KHẢO SÁT BIÊN ĐỘ ÁP SUẤT
2.3. Giải pháp số khảo sát biểu đồ áp suất ổ thủy động
2.3.1. Module điều khiển động cơ 3 pha AC
Trong luận văn, tác giả sử dụng vi xử lý ESP32 giao tiếp với biến tần để điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha AC. Vi xử lý ESP32 có cấu hình mạnh mẽ, CPU:
Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor, chạy hệ 32 bit, tốc độ xử lý 160MHZ up to 240 MHz, tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40 mhz → 80 mhz (tùy chỉnh khi lập trình), 520 KB SRAM liền chip (trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao – 8 KB RAM RTC tốc độ
46 thấp (dùng ở chế độ DeepSleep). Vi xử lý ESP32 còn tích hợp cả Bluetooth, BLE và Wifi đảm bảo cho khả năng kết nối với nhiều loại ứng dụng khác như máy tính, điện thoại. Module hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C và I2S và có khả năng kết nối với nhiều ngoại vi như các cảm biến, các bộ khuếch đại, thẻ nhớ (SD card). Ở chế độ sleep dũng điện hoạt động là 5 àA nờn thớch hợp cho cỏc ứng dụng dựng pin như cỏc thiết bị điện tử đeo tay. Ngoài ra module còn hỗ trợ cập nhật firmware từ xa (OTA) do đó người dung thể có những bản cập nhật mới nhất của sản phẩm.
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật vi xử lý ESP32
Đặc điểm/ tính năng Thông số
Kích thước 18 mm x 20 mm x 3 mm
CPU Xtensa Dual-Core 32-bit LX6 với tần số hoạt động lên đến 240 MHz
Bộ nhớ trong
448 KBytes ROM cho booting và các tính năng của lõi chip.
20 KBytes SRAM trên chip dùng cho dữ liệu và các lệnh instruction.
8 KBytes SRAM trong RTC (gọi là RTC SLOW Memory) để truy xuất bởi các bộ co-processor 8 KBytes SRAM trong RTC (gọi là RTC FAST Memory) dùng cho lữu dữ liệu
1Kbit EFUSE, với 256 bit cho hệ thống (địa chỉ MAC và cấu hình chip), 768 còn lại cho ứng dụng người dùng, Kết nối WiFi
Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i
Bluetooth: BR/EDR phiên bản v4.2 và BLE Ethernet MAC hỗ trợ chuẩn: DMA và IEEE 1588 Giao tiếp ngoại vi Bộ chuyển đổi ADC 12 bit, 16 kênh
Bộ chuyển đổi 8-bits DAC: 2 kênh Nhiệt độ hoat động ổn định -40C đến 85C
Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V Dòng tiêu thụ ổn định 80mA
Bảo mật
IEEE 802.11 hỗ trợ các chuẩn bảo mật: WFA, WPA/WPA2 và WAPI
Mã hóa Flash
1024-bit OTP, 768-bit cho người dùng
47 Có thể thấy module này có thông số kỹ thuật, hiệu suất, độ tin cậy tốt nhất cho tích hợp, thiết kế ứng dụng điện tử, tự động hóa, đòi hỏi phạm vi hoạt động rộng, tiết kiệm năng lượng cũng như khả năng kết nối đa dạng.
Hình 2.6. Sơ đồ chân vi xử lý ESP32
Hình 2.7. Vi xử lý ESP32 b) Biến tần
Biến tần là thiết bị điện tử thực hiện biến đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều DC hoặc dòng điện xoay chiều AC ở cấu hình tần số và pha này
48 thành dòng điện xoay chiều có cấu hình tần số và pha khác, biến tần được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ điều điều khiển tốc độ cơ.
Điều khiển động cơ 3 pha AC qua Modbus đã trở thành một giao thức truyền thông tiêu chuẩn thực tế và hiện là phương tiện phổ biến để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp. Giao thức truyền thông Modbus được thực hiện trên cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP, MAP, Modbus Plus. Modbus mô tả quá trình giao tiếp giữa một bộ điều khiển với các thiết bị khác thông qua cơ chế yêu cầu/đáp ứng.
Giao thức Modbus chia làm nhiều loại như Modbus RTU, Modbus TCP, Modbus ASCII, Modbus UDP.
Trong luận văn, tác giả sử dụng Modbus RTU, đây là giao thức phổ biến.
Giao thức Modbus RTU là một giao thức mở, sử dụng đường truyền vật lý RS- 232 hoặc RS485 và mô hình dạng Master-Slave.
Chuẩn RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp. Bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao tiếp với bất kì thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua liên kết RS485. Liên kết RS485 được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa và điều khiển cho những ứng dụng.
