển 1 III. Vai trò và tầm quan trọng của thuật toán PID 2 IV. Chức năng và khả năng ứng dụng: 2 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀORA, XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ TẢ HỆ THỐNG. 3 I.Phân tích chọn biến vàora. 3 1.1.Mô tả công nghệ 3 Từ yêu cầu công nghệ hệ thống, ta xác định hệ thống gồm các biến sau: 3 1.2 Biến vào 3 1.3 Biến ra 3 II.Xây dựng bài toán điều khiển và mô tả cho hệ thống 4 2.1 Xây dựng bài toán điều khiển 4 2.1.1. Cấu trúc điều khiển PID 4 2.1.2 Khâu tỉ lệ ( P) 5 2.1.3 Khâu tích phân (Ti) 5 2.1.4 Khâu vi phân (Td) 7 2.2 Đặc tính thuật toán PID 7 2.3 Ứng dụng thuật toán điều khiển PID 8 2.4. Các phương pháp mô tả hệ thống. 8 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 11 I. Lựa chọn động cơ truyền động: 11 1. Động cơ điện xoay chiều: 11 2. Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ: 12 3. Động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha có hộp giảm tốc S8I25GT: 14 4. Biến tần: 14 II. Bộ điều khiển logic khả trình PLC: 21 1. Khái niệm: 21 2. Cấu trúc của PLC: 21 3. Nguyên lý hoạt động: 22 4. Tổng quan PLC Mitsubishi Qseries: 23 5. Base ( Đơn vị cơ sở ): 24 6. Modul nguồn: 26 7. Module CPU Q00U: 26 8. Các loại Module mở rộng: 30 8.1. Giới thiệu chung về Module analog Output Q62DA: 30 8.2 Module ngõ vào QX40: 33 8.3. Module ngõ ra QY41P: 34 9. Encoder: 36 10. Module counter QD62: 41 11. Các thiết bị phụ trợ 42 IV. Thiết kế sơ đồ nguyên lý 45 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 48 4.1. Tổng quan về phần mềm GX Work 2 48 4.1.1. Giao diện màn phần mềm 48 4.1.2. Tạo dự án mới 48 4.2. Chương trình điều khiển và phương pháp xác định hệ số ( Kp, Ti, Td) 51 4.2.1. Phương pháp xác định hệ số ( Kp, Ti, Td) 51 4.3. Chương trình điều khiển 51 PHẦN V : MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 55 I.Hệ thống thực nghiệm 55 II.Điều khiển động cơ và giám sát qua HMI 55 III.Kết quả thực nghiệm 58   DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 : Cấu trúc điều khiển hệ thống ổn định nhiệt độ 1 Hình 2.1 : Mô tả hệ thống 3 Hình 2.2: cấu trúc điều khiển thuật toán PID 4 Hình 2.3: Đặc tính của thuật toán PID 7 Hình 2.4: Cấu trúc điều khiển 8 Hình 2.5: Lưu đồ thuật toán 10 Hình 3.1: động cơ không đồng bộ 11 Hình 3.2: Động cơ đồng bộ 12 Hình 3.3: Động cơ pha có hộp giảm tốc S8I25GT 14 Hình 3.4 Cấu trúc biến tần 17 Hình 3.5: Biến tần mitshubishi FRE720 18 Hình 3.6: Sơ đồ nối dây biến tần mitshubishi FRE720 19 Hình 3.7: Cấu trúc bộ điều khiển khả trình 21 Hình 3.8: Cấu trúc bộ điều khiển khả trình 22 Hình 3.9: Cấu trúc của hệ PLCQ 24 Hình 3.10: Bộ đầu nối module 25 Hình 3.11: Bộ đầu nối module 25 Hình 3.12: Địa chỉ của các modul được quy ước theo hệ cơ số 16 25 Hình 3.13: Các loại modul nguồn 26 Hình 3.14: Module CPU Q00U 27 Hình 3.15 : Module analog Q62DA 31 Hình 3.16 Sơ đồ tên chân 32 Hình 3.17 Sơ đồ đấu nối 32 Hình 3.18: Module ngõ vào QX40 33 Hình 3.19: Thông số kỹ thuật 33 Hình 3.20: sơ đồ đấu nối 34 Hình 3.21: Module ngõ ra QY41P 34 3.22 Thông số kỹ thuật 35 Hình 3.23: Sơ đồ đấu nối modul QY41P 35 Hình 3.24 cấu tạo encoder 36 Hình 3.25 cấu tạo nguyên lý encoder 37 Hình 3.26: Encoder tuyệt đối 37 Hình 3.27: Encoder tương đối 38 Hình 3.28 : Cấu tạo của Encoder 39 Hình 3.29: Module counter QD62 41 Hình 3.30: Rơ le trung gian 24V 42 Hình 3.31: Aptomat 2 cực. 44 Hình 3.32: Thông số kích thước của nút ấn 45 Hình 3.33 : Nút ấn ON OFF 45 Hình 4.1 Giao diện phần mềm 48   LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại hiện nay cùng với sự công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nhiều ngành công nghiệp phục vụ quá trình công nghiệp phát triển của đất nước. Như khai thác khoáng sản vận chuyển nguyên vật liệu trong các bến cảng, trong các nhà máy. Băng tải dùng để vận chuyển các vật liệu rời nhờ những ưu điểm là có khả năng vận chuyển hàng hóa đi xa, làm việc êm năng suất cao và tiêu hao năng lượng thấp. Chính nhờ những ưu điểm đó mà băng tải được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khai thác hầm mỏ, bến cảng… Mặt khác yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Chính vì vậy công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC. Nhờ những đặc tính nổi trội mà PLC có thể được ứng dụng vào rất nhiều nghành cũng như các công đoạn sản xuất khác nhau. Một trong số đó là công đoạn phân loại sản phẩm – 1 công đoạn hoàn toàn có thể làm thủ công nhưng với sự trợ giúp của PLC thì năng suất cũng như hiệu quả được tăng lên gấp bội. Và cũng chính vì vậy mà chúng em quyết định thực hiện đề tài Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế Mô hình điều khiển – ổn định tốc độ động cơ sử dụng thuật toán PID trong PLC Mitsubishi Q. Thông qua đồ án này, chúng em có cơ hội tiếp cận và sử dụng các thiết bị điều khiển tự động trong công nghiệp như PLC, biến tần, màn hình HMI, cảm biến,… đồng thời em cũng có được những trải nghiệm thực tế vô cùng hữu ích trong quá trình làm đồ án. Nó giúp em củng cố vững chắc hơn nữa về những gì đã được học trong nhà trường và phát triển hơn các kỹ năng làm việc thực tế.

MỤC LỤC [1] DANH MỤC HÌNH ẢNH [2] LỜI NĨI ĐẦU Trong thời đại với công nghiệp hóa đại hóa đất nước nhiều ngành cơng nghiệp phục vụ q trình cơng nghiệp phát triển đất nước Như khai thác khoáng sản vận chuyển nguyên vật liệu bến cảng, nhà máy Băng tải dùng để vận chuyển vật liệu rời nhờ ưu điểm có khả vận chuyển hàng hóa xa, làm việc êm suất cao tiêu hao lượng thấp Chính nhờ ưu điểm mà băng tải ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khai thác hầm mỏ, bến cảng… Mặt khác yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) Chính cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Nhờ đặc tính trội mà PLC ứng dụng vào nhiều nghành cơng đoạn sản xuất khác Một số công đoạn phân loại sản phẩm – công đoạn hồn tồn làm thủ cơng với trợ giúp PLC suất hiệu tăng lên gấp bội Và mà chúng em định thực đề tài Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế Mơ hình điều khiển – ổn định tốc độ động sử dụng thuật tốn PID PLC Mitsubishi Q Thơng qua đồ án này, chúng em có hội tiếp cận sử dụng thiết bị điều khiển tự động cơng nghiệp PLC, biến tần, hình HMI, cảm biến,… đồng thời em có trải nghiệm thực tế vơ hữu ích q trình làm đồ án Nó giúp em củng cố vững học nhà trường phát triển kỹ làm việc thực tế [3] LỜI CẢM ƠN Qua năm học tập rèn luyện trường ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Được bảo giảng dạy nhiệt tình thầy cô nhà trường, đặc biệt thầy cô khoa Điện , chuyên ngành Tự Động Hóa truyền đạt cho em kiến thức lý thuyết thực hành suốt thời gian học trường Cùng với nỗ lực thân giúp đỡ thầy cơ, em hồn thành đồ án tốt nghiệp Từ kết mà em đạt được: Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô trường ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP