Bài giảng Thiết bi điều khiển điện

Bộ lao động thương binh xà hội Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định TP BI GING THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN Mã số: TB2113-03-05 Biên soạn: TS Nguyn c H ThS Nguyn Th Duyờn Nam định 2013 LỜI NÓI ĐẦU Tập giảng Thiết bị điều khiển điện biên soạn với mục tiêu tạo điều kiện thuận lợi cho trình giảng dạy, nghiên cứu học tập sinh viên giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định tài liệu tham khảo cho bạn đọc có nhu cầu tìm hiểu thiết bị điều khiển điện máy móc dùng cơng nghiệp đời sống Tập giảng Điện công nghiệp biên soạn theo chương trình mơn học Thiết bị điều khiển điện với nội dung chia làm bốn chương Chương : Các nguyên tắc tự động điều khiển hệ thống truyền động điện Chương : Thiết bị biến tần Chương : Thiết bị điều khiển lập trình LOGO Chương : Thiết bị điều khiển điện khác Trong trình biên soạn tập giảng này, nhóm tác giả tham khảo tài liệu liên quan, cập nhật thông tin lĩnh vực điều khiển thiết bị tự động Mặc dù nhóm biên soạn cố gắng chắn tránh thiếu sót, chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để tập giảng hồn thiện Nhóm biên soạn i MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN 1.1 Khái quát 1.1.1 Thông số đặc trưng thiết bị truyền động 1.1.2 Nguyên tắc tự động điều khiển thiết bị điện 1.2 Nguyên tắc tự động điều khiển .4 1.2.1 Nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian 1.1.3 Nguyên tắc tự động điều khiển theo dòng điện 25 1.1.4 Nguyên tắc tự động điều khiển theo hành trình 32 1.1.5 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 39 1.1.6 Nguyên tắc tự động điều khiển theo nhiệt độ 45 1.3 Bảo vệ tín hiệu hóa hệ thống điều khiển điện .49 1.3.1 Ý nghĩa bảo vệ tín hiệu hóa điều khiển điện 49 1.3.2 Các dạng bảo vệ 49 1.3.3 Tín hiệu hóa hệ thống tự động điều khiển 53 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 54 Chương 2: THIẾT BỊ BIẾN TẦN 56 2.1 Khái quát thiết bị biến tần 56 2.1.1 Chức thiết bị biến tần 56 2.1.2 Phân loại thiết bị biến tần 56 2.1.3 Ứng dụng thiết bị biến tần 57 2.2 Cấu trúc nguyên lý thiết bị biến tần 58 2.2.1.Thiết bị biến tần trực tiếp 58 2.2.2 Thiết bị biến tần gián tiếp 60 2.3 Giới thiệu thiết bị biến tần MM440 (MICROMASTER 440) .67 2.3.1 Sơ đồ khối thiết bị biến tần MM440 69 2.3.2 Thông số kỹ thuật biến tần MM440 70 2.3.3 Lắp đặt phần điện 72 2.3.4 Các thông số cài đặt nhanh 74 2.3.5 Các thông số cài mặc định biến tần 99 2.3.6 Làm việc với Panel vận hành 100 ii 2.3.7 Mét sè vÝ dô cài đặt cho biến tần 103 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 111 Chương THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH LOGO 112 3.1 Khái quát thiết bị điều khiển lập trình .112 3.1.1 Phương pháp điều khiển nối cứng (Hard-wired conútrol) 112 3.1.2 Phương pháp điều khiển sử dụng thiết bị lập trình 113 3.2 Cấu trúc đặc điểm hoạt động thiết bị LOGO .116 3.2.1 Cấu trúc thiết bị LOGO 116 3.2.2 Đặc điểm hoạt động Logo 123 3 Lập trình với LOGO 129 3.4 Bài tập ứng dụng thiết bị lập trình LOGO 152 3.4.1 Chiếu sáng hành lang cầu thang lối 152 3.4.2 Chuông báo trường học 154 3.4.3 Tưới nhà kính 154 3.4.4 Chiếu sáng nhà hàng, khách sạn, siêu thị, cửa hàng 155 3.4.5 Hệ thống tự động bơm nước cung cấp 157 3.4.6 Hệ thống phun sương nhà kính 158 3.4.7 Điều khiển động theo thời gian 160 3.4.8 Điều khiển đèn giao thông nút giao thông ngã tư (giao thông đèn) 163 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 169 Chương THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÁC 171 4.1 Khái quát thiết bị lưu điện (Uninterruptible Power Supply- UPS) 171 4.1.1 Chức thiết bị lưu điện 171 4.1.2 Phân loại thiết bị lưu điện 171 4.1.3 Nguyên tắc hoạt động UPS 172 4.2 Bộ điều khiển chuyển đổi nguồn tự động (Automatics transfer Switches ATS) 174 4.3 Bộ đo tốc độ quay xung tỷ lệ (Incremental rotary encoders) 176 4.3.1 Bộ mã hóa Encoder 176 4.4 Bộ điều khiển nhiệt độ (Temperature conútrollers) 179 4.5 Màn hình giao diện điều khiển (programmable terminal) 184 4.5.1 Tổng quan HMI 184 4.5.2 Khái niệm 186 iii 4.5.3 Cấu trúc HMI 187 4.5.4 Nhiệm vụ HMI 188 4.5.5 Màn hình HMI số hãng 189 4.5.6 Một số hệ điều khiển giám sát sử dụng HMI 190 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 199 TÀI LIỆU THAM KHẢO 200 iv Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN 1.1 Khái quát 1.1.1 Thông số đặc trưng thiết bị truyền động Các thiết bị, máy móc sản xuất hay dây chuyền sản xuất, để sản xuất sản phẩm hay bán sản phẩm cần phải có chuyển động Bản thân chuyển động thiết bị điện, thiết bị khí nén thiết bị thủy lực truyền chuyển động sang Để điều khiển chuyển động theo yêu cầu công nghệ máy, cấu sản xuất, hệ thống truyền động (điện, khí nén, thủy lực phối hợp hệ thống) tự động thiết kế tính tốn làm việc trạng thái (chế độ) xác định Tuy nhiên, đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động tính chất phần tử hệ thống truyền động, với yếu tố tác động khách quan thực tế trình sản xuất, trạng thái cố hay hư hỏng thơng thường hệ thống truyền động dự đốn thiết kế tính tốn để áp dụng thiết bị biện pháp bảo vệ cần thiết Theo yêu cầu công nghệ máy hay cấu sản xuất, trạng thái làm việc hệ thống truyền động (điện, khí nén, thủy lực phối hợp hệ thống) tự động đặc trưng thông số: - Tốc độ làm việc thiết bị truyền động (động điện, động thủy lực, xi lanh thủy lực, động khí nén, xi lanh khí nén) hay cấu chấp hành máy sản xuất (n); - Dòng điện thiết bị điện (I); - Mô men phụ tải trục cấu truyền động (M) Mối quan hệ đại lượng biểu diễn phương trình đặc tính tốc độ đặc tính Tuỳ theo q trình cơng nghệ mà thơng số lấy giá trị khác Khi thiết bị truyền động làm việc ổn định, ứng với giá trị phụ tải trục cơ, ta có cặp thơng số (n, M) (n, I) thiết bị điện xác định Khi thiết bị chuyển từ chế độ xác lập sang chế độ xác lập khác, thông số nhận giá trị sau thời gian làm việc Thời gian gọi thời gian độ hệ thống truyền động Như thông số I, M, n biến đổi theo quy luật xác định, toán truyền động chế độ xác lập hay độ, ta biết quy luật biến đổi thông số cho chuyển đổi chế độ có lợi Dựa vào quy luật biết trước ta tác động vào hệ thống cách thay đổi thông số đối tượng điều khiển thay đổi chế độ làm việc với quy luật mong muốn Như vậy, tự động điều khiển hệ thống truyền động thực chất việc thay đổi thông số đối tượng điều khiển theo quy luật để làm thay đổi chế độ làm việc thiết bị truyền động theo yêu cầu Tuỳ theo q trình cơng nghệ u cầu