BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG đề tài AUGER FILLER.pdf

Động cơ điện một chiều Động cơ DC Ưu điểm: - Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có momen mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động - Khả năng điều chỉnh tốc độ và qu

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Tài

Sinh viên thực hiện:

1 Nguyễn Đình Bảo An 2010101

2 Hồ Thái Đại Lợi 2011579

3 Triệu Việt Hoàng 2011240

AUGER FILLER

I Mô tả hoạt động của hệ thống:

→ Bước bắt đầu: Động cơ điều khiển băng tải di chuyển hộp vào vị trí → Sensor phát hiện hộp → Chuyển thông tin về 2 bộ Unidrive:

 Bộ 1 (điều khiển băng tải) cho dừng băng tải

 Bộ 2 (định lượng) bắt đầu cấp nguyên liệu

 Sau khi bộ Unidrive 2 cấp liệu xong → Chuyển thông tin về Unidrive 1

→ Hiển thị trên CTIU

→ Điều khiển băng tải

→ Quay lại bước bắt đầu

II Các vấn đề của hệ thống:

1

1 Điều khiển băng tải:

- Cần điều khiển được các thông số của motor như:

+ Công suất

+ Tốc độ

- Tránh ngã, đổ hộp khi hoạt động/dừng (do tác dụng của việc gia tốc băng tải)

- Phát hiện hộp khi đến vị trí để cấp liệu

2 Định lượng:

- Lượng nguyên liệu cấp vào phễu phải đều và liên tục

- Điều khiển motor và vitme để cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết vào hộp

- Đặt hộp vào đúng vị trí để cấp liệu

3 An toàn: Tránh tràn nguyên liệu vào phễu có thể gây ảnh hưởng tới các bộ phận khác

4 Cấu hình bộ hiển thị / các thông số của hệ thống

III Các thiết bị trong hệ thống:

- Motor và VSD (VFD) / Driver

- HMI / Controller

- Cảm biến:

+ Loại vật liệu

+ Khoảng cách

+ Tốc độ (băng tải)

+ Mức (tránh tràn nguyên liệu vào phễu)

- Valve điều khiển cấp liệu

IV Vấn đề điều khiển hệ thống:

- Thời gian tăng tốc / dừng (vì băng tải và hộp có quán tính).

- Việc tăng tốc / giảm tốc đột ngột cũng gây hư hỏng động cơ và các thành phần

cơ khí khác

→ Giải pháp: Giảm dòng khởi động, điện áp phát

- Profile tốc độ sẽ ảnh hưởng tới gia tốc

V Cấu trúc kinh điển:

THÔNG TIN VỀ CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ

I Động cơ điện một chiều ( Động cơ DC)

Ưu điểm:

- Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có momen mở máy lớn, do đó sẽ

kéo được tải nặng khi khởi động

- Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt

- Tiết kiệm điện năng, bền bỉ, tuổi thọ lớn

- Mật độ momen xoắn tương đối cao đối với các động cơ này

- Động cơ một chiều chạy êm và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng

- Khả năng quá tải tốt và nhiễu điện từ nhỏ

Nhược điểm:

- Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá trình

vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên, tuổi thọ ngắn

- Có tiếp điểm trượt giữa cổ góp và chổi than gây ra tia lửa điện có thể sẽ gây

nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ và mài mòn cơ học

- Giá thành đắt mà công suất không cao

Ứng dụng:

Trong mọi lĩnh vực của đời sống: trong tivi, máy công nghiệp, trong đài FM, ổ đĩa

DC, máy in- photo, đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần

điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn……

ĐỘNG CƠ AC (đồng bộ/không đồng bộ)

DC

STEP SERVO

Kỹ thuật điều khiển:

Có một số phương pháp thông dụng để điều khiển động cơ điện một chiều như sau:

- Điều khiển tốc độ của động cơ điện 1 chiều bằng cách sử dụng điện trở

 Đây được xem là phương pháp đơn giản nhất, chỉ cần mắc nối tiếp điện trở vào phần ứng, độ dốc của đường đặc tính sẽ giảm, số vòng quay giảm và tốc độ sẽ chậm đi tương ứng

- Điều khiển tốc độ của động cơ điện 1 chiều bằng cách điều khiển từ thông

 Điều chỉnh từ thông hay còn được gọi là điều chỉnh momen điện từ và sức điện động của động cơ Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ sẽ tăng lên Tuy nhiên, trên thực tế, phương pháp này ít được sử dụng vì khá khó để thực hiện

