3.7.1 Lựa chọn aptomat
a) Khái niệm
Aptomat là tên thường gọi của thiết bị đóng cắt tự động (cầu dao tự động). Trong tiếng Anh thiết bị đóng cắt là Circuit Breaker (viết tắt là CB). Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện. Một số dòng Aptomat có thêm chức năng bảo vệ chống dòng rò được gọi là aptomat chống rò hay aptomat chống giật. Aptomat được phân chia ra nhiều loại theo chức năng, hình dạng, kích thước khác nhau.
Hình 3. 15 Các loại aptomat
b) Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
Nguyên lý làm việc của Aptomat
38
-Nguyên lý hoạt động: Người ta cho 2 dây mát và lửa của dòng điện đi qua 1 cuộn cảm (cuộn dây) tên tiếng anh Là ZTC ( Zero cureent transformer) . Đây giống như 1 cái biến thế thông thường với cuộn sơ cấp 1 vòng dây( chính là 2 dây mát và lửa đi qua tâm biến thế) và cuộn thứ cấp vài chục vòng dây, biến thế này to bằng cái nhẫn cưới. Như chúng ta biết: dòng điện đi ra ở dây nóng về ở dây mát ( và ngược lại: ra mát về nóng) là ngược chiều nhau, có nghĩa là từ trường biến thiên chúng sinh ra trong cuộn dây là ngược chiều nhau, nếu 2 dòng điện này bằng nhau, 2 từ trường biến thiên sẽ triệt tiêu nhau làm điện áp ra của cuộn thứ cấp biến dòng = 0. nếu điện áp qua 2 dây bị dò, dòng điện trên 2 dây khác nhau,hai từ trường biến thiên sinh ra trong cuộn dây khác nhau làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trên cuộn dây, dòng điện này được kiểm tra xem có lớn hơn dòng rò an toàn không? Nếu lớn hơn tỉ dụ là 30 mA thì thiết bị sẽ cấp điện cho triac cấp điện cho cuộn hút của Aptomat.
c) Lựa chọn aptomat
Việc lựa chọn aptomat, chủ yếu dựa vào: dòng điện tính toán đi trong mạch; dòng điện quá tải; tính thao tác có chọn lọc.
Ngoài ra lựa chọn Aptomat còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải và Aptomat không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn ( thường xảy ra trong điều khiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ)
Yêu cầu chung là dòng điện định mức của mức bảo vệ Iap không được bé hơn dòng điện tính toán của mạch:
Iap ≥ Itt
Tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tải, người ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150% hay lớn hơn nữa so với dòng điện tính toán của mạch.
Chọn Aptomat cho động cơ băng tải có : - công suất tiêu thụ là: 2kW -cosphi = 0,85.
-Dòng điện của động cơ: IĐC=
Iap=(1,2-1,5)Itt
Ta tính được: Ict=1,4*3.3=4,62A
Do đó ta chon loại Aptomat có dòng định mức là 6A
Hình 3. 16 Aptomat LS BKN 6A 6kA 3P
Thông số kĩ thuật: Dòng điện : 6A Dòng cắt : 6kA Số cực : 3p
Điện áp ngõ vào : 3 pha Hãng sản xuất : LS BKN
3.7.2 Lựa chọn role trung gian
a) Cấu tạo của role trung gian
Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm l i thép động, l i thép tĩnh và cuộn dây. Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp, hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ. L i thép động được găng bởi lò xo c ng định vị bằng một vít điều chỉnh. Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm thuận và tiếp điểm nghịch.
40
Hình 3. 17 Rơ le 24vDC 8 Chân b)Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian:
Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm thay đổi trạng thái các tiếp điểm của rơ le.
Ứng dụng: Rơle trung gian làm chức năng thực hiện các theo tác trung gian, hoặc đi đóng cắt cuộn dây khống chế của contactor, aptômat hoặc máy cắt điện.
Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật một sô loại Relay
Số cặp tiếp điểm
DPDT (2)
4PDT (4)
c) Lựa chọn role trung gian Sử dụng role RJ2S-CL-D24 Loại rơ le Điện áp Dòng định mức Tiếp điểm
Báo hiệu kiểm tra
3.7.3 Lựa chon contactor
Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, khi sử dụng contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp định mức lên đến 500V, dòng định mức 780A.
42
Hình 3. 19 Contactor – Khởi động từ
a)Cấu tạo
Hình 3. 20 cấu tạo contactor
-Cấu tạo contactor:
Contactor bao gồm 3 bộ phận chính:
- Nam châm điện: gồm có các chi tiết: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm; Lõi sắt; Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.
-Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.
- Hệ thống tiếp điểm: gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ
43
+Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua. Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện làm mạch từ hút lại.
+Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường mở.
Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm này mở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường mở.
Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor.
b) Nguyên lí hoạt động
Khi cấp nguồn trong mạch điện điều khiển bằng với giá trị điện áp định mức của
Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn trên phần lõi từ đã được cố định trước đó thì lực từ sinh ra sẽ hút phần lõi từ di động và hình thành mạch từ kín (lúc này lực từ sẽ lớn hơn phản lực của lò xo). Contactor bắt đầu trạng thái hoạt động.
Nhờ bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ làm cho tiếp điểm chính đóng lại và tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (khi thường đóng sẽ mở ra và khi thường hở sẽ đóng lại), trạng thái này sẽ được duy trì. Khi nguồn điện ngưng cấp cho cuộn dây thì contactor ở trạng thái nghỉ và các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu. c) Phân loại contactor
Có nhiều cách phân loại contactor:
- Theo nguyên lý truyền động: Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực,… Thường thì ta gặp contactor kiểu điện từ.
- Theo dạng dòng điện: Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều. - Theo kết cấu: Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao (như bảng điện ở gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (ví dụ buồng tàu điện).
- Theo dòng điện định mức: Contactor 9A, 12A, 18A,.... 800A hoặc lớn hơn. - Theo số cực: Contactor 1 pha, 2 pha, 3 pha, 4 pha. Phổ biến nhất là contactor 3 pha.
- Theo cấp điện áp: Contactor trung thế, contactor hạ thế.
- Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220VAC, 380VAC,... cuộn hút 1 chiều
24VDC, 48VDC,...
- Theo chức năng chuyên dụng: Một số hãng chế tạo contactor chuyên dụng cho một ứng dụng đặc thù ví dụ contactor chuyên dùng cho tụ bù của hãng Schneider,...
d) Lựa chọn contactor
Để lựa chọn contactor phù hợp cho động cơ ta phải dựa vào những thông số cơ bản như : Uđm, P , Cosphi
Iđm = Itt x 2 Iccb = Iđm x 2
Ict = ( 1,2 – 1,5 ) Iđm
Lựa chọn contactor với tải động cơ băng tải 3P, 380V, 2KW: Tính toán dòng định mức theo công thức như sau:
Iđm = P / ( 1.73 x 380 x 0.85 ) ở đây hệ số cosphi là 0.85. Ta tính được: Iđm = 2000 / ( 1.73 x 380 x 0.85 ) = 3.41A Ict = ( 1,2 -1,4 ) Iđm.