Những đặc điểm nổi trội của RS485 là nó có thể hỗ trợ 1 mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng 1 đường truyền, tốc độ có thể lên tới 115.200 baud cho 1 khoảng cách là 4000feet (1200m).
Hình 2.8. Cấu trúc Frame truyền thông của RTU
49 Các loại biến tần hiện nay đa số đều hỗ trợ chuẩn giao tiếp truyền thông Modbus qua đường RS485, dễ dàng thao tác cài đặt truyền thông cho biến tần.
Trong luận văn, tác giả sử dụng biến tần của hãng Schneider, biến tần Altivar 32 Communication variables (ATV 32) có hỗ trợ kỹ thuật giao tiếp mạng truyền thông RS485 để điều khiển động cơ AC. Biến tần ATV 32 là một biến tần nhỏ gọn, mạnh mẽ, dễ giao tiếp và linh hoạt với khả năng được thiết kế cho động cơ không đồng bộ 3 pha có công suất đến 15kW. ATV32 điều khiển động cơ bằng phương pháp định hướng theo vector, giám sát hoạt động qua các cổng giao tiếp.
Hình 2.9. Biến tần Altivar 32 Communication variables (ATV 32) Các thông số kỹ thuật như (bảng 2.2).
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của biến tần ATV 32
Nguồn cấp 1 pha 100…120 V,200…240V
3 pha 380…480 V,380…500 V Công suất
0.18-15KW (1 pha 100…120 V và 3pha 380...480V), 0 .18…2 .2 KW (1pha 200...240V)
0 .37…15 KW (3 pha 380...500V)
Dòng điện 1.5-11 (1 pha 200...240V), 1.5-33A (3 pha 380-500V)
Dải tần số 0.1-599Hz
Mô men khởi động 170…200% of the nominal motor torque
Phương pháp điều khiển U/f, 5 điểm U/f, tỷ lệ vector, tỷ lệ căn bậc hai, tỷ lệ tiết kiệm năng lượng.
Ngõ vào 3 tương tự, 6 số
Ngõ ra 1 tương tự: điện áp (0-10V) hay dòng (0-20mA) 1 Số
Chức năng chính
Điều khiển Giám sát Điều chỉnh Truyền thông
Modbus, CANopen
DeviceNet, PROFIBUS DP V1, EtherNet/IP, Modbus RTU, EtherCa
Integrated
50 c) Động cơ không đồng bộ 3 pha AC
Động cơ không đồng bộ là động cơ điện hoạt động với tốc độ quay của Rotor chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường Stator. Tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha AC được tính theo công thức:
Trong đó:
n =60f
p = (1 − s) + n: Tần số quay của động cơ (v/ph).
+ f: Tần số điện áp stator tính bằng héc (Hz).
+ p: Số đôi cực của máy phát-động cơ.
+ s: Hệ số trượt.
d) Sử dụng biến tần để điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha AC Để điều khiển biến tần có nhiều phương pháp, cụ thể:
+ Điều khiển bằng bàn phím: Trên mỗi biến tần đều có các phím bấm cho phép người dùng có thể thực hiện các thao tác điều chỉnh, vận hành biến tần. Các thao tác thực hiện trên hệ thống phím bấm này rất đơn giản và hiệu quả. Đây là phương pháp thủ công không thể thực hiện trên nhiều biến tần.
+ Điều khiển bằng Analog: Tín hiệu điện áp được đưa tới ngõ vào tín hiệu điều khiển của biến tần để thay đổi tín hiệu ra. Các mạch biến đổi số sang tương tự dùng cho việc điều khiển theo kiểu này thường khá phức tạp và tốn kém.
+ Điều khiển thông qua cổng truyền thông: Các tín hiệu, thông số cần điều chỉnh, sẽ được đưa tới biến tần thông qua cổng giao tiếp RS485. Phương pháp này còn cho phép ghép nối nhiều biến tần với bộ điều khiển và xây dựng hệ thống mạch biến tần. Phương pháp này rất linh động và mềm dẻo, phù hợp với nhiều loại máy biến tần khác nhau. Phương pháp này khắc phục ưu điểm của hai phương pháp trên.
Trong luận văn, tác giả sử dụng giao thức RTU Modbus để điều khiển biến tần qua đường truyền RS485, với nhiều ưu điểm nổi bật như:
+ Mức điện áp hoạt động nhỏ + Tốc độ cao, lên tới 10 Mbps.
+ Khoảng cách truyền xa, lên tới 1200 m.
51 + Chống nhiễu tốt.
+ Giá thành thấp.
Hình 2.10. Sơ đồ kết nối RS485 điều khiển biến tần