Chương III : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1 Khái niệm cơ bản về điều khiển
3.1.1 Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiền tự động là hệ thống được xây dựng từ ba bộ phận chủ yếu:
+ Thiết bị điều khiển C (Controller) + Đối tượng điều khiển (Object)
+ Thiết bị đo lường M (Measering Device)
Đó là một hệ thống có phản hồi (feedback) hay có liên hệ ngược. Hình 3.1 là sơ đồ khối một hệ thống điều khiển tự động đơn giản nhất và tổng quát nhất.
+ u: tính hiệu vào (input) + y: tính hiệu ra (output)
+ x: tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng + e: sai lệch điều khiển
+ z: tín hiệu phản hồi (phản hồi âm ký hiệu bằng dấu (-) khi z ngược dấu với tín hiệu u).
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
3.1.2 Các loại sơ đồ mạch điện 3.1.2.1 Sơ đồ khai triển
Là sơ đồ mạch điện mà trên đó thể hiện mọi phần tử có trong mạch điện, kể cả các khâu liên động và bảo vệ. Trong sơ đồ này các phần tử của khí cụ điện, thiết bị điện được thể hiện không xét đến vị trí tương quan, mà chỉ xét đến vị trí thực hiện chức năng của chúng trong mạch điện. Các thành phần cơ bản của sơ đồ khai triển là:
Mạch động lực: cấp điện cho động cơ qua cầu dao, cầu chì, áp tô mát, tiếp điểm chính của công tắc tơ...
Mạch điều khiển: các nút ấn điều khiển, các cuộn dây, các tiếp điểm phụ của các công tắc tơ, các tiếp điểm của các rơle...
Mạch động lực vẽ bằng nét đậm, mạch điều khiển vẽ bằng nét mảnh.
Trên sơ đồ ghi tên các thiết bị điện, khí cụ điện theo nhiệm vụ của nó trong mạch điện và viết tắt bằng các chữ cái bên cạnh phần tử.
Các điểm nối phải đánh số thứ tự để dễ phân tích, lắp ráp, đỡ nhầm lẫn và thuận tiện khi sử dụng sơ đồ.
Ở mạch động lực cần ghi rõ các chữ cái để chỉ rõ nối ở đâu như A,B,C rồi A1, B1, C1...
3.1.2.2 Sơ đồ nguyên lý
Là một dạng sơ đồ khai triển đã được đơn giản hoá đi. Trong sơ đồ nguyên lý chỉ để lại các mạch chính biểu thị các máy điện, các khí cụ điện và các khâu có ý nghĩa đối với nguyên lý làm việc của hệ thống. Đôi khi sơ đồ nguyên lý chỉ để giải thích nguyên lý làm việc của một vài khâu nào đó của hệ thống điều khiển tự động.
3.1.2.3 Sơ đồ lắp ráp
Là sơ đồ biểu diễn vị trí lắp đặt thực tế của thiết bị điện, khí cụ điện trong tủ điều khiển và ở các bộ phận khác của máy. Sơ đồ lắp ráp chỉ rõ các đường dây nối giữa các thiết bị, khí cụ, chỉ rõ tiết diện đường dây nối, số hiệu của dây nối. Việc bố trí khí cụ và thiết bị điện dựa trên kết cấu và đặc điểm làm việc của máy:
Máy đơn giản có thể bố trí ở tất cả mọi chỗ Máy phức tạp có thể bố trí ở ba vị trí như sau:
+ Các động cơ điện, rơle tốc độ, công tắc hành trình... được bố trí tại máy. + Các khí cụ tự động như rơle điện, áp tô mát, khởi động từ, máy biến áp, chỉnh lưu, khuyếch đại từ...đặt trong tủ điện.
+ Các khí cụ cần quan sát như: đồng hồ chỉ thị, đèn tín hiệu, nút ấn, khoá điều khiển...được bố trí tại bảng điện.
3.1.3 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển
Đối với một máy sản xuất ta có thể thiết lập được nhiều sơ đồ mạch điện khác nhau. Để đánh giá chất lượng của các sơ đồ đó và lựa chọn được sơ đồ tốt nhất ta dựa trên các yêu cầu cơ bản sau:
3.1.3.1 Phù hợp nhất với yêu cầu công nghệ
Đối với một máy sản xuất thường có một số nhiệm vụ và chức năng cụ thể và do vậy có một số đặc điểm công nghệ nhất định. Khi một hệ thống điều khiển phù hợp với công nghệ đặt ra đối với cơ cấu sản xuất sẽ cho ta hiệu quả kinh tế cao nhất. Một hệ thống điều khiển phù hợp với công nghệ là:
+ Động cơ điện truyền động cho cơ cấu sản xuất và phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ có đặc tính cho phép phù hợp với đặc tính của cơ cấu sản xuất.
+ Các thiết bị, khí cụ điện trong hệ thống hoạt động tạo ra được đầy đủ những chế độ cần thiết mà công nghệ của máy yêu cầu.
3.1.3.2 Hệ thống đơn giản, tác đông tin cậy
Một hệ thống điều khiển được xem là đơn giản nhất khi:
Số lượng thiết bị, khí cụ điện, máy điện và các thiết bị khác ít nhất, ít chi tiết, đường dây.
Các thiết bị máy móc cùng loại (đồng bộ), cấu tạo đơn giản. Các thiết bị trong hệ thống hoạt động tin cậy.
Dễ dàng chuyển từ trạng thái khống chế này sang trạng thái khống chế khác.
Từ một vị trí có thể điều khiển được nhiều mục tiêu khác nhau.
Có thể điều khiển tự động, điều khiển bằng tay và việc chuyển đổi dễ dàng, nhanh chóng
3.1.3.4 Hệ thống tác động phân minh
Hệ thống điều khiển hoạt động đúng đắn khi bình thường cũng như khi gặp sự cố, ở bất kỳ vị trí làm việc nào cũng phải đảm bảo một thứ tự làm việc chặt chẽ. Mặt khác khi gặp các sự cố kỹ thuật thì thiết bị bảo vệ phải tác động dứt khoát, rành mạch và có chọn lọc.
3.1.3.5 Đảm bảo an toàn
Các thiết bị dùng trong hệ thống phải chắc chắn, độ bền cao, độ chính xác cao.
Hệ thống có đầy đủ các bảo vệ cần thiết và đúng đắn. Lắp ráp đúng qui trình.
3.1.3.6 Kích thước và giá thành nhỏ nhất 3.1.3.7 Thuận tiện cho lăp ráp và sửa chữa 3.1.3.8 Các yêu cầu khác
Ngoài các yêu cầu trên thì hệ thống có thể có các yêu cầu khác như: các thiết bị sử dụng trong hệ thống phải hợp lý, dùng ít kim loại màu...