3.5.1 Lựa chọn động cơ
Đối với môi trường làm việc bụi bặm (như nhà máy xi măng) thì việc lắp đặt động cơ một chiều là không hợp lý (do giá thành cao, chi phí vận hành lớn, làm việc kém tin cậy trong môi trường bụi bặm vì cấu tạo của động cơ điện một chiều có vành góp và chổi than dễ tạo ra tia lửa điện ) nhưng động cơ không đồng bộ lại khắc phục được nhược điểm này do vậy hệ thống cân băng ta dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc.
Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản ,vững chắc, giá thành rẻ, có thể hoạt động trong mọi môi trường, kể cả môi trường có hoạt tính cao như nước ,dễ chế tạo và vận hành an toàn ,được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ ,trung bình đến công suất lớn .
Hình 4.1 Động cơ SEW loại K
Hình 4.2 Lắp đặt động cơ truyền động cho băng tải. Thông số của động cơ:
Thông số Động cơ Nguồn cấp ∆/ Y (V) Công suất KW Hộp số loại Động cơ loại Tần số Hz Vận tốc góc (v/p) Vào/Ra Hệ số trượt Sđm Mômen đầu trục hộp số(Nm) Tỉ số truyền i Clinker 220/380 2.2 K77 DAS 100L4 50 1472/ 8,2 0.019 13800 179,5 Thạch Cao 220/380 0.37 K97- R57 DAS 80K4 50 1416/1.02 0.056 26200 1388,2 Bazan 220/380 0.75 K77- R37 DAS 90S4 50 1446/3,84 0.036 14000 376,6 Bảng 3.3
ĐCKĐB roto lồng sóc có cấu tạo phần cảm và phần ứng không khác biệt ,từ thông cũng như moomen động cơ phụ thuộc vào nhiều tham số .Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động ĐCKĐB roto lồng sóc là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính chất phi tuyến mạnh .
Từ phương trình mômen của động cơ không đồng bộ:
2 2 1 2 1 1 3 ω [( ) nm] R U f s M R s R X s = + + (3-18) Nếu thay 1 1 n n s n − =
Ta có phương trình biểu diễn đặc tính cơ là: n=f(M)
Để điều chỉnh tốc độ động cơ ta căn cứ vào phương trình tốc độ: 1 60 (1 ) f (1 ) n n s s p = − = − (3-19)
Từ phương trình tốc độ trên ta thấy để điều chỉnh tốc độ động cơ ta có các cách điều chỉnh sau:
- Điều chỉnh tần số - Điều chỉnh số đôi cực p
- Điều chỉnh hệ số trượt s (Thực chất là điều chỉnh điện áp).
S
Mđm Sđm
Sth
Mth M
Từ công thức tốc độ đông cơ không đồng bộ: 1 60 (1 ) f (1 ) n n s s p = − = − (3-20)
Ta thấy nếu cung cấp cho động cơ bởi nguồn điện có tần số thay đổi thì tốc độ của động cơ sẽ thay đổi và dạng của đặc tính cơ cũng thay đổi.
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn stato thì:
U1 ≈ Ε1 = 4,44 ω1Kdq1f1φ = c φ f1 (3-21) trong đó: c = const
Khi thay đổi f1 dữ U1=const thì φ thay đổi. Nếu giảm f1 thì φ tăng dẫn đến mạch từ bão hoà thì Iμ tăng ,chỉ tiêu năng lượng của động cơ xấu đi và động cơ bị phát nóng quá nhiệt độ cho phép.
Nếu tăng f1 thì φ giảm, nếu Μ=KI2φ cosϕ2 = const , φ giảm dẫn đến I2 tăng thì mạch từ của động cơ làm việc non tải, nhưng dây quấn rôto quá tải nên không thể được. Vì vậy khi thay đổi f1 thì phải dữ φ = const và thay đổi điện áp nhưng phải đảm bảo điều kiện quá tải là hằng số thì Mmax là hằng số.
' 2 2 2 , 1 1 1 max 2 2 1 1 1 1 1 3 3 2 2 [ d] n U U U M const c const x f r r x ω ω = = = = = + + (3-22)
( Thông thường người ta giảm f1.)
Như trên ta thấy tốc độ động cơ tỉ lệ với tần số nên khi thay đổi tần số mạng điện, tốc độ rôto thay đổi một cách tương ứng. Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ một cách liên tục, gọi là điều chỉnh trơn. Tuy nhiên mạng điện cấp cho nhiều tải khác nhau nên khi tần số mạng thay đổi, sẽ ảnh hưởng đến hàng loạt các động cơ và các tải khác. Vì thế phương pháp này chỉ thích ứng khi động cơ do một nguồn điện riêng cung cấp, hoặc khi nhiều động cơ cùng có yêu cầu thay đổi tốc độ như nhau, nhận điện từ một nguồn riêng.
