BCCD tự động hóa thiết bị điện

ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 4 LỜI MỞ ĐẦU 5 PHẦN 1 LÝ THUYẾT 6 1 1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian 6 1 1 1 Nguyên tắc thời gian 6 1 1 2 Phân loại tiếp điểm Role thời gian 6 1 1 3 Một số mạch điều khiển động cơ điện theo nguyên tắc thời gian 7 1 2 Các bộ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KTĐK&TĐH

CHUYÊN NGÀNH: Tự động hóa và điều khiển TBĐCN HỌC PHẦN: Tự động hóa thiết bị điện

Hà Nội,11/2021

MỤC LỤC

Contents

ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

PHẦN 1: LÝ THUYẾT 6

1.1: Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian 6

1.1.1: Nguyên tắc thời gian 6

1.1.2: Phân loại tiếp điểm Role thời gian 6

1.1.3: Một số mạch điều khiển động cơ điện theo nguyên tắc thời gian 7

1.2: Các bộ điều chỉnh cơ bản trong hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện 9

1.2.1: Chức năng của các bộ điều chỉnh cơ bản trong hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện 9

1.2.2: Phân loại các bộ điều chỉnh 9

1.3 : Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển không có tiếp điểm 14

1.3.1; Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển không có tiếp điểm 14

1.3.2: Chuyển đổi các tiếp điểm sang phần tử logic 14

PHẦN 2: BÀI TẬP ỨNG DỤNG 20

2.1: Thiết kế sơ đồ mạch lực 20

2.2: Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển 21

2.3: Phân tích nguyên lí hoạt động của hệ thống 22

Kết luận 23

Tài liệu tham khảo 24

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1 1: Mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian 7

Hình 1 2Mạch tạo hàm cơ bản 9

Hình 1 3: Bộ điều chỉnh tỷ lệ 10

Hình 1 4: Bộ điều chỉnh tích phân 10

Hình 1 5: Bộ tích phân tỷ lệ 11

Hình 1 6: Bộ vi phân 12

Hình 1 7: Sơ đồ khối tổng quát mạch PID 12

Hình 1 8: Sơ đồ ví dụ mạch PID 13

Hình 1 9: Chuyển đổi tương đương hàm OR 14

Hình 1 10: Chuyển đổi tương đương hàm AND 14

Hình 1 11: Chuyển đổi tương đương hàm NOT 15

Hình 1 12: Chuyển đổi tương tự hàm NAND 15

Hình 1 13: Chuyển đổi tương đương hàm NOR 16

Hình 1 14: Chuyển đổi tương đương hàm NOT có cuộn hút trung gian 16

Hình 1 15: Chuyển đổi tương đương hàm EX-OR 17

Hình 1 16: Chuyển đổi tương đương hàm AND có cuộn hút trung gian 17

Hình 1 17: Chuyển đổi sơ đồ mạch điện thành mạch logic 18

Hình 1 18: Ví dụ chuyển đối sơ đồ mạch điện thành mạch logic 18

Hình 1 19: Ví dụ chuyển đổi sơ đồ mạch điện thành mạch logic 19

Y Hình 2 1: Sơ đồ mạch lực 20

Hình 2 2: Sơ đồ mạch điều khiển 21

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng trạng thái hàm OR 15

Bảng 2: Bảng trạng thái hàm AND 16

Bảng 3: Bảng trạng thái hàm NOT 16

Bảng 4: Bảng trạng thái hàm NAND 16

Bảng 5: Bảng trạng thái hàm NOR 17

Bảng 6: Bảng trạng thái hàm EX-OR 18

Bảng 7: Bảng trạng thái hàm AND có cuộn hút trung gian 18

ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

Phần 1: Lý thuyết

1 Hãy trình bày về hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc

thời gian? Trình bày các loại tiếp điểm của Role thời gian được sử dụng trongđiều khiển có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian?

2 Các bộ điều chỉnh cơ bản có chức năng gì trong hệ thống tự động hóa điều

khiển thiết bị điện Phân loại các bộ điều chỉnh này?

3 Hãy trình bày nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ

điều khiển không có tiếp điểm và nêu một ví dụ?

Phần 2: Bài tập ứng dụng

Một hộ gia đình có công suất tiêu thụ là 3,5kW gồm có 2 nguồn cấp là lưới điệnquốc gia và máy phát điện dự phòng có công suất 3kW Hãy thiết kế sơ đồ mạch lực vàmạch điều khiển của hệ thống ATS chuyển đổi giữa hai nguồn cho phụ tải gia đình

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ số hóa, các dây chuyền tự động đượcứng dụng ngày càng rộng rãi trong sản xuất Các doanh nghiệp sản xuất luôn tự cải tiếncông nghệ, hệ thống máy móc của mình để tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt nhất,giá cả cạnh tranh nhất Đó chính là cơ sở để nâng cao vị thế cạnh tranh, giúp doanhnghiệp đứng vững trên thị trường khốc liệt Do đó tự động hóa có vai trò rất quan trọngtrong nền sản xuất hiện đại Nó giúp tăng năng suất sản xuất, cắt giảm chi phí nhân công,nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nguyên liệu, mang lại sự linh hoạt tối đatrong sản suất Tự động hóa đang được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khácnhau: công nghiệp sản xuất, gia công cơ khí, dây chuyền lắp ráp tự động, ứng dụng kiểmsoát chất lượng… Các hệ thống điều khiển thường dùng để vận hành quá trình sản xuấtbao gồm servo, PLC, mạch điện tử, G code… Các hệ điều khiển này có thể bao gồm việcđiều khiển từ đơn giản đến các thuật toán phức tạp, điều khiển những máy móc đơn giảncho đến những hệ thống công nghiệp lớn Bài báo cáo chuyên đề dưới đây sẽ tìm hiểu vàphân tích rõ hơn về một số kiến thức của Tự động hóa thiết bị điện

Được sự hướng dẫn, giảng dạy tận tình của cô Phạm Thị Thùy Linh và quá trìnhhọc tập, tìm hiểu, nhóm chúng em đã hoàn thành bài báo cáo chuyên đề

PHẦN 1: LÝ THUYẾT

1.1: Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian

1.1.1: Nguyên tắc thời gian

Điều khiển theo nguyên tắc thời gian là các thiệt bị điện nhận lệnh hoạt động theo

sự duy trì thời gian

Trong các mạch điều khiển này,người ta dùng rơle thời gian để lấy tín hiệu thờigian điều khiển.Như đã biết ,rơle thời gian có nhiều loại khác nhau Xét theo nguyên lýhoạt động của rơle thời gian,nó có thể là loại tác động hằng số thời gian điện từ,tác độngtheo dây cót đồng hồ ,tác động theo thuỷ lực ,tác đọng theo mạch điện tử Trong kí hiệuchung (không kể tác động theo nguyên lý nào)lấy tín hiệu thời gian để xử lý tiếp điểmduy trì thời gian để chỉ thời gian tác động sau khi có lệnh vào cuộn dây

1.1.2: Phân loại tiếp điểm Role thời gian

- Thường mở đóng chậm – bình thường ở trạng thái hở,khi có lệnh vào cuộn hút,sauthời gian chỉnh định mới đóng tiếp điểm lại

- Thường mở chậm -loại tiếp điểm này có điện cuộn hút đóng ngay ,khi cắt lệnh cuộnhút tiếp điểm tính thời gian mới mở ra

- Thường kín dóng chậm – bình thường không điện cuộn hút được đóng,có điện cuộnhút mở ngay, khi cắt điện cuộn hút sau thờ gian chỉnh định mới đóng tiếp điểm lại

- Thường kín mở chậm – khi không điện cuộn hút tiếp điểm đóng,có điện cuộn hút tínhthời gian được mở ra

- Thường mở và thường kín mở,đóng chậm – loại tiếp điểm này thì có và cắt điện cuộnhút đều duy trì thời gian mới tác động

1.1.3: Một số mạch điều khiển động cơ điện theo nguyên tắc thời gian

K 1

K 1

K 2

13 11 9

K 1

K 1

K 2

15 13 9

Hình 1 1: Mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gianTrên hình 1.1 vẽ một số mạch điều khiển động cơ điện theo nguyên tắc thời gian.Hình 1.1a là mạch động lực của động cơ điện không đồng bộ khởi động theo nguyên tắcthời gian, hình 1.1b,c là mạch điều khiển cho động cơ trên Hình 1.1b vẽ mạch điều khiểndùng role thời gian có tiếp điểm thường mở đóng chậm, hình 1.1c vẽ mạch điều khiểndùng role thời gian có tiếp điểm thường kín đóng chậm Hình 1.1d vẽ mạch điều khiển

K 2

K 2

K K

R h

khởi động động cơ điện một chiều theo nguyên tắc thời gian, và hình 1.1e là mạch điềukhiển hãm động năng của động cơ điện một chiều.

Nói chung các mạch này hoạt động tương tự nhau, nên dưới đây em xin trình bàychi tiết hoạt động của một mạch điều khiển hình 1.1b

Sau khi cấp điện tới hai đầu dây 1,2 chưa phần tử nào có điện, nhấn nút M, cuộndây K có điện làm đóng tiếp điểm K trong mạch động lực hình 1.1a và đóng tiếp điểm tựgiữ (3-5) để cuộn dây K duy trì có điện khi đã nhả nút nhấn, tiếp điểm K (1-7) đóng đểrole Rth1 tính thời gian Hết thời gian chỉnh định của Rth1 , tiếp điểm thường mở đóngchậm của Rth1 (1-11) đóng lại cấp điện cho cuộn dây K1, công tắc tơ K1 hút đóng tiếpđiểm K1 trong roto động cơ ( hình 1.1a), đồng thời đóng tiếp điểm (1-9) cấp điện cho role

Rth2 Hết thời gian chỉnh định của Rth2 tiếp điểm Rth2 (11-13) đóng lại, cấp điện cho cuộnhút công tắc tơ K2 Công tắc tơ K2 hút, đóng tiếp điểm K2 trong mạch roto động cơ, động

cơ tiếp tục khởi động theo đường đặc tính tự nhiên và kết thúc quá trình khởi động

1.2: Các bộ điều chỉnh cơ bản trong hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện.

1.2.1: Chức năng của các bộ điều chỉnh cơ bản trong hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện

Trong các mạch điều khiển tự động,mạch hiệu chỉnh có vai trò rất quan trọng,nóđảm bảo chất lượng tĩnh và động của hệ thống.Nhiệm vụ chính của các bộ điều chỉnh-Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ

-Tạo hàm điều khiển để đảm bảo chất lượng tĩnh và động

Tuỳ theo phương pháp điều khiển mà ta có các bộ điều chỉnh tương tự ,bộ điềuchỉnh xung hay bộ điều chỉnh số

1.2.2: Phân loại các bộ điều chỉnh.

 Nguyên tắc tạo hàm chức năng

Y

a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tính đầu ra

Hình 1 4: Bộ điều chỉnh tích phânThay vào biểu thức cuối của (1.1) với giá trị U d U U v, 10 ta có :

( ).( )

v

v ht

1( )

R C p R

 Hàm truyền của khâu vi phân

Sơ đồ mạch và đáp ứng của bộ điều chỉnh vi phân vẽ trên hình 1.6:

+ X

Y

C

R

t Y

a) Sơ đồ mạch điện b) Đặc tính đầu ra

Hình 1 6: Bộ vi phânHàm truyền của khâu vi phân :

;

Y  K p X K R C (1-8)Trên đây chỉ cho hàm truyền một số khâu điển hình

 PID

Trong các mạch điều khiển tự động, khi cần chất lưỡng tĩnh và nhất là chất lượngđộng tốt người ta cần mạch hiệu chỉnh Dạng mạch hiệu chỉnh chính thường dùng là mạchPID ( tỷ lệ tích phân vi phân ) Sơ đồ khối tổng quát của các khâu hiệu chỉnh PID chotrên hình

Tín hiệu đầu ra được tính:

( )

I

ra p D v

D p i ra

1.3 : Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển không có tiếp điểm.

1.3.1; Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển không

có tiếp điểm

- Xây dựng các phương trình hàm logic cho các cuộn hút đầu ra

- Từ phương trình hàm tiến hành áp dụng các hàm logic cơ bản để xây dựng mạchđiều khiển không tiếp điểm

- Tiến hành tối giản hàm logic nếu cần

1.3.2: Chuyển đổi các tiếp điểm sang phần tử logic

- Hàm OR:

Hai đầu vào hàm OR tương đương như hai tiếp điểm thường hở ( NO) song song

YA

BA

B

Hình 1 12: Chuyển đổi tương tự hàm NAND

Bảng 4: Bảng trạng thái hàm NAND

2 B

Hình 1 13: Chuyển đổi tương đương hàm NOR

- Hàm NOT có tính đến cuộn hút trung gian

+ Mục đích tiếp điểm A đóng thì đèn tắt, tiếp điểm A mở thì đèn sáng Do trong mạch có

sử dụng cuộn hút trung gian nên:

+ Ở nhánh 1, ta cho tiếp điểm A và cuộn hút CR! Cùng 1 trạng thái logic

+ Ở nhánh 2, ta dùng hàm NOT đối với tiếp điểm CR1

Hình 1 14: Chuyển đổi tương đương hàm NOT có cuộn hút trung gian

- Hàm XOR:

Hàm XOR có hai đầu tương đương với hai công tắc cầu thang mắc vào nhau

1 YA

- Hàm AND có tính đến cuộn hút trung gian

Mục đích khi cả hai tiếp điểm A và B cùng đóng sẽ làm cho đèn sáng

Do trong mạch có sử dụng cuộn hút trung gian

Ở nhánh 1, ta cho cuộn hút CR1 là đầu ra của 1 hàm NAND với hai tiếp điểm thường kín