Ta tính được: Ict = 1,4 x 3.41 = 4.75 A
Nên chọn Contactor có dòng lớn hơn dòng tính toán. Chọn loại có dòng 6A
Hình 3. 21 MC 6A – Contactor LS 3P 6A
Bảng 3 8 Thông số kĩ thuật Contartor LD 3P 6A Mã sản phẩm: Số cực: Dòng định mức: Công suất: Tiếp điểm phụ: Cuộn hút: Kích thước: Điện áp hoạt động: Điện áp thử nghiệm xung (Uimp):
Độ bền cơ học: Tiêu chuẩn:
3.7.4 Lựa chọn role nhiệt
Rơ le nhiệt là khí cụ điện có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm khi có nhiệt tác động lên các thanh kim loại và làm chúng giãn nở. Khí cụ điện này được ứng dụng trong đa dạng các hệ thống điện khác nhau từ dân dụng đến công nghiệp. Trong hệ thống điện, rơ le nhiệt đóng vai trò bảo vệ quá tải cho các thiết bị điện và hệ thống điện được hoạt động ổn định. Khởi động từ và rơ le nhiệt là một bộ đôi thiết bị bảo vệ chắc chắn cho toàn bộ mạng lưới điện của hệ thống.
Hình 3. 22 Rơ le nhiệt
a)Cấu tạo
Hình 3. 23 Cấu tạo rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt cũng như các thiết bị điện khác được cấu tạo từ những bộ phận khác nhau gồm:
– Gồm một đầu cảm nhiệt chứa môi chất dễ bay hơi để lấy tín hiệu nhiệt độ buồng lạnh biến thành tín hiệu áp suất.
– Hộp xếp dùng để chuyển tín hiệu áp suất ra độ giãn nở cơ học của hộp xếp, vì giữa hộp xếp và đầu cảm nhiệt có ống dẫn.
– Cơ cấu đòn bẩy để biến độ giãn nở hộp xếp ra động tác đóng ngắt tiếp điểm cho một cách dứt khoát.
– Có thêm hệ thống lò xo và vít điều chỉnh nhiệt độ từ chế độ ít lạnh nhất đến lạnh nhất. b) Nguyên lí hoạt động
Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crôm – niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi đốt nóng do dòng I phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn
47
cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.
c) Lựa chọn role nhiệt
Khi lựa chọn role nhiệt các thông số cần quan tâm – Dòng làm việc
– Dòng sản phẩm phù hợp với contactor (mỗi loại rơ le nhiệt tương thích với một dòng contactor tương ứng, nhà sản xuất đã có khuyến cáo lựa chọn ngay trên catalogue sản phẩm)
Tương tự như tính toán dòng cho chọn contactor, ta tính toán dòng định mức, sau đó chọn như sau:
– Idm = Itt x 2 – Iccb = Idm x 2 – Ict = (1,2-1,5)Idm
Có tải động cơ 3 pha, 380V, 2kW nên ta chọn role nhiệt của Schneider LRD có dải điều chỉnh 2,5-4,1A
Rơ le nhiệt RN 2,5-4,1A
3.7.5 Nút ấn
Nút ấn là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, các
48
dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ. Nút ấn có thể chịu được mức điện áp 440V ở mạch điện 1 chiều và 500V ở mạch điện xoay chiều tần số 50÷60Hz.
Nút ấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. Nút ấn thường được nghiên cứu, chế tạo làm việc trong môi trường không ẩm ướt, không có hơi hóa chất và bụi bẩn. Nút ấn có thể bền tới 1. 000. 000 lần đóng không tải và 200. 000 lần đóng ngắt có tải. Khi thao tác ấn nút cần phải dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện.
Hình 3. 24 Một số loại nút ấn
Cấu tạo:
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở – thường đóng và vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái, khi không còn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.
Phân loại theo chức năng trạng thái hoạt động của nút ấn, có các loại: nút ấn đơn, nút ấn kép
Phân loại theo yêu cầu điều khiển: -Một nút
-Hai nút -Ba nút
49
3.7.6 Đèn báo
Đèn báo được sử dụng để hiển thị các trạng thái, tín hiệu hoạt động của hệ thống. Phân loại đèn báo:
+Theo nguồn cấp: Đèn báo xoay chiều và đèn báo một chiều. +Theo màu sắc: Có nhiều loại màu như Xanh, Đỏ, Vàng, Trắng, …
Một số loại đèn báo
3.8 Mạch điều khiển trung tâm3.8.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống 3.8.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống
Hình 3. 25 Sơ đồ hoạt động cảu hệ thống
50
-Hệ thống điều khiển sẽ gồm có: +Thiết bị đầu vào: nút nhấn, cảm biến.