nói chung thầy cô khoa Điện , môn Tự Động Hóa nói riêng tận tình hướng dẫn dạy dỗ trang bị kiến thức bỏ ích thời gian em học trường Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Th.S Nguyễn Vĩnh Thuỵ tận tình hướng dẫn bảo, định hướng nhiệt tình trình học tập tới bắt đầu đồ án hoàn thành đồ án Thái Nguyên, ngày tháng 01 năm 2021 Sinh viên thực [4] CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ I Đặt vấn đề: Trong ngành cơng nghiệp có nhiều hoạt động có liên quan đến tốc độ động điện Đơi lúc xem ổn định tốc độ động yếu tố sống cịn cơng nghiệp Đặc biệt chất lượng sản phẩm, ổn định hệ thống… Ví dụ: máy ép nhựa làm đế giầy, cán thép; hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu; máy ly tâm định hình đúc… Vì thế, việc điều khiển ổn định tốc độ động xem vấn đề cốt yếu hệ thống điều khiển công nghiệp Vấn đề đặt q trình sản xuất địi hỏi tính liên tục ổn định tốc độ động Ta kể đến số hệ thống sau : - Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ bơm quạt - Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở van - Giảm tiếng ồn công nghiệp - Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với luỹ thừa bậc ba tốc độ động - Giúp tiết kiệm điện tối đa II Cấu trúc hệ điều khiển Điều khiển tín hiệu PID q trình phức tạp Để điều khiển xác đối tượng: nhiệt độ, độ ẩm, chiều dài, mực nước, lưu lượng, áp suất, Cần phải thiết kế PID độc lập cho đối tượng Cấu trúc hệ PID bể chứa dung dịch vừa cần trộn dung dịch vừa điều khiển nhiệt độ 70ºC Hình 1.1 : Cấu trúc điều khiển hệ thống ổn định nhiệt độ Để điều khiển tự động với PID, cần có kết hợp thiết bị sau: • Van điều khiển lưu lượng [5] • Cảm biến nhiệt độ • Biến tần điều khiển PID cho động • Bộ điều khiển nhiệt độ PID cho van điều khiển Cảm biến nhiệt độ điều khiển tốc độ biến tần lưu lượng nước qua van điều khiển Nhằm đảm bảo mức độ trộn dung dịch nhệt độ bể Việc tăng hay giảm nhiệt độ phụ thuộc vào lưu lượng dung dịch qua van điều khiển Còn trộn dung dịch hay không lại phụ thuộc vào biến tần III Vai trị tầm quan trọng thuật tốn PID Hiện việc đảm bảo chất lượng cho sản phẩm vấn đề quan trọng doanh nghiệp Do yêu vầu đặt phải cho sản phẩm phải có chất lượng Vì việc hiệu chỉnh thơng số đầu vào đầu phải dễ thực thuận lợi cho người điều khiển Một điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) chế phản hồi vòng điều khiển (lý thuyết điều khiển tự động) tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp – điều khiển PID điều khiển sử dụng nhiều điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID tính tốn giá trị "sai số" hiệu số giá trị đo thông số biến đổi giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển thực giảm tối đa sai số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp khơng có kiến thức (mơ hình tốn học) hệ thống điều khiển điều khiển PID điều khiển tốt Tuy nhiên, để đạt kết tốt nhất, thơng số PID sử dụng tính tốn phải điều chỉnh theo tính chất hệ thống-trong kiểu điều khiển giống nhau, thông số phải phụ thuộc vào đặc thù hệ thống IV Chức khả ứng dụng: PID coi là điều khiển lý tưởng hệ thống điều khiển quy trình đại Nó sử dụng hầu hết ứng dụng điều khiển trình tự động công nghiệp Để điều chỉnh lưu lượng, nhiệt độ, áp suất, vv… • Giảm sai số xác lập đến mức tối thiểu • Hạn chế độ dao động • Giảm thời gian xác lập độ vọt lố [6] CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO/RA, XÂY