mà thông số xác định giá trị khác Việc chuyển từ giá trị sang giá trị khác thực tự động nhờ hệ thống điều khiển Kết hoạt động phần điều khiển đưa hệ thống truyền động đến trạng thái làm việc mới, thơng số đặc trưng hệ truyền động có giá trị Như thực chất điều khiển hệ thống truyền động đưa vào loại khỏi hệ thống phần tử, thiết bị (ví dụ: điện trở, điện kháng, điện dung khâu hiệu chỉnh đó) để thay đổi hay nhiều thông số đặc trưng để giữ thông số (tốc độ, dịng điện, mơ men .) khơng thay đổi có thay đổi ngẫu nhiên thông số khác Để tự động điều khiển hoạt động hệ thống truyền động nói chung hệ thống truyền động điện nói riêng, hệ thống điều khiển phải có cấu, thiết bị thụ cảm giá trị thông số đặc trưng cho chế độ cơng tác truyền động (có thể modul, dấu thơng số) Trong hệ thống điều khiển gián đoạn phần tử thụ cảm phải làm việc theo ngưỡng chỉnh định Nghĩa thông số thụ cảm đến trị số ngưỡng đặt, phần tử thụ cảm theo thông số bắt đầu làm việc (tác động) phát tín hiệu đưa đến phần tử chấp hành Kết đưa vào loại khỏi hệ thống phần tử cần thiết Trong phạm vi chương trình mơn học điện cơng nghiệp, tập trung nghiên cứu nguyên tắc tự động điều khiển hệ thống truyền động điện Tự động điều khiển hệ thống truyền động điện chia trình sau: - Tự động điều khiển trình mở máy: Quá trình đưa tốc độ động từ không đến tốc độ làm việc theo yêu cầu cho dịng mở máy nhỏ mơ men lớn Nói cách khác điều khiển q trình mở máy theo quy luật tính sẵn - Tự động điều khiển trình làm việc: Trong làm việc động truyền động phải có chế độ làm việc theo yêu cầu cấu máy sản xuất, việc điều khiển trì thông số không đổi, biến đổi theo quy luật, trình tự tính trước - Tự động điều khiển q trình hãm dừng máy: Quá trình hãm thường nhằm thúc đẩy trình dừng máy để tiết kiệm thời gian máy hoạt động khơng tải, góp phần nâng cao suất máy Quá trình hãm thường tiêu tốn nhiều lượng, phải điều khiển trình cho hiệu tốn lượng 1.1.2 Nguyên tắc tự động điều khiển thiết bị điện Trên sở giám sát thay đổi (biến thiên) thông số đặc trưng thiết bị (đối tượng điều khiển ) hệ thống truyền động điện, phần tử thụ cảm (giám sát) với giá trị đặt trước cung cấp tín hiệu điều khiển làm thay đổi trì chế độ hoạt động thiết bị điện, ta có số nguyên tắc tự động điều khiển sau: - Hệ thống truyền động điện, hoạt động thông số đặc trưng thiết bị biến đổi theo thời gian, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới thời gian (rơ le thời gian cơ, điện từ, điện tử hay chương trình lập trình ) với khoảng thời gian đặt trước (phù hợp với khoảng thời gian biến thiên thơng số thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị trì chế độ hoạt động thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc thời gian - Hệ thống truyền động điện, hoạt động thơng số đặc trưng thiết bị dịng điện có thay đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới dòng điện thiết bị (rơ le dòng, máy biến dòng ) với giá trị dòng điện đặt trước (phù hợp với dòng điện biến thiên thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị trì chế độ hoạt động thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc dòng điện - Hệ thống truyền động điện, hoạt động thông số đặc trưng thiết bị tốc độ có thay đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới tốc độ thiết bị (rơ le tốc độ, máy phát tốc ) với giá trị tốc độ đặt trước (phù hợp với thay đổi tốc độ thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị trì chế độ hoạt động thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc tốc độ Ngoài hệ thống truyền động điện, hoạt động số thông số đặc trưng khác thiết bị nhiệt độ, hành trình, mô men, công suất, ….cũng biến đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới thông số thiết bị (cảm biến nhiệt độ, công tắc hành trình, rơ le mơ men, ) với giá trị đặt trước (phù hợp với thay đổi thông số cần giám sát thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị trì chế độ hoạt động thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc nhiệt độ, nguyên tắc hành trình … 1.2 Nguyên tắc tự động điều khiển 1.2.1 Nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian a) Nội dung nguyên tắc Trong hệ thống điều khiển truyền động điện thiết bị điện (đối tượng điều khiển) đấu mạch động lực chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố (chế độ khởi động, làm việc, dừng, nguồn điện, phụ tải, tuân thủ yêu cầu vận hành người công nhân…) thơng số đặc trưng bị biến đổi theo thời gian Sử dụng phần tử thụ cảm phát tín hiệu theo qui luật thời gian cần thiết để điều khiển làm thay đổi trạng thái thiết bị, hệ thống vận dụng nguyên tắc điều khiển theo thời gian Thời gian để phát tín hiệu phần tử thụ cảm cần chỉnh định dựa theo ngưỡng thay đổi thông số đặc trưng thiết bị Ví dụ: Các thơng số đặc trưng tốc độ, dịng điện, mơ men quay… động tính tốn chọn ngưỡng cho thích hợp với hệ thống truyền động điện cụ thể Những phần tử thụ cảm thời gian gọi chung rơ le thời gian Nó tạo nên khoảng thời gian trễ (duy trì ) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào đầu vào đến phát tín hiệu dựa vào phần tử chấp hành Các cấu trì thời gian là: cấu lắc, cấu điện tử, khí nén, tương ứng rơ le thời gian kiểu lắc, rơ le điện từ, rơ le thời gian kiểu khí nén rơ le thời gian điện tử… b) Mạch điện khâu điều khiển điển hình +) Mạch điện điều khiển động điện chiều Để làm rõ sở xuất phát việc tự động điều khiển theo nguyên tắc thời gian ta khảo sát biến tháiên thông số làm việc mạch động lực khởi động động điện chiều kích thích độc lập có hai cấp điện trở phụ mạch phần ứng để hạn chế dịng điện khởi động Thí nghiệm xây dựng đặc tính tốc độ q trình khởi động động điện chiều kích từ độc lập qua cấp điện trở phụ mạch phần ứng cho thấy việc tăng tốc độ từ không tới tốc độ danh định tốt theo điểm chuyển đổi tốc độ 1, 2 dòng điện I2 thời điểm t = t1 t = t2 Các giá trị 1, 2, I2 ngưỡng chuyển đổi trạng thái làm việc hệ Những trị số đạt thời điểm t = t1 t = t2 Vì để điều khiển trình khởi động động chiều ta xây dựng mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian   (t) I1 2 a 1 b I1 i(t) I2 1 2 I2 It Hình a t1 t2 Hình b Hình 1.1 Đồ thị đặc tính tốc độ động chiều Ha Diễn biến trình khởi động đặc tính tốc độ động Hb Quan hệ thời gian dòng điện mạch phần ứng tốc độ động trình khởi động t 4.5.2 Khái niệm HMI (Human Machine Interface) giao diện người máy, hệ thống để người dùng giao tiếp, thông tin qua lại với hệ thống điều khiển thơng qua hình thức HMI cho