Điều khiển PID - BIẾN TẦN IG5A - Đồ án môn học- 123docz.net

CHƯƠNG 3 BIẾN TẦN IG5A

3.4 Điều khiển PID

Chức năng điều khiển PID đươc tích hợp trong biến tần, không cần trang bị thêm bên ngoài. Để thực hiện điều khiển PID, cần cài đặt các thông số ở bảng bên dưới, các thông số này đặc trưng cho chế độ làm việc với PID điều khiển động cơ

Chú thích các thông số trên hình:

3-Thêm giao tiếp RS-485 vào danh mục PID Feedback

4-Giá trị PID REF có thể được thay đổi và kiểm tra trong “rEF” của nhóm DRV. Đơn vị là [Hz] khi H58 = 0 và [%] khi H58 = 1

5-Giá trị PID FBK có thể được kiểm tra trong “Fbk” của nhóm DRV Đơn vị tương đối với “rEF

6-Nếu chuyển mạch PID được đưa vào đầu vào đa năng (P1 ~ P8), Nếu H58 là 1, [%] được chuyển đổi thành [Hz].

7-Tần số đầu ra được hiển thị trong “SPD” của nhóm DRV.

8-PID OUT of Normal PID là một cực và nó bị giới hạn bởi H55 (H-Limit) và H56 (L-Limit) 9-100% là F21 (Tần số tối đa)

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ BỐ TRÍ HỆ THỚNG ĐIỆN. 4.1 Thiết kế hệ thớng điều khiển

- Sơ đờ khối điều khiển

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển băng tải.

- Nguyên lý hệ thống điều khiển băng tải.

 Điện áp 3 pha (380V- 50Hz) từ nguồn được cấp cho biến tần IG5A.

 Biến tần IG5A có tích hợp bộ điều khiển PID/PI, với 2 chế độ làm việc chính là điều khiển V/F và Vector vòng kín (Sensorless Vector Control).

 Ngõ ra biến tần được kết nối với động cơ, qua hộp số giảm tốc và bộ truyền động xích để truyền động Rulo chính.

 Trên Rulo trục chính gắn cảm biến tốc độ quay Encoder, Encoder này có nguồn cấp được lấy trực tiếp từ nõ ra 24VDC của biến tần, bộ encoder giám sát chuyển động quay và truyền tín hiệu Digital với 2 kênh A,B. Tín hiệu Digital này qua mạch DAC chuyển thành tín hiệu Analog truyền về biến tần. Đây là tín hiệu hồi tiếp và được chuyển đến bộ điều khiển PI để xử lý.

 Bộ PI tiếp nhận tín hiệu hồi tiếp và tín hiệu đặt được lập trình trước trên biến tần. PI xử lý đưa ra tín hiệu điện áp điều khiển. Tín hiệu này can thiệp vào qua trình nghịch lưu V/F, tạo ra điện áp ngõ ra với biên độ và tần số theo yêu cầu. Sau đó kết nối với nguồn cấp động cơ.

4.2 Bố trí hệ thống điện – điều khiển cho băng tải

- Mô hình thiết kế băng tải trong phần mềm Sketchup Pro 2021

Hình 4.3 Bố trí các thiết bị trên băng tải.

- Lắp đặt encoder hồi tiếp.

 Encoder được lắp trên Rulo chính của băng tải

 Lựa chọn Encoder: Chọn Encoder của hãng Omron, loại 4 dây (2 dây nguồn và 2 dây tín hiệu ra A,B), trục lõm, đợ phân giải 1024.

CHƯƠNG 5. MƠ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK.

4.1 Mô hình điều khiển băng tải trong phần mềm Matlab/Simulink

Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink mô hình hóa hệ thống điều khiển băng tải. Mô hình mô phỏng được thực hiện trên phần mềm Matlab R2019a.

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ mô phỏng.

Thực tế, biến tần IG5A đã tích hợp bộ điều khiển PID/PI, nên khi điều khiển sẽ trực tiếp lập trình trên biến tần,

 Nguồn điện xoay chiều 3 pha 380V được cấp từ bên ngoài đi vào biến tần.  Tại khối biến tần IG5A:

 Điện áp cấp vào biến tần được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều

 Điện áp được nghịch lưu thành điện áp 3 pha với tần số và điện áp tùy thuộc vào tín hiệu vào Input_Voltage được đưa vào từ bộ điều khiển PI. Điện áp này được đưa ra khỏi biến tần kết nối với bộ đo lường trước khi kết nối đến động cơ.

 Tại khối PI Controller: Tín hiệu đặt (tín hiệu yêu cầu cần đạt) và tín hiệu hồi tiếp từ Encoder sẽ được lập trình xử lý, tạo ra điện áp (Tín hiệu) điều khiển Input_Voltage. Tín hiệu này được đưa vào khối biến tần IG5A làm căn cứ nghịch lưu.

 Động cơ: Nguồn điện ra từ biến tần với tần số và điện áp được điều khiển được đưa vào động cơ. Hai giá trị động cơ được yêu cầu gồm tốc độ và moment được lấy ra và đo lường.

Nguyên lý điều khiển

Đây là mô hình điều khiển tốc độ băng tải với tải trọng thay đổi (moment tải thay đổi) có hồi tiếp tín hiệu.

Tín hiệu yêu cầu và tín hiệu đo được ở đầu động cơ được đưa qua bộ xử lý PI Controller. Tại đây, nó sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển . Tín hiệu điều khiển này sẽ đưa vào biến tần, tại đây tín hiệu điều khiển sẽ tác động làm cho điện áp ra khỏi biến tần cấp cho động cơ có được biên độ và tần số hợp lý mà khi được cấp cho động cơ sẽ duy trì tốc độ động cơ không đổi dù moment tải thay đổi .

4.2 Mô phỏng quá trình điều khiển và đánh giá kết quả.

4.2.1 Thiết lập thông số các khối.

 Động cơ: Động cơ được chọn không có sẳn trong thư viện Simulink, vì vậy cần thiết lập thủ công thông số cho động cơ:

Hình 4.4 Thiết lập thông số động cơ.

Hình 4.5 Thiết lập thông số biến tần

 Bộ PI Controller

Hình 4.6 Thiết lập thông số bộ điều khiển PI

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Moment 10 20 30 40 50 60 Time (sec) 0.5 1 1.5 Speed

Hình 4.7 Thiết lập tín hiệu đặt

Yêu cầu mô phỏng: Điều khiển tốc độ động cơ không đổi ở 1m/s với moment thay đổi:

4.2.3 Nhận xét về kết quả.Nhận xét: Nhận xét:

Về mặt tương đối, động cơ đáp ứng được tốc độ yêu cầu không đổi khi tải thay đổi trọng tải cả tăng và giảm.

Về moment, động cơ đáp ứng được moment thay đổi của tải, sự chênh lệch trên kết quả là do động cơ phải gánh thêm các tổn hao do cơ khí, khiến động cơ phải tạo ra moment chênh lệch một ít với nhu cầu tải.

Đánh giá:

+ Ưu điểm của hệ thống

Điều khiển được tốc độ động cơ phù hợp với yêu cầu.

Hệ thống điều khiển đơn giản, dể dàng thiết kế và điều khiển. + Nhược điểm

Tớc đợ cịn có sự bất ổn khi thay đổi tải, chưa thật sự dảm bảo được tốc độ trơn tru, nhưng trong phạm vi tương đối có thể chấp nhận được.

TỞNG KẾT

Băng tải là thiết bị trùn đợng phở biến với một nhiệm vụ duy nhất là di chuyển các sản phẩm từ vị trí này đến vị trí khác. Nó là thiết bị quan trọng và vô cùng hữu ích trong các khu sản xuất, dây chuyền tự động hoặc các hoạt động sản xuất mạng tính chuyên môn. Với mẫu mã đa dạng, dể dàng điều khiển và sử dụng mà sự phổ biến của nó đang ngày càng nâng cao và tích hợp chức năng điều khiển cũng không ngừng cải tiến.

