Tích hợp ghép nối bộ điều khiển biến tần động cơ không đồng bộ ba pha hoặc bộ điều khiển hệ truyền động sever để thực hiện một công nghệ sản xuất

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đề Tài : Ghép nối bộ điều khiển- biến tần - động cơ không đồng bộ ba pha GV hướng dẫn: Th/s Nguyễn Đă

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Đề Tài : Ghép nối bộ điều khiển- biến tần - động cơ không đồng bộ ba pha

GV hướng dẫn: Th/s Nguyễn Đăng Khang

Nhóm SV thực hiện ( nhóm 13 )

NỘI DUNG ĐỀ TÀI Nhóm 13 :

Đề tài: Tích hợp ghép nối bộ điều khiển biến tần động cơ không đồng bộ ba pha

hoặc bộ điều khiển hệ truyền động sever để thực hiện một công nghệ sản xuất:

Sử dụng PLC S7-200 – biến tần LS điều chỉnh băng tải vận chuyển phân loại sản phẩm

Hà Nội 11/ 2012

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 5

1 Giới thiệu công nghệ 5

2 Yêu cầu công nghệ 5

CHƯƠNG II: TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỂ THỰC HIỆN CÔNG NGHỆ 8

1 Sơ đồ khối 8

2 Sơ đồ đấu nối phần cứng giữa bộ điều khiển biến tần- động cơ và các I/O khác 9

3 Giới thiệu cảm biến cần dùng 15

4 Giới thiệu biến tần LS-SV IG5A2 17

5 Chương trình điều khiển và thuật toán 28

6 Cài đặt biến tần 35

7 Thuyết minh hoạt động 41

KẾT LUẬN 43

2

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, dưới sự phát triển không ngừng của khoa học kỹthuật, nghành điện đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Vì thế điệnkhí hóa các nghành công nghiệp trong tất cả các nghành trong cuộc sống là nhiệm

vụ cần thiết và cấp bách của mỗi quốc gia

Nước ta là một nước đang phát triển cho nghành kỹ thuật điện và các nghành côngnghiệp phải đi trước 1 bước nhằm nâng cao năng suất lao động

Sự phát triển kỹ thuật trong các nghành điện tử , tin học đã dẫn đến sự thay đổi sâusắc cả về lý thuyết lẫn thực hành Trong lĩnh vực truyền động điện tự động, màtrước hết phải kể đến sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ biến đổi vớikích thước nhẹ nhàng, đọ tác động cao, dễ dàng ghép nối với mạch điều khiển vi

Trong thời gian học tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI, nhóm đãtích lũy được lượng kiến thức nhất định, cùng với sự chỉ bảo , hướng dẫn tận tìnhcủa thầy THS NGUYỄN ĐĂNG KHANG

Nhóm 13 đã tìm hiểu và hoàn thành đề tài: : Tích hợp ghép nối bộ điều khiển biến

tần động cơ không đồng bộ ba pha hoặc bộ điều khiển hệ truyền động sever để thực hiện một công nghệ sản xuất:

Sử dụng PLC S7-200 – biến tần LS điều chỉnh băng tải vận chuyển phân loại sản phẩm

Do thời gian và trình độ còn hạn chế,nên đè tài này không tránh khỏi những thiếuxót, rất mong được ý kiến dóng góp, phê bình cũng như khích lệ của thày giáo vàcác bạn.

Một lần nữa NHÓM 13 xin chân thành cảm ơn!

4

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU CÔNG

NGHỆ

Đề tài: Tích hợp ghép nối bộ điều khiển biến tần động cơ không đồng bộ ba pha

hoặc bộ điều khiển hệ truyền động sever để thực hiện một công nghệ sản xuất:

Sử dụng PLC S7-200 – biến tần LS điều chỉnh băng tải vận chuyển phân loại sản phẩm

1 Giới thiệu công nghệ

Hiện nay nhằm nâng cao hiệu suất năng suất trong các dây truyền sảnxuất,với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật nhiều thành tựu đãđược ứng dụng một cách rộng rãi trong sản xuất

Dây truyền đóng gói và phân loại sản phẩm tự động đã thay thế rất nhiều sứclao động của con người