- Điều khiển tốc độ của động cơ điện 1 chiều bằng cách điều khiển điện áp phần ứng

 Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ hoặc điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ Khi thay đổi điện áp của phần ứng thì tốc độ quay của động cơ cũng thay đổi tương ứng

II Động cơ điện xoay chiều ( Động cơ AC)

1 Động cơ điện đồng bộ

Động cơ điện đồng bộ là động cơ xoay chiều, hoạt động ở tốc độ không đổi xác định bởi tần số của hệ thống Động cơ loại này cần có dòng điện một chiều (DC) để kích thích và có momen khởi động thấp, vì vậy động cơ đồng bộ thích hợp với các thiết bị ứng dụng khởi động ở mức tải thấp như máy nén khí, tần số thay đổi hay máy phát điện Động cơ đồng bộ có thể cải thiện hệ số công suất hệ thống, đây là lý do tại sao chúng thường hay được sử dụng với những hệ thống dùng nhiều điện

2 Động cơ điện không đồng bộ

+ Động cơ điện không đồng bộ một pha Chỉ có một cuộn dây stato, hoạt động bằng nguồn điện một pha, có một rôto lồng sóc và cần một thiết bị để khởi động động

cơ Hiện nay, đây là loại động cơ phổ biến nhất sử dụng trong các thiết bị tại gia đình như quạt, máy giặt, máy sấy quần áo và có công suất trong khoảng 3 – 4 mã lực

5

+ Động cơ điện không đồng bộ ba pha Từ trường quay do nguồn cung ba pha cân bằng sinh ra Những động cơ loại này có năng lực công suất cao hơn, có thể có rôto lồng sóc hoặc rôto dây quấn (khoảng 90% là có rôto lồng sóc), và tự khởi động Ước tính khoảng 70% động cơ trong công nghiệp thuộc loại này, chúng được sử dụng trong máy bơm, máy nén, băng tải, lưới điện công suất cao và máy mài Chúng thích hợp trong dải từ 1/3 tới hàng trăm mã lực

Ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản, dễ dàng sử dụng

- Sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện, không cần chỉnh lưu

- Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng

- Kết cấu bền vững, khả năng chịu quá tải tốt nhờ cơ chế bảo vệ

- Giá thành thấp hơn so với truyền động dùng động cơ một chiều

Nhược điểm:

- Moment khởi động nhỏ, không sử dụng được trong các ứng dụng cần momen khởi động lớn

- Tiêu tốn nhiều điện năng hơn so với động cơ một chiều

Ứng dụng:

- Dân dụng: Ngày nay động cơ điện một pha được dùng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, máy giặt, quạt điện

- Công nghiệp: Công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, khai khoáng, dầu mỏ, máy móc công nghiệp, cần trục điện

- Công nghệ thông tin: động cơ điện xoay chiều thường thấy nhất trong các thiết

bị máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ)

Kỹ thuật điều khiển

Có một số phương pháp thông dụng để điều khiển động cơ điện xoay chiều như sau:

- Thay đổi số vòng dây của Stator

- Mắc nối tiếp với động cơ một điện trở hay cuộn dây điện cảm

- Điều khiển điện áp đưa vào động cơ

- Điều khiển tần số đặt vào động cơ

III Động cơ bước (step)

Ưu điểm:

- Có ưu điểm đầu tiên là khả năng cung cấp mô men xoắn cực lớn, đặc biệt là ở dải vận tốc thấp và vận tốc trung bình

- Một điểm cộng nữa của động cơ bước trên thị trường hiện nay đó là nó khá bền, giá thành sản phẩm cũng tương đối thấp, do đó việc mua bán, trao đổi cũng khá thuận tiện, không gặp bất kỳ một trở ngại nào Không chỉ có vậy, việc thay thế động

cơ bước trong quá trình sản xuất cũng tương đối dễ dàng

Nhược điểm:

- Hay xảy ra các hiện tượng khó chịu, chẳng hạn như bị trượt bước Lý do được biết đến đó là vì lực từ yếu hay đôi khi còn do nguồn điện cấp vào động cơ không đủ

- Một điểm trừ nữa đó là trong quá trình hoạt động, động cơ bước thường gây ra tiếng ồn ào khó chịu và có hiện tượng động cơ bị nóng dần lên Với những động cơ bước thế hệ mới thì độ ồn và hiện tượng nóng của động cơ đã được giảm đi đáng kể