phép người dùng theo dõi, lệnh điều khiển tồn hệ thống HMI có giao diện đồ họa, giúp cho người dùng có nhìn trực quan tình trạng hệ thống Ví dụ, chương trình nhập liệu, báo cáo, văn bản, hiển thị led, lệnh giọng nói cách mà người “giao diện” với máy móc HMI Cảm ứng lị viba bạn hệ thống HMI, hệ thống số điều khiển máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa TV HMI Màn hình HMI ứng dụng nhiều cơng nghiệp Màn hình gồm nhiều chủng loại khác hãng Mitsubishi, Siemen, Omron, Delta, Mỗi hãng sản xuất có số tính lập trình tay, giám sát trình sản xuất, truy nhập thông số, liệu cài đặt Hình 4.15 Kết nối hình HMI công nghiệp 186 4.5.3 Cấu trúc HMI Cấu trúc HMI gồm phần: - Đầu vào: cho phép người sử dụng thao tác hệ thống, giá trị, liệu thu thập từ điều khiển (giá trị ghi PLC giá trị thực tế trính sản xuất, giá trị đặt mặc định ) hay từ thiết bị nối trực tiếp để lưu trữ, hiển thị - Đầu ra: truyền tín hiệu từ điều khiển nối kèm điều khiển thực tác vụ điều khiển HMI đơn giao tiếp không thực công việc điều khiển Các thành phần HMI + Phần cứng + Màn hình + Các phím bấm + Chip: CPU, ROM, RAM, EPROM/FLASH + Phần Firmware + Các đối tượng + Các hàm lệnh + Phần mềm phát triển + Các công cụ xây dùng HMI + Các cơng cụ kết nối, nạp chương trình gỡ rối + Các công cụ mô + Truyền thông: cổng truyền thông phương thức truyền thông Các thông số đặc trưng HMI + Độ lớn hình: định thơng tin cần hiển thị lúc HMI + Dung lượng nhớ chương trình, nhớ liệu, Flash liệu: định số lượng tối đa biến số dung lượng lưu trữ thông tin + Số lượng phím phím cảm ứng hình: khả thao tác vận hành 187 + Chuẩn truyền thông, giao thức hỗ trợ + Số lượng đồi tượng, hàm lệnh HMI hỗ trợ + Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF, PCMSIA, PC100 4.5.4 Nhiệm vụ HMI - Hiển thị trình: trình hiển thị thiết bị HMI Màn hình thiết bị HMI cập nhật cách động Điều dựa chuyển tiếp trình - Điều khiển vận hành q trình: người vận hành điều khiển q trình bới HMI Ví dụ, người vận hành đặt trước giá trị tham khảo cho điều khiển hay khởi động động - Hiển thị cảnh báo: trình nghiêm trọng tự động khởi phát báo động Ví dụ giá trị đặt vượt - Lưu trữ giá trị cảnh báo q trình: hệ thống HMI ghi lại cảnh báo giá trị trình Tính cho phép bạn lưu trữ liệu trình lấy liệu sản xuất từ trước - Ghi chép cảnh báo giá trị q trình: hệ thống HMI đưa cảnh báo trình giá trị Tính cho bạn in liệu sản xuất cuối ca làm việc - Quản lý thơng số máy móc q trình: hệ thống HMI lưu giữ thơng số q trình máy múc dạng cơng thức Ví dụ bạn download thơng số đường dẫn từ thiết bị HMI tới PLC để thay đổi kiểu sản xuất sản phẩm Để lập trình giao diện thơng báo điều khiển cơng nghiệp, Siemens có modul panel HMI OP3, OP73, OP37 Chức để quản lý giám sát trạng thái hoạt động công nghiệp, Các HMI Panel liên kết với PLC lấy Tag để hiển thị hoạt động 188 Hình 4.16 Các Modul Panel lập trình HMI Phần mềm để thiết kế lập trình giao diện cho HMI Panel Protool WinCC flexible Hiện hầu hết dùng WinCC flexible 4.5.5 Màn hình HMI số hãng 1) Màn hình HMI OMRON - NP3-MQ001B: Màn hình đơn sắc 3.8", phím chức - Hiển thị: LCD Monochrome grayscale levels - Độ phân giải: 320 px (H) x 240 px (V) - Góc nhọn: Trỏi / phải ±30°, Trên 10°, Dưới 30° - Bộ nhớ: 