Ta có 3 động cơ điều khiển 3 băng tải, băng tải ở giữa là băng tải chính, băng tải bên trái là băng tải nhận vật màu xanh, băng tải bên phải là băng tải nhận vật màu

đỏ

Động cơ băng tải ở giữa được điều khiển khởi động 3 cấp tốc độ bằng biến tần LS IC52 , trên băng tải được gắn 2 xilanh và 2 sensor xác định màu xanh, đỏ Phía cuối băng tải bên trái và băng tải bên phải là bộ đếm sản phẩm vào thùng

2 Yêu cầu công nghệ

Sản phẩm chạy trên băng tải chính khi đi qua sensor nhận vật màu xanh Xilanh 1 đẩy vật màu xanh sang băng tải bên trái

Với dây truyền phân loại và đóng gói tự động chúng ta sẽ có yêu cầu côngnghệ như sau :

Khi chúng ta khởi động dây truyền thì hệ thống bắt đầu làm việc, chúng ta

bố trí 2 sensor với khoảng cách khác nhau để phân biệt các loại sản phẩm Nếu khisản phẩm màu xanh chạy qua mà chỉ có sensor S1 phát hiện (có tín hiệu ) thì saukhoảng thời gian là 20s thì sản phẩm này sẽ di chuyển tới vị trí xilanh 1 đồng thờilúc này xilanh này sẽ tác động (xilanh này được cấp khí bởi một solenoid 1,đâychính là bộ điều khí cho xilanh) đẩy sản phẩm màu xanh sang băng tải bên trái và

di chuyển xuống hộp sản phẩm chứa loại này Ở đầu của xilanh chúng ta có gắnthêm một sensor S4 khi xilanh tác động đến vị trí sesor này thì PLC sẽ cắt tín hiệucấp cho xilanh này và xilanh nay trở lại vị trí ban đầu

Khi sản phẩm đi qua vị trí của sensor mà chỉ có sensor S2 phát hiện thì đây

là sản phẩm màu đỏ Khi tín hiệu đầu vào S2 có tín hiệu thì sau một khoảng thờigian 20s thì thì sản phẩm này sẽ di chuyển tới vị trí xilanh 2 đồng thời lúc nàyxilanh này sẽ tác động (xilanh này được cấp khí bởi một solenoid 2, đây chính là

bộ điều khí cho xilanh) đẩy sản phẩm màu đỏ sang băng tải bên phải và di chuyểnxuống hộp sản phẩm chứa loại này Cũng như xilanh 1 thì trên đầu xilanh 2 cũngđược gắn thêm một sensor S5 ,khi pitong đẩy sản phẩm xuống hộp chứa sản phẩmmàu đỏ gặp S5 thì PLC sẽ cắt tín hiệu cấp cho solenoi 2 cho nên xilanh 2 sẽ trở lại

vị trí ban đầu

Chúng ta cần chú ý rằng để đếm số lượng sản phẩm đã được đẩy vào các

hộp chứa sản phẩm của từng loại thì chúng ta có thêm các Counter trong chương

trình lập trình, khi số lượng sản phẩm trong hộp đủ thì sẽ đưa ra còi báo hộp đã đủsản phẩm, và có 1 sensor để reset bộ đếm khi công nhân vận hành sẽ vận chuyểnhộp sản phẩm đó đi và cho hộp mới vào.( lưu ý thùng đựng sản phẩm bằng kimloại)

6

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

Lưu ý: Biến tần chỉ điều khiển tốc độ động cơ có sensor và xilanh đẩy vật Còn 2 động cơ điều khiển 2 băng tải 2 bên không sử dụng biến tần điều khiển mà công nhân trực tiếp nhận đóng gói sản phẩm

Để cho dây truyền có thể hoạt động được thì chúng ta cần thiết phải có một

số thiết bị sau đây:

 PLC S7-200 CPU 224

 Biến tần LS IG-5A2

 01 nút ấn thường mở

 01 nút ấn thường đóng

 01 Sensor phát hiện màu xanh

 01 Sensor phát hiện màu đỏ

 01 Sensor reset bộ đếm

 02 Sensor giới hạn hành trình xi lanh

 02 xilanh với mục đích đẩy sản phẩm vào các băng tải sản phẩm

 02 van khí nén (sol) để cấp khí điều khiển xi lanh

 03 động cơ băng tải:

- Băng tải ở giữa là băng tải chính có biến tần điều khiển khởi động 3 cấp tốc độ

- Băng tải bên trái là băng tải nhận vật màu xanh

- Băng tải bên phải là băng tải nhận vật màu đỏ

CHƯƠNG II: TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỂ THỰC

HIỆN CÔNG NGHỆ

1 Sơ đồ khối

8

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

2 Sơ đồ đấu nối phần cứng giữa bộ điều khiển biến tần- động cơ và các I/O khác

a PLC S7-200 CPU 224

b ĐỘNG CƠ U V W

10

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

c Biến tần LS IG5A 2

Sơ đồ đấu dây trong thực tế

- Đầu vào

12

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

- Đầu ra

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

3 Giới thiệu cảm biến cần dùng

 Cảm biến sợi quang( phân biêt màu sắc)

 Bộ khuếch đại số dành cho sợi cáp quang 3X-DAC11-S (Color sensing type,Standard models)

 Ngõ ra: NPN cực thu hở.

 Điều chỉnh độ nhạy: Teaching or manual method

 Mạch bảo vệ: Chống vọt áp, ngắn mạch, phân cực ngược

Kiểu kết nối: Cáp dài 2 m

Loại cảm biến này dùng để nhận biết màu xanh hay màu đỏ của sản phẩm trong đềtài này

16

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

Cách nối dây:

‘

Ứng dụng :

Phát hiện bằng kim loại , thường dùng để khống chế hành trình

Khoảng phát hiện tối đa : 10mm

Nguồn: 12-24VDC, 24-240VAC

Loại cảm biến này dùng để reset bộ đếm báo đủ sản phẩm

4 Giới thiệu biến tần LS-SV IG5A2

a Giới thiệu chung về biến tần

Giải thích

 Khâu chỉnh lưu: Biến đổi nguồn xoay chiều về 1 chiều

 Khâu Lọc: Tụ C lọc các thành phần điện áp xoay chiều

 Khâu nghịch lưu độc lập nguồn áp cầu 3 pha: Biến đổi nguồn 1 chiều sang nguồn xoay chiều 3 pha có tần số có thể thay đổi Các van T1, T2…T6 có thể là Tranzitor công suất, MOSFET, GTO,

Thyristor hoặc IGBT.

 Khâu điều khiển: Tạo xung điều khiển các van

Phương pháp điều khiển:

18

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

Giá trị điện áp đầu ra biến tần có thể được điều chỉnh bởi điều chỉnh biên độ điện áp 1chiều bằng chỉnh lưu thyristor, điều chỉnh thời gian đóng ngắt các van T1….T6, hoặc điều khiển nghịch lưu theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM Phương pháp PWM được sử dụng nhiều trong các hệ biến tần công suất nhỏ do

có ưu điểm nổi bật là vừa điều chỉnh được biên độ điện áp vừa làm “ sin hoá” điện áp đầu ra biến tần Với số lượng xung có độ rộng thích hợp phương pháp PWM có thể làm triệt tiêu các thành phần sóng hài bậc cao.

Các luật điều chỉnh trong biến tần

 Luật điều chỉnh tần số điện áp:

- Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông , dòng điện … của động cơ thay đổi, để đảm bảo 1 số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm cho động cơ bị quá dòng thì khi điều chỉnh tần số cần điều chỉnh cả điện áp

- Đối với hệ biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ khả năng quá tải về mô men không thay đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc

độ - Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số điện áp

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

5 Chương trình điều khiển và thuật toán

Xy lanh xanh đẩy

Chạy băng tải chính.

Chạy băng tải 2 và băng tải 3

Đ

Kết thúc

Cảm biến xanh ?