Ta có thể viết lại biểu thức:
2 2 2 1 1 1 3 4 ( ) f th nm U p M f R R x π = + + (3-23)
Như vậy ta thấy mômen tới hạn Mth sẽ thay đổi theo quy luật biến đổi của tỷ số
1
f
U
f khi thay đổi f1 ,nếu giả thiết 1 1
U
const
f = thì Mth=const và ta được họ đặc tính có dạng sau:
Hình 3.17 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số f1 trực tiếp từ lưới điện là không thực sự thông dụng và không hiệu quả về kinh tế, không thuận lợi trong sản xuất công nghiệp; mà các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và tính chất động học, với yêu cầu này và để khắc phục nhược điểm của phương pháp trên thì chỉ có thể thực hiện được với bộ biến tần .
3.6 Lựa chọn biến tần
Các hệ thống điều khiển dùng biến tần - động cơ KĐB đang được sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp .Biến tần được kết nối với động cơ và PLC có nhiệm vụ làm thay đổi tốc độ của động cơ bằng cách làm thay đổi tần số dòng điện để làm thay đổi giá trị lượng liệu cấp xuống băng tải chính .Biến tần hoạt động qua sự điều khiển của PLC .
Biến tần được sử dụng trong hệ thống cân định lượng này là loại MM 420 của hãng SIEMENS .
Hình 3.18 Biến tần MM420
3.6.1 Thông số kỹ thuật biến tần MM420
Thông số kỹ thuật Ý nghĩa
Điện áp công suất vào 200V ÷ 240V 1AC ± 10% 0,12 ÷ 3 kW 200V ÷ 240V 3AC ± 10% 0,12 ÷ 5,5 kW 380V ÷ 480V 3AC ± 10% 0,37 ÷ 11 kW Tần số đầu vào 47 đến 63 Hz Tần số điện áp ra 0 đến 650Hz Hệ số công suất 0,95 Hệ số chuyển đổi 96 đến 97 %
Khả năng quá tải Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 s ở mỗi 300 s
Dòng điện vào khởi động Thấp hơn dòng điện định mức
Phương pháp điều khiển Tuyến tính V/f ,bình phương V/f ,đa điểm V/f ,điều khiển từ dòng thông FCC
Tần số điều chế xung (PWM)
16kHz ( tiêu chuẩn cho 230V 1 Ph hay 3Ph) 4kHz (tiêu chuẩn cho 400V 3Ph)
2kHz đến 16kHz (bước chỉnh 2kHz) Tần số cố định 7 ,tùy đặt
Dải tần số nhảy 4 ,tùy đặt Độ phân giải điểm đặt 10 bit analog
0,01 Hz giao tiếp nối tiếp (mạng)
Các đầu vào số 3 đầu vào số lập trình được cách ly .Có thể chuyển đổi PNP/NPN
Các đầu vào tương tự 1, dùng cho điểm đặt hay phản hồi cho PI (0 đến 10 V,định thang được hoặc dùng như đầu vào số thứ 4)
250VAC/2A (tải cảm)
Các đầu ra tương tự 1, tùy chọn chức năng ,0 -20mA Cổng giao tiếp nối tiếp RS – 485,vận hành với uss protocol Độ dài cáp động cơ - Không có kháng ra:
Max.50m (bọc kim)
Max.100m (không bọc kim) - có kháng ra:
max. 200m (bọc kim) max.300m (không bọc kim)
Tính tương thích điện từ Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 61 800 -3 9 giới hạn theo tiêu chuẩn EN 55 011 ,class B)
Hãm Hãm DC , hãm tổ hợp
Cấp bảo vệ Ip 20
Dải nhiệt độ làm việc 0 10 C
− đến 0 50 C
Nhiệt độ bảo quản −400C đến 700C
Độ ẩm 90% không đọng nước
Độ cao lắp đặt 1000m trên mực nước biển
Các chức năng bảo vệ Thấp áp ,quá áp ,quá tải ,chạm đất ,ngắn mạch ,chống kẹt ,quá nhiệt động cơ,quá nhiệt biến tần , khóa tham số PIN
Phù hợp theo các tiêu chuẩn CE mark
Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC ,loại có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC Kích thước và tùy chọn Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu Kg
A 173 x 73 x 149 1 B 202 x 149 x 172 3,3 C 245 x 185 x 195 5,0
Bảng 3.4
Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lí của biến tần MM420
3.6.3 Ký hiệu các cổng vào ra của biến tần
Đầu dây Kí hiệu Chức năng
1 - Đầu nguồn ra +10V
2 - Đầu nguồn ra 0V
4 ADC - Đầu vào tương tự (-)
5 DIN1 Đầu vào số 1
6 DIN2 Đầu vào số 2
7 DIN3 Đầu vào số 3
8 - Đầu ra cách ly +24V/max .100 mA
9 - Đầu ra cách ly 0V/max .100 mA
10 RL1-B Đầu ra số/ tiếp điểm NO
11 RL1-C Đầu ra số/chân chung
12 DAC+ Đầu ra tương tự (+)
13 DAC- Đầu ra tương tự (-)
14 P+ Cổng RS485 (+)
15 N- Cổng RS485 (-)
Bảng 3.5
3.6.4 Nối dây đến động cơ
Hình 3.20 Sơ đồ nối dây đến động cơ
Từ biến tần nối đến động cơ phải qua các thiết bị trung gian sau: + Cầu chì: có chức năng bảo vệ quá dòng so với dòng định mức. + Contactor dùng để đóng cắt nguồn cung cấp cho động cơ.