DỰNG BÀI TỐN ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ TẢ HỆ THỐNG I.Phân tích chọn biến vào/ra 1.1.Mơ tả cơng nghệ Hệ thống gồm động xoay chiều KĐB pha roto lồng sóc truyền động cho băng tải Encoder qua khớp mềm để đưa tín hiệu phản hồi âm tốc độ đưa trung tâm xử lý PLC Sau PLC sử dụng thuật tốn PID so sánh lượng đặt với tín hiệu phẩn hồi thực đưa tín hiệu điều khiển đến biến tần biến tần điều khiển động Từ yêu cầu công nghệ hệ thống, ta xác định hệ thống gồm biến sau: 1.2 Biến vào - X000: nút ấn Start X000=1, nút start ấn X000=0, nút start chưa ấn - X001: nút ấn Stop X001=1, nút stop chưa ấn X001=0, nút ấn stop ấn 1.3 Biến - Y001: điều khiển đèn báo chạy Y001=0, đèn tắt Y001=1, đèn sáng - Y002: điều khiển đèn báo dừng Y002=0, đèn tắt Y002=1, đèn sáng [7] II.Xây dựng tốn điều khiển mơ tả cho hệ thống 2.1 Xây dựng toán điều khiển 2.1.1 Cấu trúc điều khiển PID PID điều khiển hồi tiếp vịng kín sử dụng nhiều cơng nghiệp Là kết hợp ba điều khiển : tỉ lệ, tích phân vi phân Có khả làm triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng, giảm vọt lố thông số điều khiển lựa chọn thích hợp Hình 2.2: cấu trúc điều khiển thuật tốn PID Trong : P (Proportional): phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu I (Integral): tích phân sai lệch theo thời gian lấy mẫu Điều khiển tích phân phương pháp điều chỉnh để tạo tín hiệu điều chỉnh cho độ sai lệch giảm Từ cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy khứ Khi thời gian nhỏ thể tác động điều chỉnh tích phân mạnh, tương ứng với độ lệch nhỏ D (Derivative): vi phân sai lệch Điều khiển vi phân tạo tín hiệu điều chỉnh cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào Thời gian lớn phạm vi điều chỉnh vi phân mạnh, tương ứng với điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào nhanh 2.1.2 Khâu tỉ lệ ( P) [8] Khâu tỉ lệ (đôi gọi độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số Đáp ứng tỉ lệ điều chỉnh cách nhân sai số với số Kp, gọi hệ số tỉ lệ Khâu tỉ lệ cho bởi: Hệ số khâu tỉ lệ lớn thay đổi lớn đầu mà sai số thay đổi nhỏ Nếu hệ số khâu tỉ lệ cao, hệ thống không ổn định Ngược lại, hệ số nhỏ đáp ứng đầu nhỏ sai số đầu vào lớn, làm cho điều khiển nhạy, đáp ứng chậm Nếu Hệ số khâu tỉ lệ thấp, tác động điều khiển bé đáp ứng với nhiễu hệ thống 2.1.3 Khâu tích phân (Ti) Phân phối khâu tích phân (đơi cịn gọi reset) tỉ lệ thuận với biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy sai số Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù hiệu chỉnh trước Tích lũy sai số sau nhân với độ lợi tích phân cộng với tín hiệu đầu điều khiển Biên độ phân phối khâu tích phân tất tác động điều chỉnh xác định độ lợi tích phân Thừa số tích phân cho bởi: [9] Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) tăng tốc chuyển động trình tới điểm đặt khử số dư sai số ổn định với tỉ lệ phụ thuộc vào điều khiển Tuy nhiên, khâu tích phân đáp ứng sai số tích lũy q khứ, khiến giá trị vọt lố qua giá trị đặt (ngang qua điểm đặt tạo độ lệch với hướng khác) Để tìm hiểu thêm đặc điểm việc điều chỉnh độ lợi tích phân độ ổn điều khiển 2.1.4 Khâu vi phân (Td) Tốc độ thay đổi sai số qua trình tính tốn cách xác định độ dốc sai số theo thời gian (tức đạo hàm bậc theo thời gian) nhân tốc độ với độ lợi tỉ lệ Biên độ phân phối khâu vi phân (đôi gọi tốc độ) tất hành vi điều khiển giới hạn độ lợi vi phân Thừa số vi phân cho bởi: Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi đầu điều khiển đặc tính ý để đạt tới điểm đặt điều khiển Từ đó, điều khiển vi phân sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố tạo thành phần tích phân tăng cường độ ổn định điều khiển hỗn hợp Tuy nhiên, phép vi phân tín hiệu khuếch đại nhiễu khâu nhạy nhiễu sai số, khiến q trình trở nên khơng ổn định nhiễu độ lợi vi phân đủ lớn Do xấp xỉ vi sai với băng thông giới hạn thường sử dụng Chẳng hạn mạch bù sớm pha 2.2 Đặc tính thuật tốn PID Hình 2.3: Đặc tính thuật tốn PID [10] • Bởi vậy, nguyên lý hoạt động Encoder bản, nhiều chủng loại Encoder khác đĩa quay có nhiều lỗ tín hiệu thu nhận khác g Ứng dụng Encoder: Bộ mã hóa Encoder trở thành nguồn quan trọng cho nhiều ứng dụng Dù liên quan đến tốc độ, hướng hay khoản cách, khả Encoder cho phép người sử dụng thông tin để kiểm sốt xác Ứng dụng biểu thị tốc độ: Khi máy bơm kết nối với biến tần để bơm chất lỏng vào bồn chứa Khi chất lỏng chảy vào bồn phải có tốc độ định Encoder kết nối với biến tần phản hồi tốc độ thực tế dòng chảy chất lỏng • Ứng dụng đo lường: Khi cần cắt cuộn nhơm dài hàng trăm, hàng nghìn mét thành có kích thước định thơng qua máy cắt Encoder lắp vào băng tải, đọc nguyên liệu qua Encoder tính độ dài nhơm từ cho vào đến vị trí cắt Có thể điều chỉnh dao cắt theo độ dài yêu cầu thông qua thơng số kích thước nhơm • Ứng dụng đếm số lượng: Việc lắp đặt mã hóa Encoder vào chương trình băng chuyền sản phẩm Nó giúp xác nhận chai sản phẩm vào trạm băng chuyền Nếu chai không khỏi trạm khoảng thời gian lập trình khơng giá trị mà Encoder đếm Cũng có nghĩa máy móc bị hư hỏng • Ứng dụng Encoder ngành khí: Nói cấu tạo máy CNC Encoder trang bị thiết bị giúp đo lường xác định vị trí xác trục máy vị trí mà dao cắt Do sử dụng máy CNC để gia cơng đạt xác Hơn nữa, thông qua mà Encoder ghi nhận báo hệ thống điều khiển [45] PLC Từ đó, người sử dụng điều chỉnh vị trí cắt dao nhằm hạn chế sai sót • Ứng dụng ngành công nghiệp: - Trong ngành công nghiệp ô tô Encoder sử dụng làm cảm biến chuyển động học, áp dụng để kiểm sốt tốc độ - Bộ mã hóa Encoder sử dụng thiết bị dựa PC, máy in máy quét - Encoder sử dụng máy dán nhãn, đóng gói chế tạo máy với điều khiển động đơn đa trục - Bộ mã hóa Encoder sử dụng máy quét y tế, điều khiển chuyển động kính hiển vi nano thiết bị tự động bơm phân phối - Thiết bị khoa học thực mã hóa Encoder việc định vị kính viễn vọng quan sát 10 Module counter QD62: Hình 3.29: Module counter QD62 Module counter QD62 Mitsubishi có kênh với tín hiệu đầu vào 5/12/24VDC, 2-5mA, đầu transistor (sink) linh hoạt [46] Đối với encoder, cần phải sử dụng module counter để đếm xung tốc độ cao Thông số kỹ thuật module QD62: Tên sản phẩm Module counter QD62 Mitsubishi Loại High-Speed Counter QD62 Số kênh kênh Tốc độ đếm 200kpps, 100kpps, 10kpps Tín hiệu đầu vào 5/12/24 V DC, ~ 5mA Đầu vào bên 5/12/24 V DC, ~ 5mA Sử dụng cho Module A6CON1, A6CON2, A6CON3, A6CON4 Kiểu đầu Transistor (Sink) Ưu điểm bật: - Hình dạng kích thước nhỏ gọn, khoảng 27.4x98x90mm, trọng lượng xấp xỉ 0.11kg, cho phép lắp đặt sử dụng dễ dàng - Phạm vi đếm rộng, nhị phân có dấu 32 bit (-2147483648 đến 2147483647) - Kiểm sốt định vị thực cách kết hợp với mã hóa bên ngồi - Có thể chuyển sang tốc độ tính tốn tối đa 11 Các thiết bị phụ trợ  Rơ le trung gian: Khái niệm: Các sản phẩm relay trung gian thơng thường dùng để cắt đóng cuộn dây điều khiển máy cắt điện, aptômat công tắc tơ, làm chức trung gian khác Do đó, relay trung gian thường có nhiều tiếp điểm, bao gồm tiếp điểm thường mở thường đóng [47] Hình 3.30: Rơ le trung gian 24V Cấu tạo: Thiết bị nam châm điện có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh cuộn dây Cuộn dây bên cuộn cường độ, cuộn điện áp, cuộn điện áp cuộn cường độ Lõi thép động găng lò xo định vị vít điều chỉnh Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch tiếp điểm nghịch Nguyên lý hoạt động: - Khi có dịng điện chạy qua rơ le, dòng điện chạy qua cuộn dây bên tạo từ trường hút Từ trường hút tác động lên đòn bẩy bên làm đóng mở tiếp điểm điện làm thay đổi trạng thái rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi, nhiều, tùy vào thiết kế - Rơ le có mạch độc lập họạt động Một mạch để điều khiển cuộn dây rơ le: Cho dịng chạy qua cuộn dây hay khơng, hay có nghĩa điều khiển rơ le trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm sốt có qua rơ le hay khơng dựa vào trạng thái ON hay OFF rơ le Công dụng rơle trung gian: Công dụng Rơ le trung gian làm nhiệm vụ "trung gian" chuyển tiếp mạch điện cho thiết bị khác, ví bảo vệ tủ lạnh chẳng hạn-khi điện yếu rơle ngắt điện khơng cho tủ làm việc cịn điện hở nóp lại cấp điện bình thường.Trong nạp ắc quy xe máy, tơ máy phát điện đủ khoẻ rơ le trung gian đóng [48] mạch nạp cho ác quy Thông số kỹ thuật rơ le: - Số chân: 14 chân dẹt - Có đèn led hiển thị - Điện áp cuộn dây: 24VDC - Tiếp điểm: 5A, 250VAC/28VDC - Thời gian tác động: 20ms Max - Tần số hoạt động: Điện: 1800 lần/giờ, Cơ: 18000 lần/giờ - Tuổi thọ: AC: 50.000.000 phút, DC: 100.000.000 phút - Tần số: 1800 lần/giờ - Nhiệt độ làm việc: -55°C - 70°C  Aptomat: Aptomat khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ tải ngắn mạch, sụt áp,… kỹ thuật sử dụng để đóng cắt không thường xuyên mạch làm việc chế độ bình thường Aptomat (MCB hay MCCB) thường chế tạo có hai cấp tiếp điểm ( tiếp điểm hồ quang) ba tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang) Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp điểm phụ, sau tiếp điểm Khi cắt mạch ngược lại, tiếp điểm mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối tiếp điểm hồ quang Như hồ quang cháy tiếp điểm hồ quang nên bảo vệ tiếp điểm để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm Hình 3.31: Aptomat cực [49] + Thơng số kỹ thuật: • Mã SP: BKN • Tiêu chuẩn: IEC 60898 • Số cực: cực (2P = Pole) • Dịng điện danh định: 40A • Điện áp danh định: 230/400V • Khả ngắn mạch danh định Icu: 06kA • Bề rộng cực: 17.8mm  Nút ấn: Khái niệm: Nút ấn gọi nút điều khiển loại khí cụ điện điều khiển tay, dùng để điều khiển từ xa khí cụ điện đóng cắt điện từ, điện xoay chiều, điện chiều hạ áp, dụng cụ báo hiệu để chuyển đổi mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ… Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng đảo chiều quay động điện cách đóng cắt cuộn dây nam châm điện công tắc tơ, khởi động từ Cấu tạo nguyên lý làm việc: Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống tiếp điểm thường mở thường đóng vỏ bảo vệ tác động vào nút ấn, tiếp điểm chuyển trạng thái khơng cịn tác động, tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu Nút ấn thường đặt bảng điều khiển, tủ điện, hộp nút ấn loại nút ấn thơng dụng có dịng điện định mức 5A, điện áp ổn định mức 400V, tuổi thọ điện đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ đến 1000000 đóng cắt nút ấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy Hình 3.32: Thơng số kích thước nút ấn Hình ảnh thực tế nút ấn : [50] Hình 3.33 : Nút ấn ON OFF IV Thiết kế sơ đồ nguyên lý Từ phân tích sơ đồ đấu nối thiết bị sử dụng hệ thống ta thiết kế sơ đồ sau:  Sơ đồ nguyên lý hệ thống: Biến tần FR-E200 dùng để điều khiể động cơ: - L1,L2: Cấp nguồn cho biến tần - U,V,W: Điều khiển động - AU: để biến tần nhận tín hiệu 4-20mA cần phải set chân lên - STF,STR: dùng để đảo chiều động thuận,nghịch - SD: chân chung điều khiển chân STF,STR,SD - Chân 4,5: chân nhận tín hiệu dòng analog 4-20mA từ kênh CH5 modul QD64AD2DA để điều khiển động [51] Modul QX40 đầu vào PLC: - Chân chung nối với +24V - Các tín hiệu vào nối với nút ấn sau nối với -24v Modul QY40: - Chân chung nối với +24V - Các tín hiệu vào nối với nút ấn sau nối với -24v Modul Analog QD62DA: - Kênh CH1 xuất tín hiệu analog 4-20mA cho biến tần FR-E720 để điều khiển động Modul Analog QD62: - Là module đọc xung tốc độ cao nối với encoder vào cổng CH1 [52] CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Tổng quan phần mềm GX Work Gx Work phần mềm Mitsubishi nâng cấp thay cho GX Developer với giao diện trực quan đẹp hơn, thao tác mượt mà có hỗ trợ thêm ngơn ngữ lập trình khác FBD (Function Block Diagram), SFC (Sequential Function Chart) 4.1.1 Giao diện phần mềm Hình 4.1 Giao diện phần mềm 4.1.2 Tạo dự án Bước 1: Click công cụ chọn [Project] → [New Project] ( Ctrl + N) [53] Bước : Click vào “Project Type”-> Danh mục “Project Type” lên Chọn “Simple Project” Bước 3: Click the “PLC Series” list button -> Danh mục “PLC Series” lên Select “QCPU (Q mode)” Bước 4: Click vào nút “PLC Type”-> Danh sách “PLC Type” Chọn “Q06UDH” -> click OK [54] - Bước 5: Hoàn thành dự án 4.2 Chương trình điều khiển phương pháp xác định hệ số ( Kp, Ti, Td) 4.2.1 Phương pháp xác định hệ số ( Kp, Ti, Td) [55] Phương pháp : Chỉnh định tay - Đặt Ti=Td=0 Tăng Kp đến hệ thống dao động tuần hoàn - Đặt thời gian tích phân chu kỳ dao động - Điều chỉnh lại giá trị Kp cho phù hợp - Nếu có dao động điều chỉnh giá trị Kd Phương pháp : Phương pháp Ziegler – Nichols - Đặt Ti=Td=0 Tăng Kp đến hệ thống dao động tuần hoàn - Đặt giá trị = Kc - Đo chu kỳ dao động Pc Phương pháp : Chỉnh định phần mềm - Dùng phần mềm để tự động chỉnh định thông số PID ( thực mơ hình tốn, kiểm nghiệm mơ hình thực ) Kết luận : hệ thống chúng em tìm hệ số phương pháp 4.3 Chương trình điều khiển - Cài đặt tham số PID: [56] - Khởi tạo tham số PID cài cho hệ thống hoạt động chế độ tự động đặt tốc độ vào ghi chứa giá trị đặt (SV) : - Quy đổi số xung đọc từ encoder (Pluse/s) (V/ph) : [57] - Sau quy đổi xong đưa tín hiệu phản hồi PV vào ghi D611: [58] [59] ... khiển – ổn định tốc độ động sử dụng thuật toán PID PLC Mitsubishi Q Thông qua đồ án này, chúng em có hội tiếp cận sử dụng thiết bị điều khiển tự động công nghiệp PLC, biến tần, hình HMI, cảm biến,…... Động rơ to dây quấn - Động đồng bộ: [14] Hình 3.2: Động đồng Động đồng sử dụng rộng rãi truyền động cơng suất trung bình lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao Động đồng thường dùng cho máy bơm quạt... độ dẫn đến ổn định khuếch đại nhiễu tín hiệu phép vi phân sai số 2.3 Ứng dụng thuật tốn điều khiển PID Hình 2.4: Cấu trúc điều khiển Trong đó: PID: Bộ điều khiển Biến tần: Điều khiển tốc độ động