Đồ án này với mục đích thiết kế hệ thống băng tải theo yêu cầu được định trước, các bước thực hiện gồm: Giới thiệu về tổng quát về băng tải, tính toán chọn động cơ phù hợp, lựa chọn các thiết bị điều khiển như biến tần, hộp số, mạch PI controller…xây dưng mô hình 3D với thiết kế cấu trúc, bố trí các thiết bị trong hệ thống và cuối cùng là xây dựng mô hình mô phỏng nhằm tạo ra một sản phẩm trực quan về thiết kế và điều khiển.

Động cơ được lựa chọn là động cơ không đồng bộ 3 pha vì ứng dụng rộng rãi và sự hiệu quả của nó, động cơ không đồng bộ 3 pha chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và là “con ngựa” của ngành công nghiệp.

Với việc sử dụng thêm biến tần để điều khiển động cơ thay cho chỉ dùng hộp số sẽ giúp việc vận hành hệ thống băng tải trở nên an toàn, dễ dàng , linh hoạt và chính xác hơn. Điều này giúp tăng tuổi thọ cho các thiết bị vận hành và tính biến đổi linh hoạt cho phù hợp các nhu cầu thay đổi theo thời gian của hoạt động sản xuất. Biến tần được lựa chọn tên là biến tần IG5A của hãng LS – đây là thương hiệu biến tần băng tải được sử dụng phổ biến.

Đây là một đề tài điều khiển không thể nói là khó đối với sinh viên chuyên điều khiển nhưng cũng là một đề tài khá cứng cho nhóm. Với tất cả sự cố gắng, tính chăm chỉ, nhóm đã cố gắng hết sức để hoàn thành tốt nhất đề tài này. Nhóm rất cảm ơn thầy Trương Việt Anh với những sự trợ giúp hết sức thiết thực và nhiệt tình, nhờ vậy nhóm có thể hoàn thành đồ án một cách nhanh chóng nhưng vẫn đảm bảo tính đúng đắn và chỉnh chu của một sản phẩm khoa học. Nhóm rất mong nhận được những đóng góp và phê bình đến từ người đọc để có thể nâng cao hơn kinh nghiệm trong lĩnh vực điều khiển. Chân thành cảm ơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Quang Thọ (2018), Truyền động điện tự động, NXB Đại học Quốc gia TP HCM [2] Vũ Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Liên Anh (2006), Chương 5: Trang bị

điện điện tử – Các thiết bị vẫn tải liên tục, trong “Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung”, Tái bản lần thứ 5, NXB Giáo dục

[3] Karl J. Astrom, Tore Hagglund (1995), PID Controller: Theory, Design and Turning, 2nd Edition, Instrument Society of American

[4] Hitachi electric motors for industrial application, Hitachi Technology Industrial (Thailand).Ltd, trang 22,

https://www.wingleehardware.com/PDF/Hitachi/CatalogueHitachiMotor.pdf [5] Compact & Powerful Inverter Starvert iG5A, LS Industrial Systems, trang 8 https://www.tme.eu/Document/cf1187374b6370b25f8f15a3dea2dbbd/sv-ig5a.pdf [6] SV-iG5A User Manual, LS Industrial Systems

https://inverterdrive.com/file/LS-Starvert-iG5A-Manual

[7] Incremental 40-mm-dia. Rotary EncoderE6B2-C, OMRON Corporation Industrial Automation Company

https://www.mouser.com/datasheet/2/307/e6b2-c_ds_csm491-25665.pdf [8] Cách Lựa Chọn Motor Cho Băng Tải Chuẩn Nhất Hiện Nay(17/3/2021), https://minhmotor.com/dong-co-bang-tai.html