Báo cáo thực tập nhận thức xưởng điện

Các lý do ứng dụng máy tính trong công nghiệp - Do sự phát triển của công nghiệp sản xuất điện tử: + Sản xuất được các loại máy tính ngày càng mạnh + Giá thành và chi phí vận hành ngày c

Chương 1: Các thiết bị chương trình

1 Tổng quát về máy tính và các ứng dụng công nghiệp

1.1 Các lý do ứng dụng máy tính trong công nghiệp

- Do sự phát triển của công nghiệp sản xuất điện tử:

+ Sản xuất được các loại máy tính ngày càng mạnh

+ Giá thành và chi phí vận hành ngày càng giảm

- Do sự phát triển của công nghiệp sản xuất phần mềm

+ Giao tiếp giữa người và máy hoặc máy với máy dễ dàng

+ Tạo khả năng cho người sử dụng tham gia phát triển chương trình ứng dụng

- Do yêu cầu của sản xuất

+ Nâng cao năng suất chất lượng hiệu quả

+ Tự động hóa sản xuất

+ Sản xuất cạnh tranh

1.2 Các hướng ứng dụng chính trong công nghiệp

- Ứng dụng trong quản lý và điều hành sản xuất

+ Công cụ văn phòng: báo cáo, bảng biểu, thống kê, kế toán

+ Quản lý và điều hành sản xuất: Trợ giúp ra quyết định, lập kế hoạch sản xuât, điều hành sản xuất

- Ứng dụng trong trợ giúp thiết kế kĩ thuật

+ Công cụ thiết kế

+ Công cụ mô hình hóa: Mô hình hóa hệ thống điều khiển tự động,

mô hình hóa mạch điện tử, mô hình hóa trong nghiên cứu sức bền vật liệu,

mô hình hóa trong xây dựng

- Ứng dụng điều khiển các quá trình trong công nghiệp

- Ứng dụng mạng tự động hóa

- Mạng DCS

- Mạng SCADA

1.3 Kiến trúc máy tính và nguyên lí làm việc

- Kiến trúc máy tính

- Nguyên lý làm việc

+ Khởi động máy tính

+ Khởi động chương trình ứng dụng

+ Đặc điểm làm việc: Làm việc có tính chu kì, làm việc rời rạc, …

1.4 Ghép nối vào ra máy tính

- Định nghĩa: Quá trình vào ra là quá trình bộ vi xử lý đọc số liệu vào từ các cổng ngoại vi sau đó xử lý và gửi kết quả ra các ngoại vi

- Phân loại:

* Theo các phương pháp điều khiển vào ra

+ Vào ra điều khiển bằng chương trình

+ Vào ra điều khiển bằng ngắt

+ Vào ra điều khiển DMA

* Theo cách truyền số liệu

+ Vào ra nối tiếp

+ Vào ra song song

1.5 Hệ thống đo lường và điều khiển bằng máy tính

2 Giao diện của máy tính

2.1 Cổng LPT

2.2 Cổng COM

2.3 Slot mở rộng trong máy tính

2.4 Chu kì quét và thời gian quét

- Chu kì quét

Đặc điểm làm việc của PLC có tính chu kì gồm các bước: + Đọc lần lượt các đầu vào

+ Tính toán

+ Gửi kết quả ra

+ Giao tiếp nếu có

- Thời gian quét

Là thời gian thực hiện 1 chu kì, thể hiện phản ứng của CPU với các thay đổi ngoại vi Thời gian quét phụ thuộc vào:

+ Độ dài chương trình

+ Tốc độ CPU

+ Thời gian giao tiếp

2.5 Các bước lập trình cho PLC

- Tìm hiểu kĩ thuật, yêu cầu công nghệ

- Dựng lưu đồ chung cho PLC

- Chọn và phân công vào ra cho PLC

- Phiên dịch lưu đồ sang giản đồ thang

- Lập trình giản đồ thang vào LC

- Mô phỏng chương trình sửa đổi rồi quay lại bước trên

- Nối PLC với thiết bị thực

- Kiểm tra, sửa lỗi

- Chạy thử hệ thống

- Lưu cất chương trình

3 Tổng quát về PLC và các ứng dụng công nghiệp

3.1 Các định nghĩa về PLC

* Định nghĩa:

PLC viết tắt của Programmable Logic Controler dịch sang tiếng Việt

có nghĩa là thiết bị điều khiển có cấu trúc máy tính Nó bao gồm bộ xử lý trung tâm CPU, bộ nhớ ROM, bộ nhớ RAM nhớ các chương trình ứng dụng

và các cổng vào ra

* Vị trí của PLC trong hệ điều khiển

- Hệ điều khiển truyền thống

- Hệ điều khiển bằng PLC

3.2 Khả năng của PLC

* Điều khiển logic

- Thay cho điều khiển Rơle

- Thay Rơle thời gian, đếm

- Thay cho các Panel điều khiển

- Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các quá trình

* Điều khiển liên tục

- Thực hiện các phép toán số học

- Cung cấp thông tin

- Điều khiển liên tục ( to,p)

- Điều khiển PID

- Điều khiển động cơ chấp hành

- Điều khiển động cơ bước

* Điều khiển mềm dẻo

- Điều hành quá trình và báo động

- Phát hiện lỗi và điều hành

- Ghép nối máy tính

- Ghép mạng tự động hóa xí nghiệp công nghiệp

- Mạng cục bộ, mạng mở rộng

- Mạng DCS, mạng SCADA

3.3 Ưu điểm sử dụng PLC trong tự động hóa

- Thời gian lắp đặt công trình ngắn

- Dễ thay đổi mà không gây tồn thất

- Có thể tính chính xác được giá

- Cần ít thời gian huấn luyện

- Dễ thay đổi thiết kế nhờ phần mềm

- Ứng dụng trong phạm vi rộng

- Dễ bảo hành bảo trì

- Độ tin cậy cao

- Chuẩn hóa được phần cứng điều khiển

- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt

3.4 Các vấn đề chính cần biết khi sử dụng PLC

* Đầu vào

- Số lượng đầu vào phụ thuộc vào loại PLC

- Loại đầu vào: Logic hoặc tương tự

- Đặc điểm đầu vào:

+ Đầu vào được đánh số

+ Đầu vào được tín hiệu hóa

+ Đầu vào ghép cách li với CPU ngoại vi

* Đầu ra

- Đầu ra ghép Rơle

- Đầu ra ghép Transitor hở

* Bộ nhớ

- Bộ nhớ RAM

- Bộ nhớ EF ROM

- Bộ nhớ EE ROM

* Thiết bị ngoại vi

- Thiết bị lập trình bằng tay

- Phần mềm lập trình bằng máy tính

- Ngôn ngữ lập trình:

+ Ngôn ngữ LAD – giản đồ thang

+ Ngôn ngữ Block – Khối logic

+ Ngôn ngữ mã lệnh

* Các lệnh và hàm cơ bản của PLC

- LD : Dùng để bắt đầu một dòng lệnh mới hoặc bắt đầu một NETWORK mới

- AND: Dùng để nối nối tiếp 2 khối

- OR : Dùng để nối song song 2 khối

- NOT : Dùng để khai báo khối thường kín NOT có thể dùng cùng với LD, AND, OR

- OUT : Khối đầu ra

- CNT : Lệnh lập trình bộ đếm

- TIM : Lệnh lập trình bộ Rơle thời gian

- FUN : Gọi hàm chức năng đặc biệt

3.5 Các lệnh lập trình cho PLC

- Lệnh xóa PASWORD

Ctr -> Montr -> Clr

- Lệnh lập trình bằng CONSOL

Khóa chuyển Program -> đánh mã lệnh -> writ

- Xóa toàn bộ chương trình khóa -> Program

Clr -> Set -> Not -> Reset -> Montr -> Clr

- Xóa lệnh khóa -> Program

Hiển thị lệnh cần xóa -> Del

Chương 2: Các phần tử bán dẫn và vi mạch

1 Các phần tử tiêu cực

1.1 Điện trở

* Chức năng:

- Dùng để hạn chế dòng điện

- Cùng với các phần tử L,C để tạo thành các mạch thông dụng

* Các thông số cơ bản

- Điện trở định mức

+ Từ 1 ÷ dưới 1kΩ: Viết bằng chữ số Ví dụ: 15 -> R = 15Ω

+ Từ 1kΩ ÷ dưới 10kΩ Viết bằng chữ số + k + chữ số

Ví dụ: 1k2 -> R = 1200Ω = 1.2kΩ

+ Từ 10kΩ ÷ dưới 1000kΩ Viết bằng chữ số + k

Ví dụ: 350k -> R = 350kΩ

+ Từ 1000kΩ trở lên Viết bằng chữ số + M

Ví dụ: 10M -> R = 10000kΩ = 10MΩ

- Công suất tiêu tán lớn nhất cho phép

Kí hiệu:

Sau đó là theo số La Mã

- Sai số: Quy định có 3 loại sai số cho điện trở là:

Sai số này càng nhỏ thì càng tốt

* Một số loại điện trở đặc biệt

- Nhiệt điện trở

R = R0 (1+α.t)

Với α là hệ số nhiệt điện trở

Nhiệt điện trở thường dùng để làm cảm biến nhiệt độ

- Điện trở quang

R = Γ(Ө)

Với Ө là quang thông ánh sáng

Cường độ ánh sáng chiếu vào càng lớn thì điện trở càng giảm Điện trở quang thường dùng để chế tạo cảm biến ánh sáng

* Cấu tạo

- Điện trở than: Chế tạo với những điện trở có trị số lớn nhưng công suất tiêu tán nhỏ

- Điện trở dây quấn: Dùng loại dây hợp kim có điện trở suất cao, thường dùng chế tạo điện trở công suất lớn nhưng trị số không lớn

* Cách đọc điện trở

Các điện trở được thể hiện bằng các mã vạch Có hai loại mã vạch:

- Loại 4 mã vạch:

- Loại 5 mã vạch:

Ý nghĩa của các vạch trên thân điện trở:

Ý nghĩa của các màu:

1.2 Tụ điện

* Chức năng:

- Làm phần tử lọc tiêu cực

- Cùng với các phần tử khác tạo thành mạch cộng hưởng

- Dùng trong mạch dao động, khâu vi phân, khâu tích phân

* Các thông số cơ bản

- Trị số điện dung:

+ Từ 1÷ dưới 1000pF: Viết bằng chữ số

VD: 120 -> C = 120pF + Từ 1000pF ÷ 100000pF

VD: 2μ5 -> 2.5 μF

- Điện áp đánh thủng lớn nhất cho phép

-> Uđt max = 250V

1.3 Cuộn cảm

* Chức năng:

- Là phần tử lọc

- Kết hợp với tụ tạo thành mạch vòng dao động hoặc mạch cộng hưởng

* Các thông số cơ bản:

- Trị số điện cảm

- Dòng điện lớn nhất cho phép Icp max

* Kí hiệu:

- Cuộn cảm lõi không khí:

- Cuộn cảm lõi sắt:

2 Các phần tử tích cực

2.1 Diode

* Chức năng

- Dùng để chỉnh lưu

- Dùng để tách sóng

- Làm các phần tử cảm biến

* Các thông số cơ bản

- Dòng trung bình qua diode: Itb

- Điện áp ngược lớn nhất: Ung max

- Điện áp rơi trên diode: ∆U = 0.5 ÷ 1 (V)

* Các loại diode đặc biệt

- Diode Zener (diode ổn áp)

+ Thường dùng trong mạch ổn áp

+ Ký hiệu:

+ Đặc tính V – A của diot Zener

+ Sơ đồ ổn áp kiểu tham số có điện trở cân bằng

- Diode phát quang

- Diode quang

+ Khi có ánh sáng chiếu vào thì dẫn

+ Khi không có ánh sáng chiếu vào thì khóa

- Diode biến dung

Khi dòng qua nó thay đổi thì trị số điện dung của nó thay đổi

2.2 Transistor

* Chức năng:

- Dùng làm khóa điện tử

- Dùng để khuyếch đại tín hiệu

* Các thông số cơ bản

- Dòng ICE max

- Điện áp UCE max

- Hệ số khuyếch đại

β =

E

I

Ic

- Hệ số truyền đạt dòng:

α =

E

I

Ic

= β+1 β

- Tần số làm việc max

* Các loại Transistor đặc biệt

- UTT: Transistor 1 tiếp giáp ( 2 cực gốc)

+ Kí hiệu:

+ Ungưỡng = 0.68 Ucc

+ Khi UEB1 < Ungưỡng thì khóa

+ Khi UEB1 ≥ Ungưỡng thì thông bão hòa

- FET: Transistor trường

- MOSFET: Transistor trường có cực cách ly

- IGBT: Transistor có cực bazơ cách ly

2.3 Diode có điều khiển

* Diode bán điều khiển: Thyristor

- Kí hiệu:

- Các thông số cơ bản:

+ Dòng cho phép đi qua van: Itb

+ Điện áp ngược lớn nhất cho phép: Ung max

+ Điện áp rơi thuận

+ Thông số xung điều khiển:

Biên độ rộng xung: Ux ≥ 8V

Độ rộng xung: tx ≥ 100μs Dòng điều khiển ig: Tùy thuộc từng loại Thyristor

* Diode điều khiển hoàn toàn: GTO

- Kí hiệu:

- Có thể điều khiển mở và khóa dựa vào xung điều khiển

3 IC

3.1 IC ổn áp

- Nguồn duơng: 78xx (ví dụ: 7805, 7812, …)

- Nguồn âm: 79xx (ví dụ: 7905, 7912, …)

3.2 IC tuyến tính (khuyếch đại thuật toán)

- Kí hiệu:

- Đầu (-) là đầu vào đảo

- Đầu (+) là đầu vào không đảo

- Ucc là nguồn nuôi Có 2 loại nguồn nuôi:

+ Nguồn nuôi đối xứng: ±12V, ±15V và Gnd

+ Nguồn nuôi không đối xứng: +12V, +15V và Gnd

3.3 IC số (IC logic)

Có 2 họ:

- Họ TTL: 74xx

+ Nguồn nuôi là +5V và Gnd

+ Mức “0” ≤ 0.5V

Mức “1” >3.5V

- Họ CMOS: 40xx

+ Nguồn nuôi là +12V, +15V và Gnd

+ Mức “0” ≤ 3.5V

Mức “1” > 13.5V

3.4 Một số mạch ứng dụng

3.4.1 Mạch ổn áp 1 chiều kiểu tham số

* Sơ đồ:

* Nguyên lý hoạt động:

- Khi U1 có giá trị vượt quá điện áp đánh thủng của diot -> U1 > Uđt

=> dòng Io sẽ đi qua diode và trở về nguồn => diode được thông ngược Điện áp U2 luôn ở một giá trị xác định không vượt quá giá trị điện áp đánh thủng của diode Zener

- Khi U1 thay đổi, dòng điện I qua điện trở R cũng thay đổi tương ứng, do đó điện áp đầu ra U2 sẽ giữ không đổi

- Khi dòng tải It tăng thì dòng qua diode giảm => dòng I1 luôn không đổi Nếu U1 không đổi thì U2 cũng không đổi

- Ưu điểm: Sơ đồ mạch đơn giản, dễ lắp đặt, giá thành rẻ

- Nhược điểm: Chất lượng điện không tốt, độ tin cậy không cao

3.4.2 Mạch tự động đóng cắt trên đường

* Sơ đồ:

- RQ có Imax = 10mA

Khi trời sáng RQ = 10Ω

Khi trời tối RQ = 500kΩ

- Dz có Uz = 5.6V

RTr có R = 30Ω

* Nguyên lý hoạt động

- Khi trời tối Dz bị đánh thủng, T1 khóa -> T2 mở, T3 khóa -> có dòng qua rơle trung gian làm đèn sáng

- Khi trời sáng, điện áp đặt lên Dz không đủ đánh thủng Dz nên T1 mở, T2 khóa, T3 mở -> không có dòng qua Rơle -> đèn tắt

* Tính toán

Chọn VR = 10kΩ

- Dòng khi T3 mở

I3 =

TR

R +Rs

U

30 26 + = 0.21A

Chọn T3 là loại có Icmax = 1A, β = 20

- Dòng ở cực bazơ T3

Iβ3 = Iβ3 = 10.5 mA

Mà Iβ3 =

3 4

R R R5

U

+ + => R3 + R4 = 1.1kΩ Chọn R4 = 1kΩ, R3 = 110Ω

- Dòng qua T2

I2 =

3

R R5

U

+ =

12

110 26 + = 0.09A

Chọn T2 loại Icmax = 1A, β = 20

Iβ2 =I 2

Mặt khác Iβ2 =

1 2

R R R5

U

+ + => R1 + R2 = 2.7kΩ Chọn R2 = 2.4kΩ, R1 = 300Ω

- Dòng qua T1

I1 =

1

R

U

= 12

Chọn T1, T2, T3 là các transistor TIPP31

Chương 3: Các thiết bị điện từ

1 Các khái niệm cơ bản

1.1 Định nghĩa

Thiết bị điền từ là các thiết bị làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ

1.2 Các định luật

* Định luật 1:

Từ trường thay đổi sẽ làm xuất hiện suất điện động cảm ứng và khi khép mạch thì trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện

* Định luật 2:

Dòng điện thay đổi sinh ra từ trường thay đổi

* Định luật 3:

Dây dẫn đặt trong từ trường có dòng điện chạy qua sẽ có lực điện từ tác dụng lên dây dẫn

1.3 Phân loại

Thiết bị điện từ chia làm 2 loại chính:

- Máy điện: Lại chia làm 2 loại

+ Máy điện tĩnh: Máy biến áp

+ Máy điện quay: Động cơ đồng bộ, không đồng bộ

- Các thiết bị điều khiển: cầu dao, công tắc, rơle

2 Máy điện

2.1 Khái niệm chung về máy điện

* Định nghĩa:

Máy điện là một thiết bị điện từ, hoạt động dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại, biến đổi các thông số của năng lượng điện

* Cấu tạo

Gồm 2 thành phần chính là mạch điện và mạch từ liên quan đến nhau

- Mạch từ: Gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí, thường làm bằng vật liệu sắt từ

- Mạch điện: Gồm 2 hay nhiều dây quấn đứng yên hoặc chuyển động tương đối với nhau cùng với bộ phận mang chúng Thường được làm bằng vật liệu nhôm, đồng

* Phân loại

- Máy điện tĩnh

Các bộ phận, dây quấn không chuyển động tương đối với nhau Thường gặp là máy biến áp, thường chỉ dùng biến đổi tham số điện năng giúp cho việc truyền tải và phân phối điện năng

- Máy điện quay

Thường gặp là động cơ và máy phát Có 4 loại máy điện quay cơ bản: + Máy điện không đồng bộ

+ Máy điện đồng bộ

+ Máy điện 1 chiều

+ Máy điện xoay chiều có vành góp

2.2 Máy biến áp

* Định nghĩa:

Máy biến áp là thiết bị điền từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành

hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác sao cho tần số dòng điện không thay đổi

* Nguyên lý làm việc:

Đặt vào hai đầu của cuộn dây W1 điện

áp U1 xoay chiều sẽ sinh ra dòng i1 Dòng i1

biến thiên sinh ra từ thông Ф biến thiên

trong lõi thép, móc vòng với 2 cuộn dây W1

và W2 sinh ra sức điện động cảm ứng e1, e2

Nếu cuộn W2 nối với tải thì khi đó sẽ xuất

hiện dòng i2 và điện áp trên tải U2

Các công thức cơ bản:

- Sức điện động cảm ứng:

e1 = -W1

d dt

2 = -W2

d dt

θ

- Hệ số biến đổi điện áp:

k = 1

2

e

e = 1

2

W W

Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn thì e1 ≈u1; e2 ≈ u2 Khi đó

k = 1

2

u

u

* Cấu tạo:

Gồm lõi thép, dây quấn và vỏ máy

- Lõi thép:

+ Được ghép từ các lá thép kĩ thuật điện

+ Dùng để làm mạch dẫn từ và làm khung để quấn dây

+ Gồm có trụ và gông được ép chặt với nhau bằng bulông và vít

- Dây quấn

+ Dùng để dẫn điện, thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra + Phân loại: 2 loại:

Dây quấn đồng tâm là dây quấn hạ áp đặt bên trong phần trụ thép, dây quấn cao áp ở bên ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp

Dây quấn xen kẽ là dây quấn mà các bối cao áp và hạ áp lần lượt xen

kẽ nhau dọc theo trụ thép

+ Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hoặc dẹt

có phủ cách điện bên ngoài

- Vỏ máy: Gồm thùng và nắp máy để bảo vệ, ngoài ra còn có tác dụng tản nhiệt và đưa các đầu nối ra ngoài

* Phân loại

- Theo công dụng: Gồm 5 loại

+ Máy biến áp điện lực

+ Máy biến áp chuyên dụng

+ Máy biến áp tự ngẫu

+ Máy biến áp đo lường

+ Máy biến áp thí nghiệm

- Theo số pha: Gồm 2 loại

+ Máy biến áp 1 pha

+ Máy biến áp 3 pha

2.3 Động cơ không đồng bộ

* Cấu tạo:

Gồm các bộ phận chính sau:

- Stato: Là phần tĩnh gồm lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy có nhiệm vụ bảo vệ

+ Lõi thép: Được ép bên trong vỏ máy, làm nhiệm vụ dẫn từ Do các lá thép

kĩ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục Để giảm tổn hao, lõi thép làm bằng từ nhiều lá thép kĩ thuật điện dày 0.5mm ép lại Lá thép phủ sơn cách điện để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên

+ Dây quấn stato: Làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép

+ Vỏ máy: Làm bằng nhôm hoặc gang, để cố định lõi thép và dây quấn Tùy theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau: kiểu vỏ hở, kiểu vỏ kín, kiểu vỏ bảo vệ,… Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục

- Roto: Là phần quay gồm dây quấn, lõi thép và trục máy

+ Lõi thép: Sử dụng lá thép kĩ thuật điện như stato Lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một phía roto của máy Phía ngoài của lá thép có

xẻ rãnh để đặt dây quấn

+ Dây quấn roto:

Gồm 2 kiểu: