3.6.1 Relay
a) Tổng quan: Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Nói là một công tắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không. Hình bên là kí hiệu của rơ le trong kỹ thuật. Còn về ý nghĩa kí hiệu thì phần tiếp theo sẽ giải thích.
Hình 3.14: Relay
b) Nguyên tắc hoạt động:
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 đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.
Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động. Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF. Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le.
Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển rơ le ON hay OFF thường vào khoảng 30mA với điện áp 12V hoặc có thể lên tới 100mA. Và bạn thấy đó, hầu hết các con chip đều không thể cung cấp dòng này, lúc này ta cần có một BJT để khuếch đại dòng nhỏ ở ngõ ra IC thành dòng lớn hơn phục vụ cho rơ le.
Chú ý: Tuy vậy, IC 555 có dòng điện ngõ ra có thể lên tới 200mA, vì thế với IC 555 thì không cần một BJT để khuếch đại dòng.
48
Hình bên chỉ ra cách hoạt động của rơ le với cuộn dây và các tiếp điểm điện. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây hút một đòn bẩy và làm mở các tiếp điểm điện, vì thế dòng điện cần kiểm soát không thẩy đi qua rơ le. Và ngược lại. Bạn cũng thấy đó, dòng điện chạy qua cuộn dây không hề có liên quan gì đến dòng điện cần kiểm soát.
Trên rơ le có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM:
COM (common): là chân chung, nó luôn được kết nối với 1 trong 2 chân còn lại. Còn việc nó kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le;
NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng. Nghĩa là khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này;
NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này.
Kết nối COM và NC khi bạn muốn có dòng điện cần điều khiển khi rơ le ở trạng thái OFF. Và khi rơ le ON thì dòng này bị ngắt; ngược lại thì nối COM và NO.
c) Cách chọn rơ le phù hợp:
Bạn cần phải quan tâm đến kích thước và kiểu chân để chọn một rơ le phù hợp với mạch điện của mình.
Bạn cần phải quan tâm đến điện áp điều khiển cuộn dây của rơ le. Có thể là 5V, 12V hoặc 24V. Mạch bạn thiết kế cung cấp điện áp nào?
Bạn phải quan tâm đến điện trở của cuộn dây. Vì điều này sẽ ảnh hưởng đến dòng cần cung cấp cho cuộn dây hoạt động I = U / R.
Ví dụ: Bạn chọn một rơ le có điện áp hoạt động là 12V, cuộn dây có điện trở là 400 Ohm thì dòng cần thiết cung cấp là 30mA. Dòng này thì IC 555 có thể đáp ứng được, nhưng hầu hết các IC khác thì không, nên cần một BJT để khuếch đại dòng.
Ngoài ra, bạn cần tìm rơ le có số tiếp điểm đóng mở phù hợp.Trong hệ thống này sử dụng lại relay 24V DC , dòng hoạt động là 1A
3.6.2 Công tắc tơa) Định nghĩa: a) Định nghĩa:
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa bằng tay hay tự động.
Việc đóng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng điện từ, thủy lực hay khí nén. Trong đó công tắc tơ điện từ được sử dụng nhiều hơn cả.
Khi đưa dòng điện vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra từ thông F và sinh ra lực hót điện từ Fđt . Do lực hót điện từ lớn hơn lực phản lực làm cho nắp của nam châm điện bị hót về phía mạch từ tĩnh. Các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ được đóng lại. 49
b) phân loại
Theo nguyên lý truyền động người ta chia công tắc tơ thành các loại sau: Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ;
Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thủy lực; Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén; Công tắc tơ không tiếp điểm.
Theo dạng dòng điện trong mạch:
Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng ngắt mạch điện một chiều. Nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều;
Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều. Nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều.
Ngoài ra trên thực tế còn có loại công tắc tơ sử dụng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều, nhưng nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều.
c) Cac yêu cầu cơ ban cua tăc công tơ
Điên ap đinh mưc Uđm: La điên ap cua mach điên tương ưng ma tiêp điêm chinh phai đong/căt, co cac câp: + 110V, 220V, 440V môt chiêu va 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiêu.
Cuôn hut co thê lam viêc binh thương ơ điên ap trong giơi han tư 85% đên 105%Uđm.
Dong điên đinh mưc Iđm: La dong điên đi qua tiêp điêm chinh trong chê đô lam viêc gian đoan - lâu dai, nghia la ơ chê đô nay thơi gian công tăc tơ ơ trang thai đong không lâu qua 8 giơ.