+Thiết bị điều khiển: bộ điều khiển lập trình PLC. +Thiết bị đầu ra: rơ-le, van khí nén.
+Nguyên lý hoạt động: Bộ xử lý trung tâm PLC nhận tín hiệu đầu vào từ nút nhấn, cảm biến, sau đó tiến hành xử lý tín hiệu, lập trình điều khiển, xuất tín hiệu điều khiển động cơ DC, xy lanh khí nén thông qua rơ-le, van khí nén.
3.8.2 Sơ đồ mạch lực
Hình 3. 26 Sơ đồ mạch lực
51
3.8.3 Bản vẽ tủ điện
Hình 3. 27 Bản vẽ tủ điện
52
CHƯƠNG 4 : LẬP TRÌNH VÀ MÔ TẢ HỆ THỐNG 4.1 Sơ đồ khối hệ thống
Hình 4. 1 Sơ đồ khối hệ thống
4.1.1 Khối chiết rót
Bộ phận chiết rót gồm có: cảm biến hồng ngoại, động cơ bơm nước AC 220V 3500L/h, bồn chứa nước
Nguyên lý hoạt động của bộ phận chiết rót:
Khi có chai rổng đi vào vị trí rót nước, cảm biến hồng ngoại phát hiện gửi tín hiệu điều khiển cho PLC điều khiển máy bơm hoạt động và kết thúc quá trình bơm nước.
4.1.2 Khối cấp nắp
Khi chai đi qua vị trí cấp nắp sẽ được cấp nắp, sau khi chai được
53
cấp nắp thì mâm xoay đưa chai đến vị trí đóng nắp.
4.1.3 Khối đóng nắp
Cảm biến đóng nắp chai sẽ nhận biết có chai tới, xi – lanh nắp sẽ
đẩy động cơ nắp xuống và động cơ sẽ đóng nắp cho chai.sau thời gian trễ thì nâng tay đóng nắp về vị trí ban đầu
4.1.4 Khối phân loại
Khi chai đến vị trí phân loại cảm biến chai ra hoạt động, cảm biến mức nước và cảm biến nắp chai sẽ kiểm tra chai
4.1.5 khối xử lí trung tâm
Có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối khác.
Nhóm chọn PLC S7-1212c DC/DC/DC và modun 6ES7223 của hãng Siemen có thể nói là đáp ứng được với yêu cầu của nhóm, đồng thời với thiết kế nhỏ gọn, phần mềm lập trình Tia Portal dễ sử dụng cùng v ới khả năng mở rộng IO, giao diện thiết kế SCADA với kho thư viện phong phú nên đây sẽ là lựa chọn thích hợp nhất. Bảng thông tin modun 6ES7223 Catalog PLC S7-1200 Chức năng I/O tích h ợp cục bộ: Kiểu số Kiểu tương tự Bộ nhớ bit (M) Độ mở rộng các module tín hi ệu 54
Các module truyền thông Các b ộ đếm tốc độ cao: Đơn pha Vuông pha
Các ngõ ra xung PROFINET Khối xử lý trung tâm S71200 Khối SCADA giám sát hệ thống Nguồn điện Tín hiệu đi Tín hiệu về Nguồn khí
- Chức năng các khối: + Khối nguồn cung cấp: Khối nguồn sẽ cung cấp 2 loại nguồn điện chính cho hệ thống. Bao gồm nguồn điện một pha xoay chiều 220V giúp cung cấp điện cho van điện từ và các adapter chuyển đổi và nguồn điện 24V một chiều giúp cung cấp điện áp nuôi cho PLC, các cảm biến, các đèn báo, buzzer, các van khí nén, động cơ DC. + Khối xử