+ PE: vị trí nối đất an toàn cho thiết bị: động cơ, contactor, biến tần.
3.6.5Cài đặt thông số cho biến tần
Cầu chì
Contactor Biên tần Động cơ
PE
L3 U L2 V L1 W
Trước khi kết nối với S7-200 cần phải cài đặt đủ các thông số của biến tần. Sử dụng các keypad có sẳn trên biến tần để cài đặt như sau:
Reset lại các tham số biến tần để trở về tham số mặc định P0010 = 30 P0970 = 1 Các thông số cài đặt P0003 = 2 (mức mở rộng) P0004 = 0 ( lọc tất cả thông số0 P0005 = 21 (hiển thị tần số) P0010 = 1 (cài đặt nhanh) P0100 = 0 (công suất là KW, tần số 50Hz) P0300 = 1 (động cơ không đồng bộ) P0304 = 380V P0305 = dòng điện định mức động cơ P0307 = công suất định mức động cơ P0308 = giá trị cosφ của động cơ P0309 = hiệu suất định mức động cơ P0310 = tần số định mức động cơ P0311 = tốc độ định mức đông cơ
P0700 = 2 (ra lệnh làm việc trên “teminal”)
P0757 = 0 (giá trị min định thang đầu vào tương tự) P0759 = 10 (giá trị max định thang đầu vào tương tự)
P0771 = 21( xác định chức năng của đầu ra tương tự từ 0 đến 20mA) P1000 = 2 (làm đặt theo điểm đặt Analog)
P1080 = 0.0 (tần số chạy nhỏ nhất) P1082 = 50.0 (tần số chạy lớn nhất) P1120 = 10.0 (thời gian tăng tốc) P1121 = 10.0 (thời gian giảm tốc) P3900 = 1
3.8 Lựa chọ PLC và module mở rộng
Từ yều thiết kế hệ thống cân băng định lượng ,hệ thống có 4 đầu vào analog ,4 đầu ra analog ,22 đầu vào số ,18 đầu ra số nên em chọn CPU 226(DC/DC/DC) ,module mở rộng đầu ra số EM 222 cho biến đầu ra số (số lượng 1) ,module mở rộng đầu vào tương tự EM 231cho biến đầu vào tương tự (số lượng 1) và module mở rộng đầu ra tương tự EM 232 cho biến đầu ra tương tự (số lượng 2) là thích hợp nhất.
Hình 3.21 CPU 226 của hãng Siemens
Thông số kỹ thuật của CPU 226
CPU 226 DC/DC/DC 6ES7 216-2AD23-0XB0
Nguồn cung cấp 24DC
Ngõ vào/ ra số 24DI/16DO
Bộ nhớ chương trình 24KB
Bộ nhớ dữ liệu 10KB
Điều khiển PID Có
Phần mềm Step7 micro/win
Thời gian xử lí 1024 lệnh nhị phân 0,37 ms Bit memory/counter/timer 256/256/256
Bộ đếm tốc độ cao 6 x 60 kHz
Bộ đếm lên xuống Có
Ngắt phần cứng Có
Số cổng vào/ ra tương tự AI/AO/Max : 28/7/35 or 0/14/14
Kích thước Rộng x Cao x Sâu
196 x 80 x 62
Bảng 3.6
Hình 3.22 Module mở rộng EM 231 Và EM 232
Thông số kỹ thuật của module EM 231 ,module EM 232
EM 231 4 analog input EM 232 2 analog output Định dạng dữ liệu Lưỡng cực : -32000 đến 32000 Đơn cực : 0 đến 32000 (12 bit) Trở kháng ngõ vào > 10 MΩ Điện áp hoạt động 20V đến 28,8 V
Loại ngõ vào Vi sai
Thời gian chuyển đổi Tối đa 250 μs
Sai số cực đại 2% của tầm đo
Module analog Ngõ ra áp : Rmin = 5000Ω
Ngõ ra dòng :Rmin = 500Ω
Tầm ngõ ra Ngõ ra áp : -10V đến 10V
Ngõ ra dòng :0 đến 20mA
Công suất tiêu thụ 2W
Kích thước Rộng x Cao x Sâu
Bảng 3.7
Thông số kỹ thuật của module EM 222
EM 222 8 digital output
Điện áp hoạt động 20,4V đến 28,8 V Thời gian chuyển đổi Tối đa 200 μs
Công suất tiêu thụ 2W
Kích thước Rộng x Cao x Sâu
46 x 80 x 62
Bảng 3.8