3MB - Hỗ trợ: Thẻ nhớ USB (FAT32) - Tuổi thọ cảm ứng: 000 000 lần nhấn tối tháiểu - Có sẵn cổng RS232C, RS422/RS485, USB - Nguồn cấp: 24VDC - Tiêu chuẩn: EC Directives, cULus (UL508) 189 - Giao tiếp PLC hãng: OMRON, Allen Bradley, LG (LS), Mitsubishi, Modbus, Modicon, Siemens 2) Màn hình SIMATIC TP270 Siemen - Màu sắc: 256 màu - Giao tiếp với PLC: S5, S7-200, S7300/400 loại PLC khác - Cơng cụ lập trình: Pro Tool, WinCC Flexible - Cổng giao tiếp: 2RS232, RS422, RS485 - Nguồn điện: 24VDC 3) Màn hình HMI F940GOT-LWD-E Mitsubishi - Điện áp nguồn cung cấp: 24 VDC - Loại hình: 5.7”, monochrome STN LÚCD - Màn hình hiển thị: màu (trắng/đen) - Độ phân giải: 320 x 240 - Bộ nhớ: 512KB - Hỗ trợ nhiều cổng giao tiếp PLC: RS-232, RS-422 4.5.6 Một số hệ điều khiển giám sát sử dụng HMI 1) Hệ điều khiển giám sát truyền động điện xoay chiều ổn định tốc độ qua mạng truyền thông với HMI 190 Inverter (Biến tần) Bộ tạo tải Đo lường tốc độ PLC trạm tớ Mạng công nghiệp Màn hình HMI PLC trạm chủ Mạng cơng nghiệp Người vận hành Hình 4.17 Sơ đồ khối hệ điều khiển giám sát ổn định tốc độ truyền động điện xoay chiều qua mạng công nghiệp với HMI Thành phần hệ thống gồm: - Hạt nhân hệ thống l biến tần hãng SIEMENS - Động không động 3pha kết hợp tạo tải - PLC S7300 hãng SIEMENS kết nối mạng Simatic Net - Mn hình HMI hãng SIEMENS - Encorder đo tốc độ động Màn hình HMI cho phép người sử dụng điều khiển động từ hình cách thiết lập thông số tần số đặt, thơng số điều khiển từ hình xuống PLC trạm chủ, từ PLC truyền xuống biến tần điều khiển động Với giao diện người dùng đọc tốc độ động tốc độ quan sát dạng đặc tuyến tốc độ trình tăng, giảm tốc độ động cơ, thời gian cập nhật tốc độ 200µs 1) Tổng hợp đặc điểm hệ điều khiển vị trí hệ TĐĐ xoay chiều qua mạng truyền thông công nghiệp với HMI 191 Inverter (Biến tần) Bộ tạo tải Đo lường tốc độ, vị trí Mạng cơng nghiệp PLC trạm tớ Màn hình HMI PLC trạm chủ Mạng cơng nghiệp Người vận hành Hình 4.18 Sơ đồ khối hệ điều khiển giám sát vị trí qua mạng cơng nghiệp với HMI Thành phần hệ thống gồm: - Hạt nhân hệ thống biến tần hãng SIEMENS - Động không động 3pha kết hợp tạo tải - PLC S7300 hng SIEMENS kết nối mạng Simatic Net - Màn hình HMI hãng SIEMENS Giao điện điều khiển xây dựng Wincc flexible hiển thị hình HMI cho phép người sử dụng điều khiển động từ hình cách thiết lập thông số tần số đặt, tọa độ đặt, thông số điều khiển từ hình xuống PLC trạm Master, thơng số gửi từ Master sang Slaver qua mạng truyền thông công nghiệp Simatic net, từ PLC Slaver thông tin điều khiển truyền xuống biến tần điều khiển động Với giao diện người dng đọc tốc độ động ô tốc độ quan sát dạng đặc 192 tuyến tốc độ trình tăng, giảm tốc độ động Ngồi với thời gian cập nhật 200µ Dựa thuật tốn quy đổi từ số xung đọc từ encoder, chương trình PLC xử lý số xung nhận qua cổng đếm xung tốc độ cao để tính tốn tọa độ hay vị trí đối tượng cần điều khiển Tọa độ đối tượng cần điều khiển hiển thị hình điều khiển 3) Điều khiển giám sát tọa độ qua mạng truyền thông công nghiệp Profibus với HMI a) Yêu cầu điều khiển +) Phần chương trình điều khiển trạm PLC - Thiết lập cấu hình phần cứng cho cc trạm - Thiết lập cấu hình mạng Profibus cho trạm Master v Slaver - Lưu đồ thuật toán điều khiển - Chương trình điều khiển trạm PLC +) Phần giao diện điều khiển hình HMI - Hai nút ấn quay thuận quay ngược để điều khiển động theo hai chiều quay thuận nghịch - Cửa sổ nhập giá trị tốc độ đặt hiển thị tốc độ phản hồi - Các đèn báo trạng thái làm việc động +) Phần cài đặt biến tần - Cài đặt biến tần với chức điểm đặt cố định - Biến tần cấp tín hiệu điều khiển từ PLC qua đầu tương tự b) Mơ tả hệ thống Chương trình lập trình PC sau load xuống PLC thơng qua PC Adapter (MPI) Sau PLC load chương trình gửi lệnh xuống biến tần, sau biến tần xử lý thông tin để thực yêu cầu cơng nghệ lập trình đồng thời gửi thông số hoạt động PLC 193 Động đối tượng điều khiển đóng vai trị cấu chấp hành nhận lệnh điều khiển từ Biến tần Hệ truyền động: - Hệ vít me bi với tải dịch chuyển bàn dao máy CNC - Hộp giảm tốc với hệ số 27:1 - Hệ thống phanh - Encoder: E40-S-6 – 2000 – – N – 24 - Cảm biến từ tiệm cận Khi động quay với tần số xác định qua hộp số làm giảm số vòng quay 27 lần tốc độ để quay vít me bi Khi vít me quay làm bàn gá dao tịnh tiến, tùy theo chiều quay động mà bàn dao tịnh tiến sang trái sang phải Ba cảm biến từ tiệm cận để cảm nhận vị trí hành trình, đầu hành trình cuối hành trình Gốc tọa độ lấy giữa, từ bàn dao dịch chuyển sang trái sang phải Encoder gắn trục tốc độ cao động nhằm giám sát, số vòng quay động Khi ta muốn dịch chuyển bàn dao khoảng cách bất kỳ, dựa vào hệ số giảm tốc hộp số bước vít vít me bi ta biết động cần phải quay vịng, từ encoder giám sát số vịng quay đưa tín hiệu PLC để dừng động Hệ thống phanh đĩa hỗ trợ để dừng động Động điều khiển dừng thông qua Biến tần Biến tần dừng xác động thơng qua việc cài đặt thời gian giảm tốc qua tham số P1120 Nếu ta đặt thời gian giảm tốc 0s Biến tần nhận lệnh dừng động dừng đảm bảo độ xác Phanh đóng vai trị hoạt động trường hợp khẩn cấp cuối hành trình hay đầu hành trình vít me hệ thống cảm biến bị lỗi hay ngắt truyển thơng ta cần dùng phanh để đảm bảo an toàn cho thiết bị 194 Nguồn điện CPU 314C-2DP Thiết bị an toàn Trạm nguồn Biến tần Bàn gá Encoder Vít me Cảm biến từ tiệm cận Hình 4.19 Mơ tả hệ thống điều khiển vị trí cấp trường c) u cầu cơng nghệ Hành trình vít me giới hạn cảm biến cảm biến đầu, cảm biến cảm biến cuối Nhiệm vụ cảm biến đầu cảm biến dừng động để đảm bảo tính an tồn vít me Cảm biến gốc để bàn gá bắt đầu hành trình - Lần đầu khởi động bàn gá gốc tọa độ sau theo yêu cầu điều khiển mà bàn gá dịch chuyển sang trái hay sang phải mm - Encoder có nhiệm vụ giám sát số vòng quay động ba pha Thông qua số xung đếm vịng quay ta tính số vịng quay động ba pha từ tính qng đường di chuyển vít me - Với tốn xác định vị trí u cầu độ xác ln đặt lên hàng đầu Do phần tử truyền động động không đồng ba pha với thuộc tính điều khiển phức tạp việc dừng xác động quan trọng 195 d) Các bước thực +) Chương trình điều khiển trạm PLC - Thiết lập cấu hình phần cứng - Chương trình PLC cần phải xử lý đọc xung từ encoder để xác định tọa độ bàn chạy dao Việc đọc xung chương trình PLC cần thiết lập tương tự thí nghiệm - Phương pháp xác định giá trị nhập xung: Với cc số liệu: Encoder đếm được: 2000 xung/vòng Hộp giảm tốc có tỉ số truyền 1:27 Bước vít: 6(mm) Vậy muốn vít me di chuyển quãng đường S = 