Công tăc tơ ha ap co cac câp dong thông dung: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A). Nêu đăt công tăc tơ trong tu điên thi dong điên đinh mưc phai lây thâp hơn 10% vi lam mat kem, khi lam viêc dai han thi chon dong điên đinh mưc nho hơn nưa
d) Tính chọn công tắc tơ dùng trong hệ thống
Hình 3.15: Hình ảnh công tác tơ Uđm = 380V, Iđm = 100 A
50
Động cơ sử dụng trong hệ thống có các thông số sau: Pđm = 30kW, Uđm = 380V, hệ số công suất là 0.85
Iđm =
Ta nhân hệ số dự trữ dòng điện KI = 1.4 => Iđm = 1.5× 54 = 76 A
Chọn loại công tắc tơ có Uđm = 380V, Iđm = 100 A
3.6.3 Lựa chọn Aptomata) Định nghĩa a) Định nghĩa
Aptomat là một khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp, … đôi khi trong kỹ thuật cũng sử dụng aptomat để đóng cắt không thường xuyên các mạch làm việc ở chế độ bình thường.
Hình 3.16: Aptomat
b) Chức năng của aptomat
Aptomat (MCB hay MCCB) thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc ba tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang). Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được
51
tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.
c) Một aptomat cầầ̀n thỏa mãã̃n các yêu cầầ̀u sau:
- Chế độ làm việc định mức của aptomat phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua aptomat lâu bao nhiêu cũng được.
- Aptomat phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài chục kilo Ampere (kA). Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, aptomat phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức (Idm).
- Để nâng tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, aptomat phải có thời gian cắt bé.
Như vậy khi lắp đặt aptomat cần phải tính toán phụ tải sau đó chọn aptomat tiêu chuẩn phù hợp với tải để lắp đặt, nếu không aptomat sẽ không bảo vệ được hệ thống như hệ thống lạnh, một dây chuyền công nghệ nào đó …
d) Phân loại:
Trong thực tế hiện nay aptomat thường chỉ có ba loại đó là:
- Loại bảo vệ dòng (quá tải, ngắn mạch ….);
- Loại bảo vệ điện áp (mạng lưới có điện áp không ổn định hay sụt áp …);
- Loại thứ ba là kết hợp của hai loại trên.
e) Chọn aptomat
Điều kiện để chọn Aptomat là: Iaptomat ≥ (1.25 ÷ 1.5). Iđm, vì vậy tính toán chọn lắp đặt trong thực tế phải dựa vào bất đẳẳ̉ng thức trên. 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, aptomat không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ.
Yêu cầu chng là dòng điện định mức của móc bảo vệ Iaptomat không được bé hơn dòng điện tính toán Itt của mạch: Iaptomat ≥ Itt
Chú ý: Do khi có điện trở lại, tất cả thiết bị điện khởi động cùng lúc, các thiết bị có công suất lớn như: máy điều hòa không khí, tủ lạnh, máy giặt cùng khởi động, nên tổng dòng là rất lớn từ 3-10 lần so với lúc hoạt động ổn định tác động đến aptomat bảo vệ. Vì thế khi bị cúp điện nên ngắt tất cả các thiết bị điện có công suất lớn, sau khi có điện trở lại mới khởi động lại từng thiết bị trên nếu có nhu cầu.
Động cơ sử dụng trong hệ thống có các thông số sau:
52
Pđm = 30 kW; Uđm = 380 V, hệ số công suất 0.85
Iđm =
Ta nhân hệ số dự trữ dòng điện KI = 1.7 => Iđm = 1.5× 54 = 81 A
Vậy ta chọn loại aptomat có dòng là: I
aptomat = 100 A
3.7 Bản vẽ sơ đồ hệ thống
(Đã vẽ trong bản vẽ)
3.8 Kết luận
Chương 3 khái quát cho ta hiểu biết thêm về plc đồng thời dựa vào nhu cầu thực tế đưa ra cách tính toán số liệu hợp lí nhằm mục đích lựa chọn bộ điều khiển CPU, modul mở rộng đầu vào analog cũng như các thiết bị relay, aptomat, contactor nhằm đáp yêu cầu trong việc vận hành và bảo vệ hệ thống khi hoạt động.
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
4.1 Sơ đồ thuật toán
Khâu 1(Vùng 1,2 ) :
54
Khâu 2(Vùng 3) :
55
Khâu 3(Vùng 4) :
56
Khâu 4(Vùng 5) :
57
Khâu 5(Vùng 6) :
58
Khâu 6: Đèn báo mức chất lỏng
59
4.2 Chương trình điều khiển
60
61
62
63
64
65
4.3 Kết luận chương 4
Chương này giúp bạn hiểu hơn về cách điều khiển hệ thống thông qua lưu đồ thuật toán và chương trình điều khiển. Chương trình điều khiển thì có thể tùy vào từng người mà có nhiều cách viết khác nhau, miễn sao mà hệ thống chạy đúng theo mong muốn của người sử dụng.
66
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bài giảng điều khiển Logic, 2017 – Trần Thái Anh Âu, Nguyễn Kim Ánh, Lê Tiến Dũng
[2] Mitsubishi Electric, 2013 Programmable controllers MELSEC-F Basic & applied instruction edition, FX-P3-E, 09R517 840, Himeji – Japan.
67