Chương trình:

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

6 Cài đặt biến tần.

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

7 Thuyết minh hoạt động

Với dây chuyền công nghệ này ta thuyết minh hoạt động như sau:

Ấn START các role trung gian CR0,CR1,CR2, và biến trung gian V0.2 có điện

Khởi động băng tải

Tiếp điểm thường mở V0.2 đóng và set địa chỉ M0.3

Tiếp điểm M0.3 đóng lại T37 có điện và bắt đầu đếm thời gian 100s để khởi động băng tải chính

Trong khoảng thời gian từ 0 tới <=30s thì chân P6 của biến tần được cấp tín hiệu , động cơ được chạy ở tần số đã cài đặt sẵn trong chân P6

Trong khoảng thời gian từ > 30s tới <=60s thì chân P7 của biến tần được cấp tín hiệu , động cơ được chạy ở tần số đã cài đặt sẵn trong chân P7

Trong khoảng thời gian từ > 60s tới <=100s thì chân P8 của biến tần được cấp tín hiệu , động cơ được chạy ở tần số đã cài đặt sẵn trong chân P8

Đến lúc này đã hết thời gian khởi động của động cơ , tiếp điểm P8 đóng lại duy trì cho động cơ chạy với tần số đã cài đặt sẵn trong chân P8, và Reset T37

Phân loại và đóng gói sản phẩm

Khi ấn START cùng lúc 2 động cơ băng tải vận chuyển vật màu xanh và màu đỏ hoạt động qua 2 tiếp điểm CR1 và CR2

Chúng ta bố trí 2 sensor với khoảng cách khác nhau để phân biệt các loại sản phẩmNếu khi sản phẩm màu xanh chạy qua mà chỉ có CB XANH ( I0.2) phát hiện (có tín hiệu ) thì sau khoảng thời gian là 20s thì sản phẩm này sẽ di chuyển tới vị trí

XL XANH(Q0.6) đồng thời lúc này xilanh này sẽ tác động (xilanh này được cấp khí bởi một solenoid 1,đây chính là bộ điều khí cho xilanh) đẩy sản phẩm màu xanh sang băng tải bên trái và di chuyển xuống hộp sản phẩm chứa loại này Ở đầucủa xilanh chúng ta có gắn thêm một CB XL XANH(I1.0) ,khi xilanh tác động đến

vị trí CB này thì PLC sẽ cắt tín hiệu cấp cho xilanh này và xilanh nay trở lại vị trí ban đầu

Nếu sản phẩm đi qua vị trí của sensor mà chỉ có CB DO(I0.3) phát hiện thì đây là sản phẩm màu đỏ Sau một khoảng thời gian 20s thì thì sản phẩm này sẽ di chuyểntới vị trí XL DO(Q0.7) đồng thời lúc này xilanh này sẽ tác động (xilanh này được cấp khí bởi một solenoid 2, đây chính là bộ điều khí cho xilanh) đẩy sản phẩm màu

đỏ sang băng tải bên phải và di chuyển xuống hộp sản phẩm chứa loại này Cũng như XL XANH thì trên đầu XL DO cũng được gắn thêm một CB XL

DO(I0.3) ,khi pitong đẩy sản phẩm thì tác động đến vị trí CB này thì PLC sẽ cắt tínhiệu cấp cho xilanh này và xilanh nay trở lại vị trí ban đầu

Bộ đếm sản phẩm

Các COUNTER (C0,C1) lấy tín hiệu từ 2 sol của xi lanh để đếm sản phẩm , sau khi thùng đựng sản phẩm báo đầy thì có còi báo (Q1.0, Q1.1) của 2 thùng đựng sảnphẩm thì công nhân nhấc thùng ra khỏi vị trí , đồng thời reset bộ đếm qua 2 sensor (R XANH: I1.2, R DO: I1.3)

Lưu ý thùng đựng sản phẩm bằng kim loại

44

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5

Tuy nhiên do thời gian làm đồ án , cùng với sự hiểu biết còn hạn chế nên chúng

em không tránh khỏi những sai sót Vì vậy chúng em rất mong được sự đóng góp ýkiến của thầy cô và các bạn để giúp chúng em tự tin hơn về kiến thức của mình và

có cơ hội được tìm hiểu và nghiên cứu về các khoa học công nghệ mới, các ứng dụng của nó trong sản xuất cũng như trong thực tế

Nhóm xin chân thành cảm ơn!

NHÓM 13 LỚP LTCĐ-ĐH ĐIỆN 1-K5