5mm ta tính sau: Với bước vít 6mm trục vít me quay vịng làm cho bàn gá di chuyển quãng đường 6mm động phải quay 54 vịng số xung Encoder đếm 54000 xung (do động quay vịng Encoder đếm 2000 xung) Vậy ta có cơng thức tính xung cần Encoder đếm là: Trong đó: X: Số xung mà Encoder cần đếm để vít me di chuyển qung đường S V: Số xung vítme đếm vítme quay vịng S: Qung đường cần vít me di chuyển B: Bước vít vít me Ví dụ: Cần Vít me di chuyển quãng đường S=5mm số xung cần nhập là: 196 Bắt đầu Điều kiện truyền thông No Yes No Kiểm tra điều kiện chạy ngược Động quay thuận? Yes Yes Yes Kiểm tra điều kiện chạy thuận No No No Động quay thuận Kiểm tra nút dừng Động quay ngược Yes No Đủ tọa độ đặt ? Đủ tọa độ đặt ? Yes Yes Dừng động Hình 4.20.Lưu đồ thuật tốn điều khiển vị trí 197 No +) Giao diện điều khiển giám sát Hình 3.41.Lưu đồ thuật tốn điều khiển vị trí +) Thơng số cài đặt biến tần (thực theo hướng dẫn chương2) 198 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1) Trình bày khái quát thiết bị lưu điện (Uninterruptible Power SupplyUPS) 2) Trình bày khái quát Bộ điều khiển chuyển đổi nguồn tự động (Automatics transfer Switches ATS) 3) Trình bày khái quát đo tốc độ quay xung tỷ lệ (Incremental rotary encoders) 4) Trình bày khái quát điều khiển nhiệt độ (Temperature controllers) 5) Trình bày khái quát hình giao diện điều khiển (programmable terminal) 199 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Hồng Căn - Phạm Thế Hựu Đọc phân tích mạch điện máy cắt gọt kim loại Nhà xuất công nhân kỹ thuật Hà Nội 1982 [2] Trịnh Đình Đề -Võ Trí An Điều khiển tự động truyền động điện Đại học Bách khoa Hà Nội Hà Nội 1986 [3] Trịnh Đình Đề Phân tích tổng hợp hệ thống điều khiển tự động truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật năm 1996 [4] Vũ Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất- Nguyễn Thị Liên Anh Trang bị điện – Điện tử máy công nghiệp dùng chung, NXB giáo dục năm 1996 [5] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Võ Văn Hà ; Tự động hóa với Simatic S7-300 ; Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2000 [6] Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm ; Bộ điều khiển lập trình vận hành ứng dụng; Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1999 [7].Tài liệu hướng dẫn sử dụng biến tần Siemen [8] Tài liệu hướng dẫn sử dụng Logo (LOGO!MANUAL) [9] Ti liệu hướng dẫn giao tiếp người máy HMI [10].Statement list for S7 –300 And S7 – 400 Programming; xuất tháng 11 năm 2002 [11] Ladder logic (LAD) for S7 –3 00 And S7 – 400 Programming; xuất tháng 11 năm 2002 200 ... tắc tự động điều khiển hệ thống truyền động điện Chương : Thiết bị bi? ??n tần Chương : Thiết bị điều khiển lập trình LOGO Chương : Thiết bị điều khiển điện khác Trong trình bi? ?n soạn tập giảng này,... dây dịng điện khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào trị số dòng điện Điều khiển theo nguyên tắc dòng điện dựa sở thơng số dịng điện bi? ??n đổi đối tượng điều khiển (động điện, thiết bị điện thuộc... Nguyên tắc tự động điều khiển 1.2.1 Nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian a) Nội dung nguyên tắc Trong hệ thống điều khiển truyền động điện thiết bị điện (đối tượng điều khiển) đấu mạch động