A và B

Ở nhánh 2, ta thực hiện hàm NOT đối với tiếp điểm CR1

A B

Hình 1 16: Chuyển đổi tương đương hàm AND có cuộn hút trung gian

Bảng 7: Bảng trạng thái hàm AND có cuộn hút trung gian

a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ mạch logic

Hình 1 17: Chuyển đổi sơ đồ mạch điện thành mạch logic

Từ sơ đồ hình 1.17a, xây dựng phương trình hàm đầu ra cho cuộn K

K=(M+K).DCăn cứ vào phương trình hàm có thể dùng 2 phần tử logic AND và OR như trên hình

Ví dụ: Chuyển đổi sơ đồ mạch điện sang mạch dùng phần tử logic

a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ mạch logic

Hình 1 18: Ví dụ chuyển đối sơ đồ mạch điện thành mạch logic

Từ sơ đồ hình 1.18 ta có phương trình hàm cho các cuộn hút :

1 1

c B A tg

a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ mạch logic

Hình 1 19: Ví dụ chuyển đổi sơ đồ mạch điện thành mạch logicCăn cứ vào sơ đồ ta thấy

Hình 2 1: Sơ đồ mạch lựcTrong đó: SS1,SS2: các bộ so sánh

2.2: Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển

65 67

41 43 45 6

39 37

63

27

61

4 59

Tín hiệu báo có điện áp MF

Tín hiệu báo mất điện

Thời gian chờ KĐ MF 5-10s

Thời gian chờ đóng tải cho MF 20-30s

Chuyển tải từ lưới sang MF 5-10s

Lệnh cấp điện từ lưới

Lệnh cấp điện từ MF Lệnh dừng MF

Tín hiệu dừng

Lệnh khởi động

Tín hiệu báo thiếu dầu bơi trơn Tín hiệu báo quá nhiệt Thời gian chạy làm mát máy 30s

R f

Hình 2 2: Sơ đồ mạch điều khiển

2.3: Phân tích nguyên lí hoạt động của hệ thống

Khi mất điện lưới tiếp điểm RA (1-9) đóng lại làm cho RL hút, tín hiệu báo mất điện

đã được nhận Tiếp điểm RL (51-53) đóng lại, đồng thời tiếp điểm RL (1-11) đóng, rolethời gian T1 tính thời gian chuẩn bị chạy máy phát Hết thời gian chỉnh định, T1 đóng tiếpđiểm T1 (53-55), R3 hút đưa lệnh bằng tiếp điểm R3 đóng động cơ khởi động máy phát.Khi máy phát có đủ điện áp, role điện áp R200 ( thường lấy điện áp khoảng 200V là đủ điệnáp) làm mở tiếp điểm R200 (55-57) role R3 hở ra kết thúc quá trình khởi động

Khi đủ điện áp 200V Đóng tiếp điểm R200 (1-13) tính thời gian chạy máy chờ đóngtải bằng T2 Hết thời gian chờ đóng tải, role T2 đóng tiếp điểm T2 (65-67), cấp điện cho R6

ra lệnh cấp điện từ máy phát

Khi có điện lưới trở lại (1-9) hở ra Rl mất điện làm đóng tiếp điểm Rl (1-15), T3

tính thời gian chuyển tải từ máy phát sang lưới, hết thời gian T3, tiếp điểm T3 (1-65) mở

ra, T3 (69-71) đóng lại làm cho R6 nhả ra và R7 hút Tiếp điểm R7 ra lệnh cấp điện từ lưới

Role R7 đóng, làm tiếp điểm R7 (1-17) cấp điện cho T4, T4 tính thời gian máy chạykhông tải ( làm mát ) Hết thời gian chạy làm mát, đóng tiếp điểm T4 (51-59) cấp điện cho

R4 làm hở tiếp điểm R4 (37-39) R5 nhả, đóng đường nhiên liệu của máy phát điện diezen,máy phát điện dừng Tín hiệu từ R5 làm nhiệm vụ mở và đóng nhiên liệu cho máy chạy.Khi máy làm việc R5 phải có điện để mở đường cấp nhiên liệu, muốn dừng máy cắt điệncuộn dây R5, đóng đường nhiên liệu

Kết luận

Qua các nội dung đã tìm hiểu, đã được giảng dạy và trình bày ở trên, nhóm chúng em đãhiểu rõ hơn về một số kiến thức của môn Tự động hóa thiết bị điện như:

 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian

 Phân loại các tiếp điểm của Role thời gian được sử dụng trong điều khiển có tiếpđiểm theo nguyên tắc thời gian

 Tìm hiểu được chức năng của các bộ điều chỉnh trong hệ thống tự động hóa điềukhiển thiết bị điện

 Phân loại các bộ điều chỉnh

 Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển không

Tài liệu tham khảo

Giáo trình: Tự động hóa và điều khiển thiết bị điện; Nhà xuất bản giáo dục; Trần Văn Thịnh ( chủ biên ), Hà Xuận Hòa – Nguyễn Vũ Thanh.