Hình 3.23 Sơ đồ ghép nối PLC với biến tần ,động cơ
Trong đó:
- rơle bảo vệ động cơ - contactor k
- hộp số (truyền tốc độ cho động cơ theo tỉ số truyền) - biến tần
- động cơ
Chương 4
TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG CỦA NHÀ MÁY BẰNG PLC S7-200
4.1 Các lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống
Hình 4.5 Chương trình xử lí sự cố
4.2 Điều khiển hệ thống sử dụng PLC -200
4.2.1 Phân công tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra cho PLC
Tín hiệu đầu vào
STT Đầu vào Chức năng
1 AIW0 Tín hiệu từ loadcell bt đá vôi 2 AIW2 Tín hiệu từ loadcell bt đất sét 3 AIW4 Tín hiệu từ loadcell bt quặng sắt 4 AIW6 Tín hiệu từ loadcell bt silic
5 I0.0 Tín hiệu từ encoder bt đá vôi 6 I0.1 Tín hiệu từ encoder bt silic
7 I0.2 Khởi động hệ thống
8 I0.3 Dừng hệ thống
9 I0.4 Dừng khẩn cấp
10 I0.5 Sự cố lệch bt chính
11 I0.6 Tín hiệu từ encoder bt đất sét 12 I0.7 Sự cố trượt bt chính
13 I1.0 Sự cố đứt bt chính
14 I1.1 Sự cố lệch bt đá vôi
15 I1.2 Tín hiệu từ encoder bt quặng sắt 16 I1.3 Sự cố trượt bt đá vôi
17 I1.4 Sự cố đứt bt đá vôi 18 I1.5 Sự cố lệch bt đất sét 19 I1.6 Sự cố trượt bt đất sét 20 I1.7 Sự cố đứt bt đất sét 21 I2.0 Sự cố lệch bt quặng sắt 22 I2.1 Sự cố trượt bt quặng sắt 23 I2.2 Sự cố đứt bt quặng sắt 24 I2.3 Sự cố lệch bt silic 25 I2.4 Sự cố trượt bt silic 26 I2.5 Sự cố đứt bt silic
Bảng 4.1
Tín hiệu đầu ra
STT Đầu ra Chức năng
1 AQW0 Tín hiệu ra đk cân băng bt đá vôi 2 AQW2 Tín hiệu ra đk cân băng bt đất sét 3 AQW4 Tín hiệu ra đk cân băng bt quặng sắt 4 AQW6 Tín hiệu ra đk cân băng bt silic
5 Q0.0 K đ Máy nghiền 6 Q0.1 K đ Bt chính 7 Q0.2 K đ Bt đá vôi 8 Q0.3 K đ Bt đất sét 9 Q0.4 K đ Bt quặng sắt 10 Q0.5 K đ Bt silic 11 Q0.6 Đèn báo kh động hệ thống hoàn thành 12 Q0.7 Đèn báo sự cố bt chính
13 Q1.0 Đóng mở van cấp liệu silo đá vôi 14 Q1.1 Đóng mở van cấp liệu silo đất sét 15 Q1.2 Đóng mở van cấp liệu silo quặng sắt 16 Q1.3 Đóng mở van cấp liệu silo silic
17 Q1.4 Đèn báo sự cố bt đá vôi 18 Q1.5 Đèn báo sự cố bt đất sét 19 Q1.6 Đèn báo sự cố bt quặng sắt 20 Q1.7 Đèn báo sự cố bt silic
21 Q2.0 Đèn báo hệ thống đang hoạt động 22 Q2.1 Đèn báo hiệu dừng khẩn cấp
Bảng 4.2
Chương 5
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTOOL PRO CS/RT ĐỂ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
5.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm SIMATIC ProTool pro CS/RT
Phần mềm SIMATIC ProTool pro được phát triển bởi tập đoàn SIEMENS AG được ứng dụng để thiết kế các giao diện đo lường điều khiển, giám sát và chuẩn đoán quá trình, thu thập và lưu trữ dữ liệu dựa trên các công cụ như text displays, operator panels, touch panels và Windows-based systems… SIMATIC ProTool pro được cấu thành bởi hai thành phần là ProTool/Pro CS (Configuration System)configurationsoftware và ProTool/Pro RT (Runtime) process visualization software
Cả hai hệ thống này có thể chạy trên nền Windows 95, Windows 98,