- Không nên sử dụng động cơ bước cho các thiết bị máy móc đòi hỏi tốc độ cao

Ứng dụng:

- Ứng dụng động cơ bước trong ngành công nghiệp tự động hoá, đặc biệt là đối với các thiết bị máy móc cần phải có sự chính xác Chẳng hạn như các loại máy móc công nghiệp hiện đại, giúp phục vụ cho quá trình gia công cơ khí như: Máy cắt công nghệ plasma CNC, máy cắt công nghệ CNC laser,…

- Ngoài ra, trong lĩnh vực công nghệ máy tính, động cơ bước Step cũng được sử dụng trong các loại ổ đĩa cứng hoặc ổ đĩa mềm, thậm chí là cả máy in,…

- Trong lĩnh vực y tế, động cơ bước được sử dụng để sản xuất máy quét y tế, máy lấy mẫu, thậm chí còn có bên trong máy chụp ảnh nha khoa kỹ thuật số, những chiếc bơm chất lỏng, mặt nạ phòng độc và các loại máy móc phân tích mẫu máu

7

- Trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, động cơ bước được dùng trong quá trình chế tạo máy ảnh, đem lại chức năng lấy nét chính xác và sắc sảo cho máy ảnh, đồng thời

có chức năng thu phóng các loại camera kỹ thuật số tự động hay các loại máy in 3D

Kỹ thuật điều khiển

Hiện nay, có 4 phương pháp để điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biến nhất, đó là:

- Điều khiển động cơ bước dạng sóng (Wave): Đây là phương pháp điều khiển cấp xung cho bộ điều khiển, hoạt động lần lượt theo đúng thứ tự nhất định cho từng cuộn dây pha

- Điều khiển động cơ bước đủ (Full step): Đây là phương pháp điều khiển cấp xung cùng lúc, đồng thời cho cả 2 cuộn dây pha được sắp xếp kế tiếp nhau

- Điều khiển động cơ nửa bước (Half step): Chính là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp điều khiển động cơ dạng sóng và điều khiển động cơ bước

đủ Khi điều khiển động cơ theo phương pháp này thì giá trị của góc bước nhỏ hơn

2 lần và số bước của động cơ bước cũng sẽ tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bằng động cơ bước đủ Tuy nhiên, phương pháp điều khiển này có bộ phát xung điều khiển vô cùng phức tạp

- Điều khiển động cơ vi bước (Microstep): Đây là phương pháp mới, chỉ được áp dụng trong quá trình điều khiển động cơ bước Từ đó, cho phép động cơ bước dừng lại và định vị trong khoảng vị trí nửa bước chính giữa 2 bước đủ

 Ưu điểm dễ thấy của phương pháp này chính là động cơ có thể hoạt động hiệu quả với góc bước nhỏ và độ chính xác rất cao Do xung cấp của động cơ có dạng sóng nên máy sẽ hoạt động êm hơn, hạn chế được các vấn đề cộng hưởng lực mỗi khi động cơ hoạt động

IV Động cơ servo

Ưu điểm:

- Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mô-men cực kì chính xác

- Mô-men không đổi trong khoảng tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức, do đó servo thường được sử dụng trong một số ứng dụng cần mô-men cao ở tốc độ thấp

- Hiệu suất hoạt động cao tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như không dao động

- Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục.

- Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, quán tính thấp (gần như không có quán tính)

- Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng (động cơ servo có thể tiết kiệm 5-20% điện năng so với động cơ thường)

- Kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, ít bị hư hỏng

Nhược điểm:

Khi sử dụng động cơ servo yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức về lập trình

để có thể sử dụng linh hoạt động cơ servo cho từng ứng dụng thực tế

Ứng dụng:

Với nhiều tı́nh năng nổi bật, hiệu suất cao, khả năng điều khiển chính xác vị trí, tốc độ, lực căng, vận hành mạnh mẽ và hoạt động ổn định trong thời gian dài, hệ thống

AC servo phù hợp với nhiều ứng dụng từ cơ bản, đa năng đến chuyên dụng, hiện đại trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như:

- Điều khiển cánh tay Robot

- Hệ thống máy CNC

- Ứng dụng máy sản xuất khẩu trang

- Hệ thống dao cắt bay, cắt quay

- Hệ thống máy cắt túi nilon

- Điều khiển hệ thống máy đóng gói

- Ứng dụng trong máy in công nghiệp

- Ứng dụng trong hệ thống vận chuyển và sắp xếp hàng hóa

- Điều khiển các máy chế tạo thiết bị điện tử…

Kỹ thuật điều khiển:

Công nghệ điều khiển động cơ servo gồm hai phần chính là: Servo Drive và Servo Motor

+ Servo Motor: còn gọi là đồng bộ động cơ Khi có dòng điện đi qua xuất hiện hiện tượng cảm ứng điện từ do tác động lên từ trường của các vòng dây bên trong và nam châm vĩnh cửu tạo ra lực điện Encoder ghi nhận tốc độ, vị trí, trạng thái hoạt động,… gửi đến bộ điều khiển – Servo Drive

9

+ Servo Drive: là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vòng kín Được thực hiện bằng cách nhận tín hiệu điều khiển xung từ encoder Sau đó truyền lệnh đến động cơ Servo để hoạt động theo lệnh Cùng lúc nhận tín hiệu phản hồi về vị trí và tốc

độ của động cơ từ encoder Dựa vào tín hiệu phản hồi về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh tín hiệu lệnh ban đầu và điều chỉnh phù hợp để đảm bảo động cơ hoạt động đúng theo yêu cầu đưa ra

CÁC THUẬT NGỮ ĐƯỢC SỬ DỤNG

Cảm biến (Sensor):

Cảm biến là một thiết bị phát hiện và phản hồi một số loại đầu vào từ môi trường vật lý Đầu vào cụ thể có thể là ánh sáng, nhiệt, chuyển động, độ ẩm, áp suất hoặc bất

kỳ một trong số rất nhiều hiện tượng môi trường khác Đầu ra nói chung là tín hiệu được chuyển đổi thành màn hình có thể đọc được ở vị trí cảm biến hoặc được truyền điện tử qua mạng để đọc hoặc xử lý thêm

CTIU (Control Techniques Interface Unit):

CTIU là dòng sản phẩm có chi phí thấp, lắp đặt và kết nối đơn giản, giao diện vận hành chi tiết và nhiều tính năng CTIU cung cấp khả năng giám sát và điều khiển rộng rãi, tùy thuộc vào độ phức tạp của ứng dụng và hệ thống Trạng thái của hệ thống có thể hiển thị dưới nhiều dạng như số, chữ và số, bar graphs, live graphs hoặc trends plots

HMI:

HMI (Human Machine Interface) là thiết bị cung cấp giao diện giao tiếp giữa người dùng và máy móc

Unidrive SP

Unidrive SP là bộ biến tần có đầu vào AC và đầu ra AC Có 3 dạng là dạng tủ; dạng khối; lắp bảng Unidrive SP có thể điều khiển nhiều loại động cơ công nghiệp và có thể cấu hình để hoạt động theo các phương thức sau:

 Điều khiển vòng hở theo dạng V/Hz

 Điều khiển vector vòng hở AC

 Điều khiển từ thông roto vòng hở (RFC)

 Điều khiển vector vòng kín

 Điều khiển Servo cho các động cơ nam châm vĩnh cửu đồng bộ / động cơ không chổi than

VFD (VSD):

VFD là từ viết tắt của “Variable Frequency Drive”, thường được gọi là biến tần ,còn có thể được gọi là bộ điều chỉnh dòng xoay chiều (AC drive),bộ điều chỉnh tốc độ (VSD – variable speed drive), bộ biến đổi tần số (VFI – variable frequency inverter),… Bất kể tên gọi nào, VFD là một loại bộ điều khiển động cơ truyền động và

11

điều khiển động cơ điện VFD kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ để đáp ứng yêu cầu của ứng dụng bằng cách thay đổi tần số và nguồn điện áp Tần số được liên kết trực tiếp với RPM của động cơ; tần số càng cao, số RPM càng lớn

Được áp dụng nhiều với các loại động cơ có yêu cầu về thay đổi tốc độ như: Bơm, quạt, băng tải, thang máy…

CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN

Bar Graph

Thanh Bargraph thể hiện sự thay đổi liên tục của mực nước, dầu, áp suất, nhiệt độ,

…

Trends plots

Là dạng đồ thị biểu diễn sự thay đổi của một biến (tag) theo thời gian Có 2 loại trend chính: Trend hiện thời và trend quá khứ (history)